浅析高中学生了解的育种知识

湖南省东安县第一中学 秦宣武1

 

生物育种知识是高中生物教学中的重点知识，也是学生必需要了解的知识，在高中生物必修教材和选修教材中与该知识点相关的内容曾多次出现，该知识点也经常出现在近六年来的高考试题中。

 

一、含义：

生物育种是指人们按照自己的意愿，依据不同的育种原理，有目的、有计划地获得人们所需要的生物新品种。

包括两种情况：

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。

 

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：

A、 培育纯种：                         B、培育杂种：

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

（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）

①让纯种的高秆抗锈病和矮秆易染锈病小麦杂交得F₁ ；

②让F₁自交得F₂ ；

③选F₂中矮秆抗锈病小麦自交得F₃；

④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③④步骤

（4）特点：

优点：使位于在不同个体上优良形状集中于一个个体上。

缺点：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：

①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。

②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 （人工诱变育种）

（1）原理：基因突变

（2）方法：用物理因素（如X射线、γ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：

优点：1、提高了突变率，加速育种进程。

2、可大副度改良某些性状，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。

缺点：但由于突变的不定向性和有利的个体不多，因此该种育种方法具有盲目性，必要处理大量的供试材料。

（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。

操作方法：（参见下面图解）

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①让纯种的高秆抗锈病和矮秆易染锈病小麦杂交得F₁ ；

②取F₁的花药离体培养得到单倍体；

③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：

优点：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。

缺点： 技术复杂,有时需与杂交育种配合。

（5）说明：

①该方法一般适用于植物。

②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：

①三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49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。

②八倍体小黑麦的培育（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）优点：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：

①该种方法常用于植物育种，在动物中难于开展。

②有时须与杂交育种配合。

 

（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）利用植物激素进行育种

1．原理：适宜浓度的生长素可以促进果实的发育

2．方法：在未受粉的雌蕊柱头上涂上一定浓度的生长素类似物溶液，子房就可以发育成无子果实。

3．举例：无子番茄的培育

4．特点：由于生长素所起的作用是促进果实的发育，并不能导致植物的基因型的改变，所以该种变异类型是不遗传的。

5．说明：该种方法适用于植物。