安徽省宣城市第三中学夏焦兵
【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 PAABB×aabb亲本(P)杂交,收获种子
↓
第二代 F1AaBb种植F1代自交,收获种子
↓种植F2代,选矮杆
第三代 F2A_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 F3aaB_(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PAABB×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 PAABB×aabb亲本(P)杂交,收获种子
↓
第二代 F1AaBb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。