生物变异在生产上的应用

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,*,第二节 生物变异在生产上的应用,问题一：,现有,纯合的早熟（A）不抗病（R）,的西瓜品种甲和,晚熟（a）抗病（r）,的西瓜品种乙，两对基因分别位于两对同源染色体上，如何获得,稳定遗传的早熟抗病,的优良品种？,第1年,第2年,第35年,P,F,1,F,2,A_R_,A_rr,aaR_,aarr,AArr,杂交育种,早熟不抗病,AARR,晚熟抗病,aarr,早熟不抗病,AaRr,需要的早熟抗病品种,花药离体培养,纯合体,P,早熟不抗病,AARR,晚熟抗病,aarr,F,1,早熟不抗病,AaRr,配子,AR,Ar,aR,ar,AR,Ar,aR,ar,AARR,AArr,aaRR,aarr,秋水仙素,需要的早熟抗病品种,第1年,第2年,单倍体植株,单倍体育种,一、杂交育种,1.概念,利用,基因重组,的原理，有目的的将两个或多个品种的优良性状组合在一起，再经过选择和培育，获得新品种的方法。,2.方法：,杂交 自交 (,选优 自交,)若干次,纯种,3.原理,基因重组,4.例子,农作物：袁隆平杂交水稻,农作物：袁隆平杂交水稻,2003年10月9日，30多年前颠覆了国际经典水稻理论的袁隆平再次让世界注意到了他。湖南省湘潭县泉塘子乡的超级杂交稻百亩示范片平均亩产达到807.46公斤，这个数字接近现在全国水稻平均亩产量的两倍，比普通杂交水稻的亩产量高出200公斤。水稻亩产从600公斤提高到,800公斤,是一个世界性的难题，而袁隆平从1997年提出“超级杂交稻计划”后，几乎每三年就能让杂交稻单产潜力成功提高100公斤，他的研究似乎是一株最为优良的作物多产、稳定。,4.例子,引进各纯种牛纯繁、驯化,各纯种牛与当地黄牛杂交,各杂交种互交,中国荷斯坦牛,优点：,泌乳期可达305天，年产乳量可达6300Kg以上,家畜、家禽,：,中国荷斯坦牛的育种过程：,杂种优势,基因型不同的两个亲本个体杂交产生的杂种第一代，在生长、繁殖、抗逆性、产量等性状上优于两个亲本的现象。如,骡子,骡子要比马省草料省得多，而且,力量也比马大，是一种省吃能干的役,畜，但它的弱点奔跑没有马快，不适,合奔跑，也不能生育。,优点：,缺点:,杂交后代会出现性状分离，进行纯化时工作量大，过程复杂，所需时间长。,育种的目的性强，使位于不同个体的优良性状集中于一个个体上 。,5、杂交育种的优缺点,讨论：杂交育种的优点是很明显的，但在实际操作中会遇到不少困难。请从杂交后代可能出现的各种类型，及育种的时间等方面，分析杂交育种方法的不足。,基因型位AaBb的水稻自交，自交后代中两对基因都是纯合的个体占总数的（ ）,A2/16 B4/16 C6/16 D8/16,B,二、单倍体育种,1.单倍体植株特点：,弱小，且高度不育,2.概念：,用单倍体做中间环节产生具有优良性状的可育纯合子的育种方法。,3. 单倍体育种的特点：,（1）缩短育种年限；,（2）能排除显隐性干扰，提高效率。,4.,过程,：,5.原理：,染色体变异,二倍体植株,（杂合子）,花药离体培养,单倍体植株,二倍体植株,（纯合子）,人工诱导染色体加倍,AARR,早熟不抗病,aarr,晚熟抗病,AaRr,早熟不抗病,花药离体培养,AR,Ar,aR,ar,人工诱导染色体加倍,AARR,AArr,早熟抗病,aaRR,aarr,F1,单倍体,单倍体育种,原理：,染色体变异,(,染色体组成倍地减少,),方法：,(1),先将花药离体培养，培养出单倍体植株,(2),将单倍体幼苗经一定浓度的秋水仙素处理获得纯合体。,优点：,明显缩短育种年限（一般为两年），加速育种进程。,缺点：,技术要求较高；一般只适用于植物。,问题二：,市场上无籽西瓜越来越受人们青睐，如何培育出,无籽西瓜,？,1.多倍体对细胞通常壁二倍体对细胞大，细胞内有机物对含量高、抗逆性强。,2.但发育延迟，结实率低。,多倍体植株的特点,染色体加倍后的草莓（上）,野生草莓（下）,多倍体水稻,三、多倍体育种,1.方法,低温处理,用,秋水仙素,处理,方法,原理,2.,应用,帕 米 尔 高 原,据统计,帕米尔高原上的植物65%以上是多倍体。,Q：秋水仙素处理法的具体做法是什么？原理又是什么？,方法：,用秋水仙素处理_或_。,原理：,当秋水仙素作用于正在_的细胞时，能够抑,制_的形成，导致_不能_,_，从而引起细胞内染色体_。染色体数目加倍的细胞继续进行_分裂，将来就可能发育成,_植株。,萌发的种子,幼苗,分裂,纺锤体,染色体,移向两极,数目加倍,有丝,多倍体,二倍体,八倍体,四倍体,秋水仙,素处理,秋水仙,素处理,人工诱导多倍体的产生,问题三,：,在中国航天科技集团航天育种研究中心扬州试验基地，田里的西瓜表皮呈现金黄色。基地负责人介绍，这是经过太空育种种植的西瓜，瓜肉清甜脆嫩，含糖量比一般青皮西瓜高两倍多，平均产量4000公斤/亩。,海南文昌的西瓜种子成为有幸搭上“神舟六号”飞船的全国唯一的西瓜种子。经过太空育种的西瓜病虫害少，收获期提前天，每亩比原来增产，瓜瓤口感好，投放市场后很受消费者欢迎。,四、诱变育种,1.概念,利用物理、化学因素诱导生物发生变异，并从变异后代中选育新品种的过程。,4.意义：,创造动植物、微生物,新品种,2.方法：,3.原理：,基因突变和染色体畸变,物理方法,(,紫外线、射线、宇宙射线、失重等,),或化学方法,(,秋水仙素、亚硝酸、硫酸二乙酯等,),处理植株，再选择符合要求的变异类型。,5.例子,农作物,黑龙江省农科院用辐射方法处理大豆，培育成了“,黑农五号,”等大豆品种，产量提高了16，含油量比原来提高2.5。,微生物,青霉菌,最初从发霉的甜瓜上发现，这种野生的青霉菌分泌的青霉素很少，青霉素是抗菌素的一种，是第一种能够治疗肺炎、脑膜炎、脓肿等人类疾病的抗生素。但产量只有,20单位/mL,。后来，人们对青霉菌进行X射线、紫外线照射以及综合处理，培育成了青霉素产量很高的菌株，目前产量已经可以达到50 000单位/mL,60 000单位/mL,。,太空育种,太空辣椒平均单个重达500克，果实中维生素C的含量提高了10%25%；黄瓜1根达1米多长；“航天芝麻1号”不仅个大，而且单株蒴果达98粒以上；水稻蛋白质含量可提高8.7%12%。,诱变育种的优缺点,讨论：与杂交育种相比，诱变育种有什么优点？联系基因突变的特点，谈谈该育种的局限性。要想克服这些局限性，可以采取什么办法？,优点：,可以提高突变频率，在短时间内获得更多的优良变异类型。,缺点：,有利变异少，需大量处理供试材料,提高变异频率，能产生多种多样对新类型，为育种创造出丰富对原材料。,能在较短的时间内有效对改良生物品种的某些性状。,改良作物品质，增强抗逆性。,问题四：,某大学两位教授经不懈努力，研究出,转鱼基因抗寒番茄新品种,，该品种是将美洲拟蝶鱼的抗寒基因转入番茄的染色体上，使番茄具有耐寒、高产、优质、抗病等优点。,能否用同样的方法培育出,西瓜抗寒品种,?,转鱼抗寒基因的番茄,抗寒西瓜？,五、转基因技术,1、概念：,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。,2、具体过程：,将所需要的,目的基因分离,出来或人工合成；将目的基因导入受体细胞内，使其整合到受体的染色体上；外源基因随细胞的分裂而增殖，并在体内得以表达，还能将获得的新性状稳定地遗传给后代。,生长快、肉质好的转基因鱼(中国),乳汁中含有人生长激素的转基因牛(阿根廷),3、转基因技术实例,这种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,。,转黄瓜抗青枯病基因的甜椒,转鱼抗寒基因的番茄,药物研制,我国生产的部分基因工程疫苗和药物,许多药品的生产是从生物组织中提取的。受材料来源限制产量有限，其价格往往十分昂贵。,微生物生长迅速，容易控制，适于大规模工业化生产。若将生物合成相应药物成分的基因导入微生物细胞内，让它们产生相应的药物，不但能解决产量问题，还能大大降低生产成本。,胰岛素从猪、牛等动物的胰腺中提取，,100Kg,胰腺只能提取,4-5g,的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。,将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每,2000L,培养液就能产生,100g,胰岛素！使其价格降低了30%-50%!,环境保护,基因工程做成的“超级细菌”能吞食和分解多种污染环境的物质。,通常一种细菌只能分解石油中的一种烃类，用基因工程培育成功的“超级细菌”却能分解石油中的多种烃类化合物。有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解DDT等毒害物质。,五、转基因技术,4、优缺点：,（1）人为增加了生物变异的范围，实现种间遗传物质的交换；,（2）针对性更强，效率更高，经济效益更明显；（3）高产、优质、抗病虫害和减少环境污染；（4）可能破坏生态环境、威胁人类健康，尤其是,转基因食品的安全性,。,提取,目的基因,（鱼抗寒基因）,基因工程育种,目的基因与运载体结合,将目的基因导入受体细胞,（西瓜细胞）,目的基因的检测和表达,名 称,原 理,方 法,优 点,缺 点,杂交自交选育,育种的方法,杂交育种,基因重组,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,单倍体育种,多倍体育种,诱变育种,转基因育种,染色体,畸变,染色体,畸变,基因突变 染色体变异,基因重组,花药离体培养，再秋水仙素处理使染色体加倍,常用秋水仙素处理萌发种子或幼苗，需与杂交育种配合,用物理或化学因素处理生物,提取，结合，导入，检测与表达,明显缩短育种年限子代均纯合,器官大，产量高，营养丰富,提高变异频率，加快育种进程，大幅改良某些性状,盲目性大，有利变异少，工作量大,定向改造生物性状，克服了远缘杂交不亲和的障碍,技术复杂，安全问题多，可能引起生态危机,发育延迟，结实率降低，多限于植物,需与杂交育种配合，多限于植物,非同源染色体上的非等位基因自由组合,Y,y,r,R,Y,y,R,r,Yr和yR,YR和yr,基因重组,A,a,B,b,同源染色体的非姐妹染色单体交叉互换，使基因重组,基因重组,a,b,B,A,染色体畸变,染色体畸变,数目变异,非整倍体变异,整倍体变异,结构变异,缺失:,重复:,倒位:,易位:,细胞中的一组_染色体，它们在_和_上,，但是携带着控制生物生长发育的,，这样的一组染色体，叫做一个,染色体组,。,染色体组的概念,非同源,形态,功能,全部遗传信息,单倍体和多倍体区分的关键,由_发育来的个体，不管体细胞有几个染色体组，均为,单倍体,。,由_发育来的个体，体细胞中有几个染色体组，即为,几倍体,。,配子,受精卵,各不相同,DNA分子中发生,碱基对,的,、,和,而引起的,核苷酸序列,的变化，因而引起,基因结构,的改变。,增加,缺失,替换,基因突变,普遍性,多方向性,稀有性,可逆性,有害性,基因突变的特点,等位基因,一个基因可以向不同方向突变为它的,相应性状的改变,相应蛋白质的改变,相应氨基酸的改变,mRNA分子中的碱基发生变化,DNA分子中的碱基对发生变化,基因突变的机理,转录,翻译,思考：,基因碱基对的改变，是否一定会引起蛋白质（性状）的改变？,概念,类型,发生时期,结果,适用范围,意义,非同源染色体上的非等位基因自由组合 同源染色体的非姐妹染色单体交叉互换,基因重组,染色体畸变,基因突变,控制不同性状的基因重新组合,染色体结构和数目变化引起的变异,基因结构的改变，包括DNA碱基对的缺失、增加或替换,染色体数目变异染色体结构变异,自发突变 诱发突变（物理、化学、生物方法）,减数第一次分裂前、后期,DNA复制时,不产生新基因，,产生新的基因型,不产生新基因，可引起基因数目和排列顺序改变,产生新基因，控制新性状,真核生物有性生殖过程,真核生物,所有生物均可发生,形成生物多样性的重要原因，对生物进化有重要意义,对生物进化有一定意义,生物变异的根本来源，对生物进化有重要意义,可遗传变异,在日本的北海道还出现了,三角型西瓜(又称金字塔瓜)，,被TBS电视台介绍后，更是在日本引起强烈反响。为此，“三角人面瓜”已申请了专利。,问题五：,一般西瓜都是圆的,圆西瓜给储运带来许多不便。圆西瓜占地儿，一辆卡车可装许多方砖，却装不了多少圆西瓜。圆西瓜还容易骨碌，不小心就摔坏了。所以装运西瓜都要小心翼翼。西瓜为什么不能是方的？台湾的农艺师们开动脑筋，培育方型西瓜。,变异的类型,可遗传的变异,不可遗传的变异,基因突变,染色体畸变,基因重组,关键：遗传物质有没有改变,生物的变异,