个体具有体型大、健壮、生长速度快或产蛋率高、产奶量 大等优点,为人类提供了丰富的蛋、奶和肉类等食品。 资料卡 但是,杂种优势在制种方而也存在需要解决的问题 子是驴与马交配的杂种 后代,比马、驴的挽力大, 持久力强 现实中的问题 杂交获碍的抗病虫甜瓜()所結的种子播种后, 所结的瓜(属于第二代,F2)却有的甜,有的不甜,有 的抗病虫,有的不抗病虫。 这是为什么呢? 这是因为F2会出现性状的分离,所以播种后所结的瓜 就多种多样。另外,杂种优势在杂种第一代(F1)中表现最回忆必修课所学知识,想 强或最突出,以后逐代递减。因此,为了确保利用杂种 想,F2为什么会出现性状的分 代(F)的优势,对于一年生的作物而言,不但必须年年配 离? 制杂交种,而且制种的双亲都必须高度纯合。对于农民来 说,就需要年年购买种子。 讨论 花独放不是春,百花齐放春满因”。优良品种 必须通过种植或养殖达到一定的規糢才能带来经济 效益。要做到这一点,就必须具有经济、快速和“高 保真”的繁殖控制技术你知道哪些和关技术?和本 小组的同学交流一下,看看其他同学是否能给你什 么启示。 植物微型繁殖技术 运用植物微型繁殖技术( plant micropropagation),可 以在一年半载内,将一棵苗培育出成千上万棵苗。 植物微型繁殖技术”(也称¨快速繁殖技术",简称“微 繁”或“快繁").是植物组织培养φ plant tissue culture)技 术的一种,是利用离体的芽,茎等器官(外植体)在无菌和 特定光温条件下,在人工培养基上进行的快速无性繁殖技 术。用微繁技术生产的苗木一般称为“组培苗”。在正常情 第2章生物科学与农业35
况下,利用一棵苗或一个芽,通过微繁技术,在一年内可 以生产出5×105-10×105株幼苗,比传统的嫁接繁殖或 扦插繁殖快1×103-1×10°倍。换句话说,平均一平方 米的培养架面,至少相当于一亩地的育蕌量。 植物微繁技术的流程见图2-1 选择 外植体 外植体表 优良母蛛 茎尖、芽) 消毒,接种 愈伤组织诱导 茎尖伸长,芽萌 快繁苗木的生产车间 发出茎或芽苗再生 茎段扦插 再生苗伸长 快速繁殖 循球扩增 伸长苗生根 移入土 移苗人圃 图2-1植物微繁技术流程图 图中虚线箭头为可进行也可不进行的步骤 植物微紫技术以快速、“高保真”和不受自然生长季节 的限制为特点,被广泛应用于瀕危植物的保存和繁殖、名稀 特优植物的保存和繁殖、植物脱病毒、园艺园林苗木的大规 模工厂化生产和植物生理生化及分子生物学的研究特别是 大规模工厂化育苗(图2-2)。例如,荷兰的郁金香、百合 火鹤等,法国的玫瑰、葡萄、草莓等,美国的草莓、甜橙 香蕉等,新西兰、意大利的猕猴桃等,都是由一两家苗木工 用微繁技术生产幼苗,供应本国乃至全世界许多地方。在 我国、蝴蝶兰和大花寇兰等热带兰、马蹄莲、刺槐、花槐、 红叶椿、草莓、香蕉、荀萄和红栌等都实现了工厂化育苗。 植物可以釆取微繁技术快速繁殖,但这狞技术暂 时无法用于动物的繁殖。对于动物来说,又能采用什 图2-2试管生根苗的温室驯化 么方法快速增加优良品种的个休数量呢? 36第2章生物科学与农业
动物的人工授精技术 现实中的问题 在自然配种条件下,一头优良种公牛一年最多只能配种近 百次,如罘配种次数过多,就会影响精子的质量。那么,如何充 分利用这头优良种公牛的精子,让更多的母牛怀孕产下优良的后 代呢? 还有,假如这头优良种公牛饲养在新疆,而需要配种的母牛 饲养在黑龙江,真的要让它千里迢迢地去“完婚”吗? 人工授精技术的运用,就使得上述难题迎刃而解。 人工授精技术是指以人工方法,利用器械釆集雄性 动物的精液,经检查与稀释处理后,再输入到雌性动物 生殖道内,以此来代替自然交配,从而达到繁育的目的 图2-3)。与自然配种相比,人工授精技术可利用一头种 公牛一年所产生的精液进行40000次配种,从而极大地 提高了縈殖效率。 资料卡 × 几种主要家畜每次射精 量和精子数《平均值 种类射精量精子数 解冻与输精 (mL)(亿) 5 精液采集 笨存与运输 绵羊1 15 215( 7070 品质检查 稀释与分装 图2-3人工授精技术流程简图 20世纪40年代,人工授精技术就应用于奶牛的繁殖 后来又在马、猪、羊和家禽等动物的繁殖中得到了广泛 应用。 近几十年来,人工授精技术不断完善和发展,尤其是 精液的低温冷冻保存技术的成熟,使人工授精技术成为迄 今为止在家畜育种中最重要的繁殖控制技术。 第2章生物科学与农业37m
人工授精技术在家畜养殖业中发挥了巨大的作用,主 要表现在以下儿个方面: ◎极大地提高了优良公畜的配种效率,迅速地扩大其 优良遗传特性在动物种群中的比例。 ●能较好地减少种公畜的饲养数量,降低生产和管理 2 成本。 ●可以使得优良种公畜的使用不受时间和地域限制 试管家畜技术 精子采渠 卵子采集 和试管婴儿一样,试管家帝并非是在试管中发育成长 的,而是通过体外受精技术获得的家畜。这就是从母畜体内 精子处理 卵子体外培养取出卵细胞,在试管或培养皿中完成受精,再将发育正常的 早期胚胎移植到受体(代孕母体)子宫内着床、虹娠、发育, 体外受精 直至分娩(图2-4) 1959年,美籍华人科学家张叨觉获得了世界上第一批 受精卵发育至早期胚胎 体外受精的试管兔。此后,又成功获得牛、猪、绵羊和山 羊等动物的试管家畜。 和人工授精技术一样,试管家奤技术在很大程度上提 移植到受体子宫 高了家的繁殖效率。但是,科学家并没有停止对新技术 的探索——还能不能把家畜的繁殖效率再提高一些呢? 产仔 胚胎分割技术 图2-4试管家畜技术示意图 在试管家畜的操作过程中,一个优良的受精卵只 能获得一头优良的家畜。我们知道,早期胚胎细胞具 有很强的分裂能力,并保持着细胞的全能性,能不能 让一个胚胎发育成两个或更多个遗传性状完全一样的 个体呢? 通常情况下,新个体是由一枚受精卵发育而成的。假 如能让一枚受精卵发育成两个,四个、八个甚至更多个体, 就能大幅提高家畜的繁殖效率。这就是胚胎分割技术的基 本思路。 早在20世纪50年代,科学家便开始了这方面的研究。 随着对胚胎发育不同阶段细胞全能性认识的深入,以及技 术手段的改进胚胎分割技术在不同动物中陆续获得成功 到日前为止,科学家已经在兔、绵羊、山羊、牛、马和猪 等家畜中获得了来源于2分胚的活体(图2-5);还在兔、 猪、牛、马等家畜中获得了来源于4分胚的后代;进而在 图2-5胚胎分割技术所生同卵 双生仔畜 免、绵羊、猪等动物中获得了来源于8分胚的后代 38第2章生物科学与农业
胚胎分割技术是指采用机械方法,即用特制的显微刀 片或玻璃微针将早期胚胎分割成2份、4份或更多份(图 2-6),经体内或体外培养,然后植入代孕母体内,从而获 得同卵双生或多生后代。 通过胚胎分割,可以提高胚胎的利用率,增加每枚胚 胎的后代繁殖数,提高优良品种的推广速度。随着技术的 不断进步,可以将胚胎分割技术和胚胎冷冻技术(图2-7) 结合起来,将分割胚胎的一部分冷冻起来备用,另一部分 用于性别鉴定,这对于动物的性别控制具有重大的意义 图2-6正在进行胚胎分割 克隆哺乳动物技术 现实中的问题 用人工授精技术或胚胎分割技术获得的后代, 具有两个亲本的性状。如果想要获取某一亲本全部优 良的性状,应用精卵鲒合的有忙生殖方式显然不理 想。动物的体细肥具有全套的遗传物质,而每个细胞 理论上是具有全能性的。那么,能不能直接利用动物 图2-7胚胎冷冻库 的体细胞来繁殖遺传物质完全相同的动物呢? 1997年2月27日,英国《自然》杂志刊登了英国科学 家成功获得克隆羊“多利”的研究论文,在世界范围内引 起了广泛关注。 克隆实际上是指无性繁殖。哺乳动物的克隆技术,是回顾多利产生的过程,想 指利用某哺乳动物的体细胞核,产生一个与该动物几乎 想,多利的遺传物贗是否全部 完全相同的新个体。由此可见,动物的体细胞核仍具有 来自一只绵羊的休细胞呢? 全能性。 目前所获得的克隆动物都经过了与去核卵细胞的融合、: 激活和发育等步骤。克隆动物并非完全来自于初始的那一 个细胞。所以确切地说,目前所说的哺乳动物克隆技术都 是“核移植”技术。而真正意义上的体细胞克隆,还需要 人们更加努力地探索。 随着克隆技术的发展,人们可以展望一蝠美好的前 景这项技术将来可以使优良农业动物的数量在较短的时 间內得到大规模扩增;可以应用于对濒临灭绝动物的保 第2章生物科学与农业39m