第1节 杂交育种与诱变育种
学 习 目 标
核 心 素 养
1．简述杂交育种的概念、原理和过程。(重、难点)
2.举例说明杂交育种方法的优点和不足。
3.举例说出诱变育种在生产中的应用。(重点)
4.讨论遗传和变异规律在生产实践中的应用。
1．通过列表格的方法比较常见的四种育种方法。
2.探讨遗传和变异规律在生产实践中的应用。
3.设计育种程序分析实验结果。
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．过程(以高产抗病小麦品种的选育为例)
4．特点
(1)优点
(2)缺点
5.
二、诱变育种
1．原理：基因突变。
2．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。
3．过程：选择生物→人工诱变→选择→培育。
4．特点
(1)优点
(2)缺点
5．应用
判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)
1．杂交育种能够产生新的基因。 ( )
2．杂交育种会产生新性状，进而获得新品种。 ( )
3．诱变育种可提高突变率以供育种选择。 ( )
4．太空育种能按人的意愿定向产生优良性状。 ( )
5．青霉素高产菌株是通过杂交育种获得的。 ( )
提示：1．× 杂交育种的原理是基因重组，不能产生新的基因，诱变育种才能产生新的基因。
2．× 杂交育种不能产生新的基因，因而不会产生新性状。
3．√
4．× 太空育种属于诱变育种，原理为基因突变，具有不定向性的特点。
5．× 青霉素高产菌株是通过诱变育种获得的。
杂交育种
[问题探究]
1．杂交育种与杂种优势的含义相同吗？
提示：不相同，杂交育种是在杂交后代中选留符合要求的个体进一步培育，直至获得稳定优良性状的新品种；杂种优势主要利用杂种F1的优良性状，并不要求遗传上的稳定。
2．杂交育种是否一定要从F2开始筛选？是否一定要连续多代自交？举例说明。
提示：均不一定，如培育杂合子品种，可选亲本杂交得到的F1即可。
[归纳总结]
1．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：在农业生产上，可以将杂种一代作为种子直接利用，如水稻、玉米等。其特点是具有杂种优势，即品种高产、抗性强，但种子只能种一年。培育基本步骤如下：
选取符合要求的纯种双亲(P)杂交(♀×♂)―→F1(所需品种)。
(2)培育隐性纯合子品种：选取双亲子一代子二代―→选出符合要求的类型就可以推广。
(3)培育显性纯合子(或一显一隐纯合子)品种：
①植物：选取双亲P杂交(♀×♂)→F1F2→选出表现型符合要求的个体F3……选出稳定遗传的个体推广种植。
②动物：选择具有不同优良性状的亲本杂交，获得F1→F1雌雄个体交配→获得F2→鉴别、选择需要的类型与隐性类型测交，选择后代不发生性状分离的F2个体。
③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：
2．杂交育种与单倍体育种的区别和联系
项目
杂交育种
单倍体育种
育种原理
基因重组
染色体变异
育种周期
一般较长
较短
操作技术
简单
复杂
联系
单倍体育种往往和杂交育种相结合，单倍体育种要利用杂交后代的花药进行离体培养
1．家兔的黑色对白色为显性，短毛对长毛为显性。这两对基因分别位于一对同源染色体上。下列关于利用黑色短毛纯种兔和白色长毛纯种兔培育出黑色长毛纯种兔的做法，错误的是( )
A．黑色短毛纯种兔×白色长毛纯种兔，得F1
B．选取健壮的F1个体自交，得F2
C．从F2中选取健壮的黑色长毛兔与白色长毛兔测交
D．根据测交结果，选取F2中稳定遗传的黑色长毛雌、雄兔
B [假设控制毛色垂直毛短的基因分别为A、a、B、b根据题意分析可以知道，黑色短毛纯种兔和白色长毛纯种兔的基因型分别是AABB、aabb，利用它们杂交，得F1，F1基因型为AaBb。家兔属于雌雄异体生物，不能进行自交，可以选用F1个体杂交，得F2。从F2中选取健壮的黑色长毛兔(A_bb)与白色长毛兔(aabb)测交，再根据测交结果，选取F2中稳定遗传的黑色长毛雌、雄兔(AAbb)。]
2．小麦品种是纯合子，生产上用种子繁殖，现要选育矮秆(aa)、抗病(BB)的小麦新品种；马铃薯品种是杂合子(有一对基因杂合即可称为杂合子)，生产上用块茎繁殖，现要选育黄肉(Yy)、抗病(Rr)的马铃薯新品种。请分别设计小麦品种间杂交育种程序以及马铃薯品种间杂交育种程序。要求用示意图表示并简要说明(写出包括亲本在内的前三代即可)。
[解析] 在设计杂交育种程序时，要特别注意题目的已知条件：(1)小麦品种是纯合子，马铃薯品种是杂合子；(2)小麦在生产上用种子繁殖，马铃薯在生产上用块茎繁殖；(3)品种间杂交育种程序要求用遗传图解表示并加以简要说明。解题的规范性比较重要。
[答案] 杂交育种过程示意图如图所示。
诱变育种及几种育种方法比较
[问题探究]
1．诱变育种是否一定能获得理想品种？为什么？
提示：不一定，因为突变具有不定向性。
2．太空诱变育种是利用太空中的什么条件？
提示：微重力、高辐射。
[归纳总结]
1．显性突变和隐性突变在育种中的应用
(1)显性突变在育种中的应用
2．几种常见生物育种方式的不同点
方法
原理
常用方法
优点
缺点
代表实例
杂交
育种
基因
重组
杂交
操作简单，
目的性强
育种年限长
矮秆抗
病小麦
诱变
育种
基因
突变
辐射诱变、
激光诱变等
提高突变
率，加速
育种进程
有利变异少，需大量处理实验材料
青霉素
高产菌株
多倍
体育
种
染色体变异
秋水仙素处理萌发的种子或幼苗
操作简单，且能在较短的时间内获得所需品种
所得品种发育迟缓，结实率低；在动物中无法开展
无子西瓜、八倍体小黑麦
单倍
体育
种
染色体变异
花药离体培养后，再用秋水仙素处理
明显缩短
育种年限
技术复杂，需要与杂交育种配合
“京花1号”小麦
1．下列关于诱变育种的说法中，不正确的是( )
A．能够在较短的时间内获得更多的优良变异类型
B．一次诱变处理供实验的生物定能获得所需的变异类型
C．青霉素产量很高的菌株的选育依据的原理是基因突变
D．诱变育种过程能创造新的基因而杂交育种过程则不能
B [诱变育种依据的原理是基因突变，能创造新的基因，因此能够在较短的时间内获得更多的优良变异类型，但是基因突变具有不定向性，一次诱变处理供实验的生物不一定能获得所需的变异类型。]
2．如图表示用某种农作物品种①和②两个品系培育出品种⑥的可能方法，请据图回答：
(1)指出下列各种交配方法：由品种①和②培育出品种③的过程Ⅰ是________，由品种③培育出品种⑥的过程Ⅴ是________。这种育种方法叫________。
(2)品种④是一种________植株，由品种③经过过程Ⅲ培育出品种④常用的方法是________。
(3)品种④形成品种⑥的过程Ⅵ中常用________处理，这种育种方法叫________，优点是________________________。
(4)由品种①直接形成品种⑤的过程需经________，由品种⑤产生品种⑥最简便的方法是________。
(5)你认为成功率最高且工作量最小的培育品种⑥的途径是__________________(用图中标号及“→”表示)。
[解析] 由品种①和②培育出品种③的过程Ⅰ是把位于不同个体的优良性状集中在一个个体上，一般是通过杂交实现的；由品种③培育出品种⑥的过程Ⅴ是一个纯化过程，利用自交，然后选出纯化的隐性基因。品种④的基因只有品种③的一半，属于单倍体植株，利用秋水仙素处理使其染色体加倍得到可育品种⑥，单倍体育种的优点是明显缩短育种年限。由品种①直接形成品种⑤，产生了一种新基因，只能是基因突变；由品种⑤产生品种⑥，要得到纯合的隐性基因，最简便的方法就是自交。
[答案] (1)杂交 自交 杂交育种 (2)单倍体 花药离体培养 (3)秋水仙素 单倍体育种 明显缩短育种年限 (4)基因突变(或人工诱变) 自交 (5)Ⅰ→Ⅲ→Ⅵ
[课堂小结]
知 识 网 络 构 建
核 心 语 句 归 纳
1．杂交育种的原理是基因重组。
2．杂交育种一般从F2开始筛选，因为从F2开始才出现性状分离。
3．杂交育种能将两个或多个品种的优良性状通过交配集中在一起。
4．诱变育种的原理是基因突变。
5．人工诱变只是提高了突变率，但不能确定突变方向。
6．青霉素高产菌株是通过诱变育种培育的。
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→选双隐性者→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
A [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．下列关于杂交育种与诱变育种的叙述，正确的是( )
A．诱变育种是通过改变原有基因结构而导致新品种出现的方法
B．基因重组是杂交育种的原理，基因重组发生在受精作用过程中
C．诱变育种一定能较快选育出新的优良品种
D．通过杂交育种方式培育新品种，纯合子从F1就可以进行选择
A [诱变育种的原理是基因突变，通过物理、化学等方法使基因结构发生改变，从而使基因控制的相应性状发生改变，A项正确；基因重组一般发生在减数第一次分裂的四分体时期和后期，B项错误；由于基因突变的不定向性，通过诱变育种的方法培育新品种，需要处理大量材料，才能从中选育出优良品种，C项错误；杂交育种选育品种时，F1一般是杂合子，自交后代的性状会发生分离，D项错误。]
3．诱变育种与杂交育种的不同之处表现为( )
①能大幅度改变某些性状 ②能形成新基因
③能形成新基因型 ④一般对个体生存有利
A．①② B．①③
C．②③ D．②④
A [诱变育种的原理是基因突变，它可产生新的基因，能大幅度改变生物的某些性状，但基因突变是多害少利的；杂交育种的原理是基因重组，它不能产生新的基因，但会产生新的基因型。]
4．如图所示，将二倍体植株①和②杂交得到③，再将③作进一步处理。对此分析错误的是 ( )
A．由⑤得到⑥的育种原理是基因重组
B．图中秋水仙素的作用是使染色体数目加倍
C．若③的基因型是AaBbdd，则⑨的基因型可能是aBd
D．③→④的过程中，所产生的变异都有利于生产
D [⑤→⑥过程表示的是杂交育种的自交阶段，遵循的原理为基因重组；秋水仙素的作用是抑制纺锤体的形成，进而使染色体数目加倍；由③→⑨是花药离体培养，所得到的幼苗是单倍体，基因型可以为aBd、abd、ABd、Abd等四种基因型；③→④多次射线处理萌发的种子应为诱变育种，由于突变是不定向的，所以产生的性状有可能是有利的，也有可能是有害的。]
5．利用遗传变异的原理培育作物新品种，在现代农业生产上得到广泛应用。请回答下面的问题：
(1)水稻的大穗(A)对小穗(a)为显性。基因型为Aa的水稻自交，子一代中，基因型为________的个体表现出小穗，应淘汰；基因型为________的个体表现出大穗，需进一步自交和选育。
(2)水稻的晚熟(B)对早熟(b)为显性，现利用现有纯合子水稻品种，通过杂交育种方法培育纯合大穗早熟水稻新品种。
①培育纯合大穗早熟水稻新品种，选择的亲本基因型分别是______和______。两亲本杂交的目的是______________________。
②将F1所结种子种下去，长出的水稻中表现为大穗早熟的概率是________，在这些大穗早熟植株中约有__________是符合育种要求的。
[解析] (1)根据分离定律，Aa自交，子一代会出现性状分离，分离比为3∶1，有1/4aa小穗要淘汰掉；大穗的基因型有两种，分别为AA、Aa，需要进一步进行连续自交，然后逐代淘汰小穗aa，慢慢就能获得纯化的大穗品系。
(2)水稻的晚熟(B)和早熟(b)与大穗(A)和小穗(a)两对相对性状独立遗传，属于自由组合定律在育种上的应用。①育种目标是获得大穗早熟的品系AAbb，纯合亲本的选择是AABB和aabb，杂交得F1(AaBb)，这样A、b基因就集中到子一代个体上。②F1所结种子为F1自交所得F2，F2中分离比为9∶3∶3∶1，其中1/16AAbb、2/16Aabb属于重新组合的大穗早熟植株，因此大穗早熟植株中有1/3AAbb是符合育种要求的纯合品系。
[答案] (1)aa AA或Aa
(2)①AABB aabb 将基因A和b集中到同一个体上
②3/16 1/3
教材课后习题 (教师用书独具)
一、基础题
1．B 2.B
3．基因突变 X射线 紫外线 激光
二、拓展题
提示：可采用杂交育种的方法，遗传图解可参考教材P99图6－1。优点是育种的目的性较强，能够淘汰不良性状，获得具有优良性状的品种。缺点是育种周期长、过程烦琐。
课件53张PPT。第6章 从杂交育种到基因工程第1节 杂交育种与诱变育种
交配选择培育基因重组简单优良性状
长复杂新基因新性状人工诱变基因突变物理因素化学因素大幅度 盲目少青霉菌农作物杂交育种 诱变育种及几种育种方法比较 点击右图进入…Thank you for watching !课时分层作业(十七)
(建议用时：25分钟)
[合格基础练]
1．杂交育种是植物育种的常规方法，其选育纯合新品种的一般方法是( )
A．根据杂种优势原理，从F1中即可选出
B．从F3中选出，因为F3才出现纯合子
C．隐性品种可从F2中选出，经隔离选育后，显性品种从F3中选出
D．只能从子四代中选出能稳定遗传的新品种
C [根据所需，若新品种为隐性纯合子，则在F2中即可选出；若新品种为显性个体，在F2中即可出现该性状的个体，但不一定为纯合子，经隔离选育后在F3中才能确定是否为纯合子。]
2．下图中的①②③④分别表示不同的育种方式，相关叙述不正确的是( )
A．方式①应用的原理包括细胞全能性
B．方式②只适用于进行有性生殖的生物
C．方式③试剂处理的对象只能是萌发的种子
D．方式④可以诱发基因突变产生新基因
C [方式①对花药进行离体培养形成单倍体的过程中用到了细胞的全能性；方式②是杂交育种，它只适用于进行有性生殖的生物；方式③为多倍体育种，处理的对象为萌发的种子或幼苗；方式④为诱变育种，可产生新基因。]
3．“嫦娥1号”胜利奔月，神舟成功发射，这些航天技术的发展，为我国的生物育种创造了更多、更好的机会。下列有关航天育种的说法，不正确的是( )
A．航天育种可缩短育种周期
B．种子在宇宙辐射、微重力及弱地磁场等因素的诱导下发生基因突变
C．航天育种技术作为航天技术与农业育种技术相结合的一项创新性研究成果，是快速培育农作物优良新品种的重要途径之一
D．“太空种子”都能培育出高产、优质的新品种
D [航天育种是诱变育种，利用失重、宇宙射线等手段诱导生物发生基因突变，优点是可以提高突变率，缩短育种周期，以及能大幅度改良某些性状，A正确；种子在宇宙辐射、微重力及弱地磁场等因素的诱导下可诱发细胞发生基因突变，B正确；航天育种技术作为航天技术与农业育种技术相结合的一项创新性研究成果，是快速培育农作物优良新品种的重要途径之一，C正确；由于基因突变是不定向的，所以“太空种子”不一定能培育出高产、优质、高效的新品种，D错误。]
4．生物兴趣小组用已知基因型为AAbb和aaBB(两对基因独立遗传)的某种植物进行杂交育种实验，下列关于他们实验设计思路的叙述，不合理的是( )
A．要获取aabb植株，可从F1中直接选育出表现型符合要求的个体
B．要获取AABB植株，可从F2中选出表现型符合要求的个体连续自交
C．要获取AaBb植株，可将亲代上所结的种子直接保存进行播种
D．要获取AaBb植株，可将亲本保留起来进行年年制种
A [亲本基因型为AAbb和aaBB，F1基因型为AaBb，故不能得到aabb的个体，A错误；F1基因型为AAbb和aaBB，F1基因型为AaBb，要获取AABB植株，可让F1自交，从F2中选出表现型符合要求的个体连续自交，最终得到纯合子，B正确；亲本基因型为AAbb和aaBB，F1基因型为AaBb，故可将亲代上所结的种子直接保存进行播种，C正确；要获取AaBb植株，由于该个体属于双杂合，可将亲本保留起来进行年年制种，D正确。]
5．杂种优势泛指杂种品种，即F1(杂合子)表现出的某些性状或综合性状优越于其亲本品种(纯系)的现象。现阶段，我国大面积推广种植的优质、高产玉米品种均为杂合子。请回答：
(1)玉米是单性花，雌雄同株。在杂交过程中，玉米相对于豌豆可以简化________________环节，在开花前给雌、雄花序进行______________处理即可。
(2)在农业生产时，玉米杂交种(F1)的杂种优势明显，但是F2会出现杂种优势衰退现象。这可能是F1产生配子时发生了基因分离，使F2出现一定比例的________所致。
(3)玉米的大粒杂种优势性状由一对等位基因(A1、A2)控制，现将若干大粒玉米杂交种平分为甲、乙两组，相同条件下隔离种植，甲组自然状态授粉，乙组人工控制自交授粉。若所有的种子均正常发育，第3年种植时甲组和乙组杂种优势衰退率(小粒所占比例)分别为__________、________。该实验的目的是__________________________________。
(4)玉米的大穗杂种优势性状由两对等位基因(B1、B2和C1、C2)共同控制，两对等位基因都纯合时表现为衰退的小穗性状。若大穗杂交种(B1B2C1C2)自交，F2表现衰退的小穗性状的概率为1/2，则说明这两对等位基因位于________。
[解析] (1)玉米是单性花，一朵花中只含雄蕊或雌蕊，因此在杂交实验中可以省去去雄这一环节，在开花前给雌、雄花序进行套袋处理即可。(2)在农业生产时，玉米杂交种(F1)的杂种优势明显，但是F2会出现杂种优势衰退现象。这可能是F1产生配子时发生了基因分离，杂合子∶纯合子＝1∶1，即出现一定比例纯合子所致。(3)根据题意可知，只有杂合子才能表现杂种优势。甲组实验中自然状态授粉，进行的是随机交配，因此不管种植多少年，3种基因型的比例均为1/4A1A1、1/2A1A2、1/4A2A2，只有A1A2表现为杂种优势，因此衰退率为1/2；乙组人工控制自交授粉，第3年种植时种下的是子二代，子二代的基因型及比例为3/8A1A1、1/4A1A2、3/8A2A2，则此时乙组杂种优势衰退率为3/4。根据本实验采取的授粉方式及对实验结果的分析可知，该实验的目的是研究授粉方式对杂种优势衰退率的影响。(4)分析题意可知，如果两对基因位于两对同源染色体上，则会遵循基因的自由组合定律，在子一代中就会出现4种纯合子B1B1C1C1、B1B1C2C2、B2B2C1C1、B2B2C2C2，即有1/4的衰退率；而大穗杂交种(B1B2C1C2)自交，F2出现衰退的小穗性状的概率为1/2，则说明这两对等位基因位于一对同源染色体上，且不发生交叉互换。
[答案] (1)去雄 套袋 (2)纯合子 (3)1/2 3/4 研究授粉方式对杂种优势衰退率的影响 (4)一对同源染色体上(且不发生交叉互换)
[等级过关练]
6．下列关于植物育种和生长的叙述，不正确的是( )
①诱变育种有可能较快选育出新的优良品种
②三倍体无子西瓜的种子种下去可继续发育成无子西瓜
③穗小粒少的小麦种到西藏后会长成穗大粒多的小麦
④人工诱变可使生物朝着对人类有益的方向变异
⑤由于没有土壤，只在完全营养液中生长的幼苗，不能正常发育
⑥利用杂种优势可以提高农作物的产量
A．①②④ B．①⑤⑥
C．③④⑥ D．②③④⑤
D [诱变育种利用人工诱导基因突变，会产生优良性状，①正确。三倍体无子西瓜没有种子，要进行无性繁殖来繁殖子代，②错误。表现型决定于基因型，受环境影响，穗小粒少的小麦种到西藏后仍然是穗小粒少，③错误。人工诱变变异是不定向的，还要进行人工选择，④错误。完全营养液含有各种矿质元素，能够满足植物正常生长，⑤错误。利用杂种优势可以提高农作物的产量，⑥正确。]
7．小麦高茎(D)对矮茎(d)为显性，抗锈病(T)对不抗锈病(t)为显性(两对基因独立遗传)。现有高茎抗锈病纯合子和矮茎不抗锈病纯合子两个亲本，要想获得矮茎抗锈病的纯合新品种，育种专家提出了如图所示的两种育种方案，请回答下列问题。
(1)图中(一)(二)所示过程在遗传学上分别叫__________和________。
(2)图中表示的两种常见的育种方法是________育种和________育种，其中哪种育种方法较为理想？______________，其优越性是_____________________。
(3)图中(四)处理的方法是_______________________________________
_______________________________________________________________，
目的是______________________________________________________
_______________________________________________________________。
(4)图中(二)产生的个体中矮茎抗锈病的个体占__________，基因型为ddT_的个体中能够稳定遗传的个体占________。
[解析] 方案甲中(一)(二)是用两个纯合的亲本进行杂交，获得杂种一代，通过对杂种后代的不断优选自交，获得所需的能够稳定遗传的个体，属于杂交育种；而方案乙只利用了其中的一个亲本，经过(四)获得新个体(ddTt)，由于基因T是所用亲本中所没有的，因此只能来自基因突变，由于基因突变具有不定向性和多害少利性，因而影响育种效率。诱导基因突变可以用物理或化学的方法进行处理，诱变育种的特点是能够提高突变的频率，增加所需性状出现的概率。通过DdTt的自交，所得后代中性状符合要求的个体占3/16(1/16 ddTT、2/16 ddTt)，其中基因型为ddT_的个体中能够稳定遗传的个体占1/3。
[答案] (1)杂交 自交 (2)杂交 诱变 杂交育种 目的性强，能够将多个品种的优良性状集中在一起
(3)用物理方法或化学方法诱发基因突变 提高变异频率，获得所需要的变异个体 (4)3/16 1/3
