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第27讲 生物变异在育种上的应用
一、杂交育种
1、概念：
2、原理：
3、适用范围：
基因重组
有性生殖
4、优点：
5、缺点：
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。
操作简单，可以把多个品种的优良性状集中在一起。
①育种周期长；
②局限于同种或亲缘关系较近的物种；
一、杂交育种
6、杂交育种的过程：选取符合要求的纯合双亲杂交（♀×♂）
→ F1 → F2 → 鉴别、选择需要的类型，自交直至不发生性状分离为止。
【如】
U
①若培育显性纯合品种则需连续自交筛选；但若培育隐性纯合品种则无需连续自交筛选，F2中出现相关表型即为纯种，可推广应用。
②若是选育动物品种，则可用测交的方法，选出表现型符合要求且不发生性状分离的个体。
P
DDBB
ddbb
F1
DdBb
F2
D_B_
D_bb
ddB_
ddbb
高茎抗病
矮茎不抗病
F3
连续的自交直至不发生性状分离
选出ddBB
【探究·实践1】低温诱导植物细胞染色体数目的变化
1、实验原理
用低温处理植物的分生组织细胞，能够抑制纺锤体的形成，以致影响细胞有丝分裂中染色体被拉向两极，导致细胞不能分裂成两个子细胞，于是，植物细胞的染色体数目发生变化。
2、实验方法：
用低温诱导蒜洋葱根尖或茎尖。
有丝分裂前期
3、时期：
【探究·实践】低温诱导植物细胞染色体数目的变化
4、实验步骤：
小结：低温诱导植物染色体数目变化的实验中的试剂及其作用
试剂 使用方法 作用
卡诺氏液 将根尖放入卡诺氏液中浸泡0.5～1 h
体积分数为95%的酒精 冲洗用卡诺氏液处理的根尖
质量分数为15%的盐酸 与体积分数为95%的酒精等体积混合，作为解离液
蒸馏水 浸泡解离后的根尖约10 min
甲紫染液 （旧称龙胆紫溶液） 把漂洗干净的根尖放进盛有改良苯酚品红染液的玻璃皿中染色3～5 min
固定细胞形态
洗去卡诺氏液
解离根尖细胞
洗去解离液，防止解离过度
使染色体着色
【探究·实践2】低温诱导植物细胞染色体数目的变化
1、实验原理
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，导致染色体不能移向细胞两极，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有丝分裂就可能发育成多倍体植株。
秋水仙素（C22H25O6N）是从百合科植物秋水仙的种子和球茎中提取的一种植物碱。它是白色或淡黄色的粉末或针状结晶，有剧毒，使用时应当特别注意。
最常用且最有效的方法
2、实验方法：
用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗。
有丝分裂前期
3、时期：
讨论:
秋水仙素与低温都能诱导染色体数目加倍，这两种方法在原理上有什么相似之处？
秋水仙素与低温都能诱导染色体数目加倍，可能都与抑制纺锤体的形成有关，着丝粒分裂后没有纺锤丝的牵引作用，因而不能将染色体拉向细胞的两极，导致细胞中的染色体数目加倍。
二、单倍体育种
1、适用范围：
2、过程：
真核生物
①花药离体培养、②秋水仙素处理（方法）
花药
单倍体幼苗
正常纯合子
花药
离体培养
秋水仙素处理
（含有精子）
（一般不可育）
（染色体数目加倍）
（可育）
（植物组织培养技术）
3、原理：
染色体变异
【例】用高杆抗病（DDTT）和矮杆不抗病（ddtt）小麦品种培育矮杆抗病小麦（ddTT），见下图：
P DDTT × ddtt
F1 DdTt
DdTt
DT
Dt
dT
dt
DT
Dt
dT
dt
DDTT
DDtt
ddTT
ddtt
（种子）
第
一
年
（植物体）
减数分裂
花粉（配子）
花药离体培养（植物组织培养技术）
（单倍体幼苗）
秋水仙素处理（低温诱导）
（二倍体纯合植株）
第
二
年
播种
5、优点：
6、缺点：
明显缩短育种年限（两年）；
技术复杂
二、单倍体育种
单倍体育种所得个体并非都是纯合子。例如：
杂合子
三、多倍体育种
1、原理：
2、处理材料：
3、方法：
染色体变异
萌发的种子或幼苗
萌发的种子
或幼苗
抑制纺锤体形成
染色体不能移向细胞两极，从而引起染色体数目加倍
秋水仙素处理
或低温处理
导致
秋水仙素处理或者低温处理
4、优点：
5、缺点：
多倍体植株茎秆粗壮，叶、果实和种子比较大，营养物质含量丰富。
多倍体植株发育延迟，结实率低，多倍体育种一般只适用于植物。
6、实例1：无子西瓜的培育
2N
4N
第一年
（1）为什么用一定浓度的秋水仙素溶液滴在二倍体西瓜幼苗的芽尖？
西瓜的芽尖细胞正在进行有丝分裂，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，导致染色体不能移向细胞两极，从而引起细胞内染色体数目加倍。
2N
母本
父本
（2）处理后的植株，各个部位染色体数目是否都为4N？
秋水仙素处理后的茎、叶、花的染色体数目加倍，而未处理的根细胞中仍为两个染色体组。
6、实例1：无子西瓜的培育
2N
第一年
2N
4N
①果皮____
②种子的胚（受精卵）____
③种皮____
④胚乳____
拓展：
柱头
花柱
珠被
卵细胞(1个)
极核(2个)
胚囊
胚珠
果皮
子房
发育
子房壁
子房壁
胚珠
种皮
发育
胚
+精子
发育
胚乳
+精子
发育
种子
果实
6、实例1：无子西瓜的培育
2N
第一年
2N
4N
①果皮____
②种子的胚（受精卵）____
③种皮____
4N
3N
4N
杂交获得三倍体
（3）获得的四倍体西瓜为何要与二倍体杂交？
（4）为什么要用四倍体植株做母本？
①多倍体花粉可育低；②种子产量高;③种皮薄，利于播种
④胚乳____
5N
6、实例1：无子西瓜的培育
假授粉
3N
2N
母本
父本
果皮____
3N
（5）有时可以看到三倍体西瓜中有少量发育并不成熟的种子，请推测产生这些种子的原因。
联会紊乱
三倍体植株一般不能进行正常的减数分裂形成配子，因此，不能形成种子。但是，也有可能在减数分裂时形成正常的卵细胞，从而形成正常的种子，但这种概率特别小。
（6）两次传粉的目的
①第一次传粉目的：
杂交获得三倍体种子
②第二次传粉目的：
刺激子房产生生长素，促进子房发育为果实。
6、实例1：无子西瓜的培育
假授粉
3N
2N
母本
父本
果皮____
3N
联会紊乱
（6）按照一般流程，获得无子西瓜需要几年？
（7）每年都要制种，很麻烦，有没有替代方法？
2年
方法一，进行无性生殖，将三倍体植株进行植物组织培养获取大量培苗，再进行移栽；
方法二，利用一定浓度的生长素或生长素类似物处理二倍体植株未受粉的雌蕊，以促进子房发育成无种子的果实，同时，在花期全时段要进行套袋处理，以避免受粉。
四、多倍体育种
受精卵
刺激
胚珠
发育成
种子
合成
生长素
促进
子房
果实
有子果实
受精卵（无）
子房
一定浓度的生长素或
生长素类似物
不能形成
花蕾期去雄
果实
无子果实
拓展：无子番茄和无子西瓜形成原理一样吗？
四、多倍体育种
6、实例2：普通小麦的形成过程
这里的A、B、D代表的是染色体组，而不是基因。
异源二倍体：两个染色体组来自不同物种，联会紊乱，不可育。
异源二倍体幼苗如何处理使其可育？
秋水仙素处理
四、多倍体育种
普通六倍体小黑麦
二倍体黑麦（抗逆性强）
AABBDD（6n=42）
RR（2n=14）
ABD（3n=21）
R（n=7）
ABDR（4n=28）
杂种四倍体（不育）
染色体数目加倍
秋水仙素处理
八倍体小黑麦
AABBDDRR（8n=56）
异源六倍体
字母表示染色体组
6、实例3：八倍体小黑麦的培育过程
【针对训练】
（2022·天一联考真题）研究发现，簇毛麦（VV）具有许多普通小麦（AABBDD）不具有的优良基因（A、B、D、V均代表一个染色体组，且每个染色体组中都含有7条染色体），某实验小组为了培育新品种，让普通小麦和簇毛麦杂交产生F1，F1幼苗经化学物质X处理后获得可育的作物新品种，下列相关叙述错误的是（ ）
A．该育种方式依据的原理是染色体数目的变异
B．F1的染色体组成为ABDV，是单倍体植株
C．化学物质X可能是秋水仙素，其作用于有丝分裂前期
D．作物新品种在减数分裂时能形成28个四分体
B
四倍体植株
二、诱变育种
1、原理：
2、适用范围：
3、诱变因素：
基因突变
所有生物
（主要用于农作物和微生物）
①物理方法：紫外线、γ射线、微重力、激光等处理，再筛选
②化学方法：亚硝酸、硫酸二乙酯处理，再选择
4、培育过程：
二、诱变育种
4、优点：
①可以提高突变频率；
②大幅度地改良某些性状，创造人们所需要的优良变异类型；
③加快育种进程。
5、缺点：有利变异较少，工作量大，需处理大量材料，具有盲目性。
【典例·精心研深】
2.(2023·陕西咸阳期末)染色体变异在育种方面也有重要作用，下图是育种专家对棉花品种的培育过程，相关叙述错误的是(　　)
C
五、基因工程育种
2、原理：
基因重组
1、基因工程概念：又叫基因拼接技术或DNA 重组技术，指按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，定向改造生物的遗传特性。
3、优点：
4、缺点：
定向地改变生物遗传性状；目的性强；育种周期短；
克服远缘杂交不亲和的障碍。
技术复杂，安全性问题多。
小结：针对不同育种目标的育种方案
针对不同育种目标的育种方案
杂交育种
基因重组
杂交育种
基因重组
诱变育种
基因突变
单倍体育种
染色体变异
多倍体育种
染色体变异
基因工程育种
基因重组
【当堂巩固】
①途径A、D→
②途径B、C→
③途径E→
④途径F→
⑤途径G-J→
杂交育种
单倍体育种
诱变育种
多倍体育种
基因工程育种
【情境推理·探究】
1.为什么平时吃的香蕉是没有种子的？
提示　平时吃的香蕉是栽培品种，体细胞中含有3个染色体组，在进行减数分裂时，染色体联会紊乱，不能产生正常配子。
2.三倍体无子西瓜培育时用一定浓度的秋水仙素溶液处理二倍体西瓜的芽尖的原因是______________________________________________________________
____________________________________________________。
西瓜幼苗的芽尖是有丝分裂旺盛的地方，用秋水仙素处理有利于抑
制细胞有丝分裂时形成纺锤体，从而形成四倍体西瓜植株
3.已知普通青椒的果实肉薄且不抗病，基因型为ddtt，而现有果实肉厚且抗病的太空椒的基因型为DdTt。若要在最短时间内培育出纯合的果实肉厚且抗病的太空椒育种思路是________________________________________________
_________________________________________________________________
____________________________________________。
种植果实肉厚且抗病的太空椒(DdTt)，取其花粉离体
培养获得单倍体，用秋水仙素处理单倍体幼苗获得二倍体植株，挑选出果实肉厚且抗病的植株即为符合要求的纯合品种
【典例·精心研深】
D
1.普通西瓜(2n＝22)为单性花，雌雄同株。如图为培育三倍体无子西瓜的流程图。据图分析下列相关叙述错误的是(　　)
考向
结合育种的原理及过程，考查科学思维
A.图中育种过程利用了染色体变异的原理
B.秋水仙素抑制了纺锤体的形成，诱导产生了新物种
C.四倍体母本所结的西瓜的种子胚细胞内含有三个染色体组
D.由于同源染色体联会紊乱，商品果实中一定没有种子
【典例·精心研深】
考向
育种方法的选择
3.(2023·广东惠州调研)现有小麦种质资源包括：①高产、感病；②低产、抗病；③高产、晚熟等品种。为满足不同地区及不同环境条件下的栽培需求，育种专家要培育3类品种：a.高产、抗病；b.高产、早熟；c.高产、抗旱。下列叙述育种方法可行的是(　　)
A.利用①③品种间杂交筛选获得a
B.对品种③进行染色体加倍处理筛选获得b
C.a、b和c的培育均可采用诱变育种方法
D.用杂交育种的方法可以获得c
C
【典例·精心研深】
C
4.(2023·四川成都诊断)下列有关杂交育种的叙述，不正确的是(　　)
A.杂交育种的原理是基因重组，杂交育种可以集合两个或多个亲本的优良特性
B.杂交育种的目的可能是获得纯种，也可能是获得杂合子以利用杂种优势
C.与诱变育种相比，杂交育种一般过程简单，操作不繁琐，育种时间较短
D.若育种目标是获得隐性纯合子，则在育种时长上可能与单倍体育种相差不大
【典例·精心研深】
2.(2023·哈尔滨三中模拟)2019年，袁隆平被授予“共和国勋章”，以表彰他在杂交水稻研究领域作出的杰出贡献。请根据所学知识，回答有关某品种水稻(2N＝24，两性花，花多且小，自花受粉并结种子)育种的问题：
(一)(1)杂交育种的原理是_________，袁隆平找到的雄性不育的水稻，在进行杂交操作时的优势是______________________________________。
基因重组
省掉去雄的操作，提高了杂交育种的效率
(2)水稻的抗稻瘟病性状(R/r)与抗倒伏性状(T/t)均由一对等位基因控制且独立遗传。现有抗稻瘟病易倒伏植株与易感稻瘟病抗倒伏植株杂交，F1中仅有抗稻瘟病易倒伏与易感稻瘟病易倒伏两类植株且比例为1∶1，则亲本基因组成为________________________，技术人员在对基因型为rrTt的该品种水稻的幼苗用秋水仙素处理时，偶尔出现了一株基因型为RrrrTTtt的植株，该植株自交后代的性状分离比例是(只写出比例，不用写性状)_________________。
RrTT×rrtt或rrTT×Rrtt
105∶35∶3∶1
【典例·精心研深】
2.(2023·哈尔滨三中模拟)2019年，袁隆平被授予“共和国勋章”，以表彰他在杂交水稻研究领域作出的杰出贡献。请根据所学知识，回答有关某品种水稻(2N＝24，两性花，花多且小，自花受粉并结种子)育种的问题：
(3)该水稻花序的正常和异常是由一对等位基因控制的相对性状。某显性植株X自交，F1表现为正常花序∶异常花序＝1∶1。取F1正常花序植株的花粉进行离体培养，获得的幼苗用秋水仙素处理后都是异常花序植株。由此推测________是显性性状，植株X自交的子代性状分离比为1∶1的原因可能是____________________________________________________________________。
正常花序
含有正常花序(显性)基因的花粉不育，而含有异常花序(隐性)基因的花粉可育
(二)科研人员将另外两种栽培水稻品系(甲和乙)进行下图所示杂交，培育抗赤霉菌感染的水稻品系。
染色体组成为24＋RR的水稻品系甲中，除含有水稻的24条染色体外，还具有两条来自一种野生稻的R染色体，R染色体携带抗赤霉病基因。染色体组成为24＋CC的水稻品系乙中，除含有水稻的24条染色体外，另有两条来自另一种野生稻的C染色体。
(1)据图分析，F1的体细胞中染色体数为______，染色体组成为__________。
26
24＋R＋C　
(2)据图可知，甲、乙两品系之间并没有出现生殖隔离，因为它们的F1________
________________。
(3)需从F2选择具有_________性状的个体，进行多代自交以及赤霉病抗性检测，最终获得赤霉病抗性品系，该品系具有赤霉病抗性是由于______________
_____________________。
可育(自交
可产生可育后代)
抗赤霉病
具有来自R染色
体的抗赤霉病基因

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