第17讲 变异在育种中的应用-备战2025年高考生物一轮复习精讲课件（新高考通用）

第17讲 变异在育种中的应用 目录 Contents 一 杂交育种 二 诱变育种 第17讲 变异在育种中的应用 三 单倍体和多倍体育种 四 基因工程育种 【学习目标】 概念3 遗传信息控制生物性状，并代代相传； 3.3 由基因突变、染色体变异和基因重组引起的变异是可以遗传的 3.3.1 概述碱基的替换、插入或缺失引发基因中碱基序列的改变 3.3.2 阐明基因中碱基序列的改变有可能导致它所编码的蛋白及相应的细胞功能发生变化，甚至带来致命的后果 3.3.3 描述细胞的某些化学物资、射线以及病毒的作用下，基因突变概率可能提高，而某些基因突变能导致细胞分裂失控，甚至发生癌变 3.3.4阐明进行有性生殖的生物在减数分裂过程中，染色体所发生的的自由组合和交叉互换，会导致控制不同性状的基因重组，从而使子代出现变异。 3.3.5 举例说明染色体结构和数量的变异都可能导致生物性状的改变甚至死亡 第 页 可遗传的变异 变异类型 不可遗传的变异 基因突变 染色体变异 基因重组 突变 不能遗传给后代的变异 可以遗传给后代的变异 表观遗传 遗传物质改变 DNA碱基序列不发生改变 变异类型来源 1.原理： 基因重组 2.方法： 连续自交，不断选种。（不同个体间杂交产生后代，然后连续自交，筛选所需纯合子） 3.优点： 4.缺点： ①目的性强，通过杂交使位于不同个体上的优良性状集中于一个 个体上。 ①育种所需时间较长。 ②操作简单，技术要求不高。 ②只能利用已有的基因重组，不能创造新的基因。 一 杂交育种 5 （1）植物杂交育种中，优良性状的纯合子获得一般采用多次 自交选种； （2）动物杂交育种中，优良性状的纯合子获得一般采用测交， 选择测交后代不发生性状分离的亲本； （3）如果优良性状是隐性，直接在F2中选出即为纯合体。 一 杂交育种 5.总结 6 1.原理： 基因突变 2.方法： 3.优点： 4.缺点： 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，使生物发生基因突变，从中筛选有利变异。 ①提高突变率，加速育种进程。 ②大幅度改良某些性状，创造人们所需要的优良变异类型。 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。 二 诱变育种 7 1.原理： 染色体(数目)变异 2.方法： 3.优点： 4.缺点： 植株 ①花药离体培养 单倍体植株 ②人工诱导 染色体加倍 正常植株 （纯合子） 种子 自交 萌发 新植株 （新品种） 拥有正常染色体数目 ①明显缩短育种时间 ②所得个体均为纯合体 技术复杂操作困难 注意：单倍体育种≠花药离体培养 三 单倍体和多倍体育种 单倍体育种 8 抗倒伏，不抗病 抗倒伏抗病 花药（粉）： 单倍体幼苗：DT Dt dT dt 正常植株：DDTT DDtt ddTT ddtt 新品种：DDtt 方法：花药离体培养 秋水仙素处理 DDTT（♀）× ddtt（♂） 第一年 第二年 筛选 DdTt 抗倒伏，不抗病 倒伏，抗病 二倍体生物 组织培养 DT Dt dT dt 9 多倍体育种 1.原理： 染色体(数目)变异 2.方法： 3.优点： 4.缺点： 果实大、营养丰富等 结实率,发育迟缓 低温处理或秋水仙素处理萌发的种子或幼苗 5.无籽香蕉培育 野生芭蕉 2n 有籽香蕉 4n 加倍 野生芭蕉 2n 无籽香蕉 3n 三 单倍体和多倍体育种 10 同源多倍体育种 eg.无子西瓜培育 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？ （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。 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 11 同源多倍体育种 无子西瓜培育 2N 第一年 2N 4N 果皮____ 种子的胚____ 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 12 同源多倍体育种 假授粉 3N 2N 母本 父本 果皮____ 3N ①三倍体植株不能进行正常的减数分裂形成生殖细胞，因此不能形成种子。 （5）三倍体西瓜为什么没有种子？ 真的一颗没有吗？ 联会紊乱 ②并不是绝对一颗种子都没有，其原因是在进行减数分裂时，有可能形成正常的卵细胞。 13 同源多倍体育种 假授粉 3N 2N 母本 父本 果皮____ 3N 两次传粉 第一次传粉目的： 杂交获得三倍体种子 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。 由于三倍体联会紊乱，无法产生配子，其激素也会收到影响，所以发育迟缓，因此需要花粉去刺激三倍体柱头，使子房发育成西瓜。 14 同源多倍体育种 （6）按照一般流程，获得无子西瓜需要几年？ ①进行无性繁殖。将三倍体西瓜植株进行组织培养获取大量的 组培苗，再进行移栽。 （7）每年都要制种，很麻烦，有没有替代方法？ ②利用生长素或生长素类似物处理二倍体未受粉的雌蕊， 以促进子房发育成无种子的果实。 2年 15 异源多倍体育种 实例1：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 16 异源多倍体育种 实例2： 八倍体小黑麦的培育过程 第1步：杂交 异源四倍体（4N） （ABDR） 第2步：染色体加倍 注意：这里的A、B、D、R代表的是染色体组，而不是基因。所以，异源四倍体（ABDR）是不可育的。 第一年 第二年 普通小麦（6N） × 小黑麦（2N） （RR） （AABBDD） 八倍体小黑麦（8N ） （AABBDDRR） 秋水仙素 处理 17 几种育种方式比较 类 型 杂交育种 诱变育种 单倍体育种 多倍体育种 育种原理 育种法 优点 应用 实例 基因突变 染色体变异 基因重组 染色体变异 杂交→自交→选优 →自交 物理或化学的方法处理生物 花药离体培养后再用秋水仙素加倍 使不同亲本的优良性状集中于同一个体上 提高变异频率加速育种进程 明显缩短育种年限 器官大型， 营养含量高 培育矮抗小麦 培育青霉素高产菌株 培育矮抗小麦 三倍体无子 西瓜的培育 用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗 18 课堂小结 ①“可遗传”与“可育” 可遗传≠可育。三倍体无子西瓜、骡子、二倍体的单倍体等均表现为“不育”，但它们均属于可遗传变异。 ②“最简便”与“最快速” 最简便着重于技术含量应为易操作，如杂交育种，虽然年限长，但农民自己可简单操作。但最快速则未必简便，如单倍体育种可明显缩短育种年限，但其技术含量却较高。 ③“单倍体育种”与“花药离体培养” 单倍体育种包括花药离体培养和秋水仙素处理等过程； 花药离体培养只是单倍体育种的一个操作步骤。 19 ④单倍体育种形成的个体不一定是纯合子。 ⑤单倍体育种和多倍体育种都需要用秋水仙素处理，前者操作对象是幼苗期的单倍体植株，后者操作对象是萌发的种子或幼苗期的正常植株。 ①原理： 基因重组 1.概念： 基因工程又叫______________或_______________，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，_________生物的遗传特性。 基因拼接技术 DNA 重组技术 定向改造 ②理论基础： A.DNA是遗传物质的证明 B.DNA双螺旋结构和中心法则的确立 C.基因是遗传的结构和功能单位 D.遗传密码的破译(一切生物几乎共用一套遗传密码) 四 基因工程育种 21 2.基本工具 ①基因的剪刀：___________________ ②基因的针线：____________ ③基因的载体：_____、_______和_____________ 限制性核酸内切酶 DNA 连接酶 质粒 噬菌体 动植物病毒 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。 四 基因工程育种 22 5.过程 提取目的基因 目的基因与运载体的结合 将目的基因导入受体细胞 目的基因的检测与鉴定 1 2 3 4 四 基因工程育种 23 育种目标 育种方案 集中双亲优良性状 对原品系实施“定向”改造 让原品系产生新性状 使原品系营养器官“增大”或“加强” 杂交育种 基因工程育种 诱变育种 多倍体育种 24 1.根据育种程序图识别育种名称和过程。 杂交 自交 花药离体培养 秋水仙素处理 诱变处理 秋水仙素处理 转基因技术 脱分化 再分化 包裹人工种皮 习题巩固 25 2.番茄是二倍体植物。有一种三体，其6号染色体的同源染色体有3条，在减数分裂联会时，3条同源染色体中的任意2条随意配对联会形成一个二价体，另1条同源染色体不能配对而形成一个单价体。减数第一次分裂的后期，组成二价体的同源染色体正常分离，组成单价体的1条染色体随机地移向细胞的任何一极，而其他染色体正常配对、分离。 (1)从变异类型的角度分析，三体的形成属于_______________。 (2)若三体番茄的基因型为AABBb，则其产生的花粉的基因型及其比例为__________________________， 其根尖分生区一细胞连续分裂两次所得到的子细胞的基因型为 。 染色体数目变异 ABB∶ABb∶AB∶Ab＝1∶2∶2∶1 AABBb 习题巩固 26 3.2018年10月10日,在新疆喀什地区岳普湖县巴依阿瓦提乡4村,袁隆平院士团队培育的“海水稻”首茬开镰,进行实地收割测产,测产实际产量为549.63公斤,达到了预期产量的要求。对于水稻的培育,我们国家从未停止。下图中甲、乙表示水稻两个品种,A、a和B、b分别表示位于两对同源染色体上的两对等位基因,①~⑥表示培育水稻新品种的过程,请分析: 习题巩固 27 (1)图中哪种途径为单倍体育种?　　　　(填数字标号) 其为什么能缩短育种年限?　　　　　　 ①③⑤ 用花药离体培养获得的单倍体植株，经人工诱导染色体数目加倍后，植株细胞内每对染色体上的基因都是纯合的，自交后代不会发生性状分离，因此缩短了育种年限。 习题巩固 28 (2)图中哪些标号处需用秋水仙素处理?　　　(填数字标号) 处理部位有何区别? ⑤⑥ 图示⑤处需用秋水仙素处理单倍体幼苗,从而获得纯合子; ⑥处常用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗,以诱导染色体加倍。 习题巩固 29 (3)④⑥的育种原理分别是　　　　 、　　　 　　。  (4)图中最简便及最难以达到育种目标的育种途径分别是　　　　、 　　　(填数字标号)。  (5)杂交育种选育从F2开始的原因是　　　　　　　　　　　　。  (6)原核生物常选哪种育种方式?　　　　　　(填名称),为什么?　　　　　　　　　　　 基因突变 染色体变异 ①② ④ 从F2开始发生性状分离 诱变育种 原核生物无减数分裂,不能进行杂交育种,所以一般选诱变育种。 习题巩固 30 4.白菜型油菜(2n＝20)的种子可以榨取食用油(菜籽油)，为了培育高产新品种，科学家诱导该油菜未受精的卵细胞发育形成完整植株Bc。下列叙述错误的是（ ） A.Bc成熟叶肉细胞中含有两个染色体组 B.将Bc作为育种材料，能缩短育种年限 C.秋水仙素处理Bc幼苗可以培育出纯合植株 D.自然状态下Bc因配子发育异常而高度不育 A 习题巩固 31 5.研究者拟通过有性杂交的方法将簇毛麦(2n＝14)的优良性状导入普通小麦(2n＝42)中。用簇毛麦花粉给数以千计的小麦小花授粉，10天后只发现两个杂种幼胚，将其离体培养，产生愈伤组织，进而获得含28条染色体的大量杂种植株。以下表述错误的是（ ） A.簇毛麦与小麦之间存在生殖隔离 B.培养过程中幼胚细胞经过脱分化和再分化 C.杂种植株减数分裂时染色体能正常联会 D.杂种植株的染色体加倍后能产生可育植株 C 习题巩固 32 $$