变异与育种

生物的变异与育种
一、可遗传的变异和不可遗传的变异
比较项目 可遗传的变异 不可遗传的变异
遗传物质是否变化 遗传物质改变 遗传物质不改变
遗传情况 变异性状能在后代中再次出现 变异性状仅限于当代表现

应用价值 是育种的原始材料，生物进化的主要原因，能从中选育出符合人类需要的新类型和新品种 无育种价值，但在生产上可应用优良环境条件以影响性状的表现而获
得高产优质产品

二、基因突变
1、概念：DNA分子中发生碱基对的增添、缺失和替换而引起的基因结构的改变。
2、实例
（1）镰刀型细胞贫血症
根本原因：血红蛋白基因突变（碱基对替换）
直接原因：血红蛋白结构异常，红细胞呈镰刀状，易破裂，导致溶血性贫血
（2）囊性纤维病（CFTR基因缺失3个碱基）→CFTR蛋白在第508位缺少苯丙氨酸→CFTR
蛋白结构异常→患者支气管内黏液增多，细菌繁殖，常于幼年时死于肺部感染
（3）豌豆的圆粒和皱粒产生机理（编码淀粉分支酶的基因插入外来的DNA序列，不能合
成淀粉，淀粉降低蔗糖升高，吸水减少，皱粒豌豆）

3、基因突变的时期、类型、原因、结果和意义
时期 一般在DNA复制时（有丝分裂间期或减数第一次分裂前的间期）
类型 ①根据对性状类型的影响分为
显性突变：如a→A，该突变一旦发生即可表现相应性状
隐性突变：如A→a，突变性状一旦在生物个体中表现出来，该性状即可稳定遗传
②根据诱变时的状态，分为：
自然突变：在自然状态下发生的基因突变
诱发突变：在人工条件下诱发的基因突变
原因 物理因素（紫外线、X射线及其他辐射、激光等）
外因：某些环境条件 化学因素（亚硝酸、硫酸二乙酯等）
生物因素（某些病毒）
内因：体内异常的代谢物质等导致基因中碱基对增添、缺失或替换
结果 产生了该基因的等位基因，即新基因
意义 新基因产生的途径；生物变异的根本来源；生物进化的原始材料

4.基因突变的特点
（1）普遍性：病毒、原核生物、真核生物（所有生物）均可发生
时间上：生物个体发育的任何时期均可发生
（2）随机性： 体细胞：一般不传递给子代
细胞水平 生殖细胞：突变的基因通过生殖细胞传递给子代
部位上： 可发生在细胞内不同的DNA分子上
分子水平 可发生在同一个DNA分子的不同部位
（3）低频性：自然状态下，高等生物的突变频率是10-8~10
-5
（4）不定向性：可向多方向突变，产生多个等位基因（复等位基因）
（5）多害少利性：
①基因突变有害或有利由生存环境决定：某种基因决定的性状在某种环境下是有利的，
若环境改变，可能成为有害的。
②基因突变的有害性或有利性是对生物本身而不是对人类而言的。如落粒性水稻有利于
水稻繁殖，但不利于人类收割。
5、基因突变不一定导致生物性状的改变的原因
（1）突变发生在非编码区
（2）基因突变后形成的密码子与原密码子决定的是同一种氨基酸（密码子的简并性）
（3）基因突变若为隐性突变，如AA→Aa，也不会导致性状的改变。
（4）基因在细胞中的选择性表达。

三、基因重组
1、概念：生物体有性生殖的过程中控制不同性状的基因重新组合。
2、三种基因重组类型的比较
基因重组类型 发生时间 发生重组的原因 特点
自由组合 减I后期 非同源染色体上的非等位基因自由组合 ①只产生新的基因型，不产生新基因→无
新的蛋白质→无新性状
②发生于真核生物、有性生殖的核遗传中
（DNA重组技术除外）
③两个亲本杂合性越高→遗传物质相差越
大→基因重组类型越多→后代变异越多

交叉互换 减I前期（四分体时期） 同源染色体上的非姐妹染色
单体之间交叉互换
基因工程（DNA重组技术） 重组质粒导入受体细胞 目的基因导入受体细胞，导
致受体细胞中基因重组
四、基因突变与基因重组的关系
项目 基因突变 基因重组
条件 外界条件的剧变和内部因素的相互作用 不同个体间的杂交，有性生殖过程中的减数分裂
发生的范围 存在于所有生物 仅存在于有性生殖的生物中（自然状态下）
意义 生物变异的根本来源，生物进化的原始材料 生物变异的重要因素，也是生物进化的重要因素
之一
发生可能性 很小 非常普遍
联系 ①都使生物产生可遗传的变异
②在长期进化过程中，通过基因突变产生新基因，为基因重组提供了大量可供自由组合的
新基因，基因突变是基因重组的基础
③二者均产生新的基因型，可能产生新的表现型。

五、染色体变异
缺失
染色体 重复
结构变异 易位
1、染色体变异 倒位 21三体综合征
染色体 个别染色体增添或缺失 先天性性腺发育不良（XO，缺少一条X染色体）
数目变异 配子发育→单倍体
染色体组成倍增加或减少 二倍体
受精卵发育 多倍体
注意区别易位和交叉互换
2、二倍体、多倍体和单倍体的比较
项目 二倍体 多倍体 单倍体
来源 受精卵发育 受精卵发育 配子发育
概念 体细胞中含有两个染色体组的个体 体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体 体细胞中含有本物种配子染
色体数目的个体

染色体组数 两个 三个或三个以上 不确定，一至多个
实例 几乎全部动物和过半数高等植物 香蕉（3N）、马铃薯（4N）、普通小麦（6N）、无籽西瓜（3N） 雄蜂、雄白蚁；玉米、小麦的
单倍体等
形成原因 自然形成 正常的有性生殖 外界环境条件剧变（如低温） 单性生殖
人工诱导 - 秋水仙素处理萌发的种子或幼苗 花药离体培养
植物特点 - 果实、种子较大，营养物质含量丰富，但发育延迟，结实率低 植株弱小，高度不育

基因组的概念：对于有性染色体的生物（二倍体），其基因组为常染色体/2+性染色体；对于
无性染色体的生物，其基因组与染色体组相同。

六、生物变异在育种上的应用
名称 原理 方法 优点 缺点 应用
杂交 育种 基因 重组 培育纯合子品种：杂交→自交→筛选出符合要求的表现型，自交到不发生性状分离为止 使分散在同一物种不同品种中的多个优良性状集中于同一个体上（集优） ①育种时间长 ②局限于同一种或亲缘关系较近的个体 用纯种髙秆抗
病小麦与矮秆
不抗病小麦培
育矮秆抗病小
麦
培育杂种优势品种：一般是选取纯合双亲杂交 年年制种 杂交水稻、玉
米
诱变 育种 基因 突变 ①物理：紫外线、X射线或γ射线，微重力、激光等处理，再筛选； ②化学：亚硝酸、硫酸二乙酯处理，再选择 提高变异频率，加快育种进程，大幅度改良某些性状 有利变异少，需大量处理实验材料（有很大盲目性） 高产青霉菌，
“黑农五号”
大豆品种等的
培育和高产雄
性家蚕的培育
单倍体 育种 染色体数目变异 ①先杂交，使优良性状集中于同一个体；②花药离体培养，培养出单倍体幼苗（注意单倍体没有种子）；③将单倍体幼苗经一定浓度的秋水仙素处理获得纯合子；④从中选择优良植株 明显缩短育种年限；子代均为纯合子，加速育种进程 技术复杂且需与杂交育种配合 用纯种髙秆抗
病小麦与矮秆
不抗病小麦快
速培育矮秆抗
病小麦

多倍体 育种 染色体数目变异 用一定浓度的秋水仙素处理萌发的种子或幼苗 操作简单，能较快获得所需品种 所获品种发育延迟，结实率低，一般只适三倍体无籽西
瓜、八倍体小
黑麦
用于植物
基因工程育种 基因 重组 提取目的基因→转入运载体→导入受体细胞→目的基因的表达与检测→筛选出符合要求的新品种 能定向地改变生物遗传性状；目的性强；育种周期短；克服了远缘杂交不亲和的障碍 技术复杂，安全性问题多 转基因：向日
葵豆“、转基
因抗虫棉

七、育种方法的选择
育种目标 育种方案
集中双亲优良性状 单倍体育种（明显缩短育种年限）
杂交育种（耗时较长，但简便易行）
对原品系实施“定向”改造 基因工程及植物细胞工程（植物体细胞杂交）育种
让原品系产生新性状（无中生有） 诱变育种（可提高变异频率，期望获得理想性状）
对原品系营养器官“增大”或“加强” 多倍体育种
注意：
1.若要培育隐性性状个体，则可用自交或杂交法，只要出现该性状即可。
2.有些植物如小麦、水稻等，杂交试验较难操作，则最简便的方法是自交。
3.若要快速获得纯种，则用单倍体育种方法。
4.若实验植物为营养繁殖类如马铃薯、地瓜等，则只要出现所需性状即可，不需要培育出纯种。

无籽西瓜与无子番茄的区别
原理 化学试剂 无子原因 能否遗传
无籽西瓜 染色体变异 秋水仙素 联会紊乱不能产生配子 能，后代仍无子

无子番茄 生长素促进果实发育 一定浓度的生长素 未受精 不能，后代有子