学年高中生物第六章从杂交育种到基因工程第1节杂交育种与诱变育种教学案新人教版必修2.docx

学年高中生物第六章从杂交育种到基因工程第1节杂交育种与诱变育种教学案新人教版必修2.docx

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学年高中生物第六章从杂交育种到基因工程第1节杂交育种与诱变育种教学案新人教版必修2

第1节　杂交育种与诱变育种

[学习导航]　1.结合具体实例，简述杂交育种的概念和基本原理，并举例说明杂交育种方法的优点和不足。

2.举例说出诱变育种在生产中的应用。

3.讨论遗传和变异规律在生产实践中的应用。

[重难点击]　杂交育种和诱变育种的原理和过程。

你见过像图示的那样大的南瓜吗？

它可不是普通的南瓜，它是由我国首次载人航天飞船“神舟”五号带入太空培育的新品种。

这种南瓜比一般的杂交种品质好，一般重量在300～400斤，是名副其实的“巨人”南瓜。

这种育种方法的原理和过程是怎样的呢？

今天我们就来学习有关育种的知识。

一、杂交育种

1．概念：

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。

2．原理：

基因重组。

3．常用流程：

选择具有不同优良性状的亲本F1F2……→稳定遗传的良种。

4．优缺点：

可以把多个品种的优良性状集中在一起，但是育种周期长，育种筛选过程复杂；不能产生新基因和新性状。

有两种纯种的小麦，一个为高秆（D）抗锈病（T），另一个为矮秆（d）易感锈病（t），这两对性状独立遗传，现要培育矮秆抗锈病新品种，方法如下：

高秆抗锈病×矮秆易感锈病F1F2稳定遗传的矮秆抗锈病新品种。

请据此分析：

1．过程a、b、c的处理方法分别叫什么？

答案　杂交、自交、连续自交和观察筛选。

2．从哪一代开始出现矮秆抗锈病的新品种？

其中有多少比例的纯合子？

答案　F2中开始出现矮秆抗锈病个体，其中纯合子占。

3．上述杂交育种过程至少需要几年的时间（假设每年只繁殖一代）?

分析　第一年：

种植亲代，杂交，收获F1种子；

第二年：

种植F1，自交，收获F2种子；

第三年：

种植F2，获得表现型符合要求的小麦（矮抗），同时矮抗自交，收获F3种子，分单株保存；

第四年：

分别种植符合要求的F3，观察是否发生性状分离，不发生性状分离的为合乎要求的新品种。

答案　4年。

4．若上述过程改为单倍体育种的过程，则后代中ddTT占所有后代的比例是多少？

单倍体育种获得新品种至少需要几年（假设每年只繁殖一代）?

分析　第一年：

种植亲代，杂交，收获F1种子；

第二年：

种植杂交种子，长成植株开花后，取其花粉粒（精子的基因型有四种，为DT、Dt、dT、dt）进行植物组织培养，得到单倍体植株（基因型也是四种，为DT、Dt、dT、dt）。

在单倍体植株的幼苗期，用秋水仙素进行染色体加倍，得到纯合的二倍体植株（基因型分别为DDTT、DDtt、ddTT、ddtt）。

选取表现型合乎要求的植株所结种子即可。

答案　；2年。

5．培育细菌新品种时，能否用杂交育种的方法？

答案　不能，杂交育种只适用于进行有性生殖的生物，如植物和动物。

细菌是原核生物，不能进行有性生殖。

6．是不是所有的杂交育种过程都必须从F2开始筛选？

是不是也都需要连续自交提高纯合度？

举例说明。

答案　不一定。

如果培育杂合子品种，选亲本杂交得到的F1即可。

如果选育的优良性状是隐性性状，一旦出现就是纯合的，不需要再连续自交了。

知识整合　杂交育种通过杂交将两个或多个品种的优良性状集中在一起，再经过自交，F2中就出现所需要的品种，如果优良性状都是隐性性状，从F2中直接选出即可，如果优良性状为显性性状，需要连续自交和筛选（有些生物也可以从F2开始进行无性繁殖，如马铃薯），需要较长时间；单倍体育种可以明显缩短育种年限；杂交育种适合有性生殖的过程，原核生物一般不适用。

1．用杂合子（DdEe）种子获得纯合子（ddee）最简捷的方法是（　　）

A．种植→F1→选双隐性植株→纯合子

B．种植→秋水仙素处理→纯合子

C．种植→花药离体培养→单倍体幼苗→秋水仙素处理→纯合子

D．种植→秋水仙素处理→花药离体培养→纯合子

答案　A

解析　杂合子（DdEe）种子中含有d、e基因，自交后一旦出现隐性性状便能稳定遗传，方法简捷。

2．为获得纯合高蔓抗病番茄植株（二倍体），采用了下图所示的方法：

图中两对相对性状独立遗传，高蔓、感病是显性性状。

据图分析错误的是（　　）

A．过程①的自交代数越多，纯合高蔓抗病植株的比例越高

B．过程②可以取F1中任一植株的适宜花药作培养材料

C．经③处理获得的是由染色体加倍而成的多倍体植株

D．经③处理后获得的植株中符合生产要求的约占1/4

答案　C

解析　在杂交育种中，通过反复自交可提高纯合子的比例；由于F1中植株的基因型是相同的，故过程②可以取F1中任一植株的适宜花药作培养材料；由于该番茄植株是二倍体，故其单倍体经秋水仙素处理后染色体加倍而培养成的是纯合的二倍体植株。

育种要求是获得高蔓抗病番茄植株，F1产生4种类型的花药，故经③处理后获得的植株中符合生产要求的约占1/4。

二、诱变育种

1．概念：

利用物理因素或化学因素来处理生物，使生物发生基因突变，从而获得优良变异类型的育种方法称为诱变育种。

2．原理：

基因突变。

自然突变的频率低，而且是不定向的，较难获得生产所需要的品种。

物理因素或化学因素能提高突变率，短时间内获得更多的优良变异类型。

3．常用方法：

运用物理的或者化学的手段处理萌发的种子或幼苗，诱发基因突变，从中选出需要的突变个体，然后进行培育推广。

4．优缺点

（1）优点：

①提高变异频率，加速育种进程；②大幅度改良某些性状。

（2）缺点：

①有利变异少，需大量处理实验材料；②诱变的方向和性质不能控制，具有盲目性。

5．应用

当神舟六号航天飞船搭载着两位英雄宇航员成功返航时，一些特殊的乘客也回到了地球。

它们是一些生物菌种、植物组培苗和作物、植物、花卉种子等。

在太空遨游了115小时32分钟，返回地球后，搭载单位的科研人员将继续对它们进行有关试验。

请回答下列问题：

1．搭载航天器的植物种子需要做怎样的处理？

说明原因。

答案　浸泡种子使其萌发。

因为萌发的种子细胞分裂旺盛，易受到太空诱变因素的影响发生基因突变。

2．作物种子从太空返回地面后种植，往往能出现全新的变异特征，这种变异的来源主要是什么？

答案　基因突变。

3．这些新产生的变异对人类是否一定有益？

答案　不一定。

因为基因突变是不定向的。

4．遨游太空回到地面后的种子，种植一代发现没有所需要的性状出现，可以随意丢弃吗？

说明原因。

答案　不可以。

因为可能发生隐性突变。

知识整合　诱变育种通常处理萌发的种子或幼苗，因为这些细胞分裂旺盛，容易诱变基因突变，但因为基因突变是不定向的，不一定能获得优良性状；如果是隐性突变，还需要进一步杂交筛选。

3．如下图所示，科研小组用60Co照射棉花种子，诱变当代获得棕色（纤维颜色）新性状，诱变1代获得低酚（棉酚含量）新性状。

已知棉花的纤维颜色由一对基因（A、a）控制，棉酚含量由另一对基因（B、b）控制，两对基因独立遗传。

请回答下列问题：

（1）两种新性状中，棕色是________性状，低酚是________性状。

（2）诱变当代中，棕色、高酚的棉花植株的基因型是________，白色、高酚的棉花植株的基因型是________。

（3）棕色棉抗虫能力强，低酚棉产量高。

为获得抗虫高产棉花新品种，研究人员将诱变1代中棕色、高酚植株自交，每株自交后代种植在一个单独的区域，从__________的区域中得到纯合棕色、高酚植株。

请你利用该纯合子作为一个亲本，再从诱变1代中选择另一亲本，设计一个方案，尽快选育出抗虫高产（棕色、低酚）的纯合棉花新品种（用遗传图解和必要的文字表示）。

答案　

（1）显性　隐性　

（2）AaBB　aaBb

（3）不发生性状分离（或全为棕色棉，或没有出现白色棉）

遗传图解如下：

解析　基因突变一般只是等位基因的一个基因发生突变，分为显性突变和隐性突变二种情况，即：

①诱变当代获得棕色新性状→棕色为显性性状且诱变当代基因型为AaBB。

②诱变1代获得低酚新性状→低酚为隐性性状且诱变当代基因型为aaBb。

要培育纯合棕色低酚植株（其基因型为AAbb），需用基因型为AABB的植株与诱变1代的白色低酚（aabb）植株进行杂交，若要尽快选育则应用单倍体育种方法，因为它可明显缩短育种年限。

4．结合上题继续分析：

（1）用60Co的γ射线照射植物种子的目的是__________________________________。

（2）用60Co的γ射线照射原本开红花的植物种子，诱导产生了开白花、蓝花的植株等，说明基因突变具有______性。

50株突变植株中，47株逐渐死亡，说明基因突变具有________的特性。

（3）育种时用60Co的γ射线照射正在萌发的种子，而不用60Co的γ射线照射休眠的种子的原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

萌发种子的所有突变________（填“能”或“不能”）全部遗传给子代。

（4）假如诱变产生的蓝花植株自交，其后代中又出现了红花植株，这说明蓝花突变是________突变。

答案　

（1）提高突变率　

（2）不定向　多害少利　

（3）萌发的种子中细胞分裂旺盛，DNA复制旺盛，易发生基因突变　不能　（4）显性

1．杂交育种是植物育种的常规方法，其选育新品种的一般方法是（　　）

A．根据杂种优势原理，从子一代中即可选出

B．从子三代中选出，因为子三代中才出现纯合子

C．既可从子二代中选出，也可从子三代中选出

D．只能从子四代中选出能稳定遗传的新品种

答案　C

解析　杂交育种从子二代开始出现性状分离。

2．用高秆抗病小麦和矮秆易染病小麦培育矮秆抗病小麦品种时，检测基因型的常用方法是（　　）

A．连续自交B．连续测交

C．秋水仙素诱导D．显微镜观察

答案　A

解析　检测基因型的常用方法是连续自交。

3．有一种塑料在乳酸菌的作用下能迅速分解为无毒物质，可以降解，不至于对环境造成严重的白色污染。

培育专门降解这种塑料的“细菌能手”的方法是（　　）

A．杂交育种B．诱变育种

C．单倍体育种D．多倍体育种

答案　B

解析　细菌属于原核生物，原核生物不能进行有性生殖，因而不能实施杂交育种；原核生物无染色体不发生染色体变异，因而不能进行单倍体和多倍体育种。

4．杂交育种和诱变育种所依据的遗传学原理依次是（　　）

A．基因突变、基因重组

B．基因重组、基因突变

C．染色体变异、基因突变

D．染色体变异、基因重组

答案　B

解析　杂交育种遵循的遗传学原理是基因重组，诱变育种遵循的遗传学原理是基因突变。

5．小香猪“天资聪颖”，略通人性，成为人们的新宠。

其背部皮毛颜色由位于不同常染色体上的两对基因（A、a和B、b）控制，共有四种表现型，黑色（A__B__）、褐色（aaB__）、棕色（A__bb）和白色（aabb）。

现有多对黑色杂合的小香猪，要选育出纯合的棕色小香猪，请简要写出步骤（假设亲本足够多，产生的后代也足够多）。

（1）________________________________________________________________________；

（2）________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　

（1）杂交：

选择亲本中多对雌雄个体进行杂交

（2）测交：

选择F1中的棕色小香猪与异性白色小香猪测交，不出现性状分离的即为纯合子

解析　育种的方法为杂交→自交