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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,生物育种,扬子江高级中学,1.将分散于各章节的有关生物育种方面的知识梳理出来形成知识体系。,2.利用基因重组、基因突变、染色体变异、基因工程、细胞工程等遗传学原理，设计培育具有优良性状的新品种的育种方法。,3.通过典型例题分析，提高审题解题的能力。,复习目标：,一、杂交育种,1原理：,基因重组,。,一般指种内不同品种间的杂交育种。人们用杂交的方法，有目的地使生物不同品种间的基因重新组合，以便使不同亲本的优良基因组合到一起，从而创造出对人类有益的新品种。,2、基因重组的三种情况：,基因重组是指在生物体进行有性生殖的过程中，控制不同性状的基因的重新组合。,（1）基因的自由组合定律告诉我们，在生物体通过减数分裂形成配子时，随着非同源染色体的自由组合，非等位基因也自由组合，这样，由雌雄配子结合形成的受精卵，就可能具有与亲代不同的基因型，这是一种类型的基因重组。,（2） 在减数分裂的四分体时期，由于同源染色体的,非姐妹染色单体之间常常发生局部交换,，这些染色单体上的基因组合，是另一种类型的基因重组。,（3）广义上讲，转基因也是基因重组，是人工基因重组。,非同源染色体上的,非等位基因自由组合,A,a,b,B,A,a,B,b,Ab和aB,AB和ab,A,a,b,B,A,a,B,b,同源染色体的非姐妹染色单体,之间的局部交换,3方法和过程： 杂交自交选优（一般从F2开始）,4经典例题：,例 （2000年全国理综）假如水稻高秆（D）对矮秆（d）为显性，抗稻瘟病（R）与易感稻瘟病（r）为显性，两对性状独立遗传。用一个纯合易感病的矮秆品种（抗倒伏）与一个纯合抗病高秆品种（易倒伏）杂交，F,2,代中出现既抗病又抗倒伏类型的基因型及其比例为,AddRR,1/8,BddRR,1/16,CddRR,1/16和ddRr,1/8,DDDrr,1/16和DdRR,1/8,答案：C,二、诱变育种,1原理：,基因突变,。这种方法可以提高突变率，创造人类需要的变异类型，从中选择、培育出优良的生物品种。,2方法和过程：是指利用物理因素(如太空的辐射X射线、射线、紫外线、失重或用激光等)；化学因素(如亚硝酸、硫酸二乙酯等)来处理生物（如萌动的植物芽或种子），使生物发生基因突变。,诱发变异选择育成新品种,。,3优缺点：,能提高变异频率，加速育种过程，可大幅度改良某些性状（有时可产生超效基因），变异范围广；有利变异少，须大量处理材料；诱变的方向和性质不能控制。改良数量性状（多基因遗传的性状）效果较差。,理解其优缺点，需要先了解一下基因突变作为生物变异的一个重要来源，它具有以下主要特点：,第一，基因突变在生物界中是普遍存在的,。无论是低等生物，还是高等的动植物以及人，都可能发生基因突变。例如，棉花的短果枝，水稻的矮杆、糯性，果蝇的白眼、残翅，家鸽羽毛的灰红色，以及人的色盲、糖尿病、白化病等遗传病，都是突变性状，（通过基因突变产生等位基因）。自然条件下发生的基因突变叫做自然突变，人为条件下诱发产生的基因突变叫做诱发突变。,第二，基因突变是随机发生的,。它可以发生在生物个体发育的任何时期和生物体的任何细胞。,一般来说，在生物个体发育的过程中，基因突变发生的时期越迟，生物体表现突变的部分就越少。例如，植物的叶芽如果在发育的早期发生基因突变，那么由这个叶芽长成的枝条，上面着生的叶、花和果实都有可能与其他枝条不同。如果基因突变发生在花芽分化时，那么，将来可能只在一朵花或一个花序上表现出变异。,基因突变可以发生在体细胞中，也可以发生在生殖细胞中。发生在生殖细胞中的突变，可以通过受精作用直接传递给后代。发生在体细胞中的突变，一般是不能传递给后代的（如人的某种癌变）。,第三，在自然状态下，对一种生物来说，基因突变的频率是很低的,。据估计，在高等生物中，大约十万个到一亿个生殖细胞中，才会有一个生殖细胞发生基因突变，突变率是10,5,10,8,。不同生物的基因突变率是不同的。例如，玉米的抑制色素形成的基因的突变率为1.0610,4,，而黄色胚乳基因的突变率为2.210,6,。同一种生物的不同基因，突变率也不相同。,第四，大多数基因突变对生物体是有害的。,由于任何一种生物都是长期进化过程的产物，它们性状与环境条件已经取得了高度的协调。如果发生基因突变，就有可能破坏这种协调关系。因此，基因突变对于生物的生存往往是有害的。例如，植物中常见的白化苗，也是基因突变形成的。这种苗由于缺乏叶绿素，不能进行光合作用制造有机物，最终导致死亡。但是，也有少数基因突变是有利的。例如，植物的抗病性突变、耐旱性突变、微生物的抗药性突变等，都是有利于生物生存的。,第五，基因突变是不定向的,。一个基因可以向不同的方向发生突变，产生一个以上的等位基因。,例如，控制小鼠毛色的灰色基因(A,+,)可以突变成黄色基因(A,Y,)，也可以突变成黑色基因(a)。但是每一个基因的突变，都不是没有任何限制的。,例如，小鼠毛色基因的突变，只限定在色素的范围内，不会超出这个范围。,所控制的都是同一性状的不同表现类型，它们属于等位基因。,4应用：,本世纪60年代以来，我国通过农作物诱变育种培育出了数百个农作物新品种。这些新品种具有抗病力强、产量高、品质好等优点，在农业生产中发挥了巨大作用。,例如，黑龙江省农业科学院用辐射方法处理大豆，培育成了黑农五号等大豆品种，含油量比原来的品种提高了2.5，大豆产量提高了16。,也有时可利用对人类有益的芽变，通过营养繁殖培育优良品种。,在微生物育种方面，诱变育种也发挥了重要作用。青霉菌的选育就是一个典型的例子。,现在世界各国生产青霉素的菌种，最初是在 1943年从一个发霉的甜瓜上得来的。这种野生的青霉菌分泌的青霉素很少，产量只有20单位/mL。,后来，人们对青霉菌多次进行X射线、紫外线照射以及综合处理，再通过筛选培育成了青霉素产量很高的菌株，目前青霉素的产量已经可以达到50 000单位/mL60 000单位/mL,5经典例题：,例 科学家将一些作物的种子搭载人造卫星进入太空，经过宇宙射线、高度真空和微重力等综合因素的作用，使种子内的DNA发生变化，从而培育出优质高产的新品种。（多选）,A这项工作属于诱变育种,B从太空带回来的种子都是优良品种,C从太空带回来的种子都变成多倍体,D从太空带回来的种子还得进行人工选择,答案：A、D。,三、单倍体育种,在自然条件下，玉米、高梁、水稻、番茄等高等植物，偶尔也会出现单倍体植株。与正常的植株相比，单倍体植株长得弱小，而且是高度不育的。但是，它们在育种上有特殊的意义。,单倍体育种是利用花药（花粉）离体培养技术获得单倍体植株，再诱导其染色体加倍，从而获得所需要的纯系植株的育种方法。,1原理：,染色体变异、基因重组和组织培养,。,2方法和过程：,选择亲本有性杂交F,1,产生的花粉离体培养获得单倍体植株诱导染色体加倍获得可育纯合子选择所需要的品种类型。,育种工作者常常采用花药离体培养的方法来获得单倍体植株，然后经过人工诱导使染色体数目加倍，重新恢复到正常植株的染色体数目。这种方法得到的植株，不仅能够正常生殖，而且每对染色体上的成对的基因都是纯合的，自交产生的后代不会发生性状分离。,3优缺点：,明显缩短育种年限，加速育种进程,，利用单倍体植株培育新品种只需要两年时间，就可以得到一个稳定的纯系品种。与常规的杂交育种方法相比，明显地缩短了育种年限：技术较复杂，需与杂交育种结合，（不适合动物育种工作）。,4应用,(1)早在20世纪70年代初，我国就开始用花药体培养选育新品种，育成了“京花一号”小麦等新品种。“京花一号”小麦穗大粒多，丰产性好，而且适应性和抗病性强，现在已经大面积推广种植。,这种太空南瓜王最大能长到200多公斤，,在生长繁殖期高峰时，南瓜每天能增大5公斤。,(2)“黑农五号”大豆,高产青霉菌株,太空椒,成功率低,有利个体往往不多,需大量处理材料,5诱变意义:,是创造动、植物新品种和微生物新类型的重要方法,（2）,优点：,提高突变率，缩短育种周期,大幅度改良某些性状,（3）,缺点:,物理因素：,X射线、射线、紫外线、激光等,化学因素：,亚硝酸、硫酸二乙酯等,（1）常用的方法：,6经典例题：,例 、用纯种的高秆(D)抗锈病(T)小麦与矮秆(d)易染锈病(t)小麦培育矮秆抗锈病小麦新品种的方法如下：, ,高秆抗锈病矮秆易染锈病,F,1,雄配子, ,幼苗,选出符合要求的品种，下列有关此育种方法的叙述中，正确的是,A这种育种方法叫杂交育种,B过程必须使用生长素处理,C这种方法的最大优点是缩短育种年限,D过程必须经过受精作用,答案：C,四、多倍体育种,体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体叫做多倍体。,其中，体细胞中含有三个染色体组的个体，叫做三倍体，比如香蕉。,体细胞中含有四个染色体组的个体，叫做四倍体，比如马铃薯。,多倍体在植物中广泛地存在着，在动物中比较少见。在被子植物中，至少有1/3的物种是多倍体。例如，普通小麦、棉花、烟草、苹果、梨、菊、水仙等大都是多倍体。帕米尔高原的高山植物，有65的种类是多倍体。,1原理：,染色体变异（染色体加倍）,。体细胞在有丝分裂的过程中，染色体完成了复制，但是细胞受到外界环境条件(如温度骤变)或生物内部因素的干扰，纺锤体的形成受到破坏，以致染色体不能被拉向两极，细胞也不能分裂成两个子细胞，于是就形成染色体数目加倍的细胞。,如果这样的细胞继续进行正常的有丝分裂，就可以发育成染色体数目加倍的组织或个体。,2方法和过程：秋水仙素处理萌发的种子或幼苗。当秋水仙素作用于正在分裂的细胞时，能够抑制纺锤体形成，导致染色体不分离，从而引起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，将来就可以发育成多倍体植株。,3优缺点：可培育出自然界中没有的新品种，且培育出的植物器官大，产量高，营养丰富；结实率低，只适于植物。,4应用：目前世界各国利用人工诱导多倍体的方法已经培育出不少新品种，如含糖量高的三倍体无子西瓜和甜菜等。此外，我国科技工作者还创造出自然界中没有的作物八倍体小黑麦。,三倍体无子西瓜的培育：,在二倍体西瓜的幼苗期，用秋水仙素处理，可以得到四倍体植株。然后，用四倍体植株作母本，用二倍体植株作父本，进行杂交，得到含有三个染色体组的种子。把这些种子种下去，就会长出三倍体植株。由于三倍体植株在减数分裂的过程中，染色体的联会发生紊乱，因而不能形成正常的生殖细胞。当三倍体植株开花时，需要授给普通西瓜(二倍体)成熟的花粉，刺激子房发育而成为果实(一般需要施用一定浓度的生长素，做为辅助手段，以外源生长素诱导内源生长素促进结果)。因为胚珠并不发育成为种子，所以这种西瓜叫做无子西瓜。无子西瓜不仅满足了国内市场的需求，而且远销国外。,如果反交，得到的三倍体西瓜珠被可发育成种皮，这样的三倍体西瓜没有使用价值。,5经典例题：,例 四倍体水稻的花粉经离体培养得到的单倍体植株中，所含的染色体组数是,A1组 B2组,C3组 D4组,答案：B,五、基因工程育种,一种生物的DNA上的基因之所以能在其他生物体内得以进行相同的表达，是因为它们共用一套遗传密码。在该育种方法中需两种工具酶（限制性内切酶、DNA连接酶）和运载体（质粒），质粒上必须有相应的识别基因，便于基因检测。如人的胰岛素基因移接到大肠杆菌的DNA上后，可在大肠杆菌的细胞内指导合成人的胰岛素；抗虫棉植株的培育;将固氮菌的固氮酶基因移接到植物DNA分子上去，培育出固氮植物。固氮基因的表达方式为：,1原理：基因重组（或异源DNA重组）和所有生物氨基酸遗传密码子的通用性。,物质基础是：生物的DNA均由四种脱氧核苷酸组成。,其结构基础是：一般生物的DNA均为双螺旋结构。,2方法和过程：,提取目的基因装入载体导入受体细胞基因表达筛选出符合要求的新品种。,这种技术是在生物体外，通过对DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要的基因产物。通俗地说，就是按照人们的主观意愿，把一种生物的个别基因复制出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。基因工程是在DNA分子水平上进行设计施工的。,重组的DNA分子进入受体细胞后，受体细胞必须表现出特定的性状，才能说明目的基因完成了表达过程。,3优缺点：不受种属限制，可根据人类的需要，有目的地进行，育种时间短,；可能会引起生态危机，技术难度大。,4应用：科学家最初做抗虫棉试验时，虽然已经检测出棉的植株中含有抗虫的基因，但让棉铃虫食用棉的叶片时，棉铃虫并没有被杀死，这说明抗虫基因还不能在高等植物中表达。科学家在研究的基础上，又一次对棉植株中的抗虫基因进行了修饰，然后再让棉铃虫食用棉的叶片，结果食用的第二天棉铃虫就中毒死亡了。这说明抗虫基因在棉植株中得到了表达,导入,扩增,5经典例题：,例 （2007年天津理综卷）在培养转基因植物的研究中，卡那霉素抗性基因（kan）常作为标记基因，只有含卡那霉素抗性基因的细胞才能在卡那霉素培养基上生长。下图为获得抗虫棉的技术流程。,请据图回答：,（1）A过程需要的酶有_,（2）B过程及其结果体现了质粒作为运载体必须具备的两个条件是_,（3）C过程的培养基除含有必要营养物质、琼脂和激素外，还需加入_。,（4）如果利用DNA分子杂交原理对再生植株进行检测，D过程应该用_作为探针。,（5）科学家发现转基因植株的卡那霉素抗性基因的传递符合孟德尔遗传规律。,将转基因植株与_杂交，其后代中抗卡那霉素型与卡那霉素敏感型的数量比外1:1。,若该转基因植株自交，则其后代中抗卡那霉素型与卡那霉素敏感型的数量比为_。,若将该转基因植株的花药在卡那霉素培养基上作离体培养，则获得的再生植株群体中抗卡那霉素型植株占_。,答案：（1）限制性内切酶和DNA连接酶,（2）具有标记基因；能在宿主细胞中复制并稳定保存,（他们没有要求，具有多个限制酶切点，教材P.50）,（3）卡那霉素,（界定是否带有标记基因，转基因是否成功）,（4）放射性同位素（或荧光分子）标记的抗虫基因,（5） 非转基因植株 31100,（因为题干已经告诉我们“卡那霉素抗性基因（kan）常作为标记基因，只有含卡那霉素抗性基因的细胞才能在卡那霉素培养基上生长。”所有抗虫棉细胞均带有这个基因）,六、细胞工程育种,细胞工程育种是指用细胞融合的方法获得杂种细胞，利用细胞的全能性，用组织培养的方法培育杂种个体的方法。,1原理：植物细胞和动物细胞核的全能性。生物体的细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能，细胞的这种特性叫做细胞的全能性。生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质，都有发育成为完整个体所必需的全部基因，从理论上讲，生物体的每一个活细胞都应该具有全能性。,在生物体的所有细胞中，受精卵的全能性是最高的。有性生殖生物体的任何一个细胞，都是由受精卵分裂、分化而成的。生殖细胞，尤其是卵细胞，虽然分化程度很高，但是仍然具有较高的潜在全能性。在生物体内，细胞并没有表现出全能性，而是分化成为不同的组织、器官，这是基因在特定的时间和空间条件下选择性表达的结果。,不同种生物之间存在着生殖隔离，所以用传统的有性杂交方法是不可能做到这一点的。于是，这些科学家试图用这两种植物的体细胞进行杂交，来实现这一美妙的设想。植物体细胞杂交是用两个来自于不同植物的体细胞，由于细胞膜具有一定的流动性而融合成一个杂种细胞，并且把杂种细胞培育成新的植物体的方法。,2方法和过程：,（1）植物：去细胞壁获得原生质体原生质体融合组织培养,离体的植物器官、组织或细胞，在培养了一段时间以后，会通过细胞分裂，形成愈伤组织。愈伤组织的细胞排列疏松而无规则，是一种高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞。,由高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程，称为植物细胞的,脱分化,，或者叫做去分化。,脱分化产生的愈伤组织继续进行培养，又可以重新分化成根或芽等器官，这个过程叫做,再分化,。再分化形成的试管苗，移栽到地里，可以发育成完整的植物体。,植物组织培养的过程可以简要归纳为：,杂种细胞,杂种植株,原生质体,正在融合的原生质体,愈伤组织,原生质体融合合,组织培养,去壁,甜椒细胞(2n),番茄细胞(2n),离体的植物器官、组织或细胞,经过脱分化,愈伤组织,通过再分化,根、芽或胚状体植物体,植物细胞只有脱离了植物体，在一定的外部因素作用下，经过细胞分裂形成愈伤组织，才表现出全能性，由愈伤组织细胞发育、分化出新的植物,影响植物细胞脱分化产生愈伤组织的一个重要因素是植物激素。,当细胞分裂素与生长素共同使用时，能强烈地刺激愈伤组织的形成,。,植物激素还会影响到再分化过程中芽和根的发生。细胞分裂素与生长素之间的浓度比，可以调控植物组织培养过程中芽和根的形成。当细胞分裂素与生长素的浓度比高时，有利于芽的发生；当浓度比低时，则有利于根的发生,。,2）动物克隆：,核移植胚胎移植,19世纪70年代，科学家们在蛙的血细胞中也看到了多核细胞的现象，但是由于受当时科学技术发展水平的限制，人们对这一现象并没有给予足够的重视。1958年，日本科学家岗田用灭活的仙台病毒诱导人的腹水癌细胞融合成功。后来科学家们又成功地诱导了不同种动物的体细胞融合，并且能将杂种细胞培养成活。随着细胞融合技术的不断改进，现在这项技术已经广泛应用于细胞学、遗传学、免疫学、病毒学等多种学科的研究工作中。,3优缺点：,能克服远缘杂交的不亲和性，有目的地培育优良品种,。动物体细胞克隆，可用于保存濒危物种、保持优良品种、挽救濒危动物、利用克隆动物相同的基因背景进行生物医学研究等；技术复杂，难度大；它将对生物多样性提出挑战（创造出新的人造物种），有性繁殖是形成生物多样性的重要基础，而“克隆动物”则会导致生物品系减少（近亲个体增多），个体生存能力下降。,目前，植物体细胞杂交还有许多理论和技术问题没有解决，这项技术仍然处在研究阶段，距离推广应用还有一定差距。但是人们相信，经过科学家的不懈努力，让“番茄马铃薯”在地上结番茄、地下结马铃薯的愿望一定会实现。,哺乳动物如牛、羊等，妊娠时间长，每胎产子数少，繁殖速度比较慢。怎样才能加快优良种畜的繁殖速度呢？哺乳动物的胚胎移植技术，为畜牧业的发展带来了光明的前景。,胚胎移植的过程是这样的：以优良种牛的繁殖为例，科学家们首先用激素促进良种母牛多排卵，然后把卵细胞从母牛体内取出，在试管内与人工采集的精子进行体外受精，培育成胚胎，再把胚胎送入经过激素处理、可以接受胚胎植入的母牛子宫内，孕育成小牛产出。用这种方法得到的小牛叫做试管牛。利用胚胎移植技术可以使每头良种母牛一年繁殖牛犊上百头。,许多国家都成立有商业性牛胚胎移植公司，开展牛胚胎国际贸易。除了牛之外，羊、兔、猪、马、猫等动物的胚胎移植也获得了成功。,4、,经典例题：,下图所示为人类“治疗性克隆”的简要过程，请据图作答：,“治疗性克隆”的结果说明高度分化的体细胞的核仍然具有,。相同的胚胎干细胞，可以培养出胰岛细胞、血细胞、心肌细胞等各种组织细胞，究其本质原因是基因,的结果。上述“克隆”过程中细胞数目及功能的变化建立在,的基础上。, 全能性 选择性表达 分裂 、分化（答出一个给1分）,类别,杂交,育种,诱变,育种,单倍 体育种,多倍体育种,基因工程育种,细胞工程育种,原理,常用,方法,优点,缺点,基因重组,杂交自交选优,将不同个体的优良性状集中于一个个体上,育种周期长，工作量大,基因突变,用物理或化学因素处理生物,加速育种进程，大幅改良性状,有利的个体往往不多,染色体变异,花药离体培养，再秋水仙素处理,明显缩短育种年限,需与杂交育种配合，多限于植物,染色体变异,秋水仙素处理萌发的种子或幼苗,器官大，产量高，营养丰富,发育延迟，结实率降低,基因重组,转基因,技术,定向改造生物的遗传,操作复杂，难度大,细胞的全能性,植物体细胞杂交，细胞核移植和胚胎移植,培育优良品种，保存濒危物种(动物),同上,知识汇总,
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