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生物科技
内容一
1、谈谈植物育种,新品种选育,在农业生产中的重要性,当今我国及国际育种的发展现状和趋势(30')
1、可以大幅度提高农作物的产量,品质。
2、满足消费者的跨地域对农作物的需求。
3、克服天气,温度等环境的影响。
4、出现新品种的农作物,生产出优质农作物。
5、研究出药用价值的植物,对有些产量低,品质差的药植物可以大面积种植植物育种的种子,提高市场需求。
发展现状和趋势:
植物药的研究和应用主要集中在亚洲,非洲和拉丁美洲等地区的发展中国家,这些国家具有应用药用植物的历史和民族习惯,同时大多拥有极其丰富的药用植物资源,是全人类的珍贵财产和宝库。
因此在药用植物研究和开发上主要集中在日本、中国、印度、朝鲜、马来西亚、新加坡等东南亚以及非洲和拉丁美洲等地区。
在药用植物遗传育种研究方面,根据目前的报道,主要集中在日本、中国和印度。
日本十分重视药用植物的质量和品种改良工作,把药用植物的遗传研究、脱病毒技术和生物新技术育种作为药用植物研究工作的重要部分。
日本育出的甘菊四倍体品种,其甘菊环酯含量是二倍体的1.2倍,花体积是二倍体的2.3倍,日本成功地进行了川芎茎尖脱毒培养,有效地解决了川芎易受病毒侵染造成大幅度减产的问题。
我国中药材生产长期以来处于自由发展的状态,中药材的遗传育种和良种选育工作和各种农作物比,差距很大。
尤其在药用植物有关性状和化学成分调控机理的遗传规律研究方面,几乎是空白。
由于缺乏遗传基础研究工作,因此药用植物的育种工作不仅做得很少,而且主要停留在比较初步的阶段,主要移植和应用农作物上传统应用的常规育种技术,近十年来,随着生物技术的发展,药用植物的生物技术育种工作也取得了较大的进展,并且在生产上取得了较好的增产优质效果
用植物组织培养进行优良种苗无性系的快速繁殖是生物技术中实用性最强,应用可能性最大的一个基本技术.经过国内外科学家的努力.巳经比较成熟和完备,从育种工作本身,一个优良品种育成以后,为了尽快在生产上加以椎广应用,产生效益,也需要有一个与之配套的加速繁殖技术.尤其是不能靠种子繁殖.或种子繁殖较难的多年生植物,组织培养技术是一种理想的快速繁殖技术.
在国内外已经报道过的植物组织培养成功的例子中,药用植物占有较大的比例.为药用植物组织培养应用于生产打下了良好的基础,药用植物优质种苗的迅速的克隆繁殖,种苗纯度高。
无疑十分有益中药材产量和质量的提高.另外对于稀、珍、濒危药用植物的保护和利用方面也具有重要的应用价值和意义.
生物技术在药用植物品种改良方面的应用潜力较大,研究面比技宽,方法技术也较多,以上只是述及了比较主要的一些方面,生物技术在中药现代化、育种方面的这些应用,有些技术已经比较成熟,可以尽快在研究和生产上采用,例如组织培养快速繁殖,脱毒技术,多倍体育种等可望在近期应用于生产,取得明显的增产效益,但是有些技术尚正处于基础理论研究,逐步完善的过程中,离开应用还有一段较长的时期,例如原生质体融合、试管授精、基因工程等方面,尽管目前进展很快,前景诱人,但是还有许多基础理论研究和技术上的问题尚未解决,还有待于各国科学家去努力攻克.尤其是药用植物遗传基础方面的研究,工作量很大,这一方面是由于药用植物面广量大,品种多,另一方面目前药用植物现有的基础研究还很薄弱,尤其关于药用植物有效成分的生物合成和遗传调控机理的研究还基本上属于空白。
因此对化学成分生成和遗传调控机理研究的深入,将对提高中药材有效化学成分、进一步对中药产品的质量和疗效将起十分关键的作用。
2、通过叙述和举例说明“一粒种子可以改变世界”突出植物育种工作的重要性,对农业增产,农民增收和社会稳定的重要意义。
(15')
一粒通过优质育种培育出来的种子,经过大面积种植,优异的产量和品质,将给人类带来难以估量的利益。
(一)是落实国家粮食产业政策的需要
《全国粮食生产发展规划(2006—2020)》中提出“加大良种良法为主体的科技投入,加快主导品种主推技术的推广应用”,“积极发展玉米、大豆、薯类及杂粮生产,促进饲料和工业用粮的稳步增长”。
“杂交谷子”品种,亩产比常规谷子增产30%以上,在一些不适宜种植小麦、玉米的贫瘠旱地上增产幅度更高,最高达到2倍。
中国旱地总面积约7580万公顷,占全国农田面积的73.7%,旱地集中分布的黄河流域及其以北地区又占全国旱地总面积的80%左右,杂交谷子适宜在这些地区种植。
种植谷子的地块一般较瘠薄,种植其他作物产量很低,而种植杂交谷子可以高产稳产,近几年杂交谷子在各地种植数据表明,在贫瘠的旱薄地上杂交谷子可以稳产400公斤/亩,是对我国粮食安全的有力补充。
(二)是调整农业产业结构、提高农民收入的需要
谷子种植面积由建国初期的1.5亿亩减少到目前2000万亩,种植面积和产量降低到历史最低水平。
而随着人们膳食结构的调整,小米逐渐走上百姓餐桌,市场价格看好,目前的小米市场价格超过每市斤3元,谷子价格超过1.8元,谷子市场供不应求。
种植杂交谷子比常规谷子、旱地玉米亩增收超过260元,为旱作农业发展、种植业结构调整提供了新的战略选项。
(三)是发展旱作节水农业、提高水资源利用的需要
我国是最大的贫水国,人均水资源仅为世界平均水平的1/4,每亩耕地占有水资源为世界平均水平的3/4。
谷子每生产1公斤干物质需水270公斤,玉米和小麦则分别需要370公斤和510公斤水。
比玉米、小麦可节约灌溉用水2—3次,平均每亩节水超过100立方米。
每推广种植100万亩杂交谷子,比种植玉米节约用水1亿多立方米,相当于建一座大型水库,这将在水资源利用和农业可持续发展方面产生不可估量的作用。
我国是一个水资源匮乏的国家,种植杂交谷子不需要增加水资源投入,就能实现粮食增产。
因此,发展杂交谷对我国水资源利用和农业可持续发展意义重大。
(四)有助于我国粮食安全
谷子是我国的传统作物,解放初的谷子面积1.5亿亩,现在只剩2000万亩。
如能推广杂交谷子1亿亩,每亩最少增产200斤,可增产200亿斤粮食,占全国增“千亿斤粮食计划”的20%。
(五)为世界粮食安全做贡献
在商务部和农业部的支持下,杂交谷子在埃塞俄比亚试种成功,比当地主栽粮食作物苔麸增产2—3倍,该国农业部和当地农民非常欢迎。
联合国粮农组织总干事雅克·迪乌夫于2009年6月专程考察了我国的杂交谷子,决定在全球推广,为世界粮食安全做贡献,并希望中国政府成立“国际杂交谷子培训中心”。
目前,粮农组织把塞内加尔、贝宁等9个非洲国家作为推广杂交谷子的试点,将来在非洲大面积推广杂交谷子,这是中国政府对非洲人民的又一项重大科技支持。
3、叙述和举例说明当今我国植物育种工作取得的成果和与世界发达国家仍然存在着较大的差距。
(15')
成果:
“农林动植物育种工程”围绕主要农作物(水稻、小麦、玉米、大豆等粮油作物、棉花、蔬菜、薯类及其它作物)、畜禽水产(猪、牛、羊、家禽、水产)、林果花草(杨树、桉树、生态与珍贵树种、水果和干果、花卉、草类),集成应用现代高效育种技术和优异国内外种质资源,聚合优质、高产、抗病、抗逆、高效等性状基因,强化优质、高产、抗逆、高效的协调改良,创造目标性状突出、综合性状优良的育种新材料,培育有重大应用前景的优质专用新品种、高产新品种和功能型新品种,实现产量和品质的协同提高。
项目实施以来,水稻、小麦、玉米等作物的亲本选育取得重要进展,畜禽、水产的材料挖掘以及引进改良获得一批有重要潜力的育种材料。
在动植物新品种培育中,优质、高产与抗逆等优良性状负相关的难题正在不断得到克服,优良性状协调改良的新品种在全国推广应用,保障了我国的粮食安全,提高了人民饮食质量,增加了企业的经济效益,促进了相关产业结构的调整和优化。
此外,项目通过产学研联合,吸收优秀企业参与到项目的基础研究和成果转化工作中,增强了企业的科研创新能力,提高了企业的竞争力,同时,也使得项目获得的优良新品种迅速推广,取得了良好的经济效益。
据统计,“农林动植物育种工程”共建立示范基地596个,面积886万亩,示范推广农作物新品种、新技术82750.56万亩,示范推广畜禽8939.75万头(只)以上,示范推广水产良种127万亩,示范推广林果花草1326.11万亩,共创经济效益833亿余元;实现成果转让249项,转让收入1.357亿元。
与国外的差距是相当滴大,大到不可弥补。
谢谢
内容二
4、叙述孟德尔遗传定律谈谈其重大意义(30')
孟德尔的分离规律和自由组合规律是遗传学中最基本、最重要的规律,后来发现的许多遗传学规律都是在它们的基础上产生并建立起来的,它犹如一盏明灯,照亮了近代遗传学发展的前途。
1)、理论应用
从理论上讲,自由组合规律为解释自然界生物的多样性提供了重要的理论依据。
大家知道,导致生物发生变异的原因固然很多,但是,基因的自由组合却是出现生物性状多样性的重要原因。
比如说,一对具有20对等位基因(这20对等位基因分别位于20对同源染色体上)的生物进行杂交,F2可能出现的表现型就有2^20=1048576种。
这可以说明现在世界生物种类为何如此繁多。
当然,生物种类多样性的原因还包括基因突变和染色体变异,这在后面还要讲到。
分离规律还可帮助我们更好地理解为什么近亲不能结婚的原因。
由于有些遗传疾病是由隐性遗传因子控制的,这些遗传病在通常情况下很少会出现,但是在近亲结婚(如表兄妹结婚)的情况下,他们有可能从共同的祖先那里继承相同的致病基因,从而使后代出现病症的机会大大增加。
因此,近亲结婚必须禁止,这在我国婚姻法中已有明文规定。
2)、实践应用
孟德尔遗传规律在实践中的一个重要应用就是在植物的杂交育种上。
在杂交育种的实践中,可以有目的地将两个或多个品种的优良性状结合在一起,再经过自交,不断进行纯化和选择,从而得到一种符合理想要求的新品种。
比方说,有这样两个品种的番茄:
一个是抗病、黄果肉品种,另一个是易感病、红果肉品种,现在需要培育出一个既能稳定遗传,又能抗病,而且还是红果肉的新品种。
你就可以让这两个品种的番茄进行杂交,在F2中就会出现既抗病又是红果肉的新型品种。
用它作种子繁殖下去,经过选择和培育,就可以得到你所需要的能稳定遗传的番茄新品种。
5、详细叙述孟德尔遗传定律。
(20')
1)、分离规律
豌豆具有一些稳定的、容易区分的性状,这很符合孟德尔的试验要求。
所谓性状,即指生物体的形态、结构和生理、生化等特性的总称。
在他的杂交试验中,孟德尔全神贯注地研究了7对相对性状的遗传规律。
所谓相对性状,即指同种生物同一性状的不同表现类型,如豌豆花色有红花与白花之分,种子形状有圆粒与皱粒之分等等。
为了方便和有利于分析研究起见,他首先只针对一对相对性状的传递情况进行研究,然后再观察多对相对性状在一起的传递情况。
这种分析方法是孟德尔获得成功的一个重要原因。
从以往的学习过程中,我们可以概括孟德尔的杂交试验结果,至少有三点值得注意:
(1)F1的全部植株,都只表现某一亲本的性状(显性性状),而另一亲本的性状,则被暂时遮盖而未表现(隐性性状)。
(2)在F2里,杂交亲本的相对性状——显性性状和隐性性状又都表现出来了,这就是性状分离现象。
由此可见,隐性性状在F1里并没有消失,只是暂时被遮盖而未能得以表现罢了。
(3)在F2的群体中,具有显性性状的植株数与具有隐性性状的植株数,常常表现出一定的分离比,其比值近似于3∶1。
孟德尔的侧交实验,测交就是让杂种子一代与隐性类型相交,用来测定F1的基因型。
按照孟德尔对分离现象的解释,杂种子一代F1(Dd)一定会产生带有遗传因子D和d的两种配子,并且两者的数目相等;而隐性类型(dd)只能产生一种带有隐性遗传因子d的配子,这种配子不会遮盖F1中遗传因子的作用。
所以,测交产生的后代应当一半是高茎(Dd)的,一半是矮茎(dd)的,即两种性状之比为1∶1。
如图2-6所示测交实验的方法。
孟德尔用子一代高茎豌豆(Dd)与矮茎豌豆(dd)相交,得到的后代共64株,其中高茎的30株,矮茎的34株,即性状分离比接近1∶1,实验结果符合预先设想。
对其他几对相对性状的测交试验,也无一例外地得到了近似于1∶1的分离比。
孟德尔的测交结果,雄辩地证明了他自己提出的遗传因子分离假说是正确的,是完全建立在科学的基础上的。
孟德尔提出的遗传因子的分离假说,用他自己所设计的测交等一系列试验,已经得到了充分的验证,亦被后人无数次的试验所证实,现已被世人所公认,并被尊称为孟德尔的分离规律。
那么,孟德尔分离规律的实质是什么呢?
这可以用一句话来概括,那就是:
杂合体中决定某一性状的成对遗传因子,在减数分裂过程中,彼此分离,互不干扰,使得配子中只具有成对遗传因子中的一个,从而产生数目相等的、两种类型的配子,且独立地遗传给后代,这就是孟德尔的分离规律。
2)、自由组合规律
孟德尔在揭示了由一对遗传因子(或一对等位基因)控制的一对相对性状杂交的遗传规律——分离规律之后,这位才思敏捷的科学工作者,又接连进行了两对、三对甚至更多对相对性状杂交的遗传试验,进而又发现了第二条重要的遗传学规律,即自由组合规律,也有人称它为独立分配规律。
这里我们仅介绍他所进行的两对相对性状的杂交试验。
杂交实验的观察:
孟德尔在进行两对相对性状的杂交试验时,仍以豌豆为材料。
他选取了具有两对相对性状差异的纯合体作为亲本进行杂交,一个亲本是结黄色圆形种子(简称黄色圆粒),另一亲本是结绿色皱形种子(简称绿色皱粒),无论是正交还是反交,所得到的F1全都是黄色圆形种子。
由此可知,豌豆的黄色对绿色是显性,圆粒对皱粒是显性,所以F1的豌豆呈现黄色圆粒性状。
如果把F1的种子播下去,让它们的植株进行自花授粉(自交),则在F2中出现了明显的形状分离和自由组合现象。
在共计得到的556粒F2种子中,有四种不同的表现类型.
如果以数量最少的绿色皱形种子32粒作为比例数1,那么F2的四种表现型的数字比例大约为9∶3∶3∶1。
如图2-7所示豌豆种子两对相对性状的遗传实验。
从以上豌豆杂交试验结果看出,在F2所出现的四种类型中,有两种是亲本原有的性状组合,即黄色圆形种子和绿色皱形种子,还有两种不同于亲本类型的新组合,即黄色皱形种子和绿色圆形种子,其结果显示出不同相对性状之间的自由组合。
杂交实验结果的分析:
孟德尔在杂交试验的分析研究中发现,如果单就其中的一对相对性状而言,那么,其杂交后代的显、隐性性状之比仍然符合3∶1的近似比值。
以上性状分离比的实际情况充分表明,这两对相对性状的遗传,分别是由两对遗传因子控制着,其传递方式依然符合于分离规律。
此外,它还表明了一对相对性状的分离与另一对相对性状的分离无关,二者在遗传上是彼此独立的。
如果把这两对相对性状联系在一起进行考虑,那么,这个F2表现型的分离比,应该是它们各自F2表现型分离比(3∶1)的乘积:
这也表明,控制黄、绿和圆、皱两对相对性状的两对等位基因,既能彼此分离,又能自由组合。
自由组合现象的解释:
孟德尔根据上述杂交试验的结果,提出了不同对的遗传因子在形成配子中自由组合的理论。
因为最初选用的一个亲本——黄色圆形的豌豆是纯合子,其基因型为YYRR,在这里,Y代表黄色,R代表圆形,由于它们都是显性,故用大写字母表示。
而选用的另一亲本——绿色皱形豌豆也是纯合子,其基因型为yyrr,这里y代表绿色,r代表皱形,由于它们都是隐性,所以用小写字母来表示。
由于这两个亲本都是纯合体,所以它们都只能产生一种类型的配子,即:
YYRR——YR
yyrr——yr
二者杂交,YR配子与yr配子结合,所得后代F1的基因型全为YyRr,即全为杂合体。
由于基因间的显隐性关系,所以F1的表现型全为黄色圆形种子。
杂合的F1在形成配子时,根据分离规律,即Y与y分离,R与r分离,然后每对基因中的一个成员各自进入到下一个配子中,这样,在分离了的各对基因成员之间,便会出现随机的自由组合,即:
(1)Y与R组合成YR;
(2)Y与r组合成Yr;
(3)y与R组合成yR;
(4)y与r组合成yr。
由于它们彼此间相互组合的机会均等,因此杂种F1(YyRr)能够产生四种不同类型、相等数量的配子。
当杂种F1自交时,这四种不同类型的雌雄配子随机结合,便在F2中产生16种组合中的9种基因型合子。
由于显隐性基因的存在,这9种基因型只能有四种表现型,即:
黄色圆形、黄色皱形、绿色圆形、绿色皱形。
如图2-8所示它们之间的比例为9∶3∶3∶1。
这就是孟德尔当时提出的遗传因子自由组合假说,这个假说圆满地解释了他观察到的试验结果。
事实上,这也是一个普遍存在的最基本的遗传定律,这就是孟德尔发现的第二个遗传定律——自由组合规律,也有人称它为独立分配规律。
实际测交的结果,无论是正交还是反交,都得到了四种数目相近的不同类型的后代,其比数为1∶1∶1∶1,与预期的结果完全符合。
这就证实了雌雄杂种F1在形成配子时,确实产生了四种数目相等的配子,从而验证了自由组合规律的正确性。
根据前面所讲的可以知道,具有两对(或更多对)相对性状的亲本进行杂交,在F1产生配子时,在等位基因分离的同时,非同源染色体上的非等位基因表现为自由组合,这就是自由组合规律的实质。
也就是说,一对等位基因与另一对等位基因的分离与组合互不干扰,各自独立地分配到配子中。
6、并结合所学内容谈谈对植物育种的指导意义,如单株选择法及时明显例子。
(10')
基因的分离规律和自由组合规律对常规的杂交育种工作有着重要的指导意义。
有性杂交育种程序通常包括:
选择杂交亲本、进行杂交、选择杂种后代、杂种后代繁育等。
有性杂交育种的目标是培育出具有双亲的优良性状,并能够稳定地遗传的新品种。
按照孟德尔定律,有性杂交应选择具有相对性状的纯质亲本,而且应是优点多、缺点少,优缺点互补的亲本;为了防止杂交混杂,应进行人工去雄和授粉;F2是按照育种目标选择杂种后代的有利时机,并能对符合育种目标的杂种后代的基因型和表现型及其比例做出预测;符合育种目标的隐性性状一旦出现,其基因型就能够稳定地遗传;符合育种目标的显性个体,则应通过连续自交和选择,使其基因型逐渐趋于纯合状态。
此外,杂种优势的利用和单倍体育种,也要遵循孟德尔遗传的基本原理。
单株选择法:
选种方法之一。
按育种目标在群体中选择优良个体,分株脱粒,下季种成株系,比较鉴定。
...自花授粉作物一般进行一次单株选择即可,常异花授粉作物需采用多次单株选择方可获得稳定的优良株系。
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1)、水稻杂种F_2不同选择方法的比较试验
比较了单穗法、单粒法,单株法3种选择方法的选择效果。
结果表明,多数性状的遗传方差及后代株系的平均产量、预期选择潜力,方法间无显著差异.多数性状的遗传变异系数、预期选择效果等以单穗选择法的后代群体略高,初步认为,在保持杂种后代分离群体的遗传变异性和选得优良个体的机率等方面,单穗选择法至少不亚于单粒选择法和单株选择法.由于单穗选择法具有易于采收的优点,可能成为水稻常规育种程序中一种新的、行之有效的选择方法。
2)、北柴胡二代新品种“中柴2号”和“中柴3号”的选育研究
目的:
选育整齐度高、商品性好、皂苷含量高的北柴胡二代新品种。
方法:
从北柴胡一代品种"中柴1号"群体中筛选优良种质,单株选择法,选育优良品种。
以形态性状、农艺性状和品质性状为指标,考察历代选育材料,开展品系比较试验和区域试验。
结果:
选育的北柴胡新品种"中柴2号"和"中柴3号"的整齐度显著提高,深色根比率分别达83.2%,89.9%,柴胡皂苷含量分别达到1.3%,1.0%。
结论:
选育的"中柴2号"和"中柴3号"具有整齐度高、根色深、有效成分含量高等优点,达到了选育目的。
3)、春小麦主要数量性状变异性、相关性、遗传力和选择指数的研究
春小麦杂种后代的变异量和其他作物相似。
F_2F_3P_1、P_2,千粒重的变异量和亲本差异未达显著。
故从第二代起就可开始选择;F_2和F_3代的其他六个性状和双亲的变异量差异显著,从第三代开始选择为宜。
春小麦不同杂交组合间、同一组合或不同组合不同世代按遗传力(h~2)和遗传变异系数(g、C、V、)的大小次序作单相关分析,达到显著水平的相关系数(r)占88%,故可以初步肯定春小麦七个数量性状遗传传递力的大小顺序为:
株高主穗长度单株粒数主穗结实小穗数单株结实穗数千粒重单株粒重七个数量性状中选得优良遗传型潜力高低的顺序为:
单株粒数单株结实穗数株高千粒重主穗长度单株粒重主穗结实小穗数纯系亲本或杂种后
4)、花生育种应用选择指数的研究
本文以两个杂交组合的260个株系为材料,研究了花生育种应用选择指数的问题,建立了含有单株产量、单株果数,单果重、饱果数和总分枝数五个不同性状组合的31个选择指数,分析了各性状对产量选择遗传进度的作用和重要性。
结果指出,单株产量在花生的后代选择中是第一个重要经济性状,但必须重视单株果数和单果重两者的协调一致。
逐项选择法、选择指数法和独立淘汰法三种不同选择方法的选择效率比较结果,选择指数法最为有效。
选择指数法可用一个“值”,对产量和其它与产量有密切关系的性状进行综合评定,它无论在理论预期进度上还是在实际进度上都比对单株产量单一性状进行直接选择有更高的效率。
5)、气单胞菌不同种的流行及耐药性
目的:
加强对气单胞菌感染的认识,我们分析了141株气单胞菌不同种感染的分布特点、对抗菌药物的耐药率及不同种耐药率的比较,为临床估计病情及选择抗菌药物提供客观依据。
方法:
有感染的临床表现者标本常规进行培养、分离和鉴定,同时用纸片扩散法及琼脂稀释法测定了气单胞菌对常用抗菌药物的敏感性。
结果:
气单胞菌的构成占肠道外分离菌的6.9%,占肠道感染菌的3.2%。
气单胞菌主要来源于血液,其次为粪便和腹水。
141株气单胞菌,包括嗜水气单胞菌54株(38.3%)、温和气单胞菌53株(37.6%)、豚鼠气单胞菌19株(13.5%)及简氏气单胞菌和杀鲑气单胞菌
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