高中生物育种.doc

高中生物教材中的育种知识一、育种概念育种是人为干预下的生物变异，是人类对野生生物或现有品种的改造。育种学的任务是利用、改造现有生物，创造新品种，提高品种的数量和质量，以满足人民生活的需求。依据不同的标准育种类型较多，高中阶段接触到的主要是依据原理、方法分为两种情况：1从不良性状中把所需要的优良性状（相对性状）分离出来或把位于不同个体的优良性状集中到一个个体上来。如利用基因分离的原理从高秆小麦中分离出能抗倒伏的矮秆小麦品种；通过基因的自由组合，把小麦中高秆抗锈病和矮秆不抗锈病两种性状进行重新组合获得矮秆抗病的小麦优良品种。2创造具有优良性状的生物新品种。如利用人工诱变育种技术培育青霉素高产菌株；利用基因工程的原理创造能分泌胰岛素的大肠杆菌菌种。此内容同时也是高考经常出现的重点。二、育种方法（一） 根据“变异的来源”原理进行育种1杂交育种：（1）原理：基因重组（通过基因分离、自由组合或连锁交换，分离出优良性状或使各种优良性状集中在一起）（2）方法：连续自交，不断选种。（3）举例： PDDRRddrr F1 DdRr 自交F2 选矮秆抗病的个体 F3留未出现性状分离个体（纯合子）出现性状分离个体（杂合子）自交重复已知小麦的高秆（D）对矮秆（d）为显性，抗锈病（R）对易染锈病（r）为显性，两对性状独立遗传。现有高秆抗锈病、矮秆易染病两纯系品种。要求使用杂交育种的方法培育出具有优良性状的新品种。操作方法：（参见右面图解）让纯种的高秆抗锈病和矮秆易染锈病小麦杂交得F1 ；让F1自交得F2 ；选F2中矮秆抗锈病小麦自交得F3；留F3中未出现性状分离的矮秆抗病个体，对于F3中出现性状分离的再重复步骤（4）特点：育种年限长，需连续自交不断择优汰劣才能选育出需要的类型。（5）说明：该方法常用于：a同一物种不同品种的个体间，如上例；b亲缘关系较近的不同物种个体间（为了使后代可育，应做染色体加倍处理，得到的个体即是异源多倍体），如八倍体小黑麦的培育、萝卜和甘蓝杂交。若该生物靠有性生殖繁殖后代，则必须选育出优良性状的纯种，以免后代发生性状分离；若该生物靠无性生殖产生后代，那么只要得到该优良性状就可以了，纯种、杂种并不影响后代性状的表达。2诱变育种（1）原理：基因突变（2）方法：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、硫酸二乙脂等）来处理生物，使其在细胞分裂间期DNA复制时发生差错，从而引起基因突变。（3）举例：太空育种、青霉素高产菌株的获得（4）特点：提高了突变率，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，但由于突变的不定向性，因此该种育种方法具有盲目性。（5）说明：该种方法常用于微生物育种、农作物诱变育种等3单倍体育种（1）原理：染色体变异（2）方法：花药离体培养获得单倍体植株，再人工诱导染色体数目加倍。（3）举例：已知小麦的高秆（D）对矮秆（d）为显性，抗锈病（R）对易染锈病（r）为显性，两对性状独立遗传。现有高秆抗锈病、矮秆易染病两纯系品种。要求用单倍体育种的方法培育出具有优良性状的新品种。PDDRRddrr F1 DdRr花药（配子）DR Dr dR dr单倍体DR Dr dR dr纯合子 DDRRDDrr ddRR ddrr秋水仙素诱导染色体加倍离体培养（组织培养技术）减数分裂杂交选取ddRR（矮抗）即为所需类型操作方法：（参见下面图解）让纯种的高秆抗锈病和矮秆易染锈病小麦杂交得F1 ；取F1的花药离体培养得到单倍体；用秋水仙素处理单倍体幼苗，使染色体加倍，选取具有矮秆抗病性状的个体即为所需类型。（4）特点：由于得到的个体基因都是纯合的，自交后代不发生性状分离，所以相对于杂交育种来说，明显缩短了育种的年限。（5）说明：该方法一般适用于植物。该种育种方法有时须与杂交育种配合，其中的花药离体培养过程需要组织培养技术手段的支持。4多倍体育种：（1）原理：染色体变异（2）方法：用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，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，即可发育成多倍体植株。（3）举例：三倍体无子西瓜的培育（同源多倍体的培育）过程图解：参见高二必修教材第二册第55页图解说明：a三倍体西瓜种子种下去后，为什么要授以二倍体西瓜的花粉？西瓜三倍体植株是由于减数分裂过程中联会紊乱，未形成正常生殖细胞，因而不能形成种子。但在三倍体植株上授以二倍体西瓜花粉后，花粉在柱头上萌发的过程中，将自身的色氨酸转变为吲哚乙酸的酶体系分泌到西瓜三倍体植株的子房中去，引起子房合成大量的生长素；其次，二倍体西瓜花粉本身的少量生长素，在授粉后也可扩散到子房中去，这两种来源的生长素均能使子房发育成果实（三倍体无籽西瓜）。b如果用二倍体西瓜作母本、四倍体西瓜作父本，即进行反交，则会使珠被发育形成的种皮厚硬，从而影响无子西瓜的品质。八倍体小黑麦的培育（异源多倍体的培育）：普通小麦是六倍体（AABBDD），体细胞中含有42条染色体，属于小麦属；黑麦是二倍体（RR），体细胞中含有14条染色体，属于黑麦属。两个不同的属的物种一般是难以杂交的，但也有极少数的普通小麦品种含有可杂交基因，能接受黑麦的花粉。杂交后的子一代含有四个染色体组（ABDR），不可育，必须用人工方法进行染色体加倍才能产生后代，染色体加倍后的个体细胞中含有八个染色体组（AABBDDRR），而这些染色体来自不同属的物种，所以称它为异源八倍体小黑麦。（4）特点：该种育种方法得到的植株茎秆粗壮，叶片、果实和种子较大，糖类和蛋白质等营养物质的含量有所增加。（5）说明：该种方法常用于植物育种；有时须与杂交育种配合。5利用杂种优势育种（选学）（1）原理：细胞质、细胞核遗传（2）方法：利用雄性不育性制种。采用恢复系*恢复系，恢复系*品种和不育系*恢复系等组配方式进行杂交。（3）举例：三系配套杂交育种（二）依据“工程原理”进行育种1利用“基因工程”育种（1）原理：DNA重组技术（属于基因重组范畴）（2）方法：按照人们的意愿，把一种生物的个别基因复制出来，加以修饰改造，放到另一种生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。操作步骤包括：提取目的基因、目的基因与运载体结合、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与表达等。（3）举例：能分泌人类胰岛素的大肠杆菌菌株的获得，抗虫棉，转基因动物等（4）特点：目的性强，育种周期短。（5）说明：对于微生物来说，该项技术须与发酵工程密切配合，才能获得人类所需要的产物。2利用“细胞工程”育种原理植物体细胞杂交细胞核移植方法用两个来自不同植物的体细胞融合成一个杂种细胞，并且把杂种细胞培育成新植物体的方法。操作步骤包括：用酶解法去掉细胞壁、用诱导剂诱导原生质体融合、将杂种细胞进行组织培养等。是把一生物的细胞核移植到另一生物的去核卵细胞中，再把该细胞培育成一个新的生物个体。操作步骤包括：吸取细胞核、将移植到去核卵细胞中、培育（可能要使用胚胎移植技术）等。举例“番茄马铃薯”杂种植株鲤鲫移核鱼，克隆动物等特点可克服远缘杂交不亲合的障碍，大大扩展了可用于杂交的亲本组合范围。说明该种方法须植物组织培养等技术手段的支持。该种方法有时须胚胎移植等技术手段的支持。三、知识网络构建育种方法（一）根据“变异的来源”原理进行育种1、 杂交育种2、 诱变育种3、 单倍体育种4、 多倍体育种5、 利用杂种优势育种（二）依据“工程原理”进行育种1、利用“基因工程”育种2利用“细胞工程”育种四、经典例题分析：1、小麦品种是纯合体，生产上用种子繁殖，现要选育矮杆（aa）、抗病（BB）的小麦新品种；马铃薯品种是杂合体（有一对基因杂合即为杂合体），生产上通常用块茎繁殖。现要选育黄肉（Yy）、抗病(Rr)的马铃薯新品种。请分别设计小麦品种间杂交育种程序，以及马铃薯品种间杂交育种程序。要求用遗传图解表示并加以简要说明。（写出包括亲本在内的前三代即可）解析：本题主要考查作物杂交育种的有关知识，同时考查了有关生殖方面的知识。就试题本身而言不难，但考生很容易出现以下几方面的问题： 不能准确地绘制遗传图解。考生在绘制遗传图解时随意性太大，没有掌握遗传图解的绘制方法和规范。 混淆了杂交育种与单倍体育种。部分考生在选育小麦时运用了单倍体育种的方法。 题意理解出现偏差。对题干中“现要选育黄肉(Yy)、抗病(Rr)的马铃薯新品种”的理解不到位，使得部分考生难以确定育种中马铃薯亲本的基因型。在做题时没有考虑到利用种子繁殖和利用块茎进行繁殖对后代的影响。答案： 小麦第一代AABBaabb 亲本杂交 第二代F1AaBb 种植F1代自交 自交第三代F2AB，Abb，aaB，aabb种植F2代，选矮杆、抗病（aaB_），继续自交，期望下代获得纯合体（注：AB，Abb，aaB，aabb表示F2出现的九种基因型和四种表现型。学生写出F2的九种基因型和四种表现型均给满分）马铃薯第一代 yyRr Yyrr 亲本杂交第二代 YyRr，yyRr，Yyrr，yyrr 种植，选黄肉、抗病（YyRr）第三代 YyRr 用块茎繁殖变式1、某作物的高秆(A)对矮秆(a)为显性,感病(R)对抗病(r)为显性。Aa和Rr是位于非同源染色体上的两对等位基因。今有高秆抗病和矮秆感病纯种,人们希望利用杂交育种的方法在最少的世代内培育出矮秆抗病新类型。应该采取的步骤是: (1)_ (2)_ (3)_ 解析：该题考查运用基因自由组合定律进行杂交育种的过程。杂交育种能够有目的的把不同个体的优良性状进行重新组合，从而培育出合乎要求的新品种，这样从开始杂交到选育出新品种至少要3年的时间，一般需12年的纯化，共需45年的时间才能培育出一个新品种。答案：（1）让高秆抗病和矮秆感病的两品种进行杂交得到F1；（2）F1自交得到F2；（3）在F2群体中选出矮秆抗病的植株。2、假设水稻抗病（R）对感病（r）为显性，高秆（T）对矮秆（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：（1）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。（2）采用_的方法得到单倍体幼苗。（3）用_处理单倍体幼苗，使染色体加倍。（4）采用_的方法，鉴定出其中的抗病植株。（5）从中选择表现抗病的矮秆植株，其基因型应是_。解析：根据题干中的要求（在较短的年限内培育出稳定遗传的抗病矮秆水稻）和要回答的问题，我们可以确定采用的育种方法为单倍体育种，育种方法确定下来以后，只要知识有关单倍体育种的知识，各相关问题的回答就显得比较简单了。答案：（1）RT、Rt、rT 、rt （2）花药离体培养 （3）秋水仙素 （4）病原体感染 （5）RRtt五、专题训练1、萝卜和甘兰杂交，能得到的种子一般不育，如果要得到可育的种子，你认为应该采取下列哪种措施( )A.利用花药离体培养技术B.利用染色体数目加倍技术C.利用细胞融合技术D.利用诱变育种技术2、用生长素和秋水仙素分别处理二倍体番茄的花蕾和幼苗，成熟后所获得的果实中分别含有的染色体组数是( )A.2和4B.2和2C.4和2D.4和43、在生产实践中，欲想获得无子果实常采用的方法有( )人工诱导多倍体育种 人工诱变 单倍体育种 用适当浓度的生长素处理A.B.C.D.4、用花药离体培养出马铃薯单倍体植株,当它进行减数分裂时,观察到染色体两两配对,形成12对,据此现象可推知产生花药的马铃薯是 （）A.二倍体B.三倍体 C.四倍体 D.六倍体 5、单倍体育种可以明显地缩短育种年限，这是由于 （）A育种技术操作简单 B单倍体植物生长迅速 C后代不发生性状分离 D诱导出苗成功率高 6、利用一定浓度的生长素溶液处理没有受粉的番茄花蕾，能获得无籽的番茄，其原因是（）A生长素促进子房发育成果实 B生长素抑制了蕃茄种子的发育 C生长素抑制番茄的受精 D生长素使子房发育快、种子发育慢 7、在下列叙述中，正确的是（）A培育无籽西瓜是利用生长素促进果实发育原理B培育八倍体小黑麦是利用染色体变异的原理C培育无籽番茄是利用基因重组的原理D培育青霉素高产菌株是利用基因突变的原理8、用四倍体西瓜与二倍体西瓜杂交所得的子一代植株开花后，经过适当处理，则（）A能产生正常配子,结出种子形成果实 B结出的果实为五倍体 C不能产生正常配子,但可形成无籽西瓜 D结出的果实为三倍体9、在水稻中有芒（A）对无芒（a）为显性，抗病（B）对不抗病（b）为显性。有两种不同的水稻，一个品种无芒、不抗病；另一个品种有芒、抗病。这两对性状独立遗传。无芒、不抗病有芒、抗病F1F2稳定遗传无芒、抗病的类型abc（1）杂交育种法培育出矮秆抗锈病能稳定遗传的步骤是： 过程a叫_，过程b叫_。过程c的处理方法是_。F1基因型是_，表现型是_，矮秆、抗锈病中所需基因型是_，整个育种过程至少需要_年时间。（2）单倍体育种法培育矮秆抗锈病类型步骤是：无芒、不抗病有芒、抗病F1dT配子dT幼苗稳定遗传无芒、抗病的类型defg过程d叫_，e是指_；过程f是指_，过程g是指_。各个育种过程只需_年时间。（3）对比上述两种育种方法，给出的结论是_。10、下图表示水稻的花药通过无菌操作，接入试管后，在一定条件下形成试管苗的培养过程，已知该水稻的基因型为AaBb。（1）愈伤组织是花粉细胞不断分裂后形成的不规则的细胞团，在愈伤组织形成过程中，必须从培养基中获得_和小分子有机物等营养物质。（2）要促进花粉细胞分裂和生长，培养基中应有_两类激素。（3）愈伤组织分化是指愈伤组织形成芽和根，再生芽发育成叶和茎。这一过程必须给予光照，其原因是_利用光能制造有机物，供试苗生长发育。（4）试管苗的细胞核中含有_条脱氧核苷酸链。（5）培育出的试管苗可能出现的基因型有_。（6）该试管苗需经人工诱导，使它的_，才能成为可育的植株。11、番茄在运输和贮藏过程中，由于过早成熟而易腐烂。应用基因工程技术，通过抑制某种促进果实成熟激素的合成，可使番茄贮藏时间延长，培育成耐贮藏的番茄新品种。这种转基因番茄已于1993年在美国上市，请回答：（1）促进果实成熟的重要激素是_，它能够发生的化学反应类型有_、_和_。（2）在培育转基因番茄的操作中，所用的基因的“剪刀”是_，基因的“针线”是_，基因的“运输工具”是_。（3）与杂交育种、诱变育种相比，通过基因工程来培育新品种的主要优点是_、_和_。12、如右下图所示为发酵工程生产产品的流程图，据图回答：（1）能生产人生长激素的工程菌是通过培养的，是_；高产青霉素茵种是通过培育的，是_，是_。（2）整个过程的中心阶段是发酵，要随时取样检测培养基中的细菌数目、产物浓度等。同时，要严格控制_和通气量、转速等发酵条件。（3）若是单细胞蛋白的话，是_，氨基酸、维生素属中的_产物。13、右下图是将人的生长激素基因导入细菌B细胞内制造“工程菌”示意图，所用载体为质粒A。已知细菌B细胞内不含质粒A，也不含质粒A上的基因，质粒A导入细菌B后，其上的基因能得到表达。（1）图中质粒A与目的基因结合产生重组质粒的过程通常是在体外完成的，此过程必须用到的工具酶为_。（2）目前把重组质粒导入细菌时效率不高，在导入前一般要用_处理细菌，以增大细菌细胞壁的通透性。（3）在导入完成后得到的细菌，实际上有的根本没有导入质粒，所以在基因工程的操作步骤中必须要有_这一步骤。（4）若将重组质粒导入细菌后，目的基因在“工程菌”中表达成功的标志是什么？_。14、据下图回答问题：（1）过程应使用