L 农作物新品种的培育（作物育种）

经人类长期选育，现有许多作物具有人类期望的优良性状；同时，人类仍在们按照自己的意愿，依据不同的育种原理，有目的、有计划地选育所需要的生物新品种。这里，我们可以分三种情况。

1．保持品种的优良性状。

2．从不良性状中把所需要的优良性状（相对性状）分离出来或把位于不同个体的优良性状集中另一个个体上来。如利用基因分离的原理从高秆小麦中分离出能抗倒伏的矮秆小麦品种；通过基因的自由组合，把小麦中高秆抗锈病和矮秆不抗锈病两利性状进行重新组合获得矮秆抗病的小麦优良品种。

3．创造具有优良性状的生物新品种。如利用人工诱变育种技术培育作物新品种；利用基因工程的原理创造抗虫棉。

二、育种方法

（一） 根据“遗传”、“细胞的全能性“原理进行品种的延续和扩大

可用无性繁殖：如扦插，嫁接，分根，压条，组织培养，以及克隆。

例如，菊花、水仙花、月季等很多的花卉，香蕉、柑橘等很多水果，马铃薯、甘薯等很多蔬菜、粮食作物，自身可能是杂合体，但应用无性繁殖栽培，都可以保持优良性状。

（二）根据“可遗传变异的来源”原理进行育种

1．杂交育种

（1）原理：基因重组（通过基因分离、自由组合或连锁交换，分离出优良性状或使各种优良性状集中在一起）

（2）方法：将具有不同优良性状的亲本杂交后，不断自交，并不断淘汰不符合要求的个体，直至后代不在发生性状分离。

（3）举例：

已知小麦的高秆（D）对矮秆（d）为显性，抗锈 病（R）对易染锈病（r）为显性，两对性状独立遗传。现有高秆抗锈病、矮秆易染病两纯系品种。要求使用杂交育种的方法培育出具有优良性状的新品种。

①让纯种的高秆抗锈病和矮秆易染锈病小麦杂交得F₁；

②让F₁交得F₂

③选F₂矮秆抗锈病小麦自交得F₃

④留F₃未出现性状分离的矮秆抗病个体再重复③、④步骤。

（4）特点：育种年限长，需连续自交不断择、汰劣才能选育出需要的类型。

（5）说明：

①该方法常用于同一物种不同品种的个体间；

②对于亲缘关系较近的不同物种个体间也可以用到杂交技术，如八倍体小黑麦的培育、萝卜和甘蓝杂交，但为了使后代可育，应使染色体加倍，得到的个体即是异源多倍体，这种育种方式就是多倍体育种；

③若该生物靠有性生殖繁殖后代必须选出优良性状的纯种，以免后代发生性状分离；若该作物靠无性生殖产生后代，那么只要得到该优良性状就可以了，纯种、杂种并不影响后代性状的表达。

2．诱变育种

（1）原理：基因突变

（2）方法：用物理因素（如 X射线J射线、紫外线、激光等）或化学因素（如亚硝酸、硫酸二乙脂等〕来处理生物，使其在DNA复制时发生差错，从而引起基因突变。

（3）举例：太空育种、“黑农五号”大豆

（4）特点：可提高突变频率，创造出人类需要的变异类型，从中选择培育出优良的生物品种，但由于突变的不定向性，必须大量处理供试材料，以便能从中选育出理想植株。

3．单倍体育种

（1） 原理：染色体变异

（2） 方法：花药离体培养获单倍体植株，然后用人工诱导的方法使染色体加倍。

（3） 举例

①让纯种的高秆抗锈病和矮秆易染锈病小麦杂交得F₁；

②取F₁的花药离体培养得到单倍体；

③用秋水仙素处理单倍体幼苗，使染色体加倍，选取具有矮秆抗病性状的个体即为所需类型。

（4）特点：由于得到的个体基因都是纯合的自交后代不发生性状分离，所以相对于杂交育种来说，明显缩短了育种的年限。

（5）说明：该种育种方法有时用到杂交技术；其中的花药离体培养过程需要组织培养技术手段支持；因F₁是单倍体，高度不育，用秋水仙素处理的是F₁的幼苗而非种子。

4．多倍体育种

（1）原理：染色体变异

（2）方法：用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，从而使细胞内染色体数目加倍，染色体数目加倍的细胞继续进行正常的有丝分裂，即可发育成多倍体植株。

（3）举例：

三倍体无子西瓜的培育（同源多倍体的培育）

说明：

三倍体西瓜种子种下去后，为什么要授以二倍体西瓜的花粉？西瓜的三倍体植株由于减数分裂过程中会紊乱，不能形成正常生殖细胞，因而不能形成种子，子房因缺乏生长素而不能发育成果实。但在三倍体植株上授以二倍体西瓜花粉后，花粉在柱头上萌发的过程中，将自身的色氨酸转变为吲哚乙酸的酶体系分泌到西瓜三倍体植株的子房中去，引起子房合成大量的生长素；其次，二倍体西瓜花粉本身含有少量生长素，在授粉后也可扩散到子房中去，这两种来源的生长素能使子房发育成果实。

②八倍体小黑麦的培育（异源多倍体的培育）：

普通小麦是六倍体（AABBDD），体细胞中含有4 2条染色体，属于小麦属；黑麦是二倍体（RR），体细胞中含有14条染色体，属于黑麦属。两个不同属的物种一般是难以杂交的，但也有极少数的普通小麦品种含有可杂交基因，能接受黑麦的花粉。杂交后的子一代含有四个染色体组（ABDR）不可育，必须用人工方法进行染色体加倍才能产生后代，染色体加倍后的个体细胞中含有八个染色体组（AABBDDRR），而这些染色体来自不同属的物种，所以称它为异源八倍体小黑麦。

（4）特点：该种育种方法得到的植株茎秆粗壮，叶片、果实和种子较大，糖类和蛋白质等营养物质的含量有所增加，但发育延迟，结实率降低。

（5）说明：在育种中要用到杂交技术。

（三）依据“工程原理”进行育种

1．利用“基因工程”育种

（1）原理：DNA重组技术（属于基因重组范畴）

（2）方法：按照人们的意愿，把一种生物的个别基因复制出来，加以修饰改造，放到另一种生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。操作步骤包括：提取目的基因、目的基因与运载体结合、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与表达等。

（3）举例：抗虫棉等培育。

（4）特点：目的性强，育种周期短。

2．利用“细胞工程”育种

（1）原理：植物体细胞杂交

（2）方法：用两个来自不同植物的体细胞融合成一个杂种细胞，并且把杂种细胞培育成新植物体的方法。操作步骤包括：用酶解法去掉细胞壁、用诱导剂诱导原生质体融合、将杂种细胞进行组织培养等。

（3）举例：“番茄马铃薯”杂种植株的培育。

（4）特点：可克服远缘杂交不亲合的障碍，大大扩展了可用于杂交的亲本组合范围。

（5）说明：该种方法需植物组织培养等技术手段的支持。

（三）利用植物激素进行促使单性结实

1．原理：适宜浓度的生长素可以促进果实的发育

2．方法：在未授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．举例：无子番茄的培育

4．特点：由于生长素所起的作用是促进果实的发育，并不能导致植物基因型的改变，所以该种变异类型是不遗传的。

严格地说，此法不属于育种，而是单性结实。

例题一 现有两个小麦品种，一个纯种麦性状是高杆(D)，抗锈病(T)；另一个纯种麦的性状是矮杆(d)，易染锈病(t)。两对基因独立遗传。育种专家提出了如右图所示Ⅰ、Ⅱ两种育种方法以获得小麦新品种。问：

（1）要缩短育种年限，应选择的方法是____，

依据的变异原理是_______；另一种方法的

变异原理是_________。

（2）图中①和④基因组成分别为____和_______。

（3）(二)过程中，D和d的分离发生在_______；

(三)过程采用的方法称为__________；

(四)过程常用的化学药剂是__________。

（4）(五)过程产生的抗倒伏抗锈病植株中的纯合体

占______；如果让F₁按(五)、(六)过程连续自

交二代，则⑥中符合生产要求的能稳定遗传的

个体占_______。

（5）如将方法Ⅰ中获得的③⑤植株杂交，再让所得

到的后代自交，则后代的基因型比例为_______。

解析 本题涉及常规的杂交育种（Ⅱ）和单倍体育种（Ⅰ）；同时又将知识拓展至减数分裂和遗传几率的计算。其中第（4）小题抗倒伏抗锈病植株的基因型有ddTT、ddTt，两者的比例为1：2。从连续自交的结果看，纯合体的比例回逐代提高，直至达到95%以上后，即可认为基本为纯种，可推广至大田生产之用。

答案：（1）Ⅰ 染色体变异 基因重组 （2）DT ddTT (3) 减数第一次分裂 花药离体培养 一定浓度的秋水仙素 （4）1/3 1/2（5）DDtt : Ddtt : ddtt，比例为1：2：1

例题二 图示某生命科学研究院利用玉米种子作为实验材料所做的一些科学实验，请认真读图并回答下列各题：

（1）取B幼苗的茎尖进行组织培养（图 B～C）发育成植株D，再取其花药进行离体培养，幼苗经秋水仙素处理（图E～F），又发育成为植G。

①从生殖方式上分析，B～D和E～G分别属于 _______________ 生殖。

②从细胞分裂方式上分析，B→D→E→G过程中分别发生了 _______________分裂。

③从遗传特点上分析D和G性状表现的特点是____________________________________。

（2）图中②～③是将纯种黄色玉米种子搭载航天飞机进行失重和宇宙射线处理。④是从太空返回的玉米种子种植后的高大植株。⑤和④ 自花传粉后所结的果穗，其上出现了从来没有见过的“红粒”性状。那么，这一性状的出现是____________结构改变引起的。

（3）经鉴定，红粒与黄粒是一对相对性状，且为常染色体完全显性遗传。请你用该果穗上的红粒与黄粒为实验材料，设计配种方案（包括配种方法、结果、结论），以鉴定这一相对性状的显隐关系。

解析 本题涉及组织培养、单倍体育种、诱变育种等多种现代化育种技术。解题时还要联系育种各步骤中细胞分裂方式进行判断。要清楚，对高等生物而言，只有形成成熟生殖细胞（配子）的分裂才是减数分裂；例如形成花粉粒或大孢子（其又可进一步发育成胚囊，含卵细胞和极核）。第（3）小题是对遗传基本概念和基础知识的应用。我们在复习的中后阶段，训练中遭遇大量新情景的同时，不要忘记对书本基础的回归，没有扎实的基础，高考中是不可能获得高分的。

答案（1）①无性 单性 ②有丝 减数 ③D与A（B）同；G与A（B）有性状分离

（2）DNA（基因、遗传物质）（3）方案一 自交，若子代全部表现出黄粒或红粒，可认定黄粒或红粒是纯种；再让子代黄粒与红粒杂交，其后代表现出来的性状为显性，未表现出来的性状为隐性性状。若自交后代出现性状分离，则亲本性状为显形性状，新出现的性状为隐性。

方案二：杂交，如后代表现出一亲本的性状，则该性状为显性性状，另一性状为隐性性状。若后代表现出两种亲本性状，可再进行自交，出现性状分离为显性性状，未出现性状的是隐性性状。