第六章从杂交育种到基因工程

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1、第六章第六章 从杂交育种到基因工程从杂交育种到基因工程第第1 1节节 杂交育种与诱变育种杂交育种与诱变育种诱变育种的突出诱变育种的突出优点优点是：提高变异的频率，加速育种进程。大幅度地是：提高变异的频率，加速育种进程。大幅度地改良某些性状。改良某些性状。缺点缺点：难以控制突变方向，无法将多个优良性状组合。：难以控制突变方向，无法将多个优良性状组合。选择育种选择育种一、杂交育种一、杂交育种 已知小麦的高秆已知小麦的高秆(D)对矮秆对矮秆(d)为显性，抗锈病为显性，抗锈病(T)对易对易感锈病感锈病(t)为显性，两对性状独立遗传。现在有高秆抗锈病为显性，两对性状独立遗传。现在有高秆抗锈病(DDTT)

2、、高秆易感锈病、高秆易感锈病(DDtt)、矮秆易感锈病、矮秆易感锈病(ddtt)的三个的三个纯系品种，要求设计一个通过基因重组培育双优新品种纯系品种，要求设计一个通过基因重组培育双优新品种(ddTT)的步骤。的步骤。杂交育种杂交育种以下是杂交的育种参考方案：以下是杂交的育种参考方案：高抗高抗 矮不抗矮不抗 高抗高抗DDTTddttDdTtddTt高抗高抗 高不抗高不抗 矮抗矮抗 矮不抗矮不抗ddTT矮抗矮抗ddTTddTt矮抗矮抗ddTT矮抗矮抗矮矮抗抗 矮不抗矮不抗ddTtddTT杂交杂交自交自交选优选优自交自交F3选优选优思考：要培育出思考：要培育出一个能稳定遗传一个能稳定遗传的植物品种至

3、少的植物品种至少要几年？要几年？杂交育种的概念：杂交育种的概念：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。原理：原理：基因自由组合定律。基因自由组合定律。优点优点：能集中位于不同品种中的优良性状。能集中位于不同品种中的优良性状。缺点缺点：只能利用已有的基因组，并不能产生新的基因。只能利用已有的基因组，并不能产生新的基因。杂交进程缓慢，过程繁琐。杂交进程缓慢，过程繁琐。l1、农作物品质改良杂交育种的应用：杂交育种的应用：2、动物养殖品种改良二、诱变育种二、诱变育种 利用物理因素（如X射线，紫外线，激光等）或化学因素（如亚硝酸等）处理生物，使生物发

4、生基因突变。诱变育种的突出诱变育种的突出优点优点是：提高变异的频率，加速育种进程。大幅度地是：提高变异的频率，加速育种进程。大幅度地改良某些性状。改良某些性状。缺点缺点：难以控制突变方向，无法将多个优良性状组合。：难以控制突变方向，无法将多个优良性状组合。l 在作物方面，应用诱变育种我国已培育出在作物方面，应用诱变育种我国已培育出100多种水多种水稻、小麦、玉米、大豆等优良品种。稻、小麦、玉米、大豆等优良品种。l 1、用射线和其他诱变剂处理大豆，培育成了、用射线和其他诱变剂处理大豆，培育成了“黑黑农五号农五号”等新品种。这品种含有改变了的酶系，在同等新品种。这品种含有改变了的酶系，在同样的施肥

5、和管理条件下可提高产量样的施肥和管理条件下可提高产量16%，含油量提高，含油量提高2.5。诱变育种的应用诱变育种的应用诱变育种的应用诱变育种的应用l 2、利用返回式卫星搭载植物种子以来，已成功进行了利用返回式卫星搭载植物种子以来，已成功进行了10余次航天育余次航天育种试验。种子在太空条件下发生基因突变，进行农作物遗传性状的改良。种试验。种子在太空条件下发生基因突变，进行农作物遗传性状的改良。诱变育种诱变育种太空育种太空育种诱变育种诱变育种l医药工业应用的青霉素就是利用普通青霉菌，经过医药工业应用的青霉素就是利用普通青霉菌，经过X射线射线的照射的照射，产生的有利突变型。还有医学上应用的其他抗菌，

6、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，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到几百倍，促进和提高比原始品系抗菌素产量增长几十倍到几百倍，促进和提高了抗菌素的生产。了抗菌素的生产。常常规规育种育种诱变诱变育种育种多倍体育种多倍体育种单单倍体育种倍体育种处处理理杂杂交交原理原理特点特点举举例例用射线、激光、用射线、激光、化学药品等处理化学药品等处理生物生物用秋水仙素处理种用秋水仙素处理种子或幼苗子或幼苗花药离体培养花药离体培养再人工诱导使染再人工诱导使染色体数目加倍色体数目加倍通过基因重组通过基因重组把

7、两亲本的优把两亲本的优良性状组合在良性状组合在同一后代中同一后代中用人工方法诱发用人工方法诱发基因突变，产生基因突变，产生新性状，创造新新性状，创造新品种或新类型品种或新类型抑制细胞分裂中抑制细胞分裂中纺锤体的形成，纺锤体的形成，使染色体数目加使染色体数目加倍后不能形成两倍后不能形成两个细胞个细胞诱导精子直接诱导精子直接发育成植株，发育成植株，再用秋水仙素再用秋水仙素加倍成纯合体加倍成纯合体方法简便，但需方法简便，但需较长年限方可获较长年限方可获得纯合体得纯合体加速育种的进程，加速育种的进程，大幅改良某些性大幅改良某些性状，但突变后有状，但突变后有利个体往往不多利个体往往不多器官大，营养物器官

8、大，营养物质含量高，但发质含量高，但发育延迟，结实率育延迟，结实率低低缩短育种年限，缩短育种年限，但方法复杂，但方法复杂，成活率较低成活率较低高杆抗病与矮杆高杆抗病与矮杆不抗病小麦杂交不抗病小麦杂交产生矮杆抗病品产生矮杆抗病品种种高产量青霉素菌高产量青霉素菌株的育成株的育成三倍体西瓜、八三倍体西瓜、八倍体小黑麦倍体小黑麦抗病植株的抗病植株的育成育成l1、杂交育种所依据的原理是什么（、杂交育种所依据的原理是什么（）A.基因突变基因突变 B.基因自由组合基因自由组合 C.染色体交叉互换染色体交叉互换 D.染色体变异染色体变异 2、据你所知道杂交选育新品种之外，杂、据你所知道杂交选育新品种之外，杂交

9、的另一个结果是获得（交的另一个结果是获得（）A.纯种纯种 B.杂种表现的优势杂种表现的优势 C.基因突变基因突变 D.染色体变异染色体变异BB太空椒太空椒诱变育种诱变育种太空育种太空育种l利用太空环境研究植物生长发育和遗传变异的讲究始于上世纪60年代初期，迄今已有40多年的历史。前苏联(俄罗斯)、美国空间植物学研究的主要目标，定位在以探索空间条件下植物生长发育规律，改善空间人类生存的小环境，解决宇航员的食品供给及生存安全等，这是为了将来“太空里的人类”。即使美国航空航天局于1995年建立了引力生物学中心，重点研究植物对引力的感受和反应，但其最终目标仍是开发出更加适于太空旅行的植物。而我国的太空

10、育种则把更多的注意力投向如何利用空间环境资源，开辟选育植物优良品种的新途径，这是为了现在“地球上的人类”。因为目的的不同，导致现在有“中国已经走上太空育种的最前沿”一说。自从1987年8月5日我国第一次利用返回式卫星搭载植物种子以来，已成功进行了10余次航天育种试验。前后共有70多种植物1000多个品种的植物种子经过太空育种，共吸引全国23个省市的70多个单位参与种子搭载试验。奇迹出现了水稻出现了大穗、大粒、优质、高产的效果，经航天诱变育种培育出的航育1号水稻新品种株高降低14厘米，生长期缩短13天，增产5%-10，累计已推广30万亩。华航一号水稻新品种穗大，粒多、结实率高，可增产10，亩产达

11、500公斤以上，已推广100万亩以上；小麦获得许多矮秆，丰产、早熟的后代作物，产量增长1015；青椒的优势亦很明显，长势十分喜人，已培育出一些高产、优质、抗病能力强的新品系，一种名叫872青椒，一个在250克以上，亩产5000公斤左右，维生素C含量增加20。苹果平均重量从90克提高到160克，亩产比地面良种对照组高30以上，丰产年份还达到122。江西广昌县利用航天育种培植出了特大粒白莲种卫星3号，每粒莲子重24克以上，比常规品种可增产60。诱变育种诱变育种太空育种太空育种空间生命科学：高真空(108pa)微重力(104g)强辐射(尤其是危害性极大的HZE）多倍体育种多倍体育种 在育种过程中，人

12、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。优点优点：器官大，营养物质含量高。缺点缺点：发育延迟，结实率低。多倍体育种多倍体育种l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 。l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 。l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。l上述过程需要的

13、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 。抑制纺锤体的形成抑制纺锤体的形成 生长素生长素 紊乱紊乱 三三 无籽西瓜无籽西瓜 单倍体育种单倍体育种 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。优点优点：缩短育种年限。缺点缺点：但方法复杂，成活率较低。单倍体育种单倍体育种 在野外发现抗锈病（显性基因在野外发现抗锈病（显性基因DD控制的）小麦植株，如控制的）小麦植株，如何快速获取可以稳定遗传的抗锈病的种子呢？何快速获取可以稳定遗传的抗锈

14、病的种子呢？转基因育种转基因育种 将某些生物完整的优良基因转移到其他物种中去，改造生物的遗传物质，使其在性状、营养品质、消费品质等方面向人类所需要的目标转变。基因工程又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。例如例如 将菜豆储藏蛋白基因转移到向日葵中，培育出高产、稳产、品质优将菜豆储藏蛋白基因转移到向日葵中，培育出高产、稳产、品质优良的良的“向日葵豆向日葵豆”，提高了蛋白质的含量。，提高了蛋白质的含量。把细菌的抗虫、抗病毒、抗除草剂、抗盐碱、抗干旱、抗高温等的把细菌的抗虫、抗病毒、抗除草剂、抗盐碱、抗干旱、抗高温等的抗性基因转移到农作物中去，就会产生具有相应抗性的农作物新品种。抗性基因转移到农作物中

15、去，就会产生具有相应抗性的农作物新品种。转基因育种转基因育种转基因育种的原理：人为基因重组转基因育种的原理：人为基因重组变异原因：人工方法使目的基因整合到受体变异原因：人工方法使目的基因整合到受体DNA分子中去分子中去实例：人体干扰素基因的转移、人体胰岛素基因的转移、转实例：人体干扰素基因的转移、人体胰岛素基因的转移、转基因大豆、转基因牛等基因大豆、转基因牛等优点：优点：人类实现对基因的定向转移，有利研究生物制药等人类实现对基因的定向转移，有利研究生物制药等缺点：缺点：可能带来生态灾难或战争狂人的可能带来生态灾难或战争狂人的“基因武器基因武器”。关注转基因食品安全关注转基因食品安全 对转基因食

16、品无害性的评估主要有以下几方面：是否有毒性、引起过敏反应、营养或毒性蛋白质的特性、注入基是否有毒性、引起过敏反应、营养或毒性蛋白质的特性、注入基因的稳定性、基因改变引起的营养效果及其他不必要的功能因的稳定性、基因改变引起的营养效果及其他不必要的功能等。对人类健康而言，专家们认为，主要应审查转基因食品有无毒性及对环境的影响。欧盟对转基因食品的生产和销售制定了一系列法规，要求基欧盟对转基因食品的生产和销售制定了一系列法规，要求基因改变不得超过基因总量的因改变不得超过基因总量的 1 1，市场上出售的转基因食品，市场上出售的转基因食品必须贴标签。必须贴标签。常常规规育种育种诱变诱变育种育种多倍体育种多

17、倍体育种单单倍体育种倍体育种处处理理杂杂交交用射用射线线、激光、激光、化学化学药药品等品等处处理理生物生物用秋水仙素用秋水仙素处处理理种子或幼苗种子或幼苗花花药药离体培养离体培养再人工再人工诱导诱导使使染色体数目加染色体数目加倍倍原理原理通通过过基因重基因重组组把把两两亲亲本的本的优优良性良性状状组组合在同一后合在同一后代中代中用人工方法用人工方法诱发诱发基因突基因突变变，产产生生新性状，新性状，创创造新造新品种或新品种或新类类型型抑制抑制细细胞分裂中胞分裂中纺锤纺锤体的形成，体的形成，使染色体数目加使染色体数目加倍后不能形成两倍后不能形成两个个细细胞胞诱导诱导精子直接精子直接发发育成植株，育

18、成植株，再用秋水仙素再用秋水仙素加倍成加倍成纯纯合体合体特点特点方法方法简简便，但需便，但需较长较长年限方可年限方可获获得得纯纯合体合体加速育种的加速育种的进进程，程，大幅改良某些性大幅改良某些性状，但突状，但突变变后有后有利个体往往不多利个体往往不多器官大，器官大，营营养物养物质质含量高，但含量高，但发发育延育延迟迟，结实结实率率低低缩缩短育种年限，短育种年限，但方法复但方法复杂杂，成活率成活率较较低低举举例例高杆抗病与矮杆高杆抗病与矮杆不抗病小麦不抗病小麦杂杂交交产产生矮杆抗病品生矮杆抗病品种种高高产产量青霉素菌量青霉素菌株的育成株的育成三倍体西瓜、八三倍体西瓜、八倍体小黑麦倍体小黑麦抗病植株的育抗病植株的育成成