第1节 杂交育种与诱变育种

第1节杂交育种与诱变育种

【目标导航】 1.结合具体实例，简述杂交育种的概念和基本原理，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。

一、杂交育种(阅读P98－99)

1．选择育种

(1)方法：驯化野生动物、栽培植物时，挑品质好的个体来传种，经过长期选择，汰劣留良，培育出许多优良品种。

(2)原理：利用生物的变异。

(3)缺点：育种周期长，可选择范围有限。

(4)实例：古代美洲印第安人对优良性状的玉米的选育。

2．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)过程：(以高产抗病小麦的选育为例)

P：高产、不抗病×低产、抗病

↓

F1高产、抗病(均为显性性状)

F2选出高产、抗病个体

选出不发生性状分离的所有高产、抗病个体

↓

新的优良品种

(3)原理：基因重组

(4)优点：操作简便。

(5)应用：

二、诱变育种(阅读P 100) 1．概念

2．优点

可提高突变率，在较短时间内获得更多优良变异类型。

3．缺点 诱发产生的突变，有利的个体往往不多，需处理大量材料，使选育工作量大，具有盲目性。

4．应用?

??

??

农作物：培育“黑农五号”大豆

微生物：青霉菌的选育

1．连线：

2．判断正误：

(1)杂交育种过程中，从F 2中选出符合人们要求性状的个体就可以大田推广种植。( ) (2)诱变育种可提高变异频率，能够产生多种多样的新类型，为育种创造丰富的原材料。( )

(3)由于基因突变的不定向性和低频性，基因突变产生的有利个体往往不多。( ) (4)诱变育种可产生新基因从而定向改造生物性状。( ) 答案 (1)× (2)√ (3)√ (4)×

一、杂交育种的过程及应用 1．杂交育种的过程图解 已知AAbb 与aaBB 为亲本 P AAbb×aaBB ↓ F 1 AaBb①

F 2 A_B_ A_bb aaB_ aabb② ??

多次自交直到后代不发生性状分离

AABB AAbb aaBB③ 2．分析

(1)材料的选择：要求所选育种材料分别具有我们所期望的个别性状，所选的原始材料，是人们在生产中多年栽培过的能稳定遗传的品种，一般是纯合子。

(2)杂交一次，得子代F 1是杂合子，不管在性状上是否符合要求，一般都不能直接用于扩大栽培。

(3)让F 1自交，得子代F 2。性状的重新组合一般是在F 2中出现，选出在性状上符合要求的品种，这些品种的基因型有纯合子，也有杂合子。

(4)把初步选出的品种进行隔离自交，根据F 3是否出现性状分离，可以确定被隔离的亲本是否为纯合子。如果是纯合子，F 3不出现性状分离，同时，F 3的基因型与亲本相同。 3．几种常见的杂交育种类型(以两对相对性状为例)

(1)培育杂合子品种：选取双亲――→杂交

子一代，需年年制种(如上述图①)。

(2)培育隐性纯合子品种：选取双亲――→杂交子一代――→自交子二代―→选出符合要求的类型就可以推广(如上述图②)。

(3)培育显性纯合子(或一显一隐杂合子)品种：选取双亲――→杂交子一代――→自交子二代―→选出符合要求的个体――→连续自交选出稳定遗传的个体推广(如上述图③)。 4．动、植物杂交育种的区别

(1)方法：植物杂交育种中纯合子的获得不能通过测交，只能通过逐代自交的方法获得；而动物杂交育种中纯合子的获得一般不通过逐代自交，而通过测交的方法进行确认后而获得。 (2)实例：现有基因型为BBEE 和bbee 的两种植物或动物，欲培育基因型为BBee 的植物或动物品种，育种过程用遗传图解表示如下：

1．培育细菌新品种时，能否用杂交育种的方法？

答案 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。

2．杂交育种是否一定要从F 2开始筛选？是否一定要连续多代自交？举例说明。 答案 不一定。如培育杂合子品种，选亲本杂交得到的F 1即可。

3．在杂交育种过程中，如果新品种是杂合子(如玉米、水稻等)，应注意什么？如果新品种是纯合子(如小麦)，应该注意什么？

答案 在杂交育种中，如果新品种是杂合子，每年都要育种。如果新品种是纯合子，要通过多代自交淘汰杂合子。

1．有两种纯种的小麦，一为高秆(D)抗锈病(T)，另一为矮秆(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――→a F 1――→b F 2――→c

稳定遗传的矮秆抗锈病新品种。 (1)这种育种方法叫____________育种。过程a 叫__________，过程b 叫____________。 (2)过程c 的处理方法是________________________________。

(3)F 1的基因型是________，表现型是________，矮秆抗锈病新品种的基因型为________。 【问题导析】 (1)矮秆抗锈病新品种是高秆(D)抗锈病小麦和矮秆(d)易感锈病小麦两个品种的优良性状结合，此培育方法叫杂交育种。

(2)过程a 叫杂交，产生的F 1的基因型为DdTt ，表现型为高秆抗锈病。过程b 是自交，目的是获得表现型为矮秆抗锈病的小麦品种，其基因通式为：ddT_，其中只有基因型为ddTT 的个体能够稳定遗传，若要得到该纯系则需经过[c]连续自交，直到后代无性状分离为止。 答案 (1)杂交 杂交 自交 (2)连续种植和观察，直至选出能稳定遗传的矮秆抗锈病新品种 (3)DdTt 高秆抗锈病 ddTT

【一题多变】

(1)选育出的纯合子新品种，在F 2所有的后代中的概率是多少？那么它在F 2的矮秆抗锈病后代中的概率又是多少？选种应该从哪一代开始？ 答案

116 1

3

F 2。 (2)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)? 答案 4年。

第一年：种植亲代，杂交，收获F 1种子； 第二年：种植F 1代，自交，收获F 2种子；

第三年：种植F 2代，获得表现型符合要求的小麦(矮抗)，同时矮抗自交，收获F 3种子，分单株保存；

第四年：分别种植符合要求的F 3代，观察是否性状分离，表现型不分离的为合乎要求的新品种。

(3)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)? 答案 1

4

2年。

第一年：种植亲代，杂交，收获F 1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。 二、诱变育种

1．显性突变和隐性突变在育种中的应用

(1)如果发生显性突变，在二倍体生物中通常第一代便会表现出来，但并不都是纯合子。特别是在异花受粉的植物中，还必须经过两次自交到第三代才能得到稳定遗传的纯合突变类型。如图所示：

(2)如果发生的是隐性突变，在自花受粉植物中只需要通过自交繁殖，到第二代便会有纯合的隐性突变体分离出来，虽然数目较少，但是一经出现便可选择应用。如图所示：

AA ――→突变Aa(不表现新性状)――→自交aa

2．杂交育种和诱变育种的比较

1．选育农作物优良品种，为什么要处理萌发的种子或幼苗？

答案 萌发的种子或者幼苗有丝分裂旺盛，在DNA 复制时容易诱发基因突变。

2．联系基因突变的特点，谈谈诱变育种的局限性。要想克服这些局限性，可以采取什么办法？

答案 诱变育种的局限性是诱发突变的方向难以掌握，突变体难以集中多个理想性状。要想克服这些局限性，可以扩大诱变后代的群体，增加选择的机会。

2．如下图所示，科研小组用60

Co 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。

(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。请你利用该纯合体作为一个亲本，再从诱变1代中选择另一亲本，设计一方案，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)。

【问题导析】 (1)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 。

(2)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，若要尽快选育则用单倍体育种方法，其可明显缩短育种年限。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：

【一题多变】

(1)用60Co的γ射线辐射植物种子的目的是_________________________________。

(2)用60Co的γ射线辐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射线辐射正在萌发的种子，而不用60Co的γ射线辐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)假如在用60Co的γ射线辐射正在萌发的种子的过程中，同时也诱导控制细胞色素C合成的基因发生了如白花、蓝花基因的突变形式，其中对植物影响较大的突变形式是如________的突变。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)提高变异频率(2)不定向一般有害

(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)蓝花基因显性

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.

不属于诱变育种特点的是( )

A．具有不定向性B．频率较高

C．多数有害 D．多数有利

答案 D

3.

下列几种育种方法，能改变原有基因的分子结构的是( )

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

解析基因的分子结构的改变是指基因中脱氧核苷酸的种类或顺序发生改变——基因突变。杂交育种、单倍体育种和多倍体育种都是在原有基因结构的基础上，经过重新组合、加倍等

过程产生新的性状组合，基因结构不发生变化。

4.

假设A、b代表玉米的优良基因，这两种基因是自由组合的。现有AABB、aabb两个品种，为培育出优良品种AAbb，可采用的方法如下图所示。请据图回答问题。

(1)由品种AABB、aabb经过①②③过程培育出新品种的育种方式称为______，其原理是________。用此育种方式一般从________才能开始选育AAbb个体，是因为________________________________。

(2)若经过过程②产生的子代总数为 1 552株，则其中基因型为AAbb的植株在理论上有________株。基因型为Aabb的植株经过过程③，子代中AAbb与aabb的数量比是________。

(3)过程⑤常采用________技术得到Ab个体。与过程①②③的育种方法相比，过程⑤⑥的优势是____________。

(4)过程⑦育种方式是________________。

答案(1)杂交育种基因重组F2从F2开始出现AAbb个体(或从F2开始出现性状分离)

(2)97 1∶1

(3)花药离体培养能明显缩短育种年限(4)诱变育种

解析根据孟德尔自由组合定律，F2中基因型为AAbb的植株占1

16

，所以共97株。Aabb自交后代AAbb和aabb的比例为1∶1。⑤⑥过程是单倍体育种，包括了花药离体培养和秋水仙素诱导染色体加倍两个步骤，可以明显缩短育种年限。⑦属于诱变育种。

【基础巩固】

1．可获得无子西瓜、青霉素高产菌株、矮秆抗病小麦的方法分别是( )

①诱变育种②杂交育种③单倍体育种④多倍体育种

A．①②④B．④①②

C．②①③ D．③①④

答案 B

2．用杂合子(DdEe)种子获得纯合子(ddee)最简捷的方法是( )

A ．种植→F 1→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。

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。培育专门吃这种塑料的“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．小麦高秆(A)对矮秆(a)为显性，抗病(B)对易感病(b)为显性，如图表示培育矮秆抗病品种的几种途径，下列相关说法正确的是( ) A ．过程①的原理是基因突变，最大优点是育种周期短 B ．过程⑥使用的试剂是秋水仙素，在有丝分裂间期发挥作用 C ．过程⑤为单倍体育种，可明显缩短育种年限 D ．④过程的子代中纯合子所占比例是2

3

答案 D

解析 过程①为诱变育种，最大的优点是变异频率高，可在较短的时间内获得更多的优良变异类型；秋水仙素作用于有丝分裂前期；过程②⑤⑥结合起来为单倍体育种；③过程产生的aaB_个体的基因型为13aaBB 和23aaBb ，自交后代纯合子所占的比例为13×1＋23×12＝23。

5．下列有关育种的叙述正确的是( )

A ．诱变育种可以定向地改变生物的性状

B ．通过杂交育种获得新品种均需要从F 3开始选取

C ．多倍体育种中，低温处理与秋水仙素处理的作用机理相似

D ．通过花药离体培养获得的新个体即为纯合子 答案 C

解析 由于基因突变具有不定向性，所以诱变育种不能定向改变生物的性状；通过杂交育种获得新品种可以从F 2就开始选取；在多倍体育种中，低温处理与秋水仙素处理的作用机理相似，都能抑制纺锤体的形成，从而导致着丝点分裂后染色体不能移向细胞两极，引起细胞内染色体数目加倍；在单倍体育种的过程中，通过花药离体培养获得的新个体只是单倍体，需通过人工诱导染色体加倍，才可能得到纯种个体。 【巩固提升】

6.下图是利用某植物(基因型为AaBb)产生的花粉进行单倍体育种的示意图，据图判断

下列说法正确的是( ) 花粉――→①植株A ――→②植株B

A ．过程①属于植物的组织培养，依据原理是植物细胞的全能性

B ．过程②通常使用的试剂是秋水仙素，作用时期为有丝分裂间期

C ．通过过程①得到的植株A 基因型为aaBB 的可能性为14

D ．通过过程②得到的植株B 一定是四倍体 答案 A

解析 过程①是花药离体培养，属于植物组织培养，理论依据是植物细胞的全能性；得到的植株A 基因型有AB 、Ab 、aB 、ab 四种可能；过程②是用秋水仙素处理单倍体幼苗，作用时期为有丝分裂的前期；得到的植株B 基因型有AABB 、aaBB 、AAbb 、aabb 四种可能，属于二倍体。

7．将①、②两个植株杂交，得到③，将③再做进一步处理，如下图所示。下列分析错误的是( )

A ．由③到⑦过程发生了等位基因的分离、非等位基因的自由组合

B ．获得④和⑧植株的原理不同

C ．若③的基因型为AaBbdd ，则⑩植株中能稳定遗传的个体占总数的1

4

D ．图中各种筛选过程利用的原理相同

答案 D

解析 ③到⑦过程要进行减数分裂产生花粉，所以该过程发生等位基因的分离和非等位基因的自由组合；③到④是诱变育种，原理是基因突变，而③到⑧是多倍体育种，原理是染色体变异；若③的基因型为AaBbdd ，则其自交后代只有纯合子才能稳定遗传，纯合子的概率是

12×12×1＝14

。 8．普通小麦中有高秆抗病(TTRR)和矮秆易感病(ttrr)两个品种，控制两对性状的基因分别位于两对同源染色体上。实验小组利用不同的方法进行了如下三组实验：

请分析回答下列问题：

(1)A 组由F 1获得F 2的方法是____________，F 2矮秆抗病植株中不能稳定遗传的占________。 (2)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三类矮秆抗病植株中，最可能产生不育配子的是________类。

(3)A 、B 、C 三组方法中，最不容易获得矮秆抗病小麦品种的是________组，原因是____________________________________。

(4)通过矮秆抗病Ⅱ获得矮秆抗病新品种的方法是________。获得的矮秆抗病植株中能稳定遗传的占________。

(5)在一块高秆(纯合子)小麦田中，发现了一株矮秆小麦。请设计实验方案探究该矮秆性状出现的可能原因(简要写出所用方法、结果和结论)。 ______________________________________。 答案 (1)自交

2

3

(2)Ⅱ (3)C 基因突变频率低且不定向 (4)秋水仙素(或低温)诱导染色体加倍 100% (5)将矮秆小麦与高秆小麦杂交；如果子一代为高秆，子二代高秆∶矮

秆＝3∶1(或出现性状分离)，则矮秆性状是基因突变造成的；否则，矮秆性状是环境引起的。或将矮秆小麦与高秆小麦种植在相同环境条件下，如果两者未出现明显差异，则矮秆性状由环境引起；否则，矮秆性状是基因突变的结果

解析 (1)A 组为杂交育种，由F 1获得F 2的方法为自交，F 2中矮秆抗病植株(ttR_)中不能稳定遗传的占2

3。(2)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三类矮秆抗病植株中，最可能产生不育配子的是Ⅱ，因其为单

倍体植株，往往表现为高度不育。(3)由于基因突变是不定向的，故诱变育种最具盲目性。 (4)矮秆抗病Ⅱ需经人工诱导染色体加倍，方可获得新品种，且一经加倍，一定为纯合子。(5)确认该矮秆小麦是否为遗传物质变化所引起可设计与高秆小麦的杂交实验，或改变种植环境予以确认。 【走进高考】

9．(多选)(2013·江苏高考，25)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 ．用转基因技术将外源抗旱基因导入③中获得c 答案 CD

解析 本题考查育种的相关知识。A 项中，①③不具有抗病基因，二者杂交不能获得a ，故错误。B 项中，③是高产、晚熟品种，染色体加倍之后，不能获得早熟性状，故错误。C 项中，诱变育种具有不定向性，能获得大量变异性状，a 、b 和c 的培育均可采用诱变育种方法，故正确。D 项中，转基因技术可以定向改变生物的性状，将外源抗旱基因导入③中能获得c ，故正确。