大学艺术博物馆平面图:理解育种原理,掌握解题方法

作物育种是提高农作物产量和品质的主要途径，根据生物遗传变异的特点,人们在生产实践中已经试验出一套行之有效的生物育种的方法。随着生物科学研究的进展，育种的方法从杂交育种、诱变育种到多倍体育种、单倍体育种，再到基因工程、细胞工程育种，发展迅速，效果也越来越好。在高中生物学习中，理解和掌握各种育种方法的原理和优缺点是解决相关问题的关键。下面就育种的原理、方法、特点以及解题思路作一介绍。

一、育种原理、方法和优缺点

（一）杂交育种

原理：基因的三大遗传基本定律(基因重组)。

方法：（1）连续自交选择。显性性状的基因型有纯合体和杂合体，其中纯合体能稳定遗传而杂合体的自交后代会出现性状分离。必须选出显性个体再进行自交选择。（2）通过杂交使亲本的优良性状组合在一起。两对等位基因分别位于两对同源染色体上，遵循基因的自由组合定律，导致基因重组，子代出现亲本优良性状的组合，而产生符合要求的新类型。（3）通过杂交使亲本的优良性状连锁在一起。两对等位基因位于同一对同源染色体上，子一代形成配子时，由于染色体的交叉互换，基因随之互换，建立新的连锁，从而产生符合要求的新类型。

优点：能产生新的基因型，可预见性强。

缺点：育种所需时间较长（自交选择需五--六代,甚至十几代）。

（二）诱变育种

原理：基因突变。

方法：用物理、化学因素处理生物，使之发生基因突变，从而获得新品种。

优点：能产生生物原来没有的新基因,产生生物没有的新的相对性状,能提高变异的频率，后代变异性状能较快稳定，加速育种进程。能大幅度改良某些性状。

缺点：具有很大的盲目性，而且有利个体不多，须大量处理供试材料。

（三）多倍体育种

原理：染色体变异----细胞染色体组成倍地增加。

方法：用秋水仙素处理生物萌发的种子或幼苗。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，导致染色体不分离，从而引起细胞内染色体数目加倍。

优点：育种周期短，能改良原有性状提高产量（如多倍体植物茎杆粗壮，叶片、果实和种子较大，营养物质含量较多，但生长发育延迟，结实率较低。）

缺点：不能从根本上改变原有性状，因而不能按人类意愿定向改变作物的的遗传特性。

（四）单倍体育种

原理：染色体变异----细胞染色体组成倍地减少（体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体）。

方法：常用方法为花药离体培养。通过组织培养技术使花粉直接发育成单倍体植株，再经秋水仙素人工诱导染色体加倍，获得正常的、纯合的二倍体生物。

优点：获得的正常个体是纯合子，可明显缩短育种年限（一般为两年），加速育种进程。

缺点：不能从根本上改变原有性状，因而不能按人类意愿定向改变作物的的遗传特性。

（五）基因工程育种

原理：基因拼接技术或DNA重组技术，也即基因重组。

方法：将某一特定的外源基因，通过载体或其他手段送入受体细胞，使它们在受体细胞中增殖并正确表达，使不同生物间的基因得到改造和重组。

优点：不受生物亲缘关系的限制，可按人类意愿定向改变生物性状，培育作物新品种。

缺点：技术要求较高，操作要求精细，有一定的难度。

（六）细胞工程育种

原理：细胞的全能性和植物体细胞杂交。

方法：用两个来自于不同植物的体细胞融合成一个杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体，使新植物体具有双亲细胞的遗传物质。

优点：克服不同种生物间的生殖隔离和远源杂交不亲和的障碍，可按人类意愿定向改变生物性状，培育作物新品种。

缺点：技术要求较高，操作要求精细，有一定的难度。

二、例题分析

[例题1]下图是用某种作物的两个品种 ①和 ②分别培育出 ④、 ⑤、 ⑥品种的示意图，试

分析回答：

   （1）用 ①和 ②培育 ⑤所采用的D和F步骤分别是和。其应用的遗传学原理是。

（2）用 ③培育⑤所采用的E和H步骤分别是和。其应用的遗传学原理是。

（3）用 ③培育⑥所采用的G步骤是。其应用的遗传学原理是。

[解析]本题考查的是杂交育种、多倍体育种和单倍体育种的知识。

基因重组是指具有相对性状的亲本进行杂交，使其在有性生殖细胞形成过程中，通过基因的自由组合或互换而产生新的基因型，从而产生出与亲本不同的重组类型，为传统的杂交育种方法。该方法的遗传学原理为基因重组。通常步骤为：具有相对性状的不同品种①②进行杂交，然后③进行多次自交，从后代中选出性状能稳定遗传的优良品种。

（2）在单倍体育种中，二倍体生物的单倍体只有一个染色体组，经加倍后，不但由不育变成可育，而且是纯合子，可缩短育种的年限，加速育种进行进程。该方法的遗传学原理为染色体变异----细胞染色体组成倍地减少。具体步骤为：取③的花粉进行离体培养，获得单倍体植株④，然后用秋水仙素处理④的幼苗，获得正常的、纯合的二倍体生物⑤。

（3）在多倍体育种中，利用二倍体生物染色体加倍。可缩短育种的年限，加速育种进程。

该方法的遗传学原理为染色体变异----细胞染色体组成倍地增加。步骤为：用秋水仙素处理③的幼苗，获得四倍体生物⑥。

[答案]（1）杂交自交基因重组

（2）花药离体培养秋水仙素处理幼苗染色体变异（单倍体育种）

（3）秋水仙素处理幼苗染色体变异（多倍体育种）

[例题2]育种上既要得到更多的变异，又要使后代变异性状较快地稳定，最好采用（）。

20世纪50年代以前，水稻都是高杆的，由于高杆容易倒伏不利于密植而影响产量。为尽快培育出矮杆水稻新品种，以利于合理密植提高产量，最好选择（）。

A、杂交育种B、诱变育种C、单倍体育种D、多倍体育种

[解析]根据题意应很容易选出答案均为B。杂交育种只能产生出与亲本不同的新的基因型，而不能产生新的基因，也就不能获得更多的变异。单倍体育种和多倍体育种只能使生物的染色体组成倍地减少或增加，获得纯系植株，但也不可能得到更多的变异。

[答案]B、B

[例题3]为了培育节水高产产品种，科学家将大麦中与抗旱节水有关的基因导入小麦，得到转基因小麦，其水分利用率提高了20%。这项技术的遗传学原理是。

目前，除利用转基因技术以外，还可以利用育种技术培育其他节水高产新品种。

[解析]本题考查的是对生物变异原理的理解。应用基因拼接技术或DNA重组技术，可以把某一特定的外源基因（目的基因），通过载体导入到生物细胞中，并使新的基因在细胞中正确表达，从而达到定向改变生物性状的目的。该育种方法为基因工程育种，其遗传学原理为基因重组。除转基因技术外，还可以利用诱变育种、细胞工程育种、杂交育种等技术手段培育新品种。

[答案]基因重组诱变育种、细胞工程育种、杂交育种

[例题4]下图为“白菜--甘蓝”的杂交过程示意图，请据图回答问题：

（1）培育“白菜--甘蓝”植株的育种方法是。

（2）培育过程中所采用的①②③④步骤分别是    、    、    、    。整个培育过程中运用的生物技术手段分别是    和    。

（3）通常情况下，白菜和甘蓝杂交是不能成功的，原因是。通过上述育种方法获得的“白菜--甘蓝”所结种子，其育性从理论上分析是的，理由是。该育种方法的主要优点是。

[解析]（1）从图中可知，该育种方法是用两个来自于不同植物的体细胞融合成一个杂种细胞，然后把杂种细胞培育成新的植物体。因此该育种方法是细胞工程育种。

（2）通过植物细胞工程培育新植物，需要运用的生物技术手段是植物体细胞杂交（细胞融合）和植物组织培养。其中要让两个不同植物的细胞融合，必须先去除细胞壁，再诱导两原生质体融合，常用方法为酶解法；杂种细胞得到后要培育成新植物体必须通过组织培养，组织培养主要包括去分化和再分化两个步骤。

（3）不同的生物之间由于存在着生殖隔离，因此运用传统的有性杂交的方法是不能进行杂交的。通过细胞工程育种方法获得的“白菜--甘蓝”所结种子，其育性从理论上分析是可育的，因为它具有两个亲本的遗传物质，细胞中存在着同源染色体，能够正常产生生殖细胞。

优点是：能克服不同种生物间的生殖隔离和远源杂交不亲和的障碍，可按人类意愿定向改变生物性状，培育作物新品种。

[答案]（1）细胞工程育种（2）去除细胞壁、诱导原生质体融合、去分化、再分化（3）存在生殖隔离可育细胞中存在着同源染色体能克服不同种生物间的生殖隔离和远源杂交不亲和的障碍，可按人类意愿定向改变生物性状，培育作物新品种