第四章 生物的变异
第二节 生物变异在生产上的应用
易感病、红果肉（SSRR）
比较受到消费者的欢迎
抗病、黄果肉(ssrr)
不是很受消费者的欢迎
请问：如何能够得到既抗病的又是红果肉的番茄呢？
有位农场主，他有这样两个大棚果园，里面分别种了以下两种番茄：
杂交育种
P
抗病、黄果肉
ssrr
×
易感病、红果肉
SSRR
F1
易感病、红果肉
SsRr
↓
第1年
↓
×
F2
S_R_
S_rr
ssR_
ssrr
抗红
第2年
从中选出红果肉抗病的番茄，进行连续自交，不断淘汰不符合要求的品种，直到基本不发生性状分离为止。
F2红果肉抗病番茄中纯合子占到几分之几？
方法：
优点：
使位于不同个体上的多个优良性状集中于一个个体上培育出更优良的品种,能产生新的基因型。
缺点：
杂交育种只能利用已有基因的重组，按需选择，并不能创造新的基因。杂交后代会出现分离现象，育种过程缓慢（至少需要5年），过程复杂。
杂交→自交→选择→ 纯合化（连续自交等）
概念：利用基因重组原理，有目的地将两个或多个品种的优良性状组合在一起，培育出更优良的新品种。
一、杂交育种
实例
用纯种高秆抗病小麦与纯种矮秆不抗病小麦培育矮秆抗病小麦 ；培育抗病又是红果肉的新品种等
注意:
1.杂交育种涉及到的方法并非不是只有杂交，还有自交等。
2.迄今为止，常规杂交育种仍是培育新品种的有效手段。
3.利用杂交育种培育纯合品种，培育隐性纯合子，只要出现即是纯合子，要得到显性纯合子，要经过很长时间。
如何解决杂交育种培育时间长的缺陷呢？
现有宽叶、不抗病（AAbb）和窄叶、抗病(aaBB)两个烟草品种，目标是要培育能稳定遗传的宽叶、抗病（AABB)，如何在短时间内得到呢？
单倍体育种
由花粉长成单倍体一般有两条途径
①由花粉分裂形成愈伤组织（即分化程序很低的薄壁细胞团），再由愈伤组织分化出根和芽，最后形成植株。
②由花粉分裂形成胚状体（不是由合子发育成的胚叫胚状体），再由胚状体长成植株。
P： 宽叶不抗病(AAbb) ╳ 窄叶抗病（aaBB)
F1 宽叶抗病(AaBb)
AB、ab、Ab、aB
花药离体培养
纯合子 AABB aabb AAbb aaBB
AB、ab、Ab、aB)
秋水仙素处理 幼苗
用单倍体育种，需几年？ 用到哪些方法？
单倍体育种
配子
单倍体
秋水仙素的作用机理：抑制纺锤丝的形成
小资料：秋水仙素是从百合科植物秋水仙的种子和球茎中提取出来的一种植物碱，它是白色或淡黄色的粉末或针状结晶，有剧毒，使用时应当特别注意。
概念:利用单倍体作为中间环节产生具有优良性状的可与纯合子的育种方法
染色体畸变（染色体数目变异）
常用方法为花药离体培养、秋水仙素处理幼苗
1）明显缩短育种年限（一般为两年），加速育种进程；
2）能排除显隐性干扰，提高效率。
技术较复杂，需与杂交育种结合，多限于植物。
原理：
方法：
优点：
缺点：
应用：
用纯种高秆抗病小麦与矮秆不抗病小麦杂交得F1，用F1的花药离体培养再用秋水仙素处理幼苗得到纯种矮秆抗病小麦等。
注意单倍体育种一般应用于二倍体植物。
思考：多倍体育种和单倍体育种均有秋水仙素处理？有何差异？操作对象有何差异？
二、单倍体育种 （特指二倍体的单倍体）
例下列有关水稻的叙述，错误的是 （ ）
A.二倍体水稻含有两个染色体组
B.二倍体水稻经秋水仙素处理，可得到四倍体水稻，稻穗、米粒变大
C.二倍体水稻与四倍体水稻杂交，可得到三倍体水稻，含三个染色体组
D.二倍体水稻的花药经过离体培养，可得到单倍体水稻，稻穗、米粒变小
D
例一株基因型为Aa的植株，其花药壁细胞经过离体培育成的幼苗经秋水仙素一次处理后，发育形成的植株是
A.二倍体，基因型是AAaa
B.四倍体，基因型AAaa
C.二倍体，基因型AA或aa
D.单倍体，基因型A或a
注意：花药、花粉、花药壁
B
例.已知某小麦的基因型为AaBbCc，且三对等位基因分别位于三对同源染色体上，利用其花药进行离体培养，获得N株小麦，其中AABBCC的个体应占理论值的(?????? )
A.N/4 B.N/8 C.1 D.0
D
杂交育种可以使位于不同个体上的多个优良性状集中于一个个体上，单倍体育种可以在短时间内培育出具有人们所需要的优秀性状组合的纯合子个体。
如果我们要培育果实体积更大，Vc更多的青椒新品种，那应该怎么办？
多倍体的优点：
1.细胞大、个体大、茎秆粗壮
2.细胞内有机物含量高、抗逆性强。
多倍体的缺点：结实率降低、发育迟缓。
人工诱变（诱导）多倍体的方法：物理（低温）、化学因素
效果较好的方法：秋水仙素处理萌发的种子或幼苗
多倍体育种的作用机理：抑制纺锤丝的形成
小资料：秋水仙素是从百合科植物秋水仙的种子和球茎中提取出来的一种植物碱，它是白色或淡黄色的粉末或针状结晶，有剧毒，使用时应当特别注意。
思考：
1、为什么抑制纺锤丝的形成就能使染色体数目增加？
2、为什么要用秋水仙素处理萌发的种子和幼苗，用干种子呢？
3、秋水仙素作用的时期是？
微管
三、多倍体育种
1、多倍体的优点和缺点
多倍体的优点：
1.细胞大、个体大、茎秆粗壮
2.细胞内有机物含量高、抗逆性强。
多倍体的缺点：
结实率降低、发育迟缓。
2、原理（答变异来源）：
染色体畸变
3、人工诱导多倍体方法及机理
4、多倍体育种的优点：
可通过简单的操作，培育所需要的多倍体
多倍体育种的缺点：
适用于植物，在动物方面难以开展
5、实例：
三倍体无籽西瓜的培育
八倍体小黑麦的培育
人工诱导多倍体的方法：物理（低温）、化学因素
效果较好的方法：秋水仙素处理萌发的种子或幼苗
无籽西瓜培育
第一年：
种子三倍体
第二年：三倍体无籽西瓜
传粉目的：刺激子房发育成果实
四倍体
二倍体
三倍体
二倍体
1、两次传粉的目的？
2、无籽的原因？
太空番茄
如果要得到具有各种新性状的番茄，那应该如何处理？
诱变育种
常用的方法
物理方法诱变
化学方法诱变
X射线、紫外线、温度骤变、超重、失重等
许多化学药剂
四、诱变育种
思考：搭载宇宙飞船升天的种子是干种子还是萌发的种子？
利用物理、化学因素诱导生物发生变异，并从变异后代中选育新品种的过程。
突变方向多方向，不确定，有利个体不多，须大量处理供试材料 ，工作量大 。
概念：
原理（变异来源）：
方法：
优点：
缺点：
实例：
基因突变、染色体畸变
人工诱变的方法主要有辐射诱变、化学诱变
微生物方面的成效极为显著：青霉素高产菌株的获得；
动物方面的成绩：家蚕的选择
植物方面的成绩：“太幅一号小麦”、太空椒等；
①②③
用于微生物育种：例如青霉素的选育。1943年从自然界分离出来的青霉菌只能产生青霉素20单位/mL。后来人们对青霉菌多次进行X射线、紫外线照射以及综合处理，培育成了青霉素高产菌株，目前青霉素的产量已达到50000-60000单位/mL。
雌蚕ZW 雄蚕ZZ
大肠杆菌能合成人胰岛素吗？
2
DNA
质粒
细菌细胞
DNA
人体细胞
胰岛素基因
酶
酶
胰岛素
1
五、转基因技术
基因重组
①增加了生物变异的范围，实现种间遗传物质的交换。②针对性更强，效率更高，经济效益更明显，定向改造生物的遗传性状。
技术复杂，操作要求精细,难度大，存在威胁。
原理:
步骤:
优点:
缺点:
应用:
提取目的基因（外源基因）→目的基因与载体结合→将目的基因导入受体细胞→筛选含有目的基因的受体细胞→目的基因表达
能分泌人类胰岛素的大肠杆菌菌株的获得，抗虫棉，转基因生物、导入了北极海鱼的抗冻蛋白基因的西红柿等
概念:
利用分子生物学和基因工程的手段，将某种生物的基因转入到其他生物物种中，使其出现原物种不具有的新性状的技术。
苏芸金杆菌的毒蛋白基因称为什么？受体细胞是什么？抗虫棉称为什么植物？
①通过花药离体培养再用秋水仙素处理得到烟草新品种。
②用60Co 辐射谷氨酸棒状杆菌，选育出合成谷氨酸的新菌种。
③用小麦和黑麦培育八倍体小黑麦。
④将青椒的种子搭载人造卫星，在太空中飞行数周后返回地面，获得了果大、肉厚和维生素含量高的青椒新品种。
⑤用抗倒伏、不抗锈病和不抗倒伏、抗锈病的两个小麦品种，培育出抗倒伏、抗锈病的品种。
课堂练习
请回答下列育种的方法和利用到的生物变异的原理
单倍体育种；染色体畸变
诱变育种；基因突变
多倍体育种；染色体畸变
诱变育种；基因突变和染色体畸变
杂交育种；基因重组
⑥用秋水仙素处理蕃茄、水稻种子，获得蛋白质含量高的品系。
⑦将苏云金芽孢杆菌的抗虫基因导入棉花受精卵中，培育出抗虫棉。
多倍体育种
转基因技术
第四章 生物的变异
第一节
第一课时 基因重组和基因突变
一、基因重组
1．定义：是指具有不同遗传性状的雌、雄个体进行有性生殖时，控制不同性状的基因重新组合，导致后代不同于亲本类型的现象或过程。
2．类型
非同源染色体上的非等位基因自由组合
A
a
b
B
A
a
B
b
同源染色体的非姐妹染色单体之间的局部交换
(1)发生时间
写出相应细胞所处的时间：减数第一次分裂四分体时期，减数第一次分裂的后期。
(2)类型
a.同源染色体上非姐妹染色单体之间交换。
b.非同源染色体上的非等位基因之间自由组合。
3．意义
导致生物性状的多样性，为动植物育种和生物进化提供丰富的物质基础。
基因重组能产生新的基因吗？能产生新的性状吗？
基因重组不能产生新的基因，但可产生新的基因型。故基因重组不能产生新的性状，但能产生新的性状组合。
各种生物都可以发生基因重组吗？举例说明。
不是。进行有性生殖的生物可发生基因重组；病毒、原核生物均不进行有性生殖，故不发生基因重组。
二、基因突变
1．概念
基因内部核酸分子上的特定核苷酸序列发生改变的现象或过程。
2．实质
DNA分子上碱基对的缺失、增加或替换都可以引起核苷酸序列的变化，因而引起基因结构的改变。
替换
增添
缺失
A T C C G C
T A G G C G
C C G C
G G C G
A
T
T
A
C C G C
G G C G
A
T
T
A
A
T
A C C G C
T G G C G
DNA片段
碱基对的增添、缺失或改变，改变了遗传信息。
A T C C G C
T A G G C G
C C G C
G G C G
3．意义
是生物变异的根本来源，对生物进化和选育新品种具有重要意义。
4．类型
(1)划分依据
基因突变对表现型的影响。
? 影响范围 导致后果 实例
生物的形态结构 表现型出现明显差异 果蝇的红眼突变为白眼
生物的代谢过程 某个特定生化功能的改变或丧失 人类的苯丙酮尿症
生物个体活力 活力下降，甚至死亡 镰刀型细胞贫血症
三者关系 严格的讲，任何突变都是生化突变
形态突变
生化突变
致死突变
(2)类型
所有生物
不同阶段
任何细胞
(2)多方向性
染色体某一位置上的基因可以向不同的方向突变成它的等位基因。
5.特点
(1)普遍性
很低
隐性基因
(3)稀有性
自然状态下，生物的基因突变频率一般是______的。
(5)有害性
大多数的基因突变会给生物带来不利的影响。
(4)可逆性
显性基因
(2)类型
① 。
② 。
(1)诱因
①物理因素：如各种射线的照射、 等。
②化学因素：如亚硝酸、 等。
③生物因素：如 等。
温度剧变
碱基类似物
麻疹病毒
自发突变
诱发突变
6．诱发基因突变的因素
缺失
7．基因突变的机理
(1)机理
mRNA
蛋白质
遗传性状
DNA
A U C C G C ···
A A C C G C···
异亮氨酸
精氨酸
天冬酰氨
mRNA
A T C C G C ···
T A G G C G ···
正常
T T G G C G ···
A A C C G C ···
碱基对替换
精氨酸
DNA
A U C C G C ···
A C C G C ···
苏氨酸
丙氨酸
mRNA
A T C C G C ···
T A G G C G ···
正常
异亮氨酸
精氨酸
碱基对缺失
A C C G C ···
T G G C G ···
A T A C C G C ···
T A G G C G ···
T A T G G C G ···
DNA
A T C C G C ···
A U C C G C ···
A U A C C G C···
mRNA
正常
碱基对增添
异亮氨酸
精氨酸
异亮氨酸
脯氨酸
①症状
a．细胞形状：患者红细胞由中央微凹的圆饼状变为镰刀状；
b．特点：易发生红细胞破裂，使人严重贫血而死亡。
(2)实例——人类的镰刀形细胞贫血症
②病因图解
血红蛋白 正常 异常
氨基酸
谷氨酸
缬氨酸
mRNA
DNA
CTT
突变
红细胞 圆饼状 镰刀型
GAA
GUA
CAT
GAA
GTA
(1)遗传信息一定改变。基因突变是指基因中碱基对的增添、缺失和替换，基因中脱氧核苷酸的排列顺序代表遗传信息。发生基因突变后，遗传信息会发生改变。
(2)生物性状不一定发生改变。发生碱基对的改变时，由于密码子的简并性，可能并不改变蛋白质中的氨基酸序列，不改变生物的性状；发生隐性突变时，生物的性状也不一定改变。
基因突变一定会改变遗传信息和生物性状吗？试分析原因。
项目 基因突变 基因重组
发生
时间 有丝分裂间期、减数第一次分裂前的间期 减数第一次分裂
发生
原因 在一定外界或内部因素作用下，DNA分子中发生碱基对的替换、增添和缺失，引起基因结构的改变 减数第一次分裂过程中，同源染色体的非姐妹染色单体交叉互换，或非同源染色体上非等位基因的自由组合
基因突变和基因重组的比较
适用
范围 所有生物都可以发生 只适用于真核生物有性生殖细胞核遗传
种类 ①自然突变
②人工诱变 ①基因自由组合
②染色体交叉互换
结果 产生新基因，控制新性状 产生新的基因型，不产生新的基因
意义 是生物变异的根本来源，生物进化的原始材料 生物变异的来源之一，有利于生物进化
第四章 生物的变异
第一节
第二课时 染色体畸变
染色体畸变
可以用显微镜观察到
染色体结构改变
染色体数目改变
包括
1、含义
染色体发生断裂后，在断裂处发生错误连接而导致染色体结构不正常的变异。
一、染色体结构变异
缺失
①缺失
染色体断片的丢失，引起片段上所带基因也随之丢失的现象。如猫叫综合征。
(染色体的某一片段消失)
2、种类
猫 叫 综 合 征
5号染色体缺失
症状：两眼距离较远，耳位低下，生长发育缓慢，存在着严重的智力障碍。患儿哭声轻，音调高，很像猫叫。
增加一段染色体
染色体上增加了某个相同片段的现象。
②重复
增加
果蝇的卵圆眼和棒状眼
野生型：卵圆眼
变异型：棒状眼
③倒位 （染色体的某一片段颠倒了180°）
一个染色体上的某个片段的正常排列顺序发生180°颠倒的现象。
颠 倒
断 裂
连 接
染色体的某一片段移接到另一非同源染色体上的现象。
移接
断片接到非同源染色体上
④易位
使染色体上的基因的数目和排列顺序发生改变。大多数的染色体结构变异对生物体是不利的，甚至会导致生物体死亡。
3、遗传效应
项目 染色体易位 交叉互换
图解
区别 发生于非同源染色体之间 发生于同源染色体的非姐妹染色单体之间
属于染色体结构变异 属于基因重组
可在显微镜下观察到 在显微镜下观察不到
易位与交叉互换的比较
二、染色体数目变异
2、类型
①整倍体变异：体细胞的染色体数目是以染色体组的形式成倍增加或减少的，如单倍体、多倍体等。
②非整倍体变异：体细胞中个别染色体的增加或减少。
1、概念：生物细胞中染色体数目的增加或减少。
染色体组
概念：二倍体生物的一个配子中的全部染色体。
分析果蝇的染色体组成
雌果蝇体细胞中的染色体由两套完全相同的染色体组成：
Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ + X。
图中完整的一套非同源染色体即雌果蝇的一个染色体组。
特点：形态各异、互为非同源染色体。
雄果蝇的体细胞中也有两个染色体组。
Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ + X
Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ + Y
特点：互为非同源染色体。
(1)从本质上看，组成一个染色体组的所有染色体，互为非同源染色体，在一个染色体组中无同源染色体的存在。
(2)从形式上看，一个染色体组中的所有染色体的形态、大小各不相同。可依此来判断染色体组的数目。
(3)从功能上看，一个染色体组携带着一种生物生长发育、遗传和变异的全部遗传信息。
(4)从物种类型上看，每种生物染色体组都是固定的。
对染色体组概念的理解
一看发育起点；二看体细胞中含有几个染色体组。
(1)配子单倍体
(2)
二看法判断单倍体、二倍体和多倍体
3、染色体数目整倍性变异
（1）成倍增加：
由受精卵发育而成、体细胞中含有三个或三个以
上染色体组的个体，记作 3N、4N …
六倍体普通小麦： 6N = 42
三倍体无籽西瓜： 3N = 33
三倍体香蕉： 3N = 33
多倍体
多倍体的形成原因：
正在分裂的细胞，纺锤体的形成受到破坏，导致已复制的染色体不能移向两极，细胞分裂终止，从而形成染色体数加倍的细胞。
有丝分裂：
减数分裂：
人工诱导：秋水仙素处理、低温处理。
自然状态：温度骤变。
2 N
4 N
产生染色体数加倍的体细胞；
产生染色体数加倍的配子。
（2）成倍减少：
由未受精的配子直接发育而来的个体，体细胞中含有本物种配子染色体数目。
动物：雄蜂
单倍体
来源于受精卵的，依据染色体组数确定几倍体；
来源于配子的，不管有几个染色体组，均为单倍体。
区分多倍体与单倍体，关键看什么？
看来源：
(1)增加的有人类的先天愚(唐氏综合)，患者比正常人多一条21号常染色体，其细胞内含有47条染色体。
(2)减少的有人类的卵巢发育不全症(特纳氏综合征)。
4．细胞内个别染色体的增加或减少
P
配子
F
“21三体综合征”遗传图解：
♀ 44 + XX ⅹ ♂44 + XY
23 + X 、 21 + X
22 + X 、22 + Y
45 + XX
43 + XX
21三体综合征
死 亡
21号染色体未分开
45 + XY
43 + XY
1、下图中①和②表示发生在常染色体上的变异。①和②所表示的变异类型分别属于（ ）
A.重组和易位
B.易位和易位
C.易位和重组
D.重组和重组
A
课堂练习
2、一个染色体组是指 （ ）
A.体细胞中染色体数目的一半
B.体细胞中的染色体数
C.二倍体生物配子中的全部染色体
D.每一对同源染色体为一个染色体组
C
3、下列关于单倍体的叙述，正确的是（ ）
A.单倍体的体细胞中只含有一个染色体组
B.一个卵细胞就是一个单倍体
C.未受精的配子发育成的个体一定是单倍体
D.单倍体育种是为了获得单倍体植株
C
