杂交育种年限和单倍体育种解析

杂交育种年限和单倍体育种解析

【例题】：某植物品种是纯合体，生产上用种子繁殖，从播种到收获种子历时一年。现要利用该植物矮杆（aa）、不抗病（bb）和高杆（AA）、抗病（BB）品种，选育矮杆（aa）、抗病（BB）的新品种，两对基因独立遗传。请设计该植物品种间杂交育种程序和单倍体育种程序。要求用遗传图解表示并加以简要说明，分析两种育种程序各自所需的年限。

【解析】：

杂交育种程序：

第一种方案：

第一代P AABB×aabb 亲本（P）杂交，收获种子

↓

第二代F1 AaBb 种植F1代自交，收获种子

↓种植F2代，选矮杆

第三代F2 A_B_，A_bb，aaB_（1/3aaBB+2/3aaBb），aabb 抗病（aaB_）自交，

↓

统一收获各株种子

统一播种所获种子，第四代F3 aaB_（3/5aaBB + 2/5aaBb），aabb 选矮杆抗病自交，

↓

统一收获各株种子

aaB_，aabb逐代选矮杆、抗病（aaB_）自交，

↓直至后代性状不分离，自交留种

第n+2代Fn+1（２n-1）/（２n +1）aaBB + 2/（２n +1）aaBb

n＝5时，第7代矮杆抗病（aaB_）植株中纯合体占（2n-1）/（2n+1）＝31/33=93.9％；n＝6时，第8代矮杆抗病（aaB_）植株中纯合体占96.9％。照此方案，生产上纯合体比例如果达到95%以上才可推广种植，选育植株、果实、种皮性状（如矮杆、抗病）至少需要完成8个世代，历时8年；如果选育种胚性状则只需完成7个世代，至少历时7年。

第二种方案：

第一代P AABB×aabb亲本（P）杂交，收获种子

↓

第二代F1AaBb种植F1代自交，收获种子

↓

第三代F2A_B_，A_bb，aaB_，aabb种植F2代，选矮杆、抗病（aaB_）

自交，分别收获各株种子

1/3aaBB2/3aaBb

↓↓

第四代F31/3aaBB1/2 aaB_，1/6aabb 分别播种各株种子，有的全部发育为

矮杆、抗病植株（aaBB），自交留种

照此方案，如果选育植株、果实、种皮性状（如矮杆、抗病）至少需要完成四个世代，历时四年；如果选育种胚性状只需完成三个世代，至少历时三年。这样虽然比上一种方案时间大为缩短，但“分别收获各株种子”、“分别播种各株种子”的工作量极大，在育种实践中明显缺乏可操作性。

单倍体育种程序：

第一代P AABB×aabb 亲本（P）杂交，收获种子

↓

第二代F1 AaBb 种植F1代，取花药（花粉）离体培养

↓

单倍体幼苗AB，Ab，aB，ab

↓←秋水仙素处理

第三代正常纯合植株AABB，AAbb，aaBB，aabb 选矮杆抗病植株（aaBB），自交留种单倍体育种过程中，无论选育植株、果实、种皮性状还是种胚性状，只需三个世代，至多历时三年；在作物生长期长的地区，加之人工培养因素，单倍体育种的第二代和第三代甚至可在一年内完成。若此，整个育种过程只需两年。所以相对于常规的杂交育种而言，利用单倍体植株培育新品种能明显缩短育种年限。

在高中阶段所介绍的育种方法主要有

诱变育种、杂交育种、多倍体育种、单倍体育种、细胞工程育种（组织培养育种）、基因工程育种（转基因育种）、植物激素育种等。

1）.诱变育种

（1）原理：基因突变

（2）方法：用物理因素（如X射线、γ射线、紫外线、中子、激光、电离辐射等）或化学因素（如亚硝酸、碱基类似物、硫酸二乙脂、秋水仙素等各种化学药剂）或空间诱变育种（用宇宙强辐射、微重力等条件）来处理生物。

（3）发生时期：有丝分裂间期或减数分裂第一次分裂间期

（4）优点：能提高变异频率，加速育种进程，可大幅度改良某些性状，创造人类需要的变异类型，从中选择培育出优良的生物品种；变异范围广。

（5）缺点：有利变异少，须大量处理材料；诱变的方向和性质不能控制。具有盲目性。

2）.杂交育种

（1）原理：基因重组

（2）方法：连续自交，不断选种。（不同个体间杂交产生后代，然后连续自交，筛选所需纯合子）

（3）发生时期：有性生殖的减数分裂第一次分裂后期或四分体时期

（4）优点：使同种生物的不同优良性状集中于同一个个体，具有预见性。

（5）缺点：育种年限长，需连续自交才能选育出需要的优良性状。

3）.多倍体育种

（1）原理：染色体变异

（2）方法：秋水仙素处理萌发的种子或幼苗。

（3）优点：可培育出自然界中没有的新品种，且培育出的植物器官大，产量高，营养丰富。

（4）缺点：结实率低，发育延迟。

4）.单倍体育种

（1）原理：染色体变异

（2）方法：花药离体培养获得单倍体植株，再人工诱导染色体数目加倍。

（3）优点：自交后代不发生性状分离，能明显缩短育种年限，加速育种进程。

（4）缺点：技术相当复杂，需与杂交育种结合，其中的花药离体培养过程需要组织培养技术手段的支持，多限于植物。

5）.细胞工程育种

（1）原理：基因重组

（2）方法：基因操作（提取目的基因→装入载体→导入受体细胞→基因表达→筛选出符合要求的新品种）（3）优点：目的性强，可以按照人们的意愿定向改造生物；育种周期短。

（4）缺点：可能会引起生态危机，技术难度大。

7.植物激素育种

（1）原理：适宜浓度的生长素可以促进果实的发育

（2）方法：在未受粉的雌蕊柱头上涂上一定浓度的生长素类似物溶液，子房就可以发育成无子果实。（3）优点：由于生长素所起的作用是促进果实的发育，并不能导致植物的基因型的改变，所以该种变异类型是不遗传的。

（4）缺点：该种方法只适用于植物。