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1、第二节 生物变异在生产上的应用,什么是杂交育种？,杂交育种是将两个或多个品种的优良性状通过交配集中在一起，再经过选择和培育，获得新品种的方法。,小麦高秆（D）对矮秆（d）为显性，抗锈病（T）对不抗锈病（t）为显性，现有纯合的高秆抗锈病的小麦（DDTT）和矮秆不抗锈病的小麦（ddtt），如果你是育种工作者，怎样才能得到矮秆抗病的优良品种（ddTT）？,例如：,以下是杂交育种的参考方案：,高抗 矮不抗,高抗,DDTT,ddtt,DdTt,ddTt,高抗 高不抗 矮抗 矮不抗,ddTT,杂交,F3,思考：要培育出一个能稳定遗传的植物品种一般需要几代？,连续自交，直至不出现性状分离为止。,5-6代,练
2、习：,有两个不同的番茄品种，一个是抗病、黄果肉的品种（ssrr），另一个是易感病、红果肉的品种（SSRR）。现目标要培育一个既抗病又是红果肉的新品种，并且新品种的性状能稳定遗传。,试一试：动物的杂交育种方法,假设现有长毛立耳猫（BBEE）和短毛折耳猫（bbee），你能否培育出能稳定遗传的长毛折耳猫（BBee）？写出育种方案（图解）,长毛折耳猫,短毛折耳猫,长毛立耳猫,长立 长折 短立 短折,Bbee,BBee,BBee,Bbee,bbee,bbee,长折,短折,长折,长折,短折,杂交,F3,长折,短折,思考：要培育出一个能稳定遗传的动物品种一般需要几代？,3代,！,注意,1、动物杂交育种中纯合
3、子的获得不能通过逐代自交，而应改为测交。2、比植物杂交育种所需年限短。,一、杂交育种,原理：,基因重组,方法：,优点：,使位于不同个体上的多个优良性状集中于一个个体上，即“集优”,能产生新的基因型。,缺点：,育种所需时间较长（自交选择需五-六代,甚至十几代)。,应用：,用纯种高秆抗病小麦与纯种矮秆不抗病小麦培育矮秆抗病小麦,杂交育种不能创造新的基因，并且所需时间要长，那有没有能出现意想不到的结果，并且需要时间相对要短的育种方法呢？,袁隆平培养杂交水稻过程中，他利用了哪一种变异的原理？,基因重组,例2：我国运用返回式运载卫星搭载水稻种子，返回地面后种植，培育出的水稻穗长粒大，亩产达600kg，最
4、高达750kg，蛋白质含量增加8%-20%，生长期平均缩短10天。请回答：,（1）水稻产生这种变异的来源是_，产生变异的原因是_。,基因突变,各种宇宙射线和失重及高真空的作用，使基因的分子结构发生改变。,（2）这种方法育种的优点有_。,能提高变异频率，加速育种进程，并能大幅度改良某些性状,诱变育种,就是利用物理因素(如X射线、射线、紫外线，激光等）或化学因素（如亚硝酸、硫酸二乙酯等）来处理生物，使生物发生基因突变。,医药工业应用的青霉素就是利用普通青霉菌，经过X射线的照射，产生的有利突变型。还有医学上应用的其他抗菌素如链霉素、地霉素、金霉素等，经辐射处理的突变系，比原始品系抗菌素产量增长几十倍
5、到几百倍，促进和提高了抗菌素的生产。,诱变育种的应用,在作物方面，应用诱变育种我国已培育出100多种水稻、小麦、玉米、大豆等优良品种。例如用射线处理籼稻干种子，选出提早成熟15天的新品种，丰产等性状仍旧保持下来，而且米粒中的蛋白质的含量提高很多。又如用射线和其他诱变剂处理大豆，培育出一种新品种。这品种含有改变了的酶系，在同样的施肥和管理条件下可提高产量50%。,拓展视野：,太空育种,利用太空中的高真空、微重力、强辐射等的作用，来诱导基因突变而培养新品种的诱变育种方法。,“神舟”五号搭载育成的巨人南瓜,甘肃种植的太空育种的蔬菜,太空水稻搭载前后株系对比,太空育种辣椒,二、诱变育种,原理：,基因突
6、变,方法：,优点：,产生新基因和新的性状，能提高变异的频率，后代变异性状能较快稳定，加速育种进程。,缺点：,有利个体不多，须大量处理供试材料，工作量大。,应用:,太空辣椒的培育、青霉菌的选育等,利用物理因素（如x 射线，射线、紫外线，激光等）或化学因素（如亚硝酸、硫酸二乙酯等）处理生物，使生物发生基因突变。,三.单倍体育种,1、概念的理解：体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体称为单倍体。通过学习知道单倍体是不论染色体组数的，与二倍体、三倍体等多倍体的分法不一样，相对于二倍体生物，其单倍体的体细胞中含有一个染色体组，相对于多倍体生物，其单倍体的体细胞中含有多于一个的染色体组，应引起大家的注意
7、2、特点：单倍体的植株小而弱，而且高度不育，因此单倍体本身在生产上没有任何经济价值。但是若诱导其染色体加倍，可成为可育的纯合子。,例题2 假设水稻抗病（R）对感病（r）为显性，高秆（T）对矮杆（t）为显性。现有纯合的抗病高秆水稻和感病矮秆水稻。为了在较短的年限内培育出稳定遗传的抗病矮秆水稻，可采取以下步骤：,将纯合的抗病高秆水稻和感病矮秆水稻杂交，得到杂交 种子。播种这些种子，长出的植株可产生基因型为_ _的花粉。,采用_的方法得到单倍体幼苗。,用_处理单倍体幼苗，使染色体加倍。,采用_的方法，鉴定出其中的抗病植株。,从中选择表现抗病的矮秆植株，其基因型应是_。,RT,Rt,rT,r t,花药
8、离体培养,秋水仙素,病原体感染,RRtt,三.单倍体育种,采用花药离体培养的方法获得单倍体植株，再人工诱导染色体加倍，获取自交不发生性状分离的稳定遗传的纯系品种。,学生认真阅读课本P84图4-7，得出单倍体育种的优、缺点。,三.单倍体育种,采用花药离体培养的方法获得单倍体植株，再人工诱导染色体加倍，获取自交不发生性状分离的稳定遗传的纯系品种。,优点：缩短育种年限。缺点：但方法复杂，成活率较低。,单倍体育种,在野外发现抗锈病（显性基因D控制的）小麦植株，如何快速获取可以稳定遗传的抗锈病的种子呢？,如果体细胞在有丝分裂过程中，染色体完成了复制，细胞受到外界环境条件或内部因素的干扰，纺锤体的形成受到
9、破坏，结果是染色体不能被拉向两极，细胞也不能分裂成两个子细胞，于是这个细胞中染色体数目加倍了。,如果这个细胞继续进行正常的有丝分裂，将会怎样呢？,请思考,如果,多倍体,多倍体的体细胞通常比二倍体的细胞大，其中所含染色体组多了，遗传物质也比正常多，会有什么变化呢？,多倍体草莓（上）和野生状态下的草莓（下）的比较,资料5,正常的水稻具有两个染色体组。具有三个染色体组的水稻苗长得特别旺盛，很迟开花，所结果实也全是空壳；具有四个染色体组的水稻长得特别茂盛，虽说也能开花结果实，但生长期特别长，甚至要几年才能成熟！四倍体水稻（48条染色体）比二倍体水稻（24条染色体）蛋白质含量提高5%15%，千粒重增加1
10、倍，单位面积增产达50%以上。,资料6,四倍体葡萄的果实比二倍体品种的大得多，四倍体番茄的维生素C的含量比二倍体的品种几乎增加了一倍。,多倍体,优点：器官大，营养物质含量高。缺点：发育延迟，结实率低。,多倍体育种,在育种过程中，人们用秋水仙素处理种子或幼苗从而使细胞内染色体数目加倍，染色体数目加倍的细胞继续进行正常的有丝分裂，发育为多倍体植株，得到多倍体品种。,人工诱导多倍体的方法很多。目前最常用而且最有效的方法，是用秋水仙素来处理萌发的种子和幼苗。当秋水仙素作用于正在分裂的细胞时，能够抑制纺锤体的形成，导致染色体不分离，从而引起细胞内染色体的加倍。染色体数目加倍的细胞继续进行正常的有丝分裂，
11、将来就可以发育成多倍体植株。,多倍体育种,秋水仙素处理萌发的幼苗时，可以诱导多倍体的产生，秋水仙素的作用是。三倍体植株需要授以二倍体的成熟花粉，因为成熟花粉具有的色氨酸酶系（促使合成生长素），通过授粉为其子房的发育提供。三倍体植株不能进行减数分裂的原因是由于卵原细胞3个染色体组（3N=33），减数分裂时同源染色体联会，从而不能正常产生卵细胞。由此可以获得 的是 倍体果实，但是没有种子的无籽西瓜。上述过程需要的时间周期为2年。第一年可以由专门的种子培育公司完成3N和2N的种子；农户直接购买配比好的3N和2N的种子，按照正常的栽培方法培育，当年就可以获得。,抑制纺锤体的形成,生长素,紊乱,三,无籽
12、西瓜,三、比较各种育种的方法,杂交,辐射、射线化学药剂,秋水仙素,花药离体培养,基因重组,基因突变,染色体变异,可以集中两个亲体的优良性状,育种年限缩短，改良某些性状,果大，茎秆粗，营养物丰富,年限短，易稳定,时间长,有利不多，需大量处理,发育迟，结实低,高度不育，弱小,学生练习：,1作业本P50 232学案P112 9 P110考题6,对于大多数生物而言，DNA是主要的遗传物质，有遗传效应的DNA片段叫基因，生物之所以体现出各种形态是基因表达的结果.,几种生物的不同性状：1青霉菌能产生对人类有用的抗生素青霉素。2豆科植物的根瘤菌能够固定空气中的氮气。3人的胰岛B细胞能分泌胰岛素调节血糖的浓度
13、。,让禾本科植物能够固定空气中的氮气；让微生物生产出人的胰岛素、干扰素等药物。这样既节省了人力，又简化了生产，同时还不会对环境造成污染,能实现吗？,1转基因技术概念,是指利用分子生物学和基因工程的手段，将某种生物的基因（外源基因）转移到其他生物物种中，使其出现原物种不具有的新性状的技术。,设想:把抗虫的基因从某种生物(如苏云金芽孢杆菌)中提取出来,放入棉的细胞中,与棉细胞中的DNA结合起来,在棉中发挥作用。,关键步骤：1.抗虫基因从苏云金芽孢杆菌细胞内提取；2.抗虫基因与棉的DNA“缝合”连接；3.抗虫基因进入棉细胞。,如果这些问题得以解决，那么外源基因（抗虫基因）随棉细胞的分裂而增殖，并在棉
14、细胞得以表达，还能将所获得的新性状稳定地遗传给后代。,这样获得的由于外源基因的导入而引起原有遗传物质组成改变的生物称为转基因生物。,资料：转基因技术的应用,将北极深海鱼的抗冻基因导入西红柿，使西红柿在冬天也能长期保存。,胰岛素是治疗糖尿病的特效药。一般临床上给病人注射的胰岛素主要从猪、牛等家畜的胰腺中提取，每100kg胰腺只能提取45g胰岛素。所以用这种方法生产的胰岛素产量低，价格昂贵，且远远不能满足社会的需要。1979年，科学家将动物体内能够产生胰岛素的基因与大肠杆菌的DNA分子重组，并且在大肠杆菌内表达成功。这样，用2000L大肠杆菌培养液就可以提取100g胰岛素，相当于从2t猪胰腺中提取
15、的量。1982年，美国一家基因公司用基因工程方法生产的胰岛素开始投入市场，其售价比用传统方法生产的胰岛素的售价降低了3050。,干扰素是病毒侵入细胞后产生的一种糖蛋白。由于干扰素几乎能抵抗所有病毒引起的感染，如水痘、肝炎、狂犬病等病毒引起的感染，因此，它是一种抗病毒的特效药。此外，干扰素对治疗乳腺癌、骨髓癌、淋巴癌等癌症和某些白血病也有一定疗效。传统的干扰素生产方法是从人血液中的白细胞内提取的，每300L血液只能提取出1mg干扰素。19801982年，科学家用基因工程方法在大肠杆菌及酵母菌细胞内获得了干扰素，从每1kg细菌培养物中可以得到2040mg干扰素。从1987年开始，用基因工程方法生产的干扰素进入了工业化生产，并且大量投放市场。,学生阅读课本P86最后一段,
