生物變異的類型、原理及應(yīng)用1

1、生物變異的類型、原理及應(yīng)用生物變異的類型、原理及應(yīng)用授課：杜振宇授課：杜振宇一、變異的類型一、變異的類型 請將下列生物術(shù)語，按照從屬范圍的大小請將下列生物術(shù)語，按照從屬范圍的大小（用大括號(hào)、線條等用大括號(hào)、線條等）構(gòu)成知識(shí)框架圖）構(gòu)成知識(shí)框架圖變異的類型變異的類型 可遺傳的變異可遺傳的變異 染色體變異染色體變異 雜交育種雜交育種 誘變育種誘變育種 基因重組基因重組 不遺傳的變不遺傳的變異異 單倍體育種單倍體育種 基因突變基因突變 染色體數(shù)目的變異染色體數(shù)目的變異 染色體結(jié)構(gòu)的變異染色體結(jié)構(gòu)的變異 多倍體育種多倍體育種 重組重組DNA技術(shù)技術(shù) 表現(xiàn)型表現(xiàn)型 基因型基因型（內(nèi)因）（內(nèi)因）環(huán)境條件環(huán)

2、境條件（外因）（外因）不遺傳的變異不遺傳的變異基因重組基因重組基因突變基因突變?nèi)旧w變異染色體變異誘因誘因可遺傳的變異可遺傳的變異三個(gè)來源三個(gè)來源例例1：將純種小麥播種于生產(chǎn)田，發(fā)現(xiàn)邊際和灌水溝兩側(cè)將純種小麥播種于生產(chǎn)田，發(fā)現(xiàn)邊際和灌水溝兩側(cè)的植株總體上比中間的長得好。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因的植株總體上比中間的長得好。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是是 A.A. 基因重組引起性狀分離基因重組引起性狀分離 B B環(huán)境引起性狀變異環(huán)境引起性狀變異C隱性基因突變成為顯性基因隱性基因突變成為顯性基因 D染色體結(jié)構(gòu)和數(shù)目發(fā)生了變化染色體結(jié)構(gòu)和數(shù)目發(fā)生了變化 二、變異的原二、變異的原理理基因突變基因突變基因重組基因重組染

3、色體變異染色體變異時(shí)間時(shí)間本質(zhì)本質(zhì)外因外因特點(diǎn)特點(diǎn)結(jié)果結(jié)果意義意義任何時(shí)間都有可能，以細(xì)任何時(shí)間都有可能，以細(xì)胞分裂期胞分裂期DNA復(fù)制時(shí)更復(fù)制時(shí)更易發(fā)生易發(fā)生 有性生殖的減數(shù)分裂過程有性生殖的減數(shù)分裂過程中中減數(shù)分裂、有絲分裂的分減數(shù)分裂、有絲分裂的分裂期裂期基因的分子結(jié)構(gòu)改變，包基因的分子結(jié)構(gòu)改變，包括堿基對(duì)的增添、缺失和括堿基對(duì)的增添、缺失和替換替換來自不同親本的基因重新來自不同親本的基因重新組合組合染色體結(jié)構(gòu)的改變（缺失、染色體結(jié)構(gòu)的改變（缺失、重復(fù)、倒位、易位）；染重復(fù)、倒位、易位）；染色體數(shù)目的變化（個(gè)別染色體數(shù)目的變化（個(gè)別染色體數(shù)量的變化、染色體色體數(shù)量的變化、染色體組的數(shù)量變

4、化）組的數(shù)量變化）物理因素（高能射線、激物理因素（高能射線、激光等）、化學(xué)因素（亞硝光等）、化學(xué)因素（亞硝酸、硫酸二乙醇等）酸、硫酸二乙醇等）有性生殖行為有性生殖行為物理因素（射線、溫度物理因素（射線、溫度等）、化學(xué)因素（秋水仙等）、化學(xué)因素（秋水仙素）素）普遍性、隨機(jī)性、低頻性、普遍性、隨機(jī)性、低頻性、有害性、多向性、有害性、多向性、普遍性、多發(fā)性普遍性、多發(fā)性普遍性普遍性 產(chǎn)生新的基因產(chǎn)生新的基因 產(chǎn)生新的基因型產(chǎn)生新的基因型產(chǎn)生新的品種或物種產(chǎn)生新的品種或物種通過人工誘發(fā)，提高突變通過人工誘發(fā)，提高突變頻率，獲得新性狀；是變頻率，獲得新性狀；是變異的根本來源，為進(jìn)化提異的根本來源，為進(jìn)化

5、提供了最初的原材料供了最初的原材料培育人們所需要的新性狀培育人們所需要的新性狀組合品種；使生物變異更組合品種；使生物變異更豐富豐富培育人們所需要的新品種培育人們所需要的新品種例例2：自然界中自然界中, ,一種生物某一基因及突變基因決定的蛋白質(zhì)的部分一種生物某一基因及突變基因決定的蛋白質(zhì)的部分氨基酸序列如下氨基酸序列如下: :正?；蛘；?精氨酸精氨酸 苯丙氨酸苯丙氨酸 亮氨酸亮氨酸 蘇氨酸蘇氨酸 脯氨酸脯氨酸突變基因突變基因1 1 精氨酸精氨酸 苯丙氨酸苯丙氨酸 亮氨酸亮氨酸 蘇氨酸蘇氨酸 脯氨酸脯氨酸突變基因突變基因2 2 精氨酸精氨酸 亮氨酸亮氨酸 亮氨酸亮氨酸 蘇氨酸蘇氨酸 脯氨酸脯

6、氨酸突變基因突變基因3 3 精氨酸精氨酸 苯丙氨酸苯丙氨酸 蘇氨酸蘇氨酸 酪氨酸酪氨酸 丙氨酸丙氨酸根據(jù)上述氨基酸序列確定這根據(jù)上述氨基酸序列確定這3 3種突變基因種突變基因DNADNA分子的改變是分子的改變是: :A.A.突變基因突變基因1 1和和2 2為一個(gè)堿基的替換為一個(gè)堿基的替換, ,突變基因突變基因3 3為一個(gè)堿基的增添為一個(gè)堿基的增添B.B.突變基因突變基因2 2和和3 3為一個(gè)堿基的替換為一個(gè)堿基的替換, ,突變基因突變基因1 1為一個(gè)堿基的增添為一個(gè)堿基的增添C.C.突變基因突變基因1 1為一個(gè)堿基的替換為一個(gè)堿基的替換, ,突變基因突變基因2 2和和3 3為一個(gè)堿基的增添為一

7、個(gè)堿基的增添 D.D.突變基因突變基因2 2為一個(gè)堿基的替換為一個(gè)堿基的替換, ,突變基因突變基因1 1和和3 3為一個(gè)堿基的增添為一個(gè)堿基的增添 例例3：紫外線具有殺菌和誘變功能。用相同劑量。不：紫外線具有殺菌和誘變功能。用相同劑量。不同波長的紫外線處理兩組等量的酵母菌，結(jié)果見下同波長的紫外線處理兩組等量的酵母菌，結(jié)果見下表。表。據(jù)表推斷，在選育優(yōu)良菌種時(shí)，應(yīng)采用的紫外線波據(jù)表推斷，在選育優(yōu)良菌種時(shí)，應(yīng)采用的紫外線波長及依據(jù)是長及依據(jù)是A260nm；酵母菌存活率較低；酵母菌存活率較低B260nm；酵母菌突變數(shù)多；酵母菌突變數(shù)多C280mn；酵母菌存活率高；酵母菌存活率高D280nm；酵母菌突

8、變數(shù)少；酵母菌突變數(shù)少紫外線波長(nm) 存活率(%) 突變數(shù)(個(gè)) 260 60 50100 280 100 01 例例4：以下關(guān)于生物變異的敘述，正確的是：以下關(guān)于生物變異的敘述，正確的是 A、基因突變都會(huì)遺傳給后代、基因突變都會(huì)遺傳給后代 B、基因堿基序列發(fā)生改變，不一定導(dǎo)致性狀改變、基因堿基序列發(fā)生改變，不一定導(dǎo)致性狀改變C、染色體變異產(chǎn)生的后代都是不育的、染色體變異產(chǎn)生的后代都是不育的 D、基因重組只發(fā)生在生殖細(xì)胞形成過程中、基因重組只發(fā)生在生殖細(xì)胞形成過程中 三、變異的應(yīng)用（育種）三、變異的應(yīng)用（育種）育種方法育種方法原理原理方法方法優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)缺點(diǎn)實(shí)例實(shí)例誘變育種誘變育種雜交育種

9、雜交育種單倍體育單倍體育種種多倍體育多倍體育種種基因工程基因工程育種育種基因突變基因突變輻射、失重、輻射、失重、化學(xué)物質(zhì)等化學(xué)物質(zhì)等誘發(fā)突變誘發(fā)突變 新品種新品種提高變異頻率，提高變異頻率，加速育種過程，加速育種過程，可大幅度改良可大幅度改良某些性狀某些性狀有利變異少，有利變異少，誘變方向不能誘變方向不能控制，改良數(shù)控制，改良數(shù)量性狀效果差量性狀效果差高產(chǎn)青霉菌，高產(chǎn)青霉菌，太空椒太空椒基因重組基因重組雜交雜交 自自交交 選優(yōu)選優(yōu)使分散在同一使分散在同一物種不同品種物種不同品種中多個(gè)優(yōu)良性中多個(gè)優(yōu)良性狀集于一身狀集于一身時(shí)間長；局時(shí)間長；局限于同種或限于同種或親緣關(guān)系較親緣關(guān)系較近的個(gè)體近的個(gè)

10、體純種高桿抗病純種高桿抗病小麥與矮稈不小麥與矮稈不抗病小麥培育抗病小麥培育矮稈抗病小麥矮稈抗病小麥染色體數(shù)目染色體數(shù)目變異、組織變異、組織培養(yǎng)培養(yǎng) 花藥離體培花藥離體培養(yǎng)養(yǎng) 誘導(dǎo)染誘導(dǎo)染色體加倍獲得色體加倍獲得純合子純合子明顯縮短育明顯縮短育種年限，加種年限，加速育種過程速育種過程技術(shù)較復(fù)雜，技術(shù)較復(fù)雜，需與雜交育需與雜交育種結(jié)合，多種結(jié)合，多限于植物限于植物純種高桿抗病純種高桿抗病小麥與矮稈不小麥與矮稈不抗病小麥培育抗病小麥培育矮稈抗病小麥矮稈抗病小麥染色體數(shù)染色體數(shù)目變異目變異秋水仙素處理秋水仙素處理萌發(fā)的種子或萌發(fā)的種子或幼苗幼苗可培育自然界可培育自然界中沒有的新品中沒有的新品種，新品種

11、器種，新品種器官大、產(chǎn)量高官大、產(chǎn)量高只適用于植物，只適用于植物，結(jié)實(shí)率低結(jié)實(shí)率低三倍體無籽西三倍體無籽西瓜，八倍體黑瓜，八倍體黑小麥小麥基因重組基因重組（重組（重組DNA技術(shù)）技術(shù)）提取目的基因、裝提取目的基因、裝入運(yùn)載體、導(dǎo)入受入運(yùn)載體、導(dǎo)入受體細(xì)胞、基因表達(dá)、體細(xì)胞、基因表達(dá)、篩選所需品種篩選所需品種不受種屬限制，不受種屬限制，可根據(jù)人類需可根據(jù)人類需要，有目的地要，有目的地進(jìn)行進(jìn)行可能會(huì)引起生可能會(huì)引起生態(tài)危機(jī)，技術(shù)態(tài)危機(jī)，技術(shù)難度大難度大轉(zhuǎn)基因抗蟲棉，轉(zhuǎn)基因抗蟲棉，轉(zhuǎn)基因大豆轉(zhuǎn)基因大豆例例5：良種對(duì)于提高農(nóng)作物產(chǎn)量、品質(zhì)、和抗病性等具有良種對(duì)于提高農(nóng)作物產(chǎn)量、品質(zhì)、和抗病性等具有重要

12、作用。目前培養(yǎng)良種有多種途。其一是具有不同重要作用。目前培養(yǎng)良種有多種途。其一是具有不同優(yōu)點(diǎn)的親本雜交，從其后代中選擇理想的變異類型，優(yōu)點(diǎn)的親本雜交，從其后代中選擇理想的變異類型，變異來源于變異來源于 ，選育過程中性狀的遺傳遵，選育過程中性狀的遺傳遵循循 、 和連鎖互換等和連鎖互換等規(guī)律。其二是通過射線處理，改變已有品種的個(gè)別重規(guī)律。其二是通過射線處理，改變已有品種的個(gè)別重要性狀，變異來源于要性狀，變異來源于 ，實(shí)質(zhì)上是細(xì)胞中，實(shí)質(zhì)上是細(xì)胞中DNADNA分子上的堿基發(fā)生改變。其三是改變?nèi)旧w數(shù)目，分子上的堿基發(fā)生改變。其三是改變?nèi)旧w數(shù)目，例如用秋水仙素處理植物的分生組織，經(jīng)過培育和選例如用秋

13、水仙素處理植物的分生組織，經(jīng)過培育和選擇能得到擇能得到 植株。植株。 基因重組基因重組 基因分離基因分離定律定律 基因自由組合基因自由組合定律定律 基因突變基因突變 多倍體多倍體 例例6：兩個(gè)親本的基因型分別為：兩個(gè)親本的基因型分別為AAbb和和aaBB，這兩對(duì)基，這兩對(duì)基因按自由組合定律遺傳因按自由組合定律遺傳,要培育出基因型為要培育出基因型為aabb的新的新品種，最簡捷的方法是品種，最簡捷的方法是 A、單倍體育種、單倍體育種 B、雜交育種、雜交育種 C、人工誘變育種、人工誘變育種 D、細(xì)胞工程育種、細(xì)胞工程育種 例例7：科學(xué)家利輻射誘變技術(shù)處理紅色種皮的花生，獲得一突變植科學(xué)家利輻射誘變技

14、術(shù)處理紅色種皮的花生，獲得一突變植株，其自交所結(jié)的種子均具紫色種皮。這些紫色種皮的種子長株，其自交所結(jié)的種子均具紫色種皮。這些紫色種皮的種子長成的植株中，有些卻結(jié)出了紅色種皮的種子。成的植株中，有些卻結(jié)出了紅色種皮的種子。（1 1）上述紫色種皮的花生種子長成的植株中，有些結(jié)出了紅色種）上述紫色種皮的花生種子長成的植株中，有些結(jié)出了紅色種皮種子的原因：皮種子的原因： _ _ _。（2 2）上述紫色種皮的種子，可用于培育紫色種皮性狀穩(wěn)定遺傳的）上述紫色種皮的種子，可用于培育紫色種皮性狀穩(wěn)定遺傳的花生新品種。假設(shè)花生種皮的紫色和紅色性狀由一對(duì)等位基因花生新品種。假設(shè)花生種皮的紫色和紅色性狀由一對(duì)等位

15、基因控 制 ， 用 文 字 簡 要 敘 述 獲 得 該 新 品 種 的 過 程 ：控 制 ， 用 文 字 簡 要 敘 述 獲 得 該 新 品 種 的 過 程 ：_。獲得的突變植株是雜合子獲得的突變植株是雜合子， 其自交所產(chǎn)生的后代發(fā)生性狀分離其自交所產(chǎn)生的后代發(fā)生性狀分離 分別種植這批紫色種皮種子分別種植這批紫色種皮種子 ，連續(xù)自交兩代。若其中一些植，連續(xù)自交兩代。若其中一些植株所結(jié)的種子均具有紫色種皮，這些種子就是所需要的新品種株所結(jié)的種子均具有紫色種皮，這些種子就是所需要的新品種（純合子）（純合子） 例例8：已知水稻抗?。ǎ阂阎究共。≧）對(duì)感?。ǎ?duì)感?。╮）為顯性，有芒（）為顯性，有

16、芒（B）對(duì)無芒為顯性，）對(duì)無芒為顯性，兩對(duì)基因自由組合，體細(xì)胞染色體數(shù)為兩對(duì)基因自由組合，體細(xì)胞染色體數(shù)為24條?，F(xiàn)用單倍體育種方法選條。現(xiàn)用單倍體育種方法選育抗病、有芒水稻新品種。育抗病、有芒水稻新品種。（1）誘導(dǎo)單倍體所用的花藥，應(yīng)取自基因型為）誘導(dǎo)單倍體所用的花藥，應(yīng)取自基因型為 的植株。的植株。（2）為獲得上述植株，應(yīng)采用基因型為）為獲得上述植株，應(yīng)采用基因型為 和和 的兩親本進(jìn)行雜交。的兩親本進(jìn)行雜交。（3）在培養(yǎng)過程中，單倍體有一部分能自然加倍成為二倍體植株，該二倍）在培養(yǎng)過程中，單倍體有一部分能自然加倍成為二倍體植株，該二倍體植株花粉表現(xiàn)體植株花粉表現(xiàn) （可能或不育），結(jié)實(shí)性為（

17、可能或不育），結(jié)實(shí)性為 （結(jié)實(shí)或不（結(jié)實(shí)或不結(jié)實(shí)），體細(xì)胞染色體數(shù)為結(jié)實(shí)），體細(xì)胞染色體數(shù)為 。（4）在培養(yǎng)過程中，一部分花藥壁細(xì)胞能發(fā)育成植株，該二倍體植株花粉）在培養(yǎng)過程中，一部分花藥壁細(xì)胞能發(fā)育成植株，該二倍體植株花粉表現(xiàn)表現(xiàn) （可能或不育），結(jié)實(shí)性為（可能或不育），結(jié)實(shí)性為 （結(jié)實(shí)或不結(jié)實(shí)），體細(xì)（結(jié)實(shí)或不結(jié)實(shí)），體細(xì)胞染色體數(shù)為胞染色體數(shù)為 。（5）自然加倍植株和花藥壁植株中都存在抗病、有芒的表現(xiàn)型。為獲得穩(wěn)）自然加倍植株和花藥壁植株中都存在抗病、有芒的表現(xiàn)型。為獲得穩(wěn)定遺傳的抗病、有芒新品種，本實(shí)驗(yàn)應(yīng)選以上兩種植株中的定遺傳的抗病、有芒新品種，本實(shí)驗(yàn)應(yīng)選以上兩種植株中的 植植株，因

18、為自然加倍植株株，因?yàn)樽匀患颖吨仓?，花藥壁植株，花藥壁植株 。（6）鑒別上述自然加倍植株與花藥壁植株的方法是：）鑒別上述自然加倍植株與花藥壁植株的方法是：RrBbRRbb rrBB 可育可育 結(jié)實(shí)結(jié)實(shí)24條條可育可育結(jié)實(shí)結(jié)實(shí)24條條自然加倍自然加倍基因型純合基因型純合基因型雜合基因型雜合將植株分別自交，子代性狀表現(xiàn)一致的是自然加倍植株，子將植株分別自交，子代性狀表現(xiàn)一致的是自然加倍植株，子代性狀分離的是花藥壁植株。代性狀分離的是花藥壁植株。例例9：為豐富植物育種的種質(zhì)資源材料，利用鈷：為豐富植物育種的種質(zhì)資源材料，利用鈷 60 的的射線輻射植物種子篩選出不射線輻射植物種子篩選出不 同性狀的突

19、變植株，請回答下列問題：同性狀的突變植株，請回答下列問題：（1）鈷）鈷60 的的輻射用于育種的方法屬于輻射用于育種的方法屬于 育種。育種。 （2）從突變材料中選出高產(chǎn)植株，為培育高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗鹽新品種，利用該植株）從突變材料中選出高產(chǎn)植株，為培育高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗鹽新品種，利用該植株進(jìn)行的部分雜交實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的部分雜交實(shí)驗(yàn)如下如下： 控制高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)性狀的從因位于控制高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)性狀的從因位于 對(duì)染色體上對(duì)染色體上.在減數(shù)分裂聯(lián)會(huì)期在減數(shù)分裂聯(lián)會(huì)期 （能、不能）配對(duì)。（能、不能）配對(duì)。 抗鹽性狀屬于抗鹽性狀屬于 遺傳。遺傳。（3）從突變植株中還獲得了顯性高蛋自植株（純合子），為驗(yàn)正該性狀是否有望）從突變植

20、株中還獲得了顯性高蛋自植株（純合子），為驗(yàn)正該性狀是否有望一對(duì)基因控制，請參與實(shí)驗(yàn)設(shè)汁并完善實(shí)驗(yàn)方案：一對(duì)基因控制，請參與實(shí)驗(yàn)設(shè)汁并完善實(shí)驗(yàn)方案： 步驟步驟 l ：選擇：選擇 和和 雜交。雜交。預(yù)期結(jié)果預(yù)期結(jié)果 。 步驟步驟 2 : 。預(yù)期結(jié)果預(yù)期結(jié)果 。 觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析：如果觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析：如果 與與 相符，可證明該性相符，可證明該性狀由一對(duì)基因控制。狀由一對(duì)基因控制。誘變誘變 兩（或不同）兩（或不同） 不能不能 細(xì)胞質(zhì)（或母系）細(xì)胞質(zhì)（或母系） 高蛋白（純合）植株高蛋白（純合）植株 低蛋白植株（或非高蛋白植株）低蛋白植株（或非高蛋白植株） 后代（或后代（或 F1）表現(xiàn)型都是高蛋白植株）表現(xiàn)型都是高蛋白植株 測交方案：用測交方案：用 F1 ：與低蛋白梢株雜交：與低蛋白梢株雜交后代高蛋白植株和低蛋白植株的比例是后代高蛋白植株和低蛋白植株的比例是1：1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)果 預(yù)期結(jié)果預(yù)期結(jié)果 雜交一：P： 非高