理解育種原理,掌握解題方法

作物育種是提高農作物產量和品質的主要途徑，根據生物遺傳變異的特點,人們在生產實踐中已經試驗出一套行之有效的生物育種的方法。隨著生物科學研究的進展，育種的方法從雜交育種、誘變育種到多倍體育種、單倍體育種，再到基因工程、細胞工程育種，發展迅速，效果也越來越好。在高中生物學習中，理解和掌握各種育種方法的原理和優缺點是解決相關問題的關鍵。下面就育種的原理、方法、特點以及解題思路作一介紹。

一、育種原理、方法和優缺點

（一）雜交育種

原理：基因的三大遺傳基本定律(基因重組)。

方法：（1）連續自交選擇。顯性性狀的基因型有純合體和雜合體，其中純合體能穩定遺傳而雜合體的自交後代會出現性狀分離。必須選出顯性個體再進行自交選擇。（2）通過雜交使親本的優良性狀組合在一起。兩對等位基因分別位於兩對同源染色體上，遵循基因的自由組合定律，導致基因重組，子代出現親本優良性狀的組合，而產生符合要求的新類型。（3）通過雜交使親本的優良性狀連鎖在一起。兩對等位基因位於同一對同源染色體上，子一代形成配子時，由於染色體的交叉互換，基因隨之互換，建立新的連鎖，從而產生符合要求的新類型。

優點：能產生新的基因型，可預見性強。

缺點：育種所需時間較長（自交選擇需五--六代,甚至十幾代）。

（二）誘變育種

原理：基因突變。

方法：用物理、化學因素處理生物，使之發生基因突變，從而獲得新品種。

優點：能產生生物原來沒有的新基因,產生生物沒有的新的相對性狀,能提高變異的頻率，後代變異性狀能較快穩定，加速育種進程。能大幅度改良某些性狀。

缺點：具有很大的盲目性，而且有利個體不多，須大量處理供試材料。

（三）多倍體育種

原理：染色體變異----細胞染色體組成倍地增加。

方法：用秋水仙素處理生物萌發的種子或幼苗。秋水仙素作用於正在分裂的細胞時，能夠抑制紡錘體的形成，導致染色體不分離，從而引起細胞內染色體數目加倍。

優點：育種周期短，能改良原有性狀提高產量（如多倍體植物莖桿粗壯，葉片、果實和種子較大，營養物質含量較多，但生長發育延遲，結實率較低。）

缺點：不能從根本上改變原有性狀，因而不能按人類意願定向改變作物的的遺傳特性。

（四）單倍體育種

原理：染色體變異----細胞染色體組成倍地減少（體細胞中含有本物種配子染色體數目的個體）。

方法：常用方法為花藥離體培養。通過組織培養技術使花粉直接發育成單倍體植株，再經秋水仙素人工誘導染色體加倍，獲得正常的、純合的二倍體生物。

優點：獲得的正常個體是純合子，可明顯縮短育種年限（一般為兩年），加速育種進程。

缺點：不能從根本上改變原有性狀，因而不能按人類意願定向改變作物的的遺傳特性。

（五）基因工程育種

原理：基因拼接技術或DNA重組技術，也即基因重組。

方法：將某一特定的外源基因，通過載體或其他手段送入受體細胞，使它們在受體細胞中增殖並正確表達，使不同生物間的基因得到改造和重組。

優點：不受生物親緣關係的限制，可按人類意願定向改變生物性狀，培育作物新品種。

缺點：技術要求較高，操作要求精細，有一定的難度。

（六）細胞工程育種

原理：細胞的全能性和植物體細胞雜交。

方法：用兩個來自於不同植物的體細胞融合成一個雜種細胞，並把雜種細胞培育成新的植物體，使新植物體具有雙親細胞的遺傳物質。

優點：克服不同種生物間的生殖隔離和遠源雜交不親和的障礙，可按人類意願定向改變生物性狀，培育作物新品種。

缺點：技術要求較高，操作要求精細，有一定的難度。

二、例題分析

[例題1]下圖是用某種作物的兩個品種 ①和 ②分別培育出 ④、 ⑤、 ⑥品種的示意圖，試

分析回答：

（1）用 ①和 ②培育 ⑤所採用的D和F步驟分別是和。其應用的遺傳學原理是。

（2）用 ③培育⑤所採用的E和H步驟分別是和。其應用的遺傳學原理是。

（3）用 ③培育⑥所採用的G步驟是。其應用的遺傳學原理是。

[解析]本題考查的是雜交育種、多倍體育種和單倍體育種的知識。

基因重組是指具有相對性狀的親本進行雜交，使其在有性生殖細胞形成過程中，通過基因的自由組合或互換而產生新的基因型，從而產生出與親本不同的重組類型，為傳統的雜交育種方法。該方法的遺傳學原理為基因重組。通常步驟為：具有相對性狀的不同品種①②進行雜交，然後③進行多次自交，從後代中選出性狀能穩定遺傳的優良品種。

（2）在單倍體育種中，二倍體生物的單倍體只有一個染色體組，經加倍後，不但由不育變成可育，而且是純合子，可縮短育種的年限，加速育種進行進程。該方法的遺傳學原理為染色體變異----細胞染色體組成倍地減少。具體步驟為：取③的花粉進行離體培養，獲得單倍體植株④，然後用秋水仙素處理④的幼苗，獲得正常的、純合的二倍體生物⑤。

（3）在多倍體育種中，利用二倍體生物染色體加倍。可縮短育種的年限，加速育種進程。

該方法的遺傳學原理為染色體變異----細胞染色體組成倍地增加。步驟為：用秋水仙素處理③的幼苗，獲得四倍體生物⑥。

[答案]（1）雜交自交基因重組

（2）花藥離體培養秋水仙素處理幼苗染色體變異（單倍體育種）

（3）秋水仙素處理幼苗染色體變異（多倍體育種）

[例題2]育種上既要得到更多的變異，又要使後代變異性狀較快地穩定，最好採用（）。

20世紀50年代以前，水稻都是高桿的，由於高桿容易倒伏不利於密植而影響產量。為儘快培育出矮桿水稻新品種，以利於合理密植提高產量，最好選擇（）。

A、雜交育種B、誘變育種C、單倍體育種D、多倍體育種

[解析]根據題意應很容易選出答案均為B。雜交育種只能產生出與親本不同的新的基因型，而不能產生新的基因，也就不能獲得更多的變異。單倍體育種和多倍體育種只能使生物的染色體組成倍地減少或增加，獲得純系植株，但也不可能得到更多的變異。

[答案]B、B

[例題3]為了培育節水高產產品種，科學家將大麥中與抗旱節水有關的基因導入小麥，得到轉基因小麥，其水分利用率提高了20%。這項技術的遺傳學原理是。

目前，除利用轉基因技術以外，還可以利用育種技術培育其他節水高產新品種。

[解析]本題考查的是對生物變異原理的理解。應用基因拼接技術或DNA重組技術，可以把某一特定的外源基因（目的基因），通過載體導入到生物細胞中，並使新的基因在細胞中正確表達，從而達到定向改變生物性狀的目的。該育種方法為基因工程育種，其遺傳學原理為基因重組。除轉基因技術外，還可以利用誘變育種、細胞工程育種、雜交育種等技術手段培育新品種。

[答案]基因重組誘變育種、細胞工程育種、雜交育種

[例題4]下圖為「白菜--甘藍」的雜交過程示意圖，請據圖回答問題：

（1）培育「白菜--甘藍」植株的育種方法是。

（2）培育過程中所採用的①②③④步驟分別是 、 、 、 。整個培育過程中運用的生物技術手段分別是 和 。

（3）通常情況下，白菜和甘藍雜交是不能成功的，原因是。通過上述育種方法獲得的「白菜--甘藍」所結種子，其育性從理論上分析是的，理由是。該育種方法的主要優點是。

[解析]（1）從圖中可知，該育種方法是用兩個來自於不同植物的體細胞融合成一個雜種細胞，然後把雜種細胞培育成新的植物體。因此該育種方法是細胞工程育種。

（2）通過植物細胞工程培育新植物，需要運用的生物技術手段是植物體細胞雜交（細胞融合）和植物組織培養。其中要讓兩個不同植物的細胞融合，必須先去除細胞壁，再誘導兩原生質體融合，常用方法為酶解法；雜種細胞得到後要培育成新植物體必須通過組織培養，組織培養主要包括去分化和再分化兩個步驟。

（3）不同的生物之間由於存在著生殖隔離，因此運用傳統的有性雜交的方法是不能進行雜交的。通過細胞工程育種方法獲得的「白菜--甘藍」所結種子，其育性從理論上分析是可育的，因為它具有兩個親本的遺傳物質，細胞中存在著同源染色體，能夠正常產生生殖細胞。

優點是：能克服不同種生物間的生殖隔離和遠源雜交不親和的障礙，可按人類意願定向改變生物性狀，培育作物新品種。

[答案]（1）細胞工程育種（2）去除細胞壁、誘導原生質體融合、去分化、再分化（3）存在生殖隔離可育細胞中存在著同源染色體能克服不同種生物間的生殖隔離和遠源雜交不親和的障礙，可按人類意願定向改變生物性狀，培育作物新品種

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