林木遺傳育種

1、 林木遺傳育種學(xué)緒論 1 林木遺傳育種學(xué)概念 林木遺傳育種學(xué)是利用遺傳學(xué)基礎(chǔ)，研究林木新品種選育、繁殖理論與方法的科學(xué)。 2 林木育種與遺傳學(xué)的關(guān)系 遺傳學(xué)是研究生物性狀遺傳和變異規(guī)律的科學(xué)。 遺傳：生物親代與子代之間相似的現(xiàn)象。 變異：生物親子代間、子代各個體之間總存在差異的現(xiàn)象。 生物遺傳是相對的，變異是絕對的。它們相互對立、相互制約，在一定條件下又相互轉(zhuǎn)化。 物種進(jìn)化的三大動力：遺傳、變異和自然選擇。 應(yīng)用遺傳學(xué)知識，根據(jù)林業(yè)生產(chǎn)的需要，利用自然和人工創(chuàng)造的變異，用人工選擇代替自然選擇，人為控制物種進(jìn)化方向，培育新品種，改良林木的遺傳品質(zhì)。3 林木育種的作用和意義 作用：通過林木遺傳品質(zhì)

2、改良，建立固定的良種生產(chǎn)基地，使生產(chǎn)中使用經(jīng)過改良的繁殖材料，實(shí)現(xiàn)良種化，提高林產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì)。 意義：培育和使用良種，是投資少、收益大、多快好省地發(fā)展林業(yè)生產(chǎn)的重要途徑。 4 林木育種特點(diǎn) 1 育種周期長 2 基因資源豐富 3 基因高度雜合 5 林木育種的發(fā)展動態(tài) 遺傳資源的研究與利用 育種技術(shù)的研究與開發(fā) 應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)，多學(xué)科協(xié)作 突出抗性育種第一章 遺傳的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié) 細(xì)胞構(gòu)造 1 線粒體與質(zhì)體 線粒體與質(zhì)體帶有自身的DNA，能夠獨(dú)立合成蛋白質(zhì)，具有相對獨(dú)立的遺傳體系，但所合成的蛋白質(zhì)有限，是半自主性的細(xì)胞器。 2 核糖體 是數(shù)量極多、由蛋白質(zhì)和rRNA構(gòu)成的微小細(xì)胞器，是蛋白質(zhì)合成

3、的場所。 3 染色質(zhì)與染色體 細(xì)胞核內(nèi)染色體是遺傳物質(zhì)的主要載體。 染色質(zhì)：在尚未分裂的核中，能被堿性染料染色的、纖絲狀的網(wǎng)狀物質(zhì)。 染色體：在細(xì)胞分裂中，染色質(zhì)卷縮成為一定數(shù)目和形態(tài)的結(jié)構(gòu)。 第二節(jié) 染色體 1 染色體形態(tài)結(jié)構(gòu)和數(shù)目 1.1 染色體形態(tài) 在細(xì)胞分裂中期，一個完整的染色體包括以下幾部分，根據(jù)著絲點(diǎn)位置的不同，可分為中部（M）、近中（SM）、近端（ST）和端部（T）著絲點(diǎn)染色體。著絲點(diǎn)著生的位置不同，在細(xì)胞分裂后期，染色體可形成V形、L形、棒狀、粒狀等不同形態(tài)。 1.2 染色體結(jié)構(gòu) 染色體在細(xì)胞分裂間期呈纖絲狀結(jié)構(gòu)。染色質(zhì)絲由DNA長鏈按一定距離盤繞在組蛋白小體上構(gòu)成。細(xì)胞分裂期

4、間，染色質(zhì)絲開始反復(fù)的螺旋化折疊，到細(xì)胞分裂中期縮到最粗最短。 2 染色體核（組）型分析 每種生物染色體的數(shù)目、大小、形態(tài)特征等都具特異性，這種特定的染色體組成稱為染色體核（組）型。對生物染色體進(jìn)行配對、歸類、編號等分析過程稱為核（組）型分析。核（組）型分析對于動植物育種、鑒定系統(tǒng)發(fā)育過程中物種間的親緣關(guān)系、植物近緣類型的分類等常具有重要意義。第三節(jié) 細(xì)胞分裂 1 有絲分裂 間期 是細(xì)胞分裂的準(zhǔn)備階段，染色體進(jìn)行復(fù)制。 前期 核仁核膜開始模糊，染色質(zhì)絲逐漸收縮。 中期 核仁核膜消失，紡錘體出現(xiàn)，染色體縮到最粗最短。 后期 每個染色體的著絲點(diǎn)分裂為二，同一染色體的二條染色單體隨著紡錘絲的收縮分別

5、移向兩極。 末期 染色體又變得松散細(xì)長，在兩極圍繞染色體出現(xiàn)新的核仁，形成二個子細(xì)胞，進(jìn)入下一輪間期。 2 減數(shù)分裂 2.1 第一次分裂（I） 前期I 細(xì)線期 核內(nèi)染色體細(xì)長如線。染色體已復(fù)制，但著絲點(diǎn)仍為一個。偶線期 各同源染色體分別配對，開始聯(lián)會，聯(lián)會的一對同源染色體叫二價體。粗線期 二價體中相鄰的兩條非姊妹染色單體會發(fā)生片斷交換。 雙線期：二價體繼續(xù)縮短變粗，因非姊妹染色單體相互排斥而松解，但有交叉相連。終變期：染色體變得最粗短，前期I終止。 中期I 核仁核膜消失，紡錘體出現(xiàn)，紡錘絲與各染色體的著絲點(diǎn)相連。 后期I 紡錘絲收縮，二價體的兩條同源染色體被分別拉向兩極，實(shí)現(xiàn)了2n數(shù)目的減半。

6、 末期I 染色體到達(dá)兩極后逐漸松散變細(xì)，形成二個子細(xì)胞。叫二分體或二分孢子，稍后進(jìn)入第二次分裂。 2.2 第二次分裂（P） 與有絲分裂十分相似，也分前、中、后、末四個時期，最終形成四個子細(xì)胞，叫四分體或四分孢子。3 二種分裂的差異 有絲分裂 減數(shù)分裂 體細(xì)胞分裂 ，不聯(lián)會 性母細(xì)胞分裂，同源染色體兩兩聯(lián)會 一次分裂，形成二個子細(xì)胞 二次分裂，形成四個子細(xì)胞 子細(xì)胞染色體數(shù)目不變 子細(xì)胞染色體數(shù)目減半意義 維持個體的正常生長發(fā)育 保證物種的連續(xù)性和穩(wěn)定性 確保無性繁殖下的遺傳穩(wěn)定性 為變異提供豐富的物質(zhì)基礎(chǔ) 第二章 遺傳的基本規(guī)律第一節(jié) 分離定律 性狀：生物體形態(tài)特征和生理特性的總稱。 單位性狀

7、：被區(qū)分開的每一個具體性狀。 相對性狀：同一單位性狀在不同個體上的相對差異?；蛐停褐干飩€體的基因組成，是決定生物性狀表現(xiàn)必需的內(nèi)在因素。 表現(xiàn)型：生物某一性狀的外在表現(xiàn)，簡稱表型，是基因型和環(huán)境共同作用的結(jié)果。 在大致相同的環(huán)境下，基因型相同的個體表現(xiàn)型也相同，但表現(xiàn)型相同的個體基因型不一定相同。等位基因：位于同源染色體上相同位點(diǎn)、控制同一單位性狀的成對基因叫等位基因；非等位基因：位于同源染色體上不同位點(diǎn)和非同源染色體上的基因則為非等位基因。 遺傳因子分離假說 一定遺傳因子控制一定性狀的表現(xiàn)。 遺傳因子在體細(xì)胞中成雙，在配子中成單，即形成配子時成對因子彼此分離。 當(dāng)雌雄配子隨機(jī)結(jié)合，形成新

8、一代個體時，因子又結(jié)合成對，共同控制性狀表達(dá)。(孟德爾提出的遺傳因子后世改稱基因。) 等位基因的顯性作用 完全顯性： F1只表現(xiàn)親本之一的性狀。 不完全顯性：F1表現(xiàn)性狀為雙親的中間型。 共顯性：雙親性狀同時在F1個體上出現(xiàn)。 實(shí)質(zhì)：顯性基因并不抑制隱性基因的作用，而是顯性基因能控制某些酶的合成并決定代謝過程，從而控制性狀發(fā)育。應(yīng)用：雜交的親本材料基因型必須純合，這樣才能獲得表型一致的F1代。 雜種通過自交將產(chǎn)生性狀分離，同時導(dǎo)致等位基因純合。對草本植物可通過連續(xù)自交，使優(yōu)良性狀穩(wěn)定遺傳。 只有整齊一致的F1代才具有強(qiáng)大的雜種優(yōu)勢，因此需通過自交系或無性繁殖保持和利用雜種優(yōu)勢。 第二節(jié) 自由組

9、合（獨(dú)立分配）定律自由組合假說： 不同對基因在遺傳中，各自獨(dú)立分配到配子中去，并不因其它基因的存在而受到干擾。 非同源染色體上的非等位基因進(jìn)入同一配子時是自由組合的。 雌雄配子的結(jié)合也是隨機(jī)的。 當(dāng)F1 雜合基因?qū)?shù)為n時，形成的配子種類為2n，雌雄配子組合數(shù)為4n， F2基因型種類為3n ，表型種類為2n種。 自由組合定律的應(yīng)用：揭示了生物變異的基礎(chǔ)，奠定了雜交育種的理論基礎(chǔ)，合理安排育種群體的規(guī)模 第三節(jié) 連鎖遺傳定律相引組：一親本兩性狀顯性，另一親本兩性狀隱性的雜交組合相斥組：雜交二親本各帶一個顯性和隱性性狀。連鎖遺傳：與理論數(shù)相比，在F2中表現(xiàn)親本組合數(shù)多，新組合數(shù)少的現(xiàn)象 在不完全連

10、鎖中，重組型配子由染色體片段交換而來。除著絲點(diǎn)外，染色體任何片段都可發(fā)生交換。 在連鎖區(qū)段內(nèi)的交換,即交換發(fā)生在兩個連鎖基因間,產(chǎn)生親型和重組型配子各占一半。 在連鎖區(qū)段外的交換，即發(fā)生的交換在連鎖基因區(qū)段外產(chǎn)生的配子全部是親型的。 所以就整個來說，重組型配子必然低于50%。 交換值的作用：鎖基因間距離越遠(yuǎn)，發(fā)生交換的機(jī)會越多，交換值也就越大，連鎖強(qiáng)度就越小。因此不僅通過交換值能判斷基因連鎖強(qiáng)度，還可用交換值(%)表示兩連鎖基因在染色體上的相對距離，實(shí)現(xiàn)基因定位。此外，交換值對計(jì)算重組型配子比率、確定育種群體規(guī)模有重要作用。 連鎖遺傳圖：存在于同一染色體上的基因，稱為一個連鎖群。把一個連鎖群各

11、基因間的距離和次序標(biāo)注出來，就能繪制成連鎖遺傳圖。第四節(jié) 細(xì)胞質(zhì)遺傳1 概念 除核基因以外的遺傳物質(zhì)通稱細(xì)胞質(zhì)基因。主要存在于線粒體和質(zhì)體中，其他如細(xì)菌質(zhì)粒、果蠅粒子、草履蟲的卡巴粒等。細(xì)胞質(zhì)基因引起的遺傳現(xiàn)象稱為細(xì)胞質(zhì)遺傳。 2 質(zhì)基因遺傳的特點(diǎn) 隨母本遺傳 正交與反交結(jié)果不同 通過連續(xù)回交能置換母本核基因，但不能置換其質(zhì)基因。 遺傳方式不符合孟德爾定律。3 質(zhì)核基因的區(qū)別：質(zhì)基因一般為緊密結(jié)構(gòu)的小型環(huán)狀DNA分子，不與蛋白質(zhì)結(jié)合。與核基因相比，質(zhì)基因所擁有的遺傳信息量很少，功能不完備，居于次要和從屬的地位。育種上利用的雄性不育是由質(zhì)核基因共同控制的，稱為質(zhì)核不育型，第三章 遺傳物質(zhì)的分子基

12、礎(chǔ) 第一節(jié) 核酸的分子結(jié)構(gòu)及復(fù)制 1 核酸的組分及分類 核酸構(gòu)成包括三部分：核糖、磷酸和含氮的環(huán)狀堿基 DNA是雙鏈且較長，RNA主要為單鏈，分子鏈較短。 2. DNA的結(jié)構(gòu)：DNA分子為雙螺旋結(jié)構(gòu)，外側(cè)兩條多核苷酸長鏈反向平行，內(nèi)側(cè)由堿基通過氫鍵相連。 3 DNA的復(fù)制：DNA以半保留方式進(jìn)行復(fù)制，其過程為： 解鏈，從DNA一端氫鍵逐漸斷開。 暴露在外的堿基從細(xì)胞核內(nèi)吸引與自己互補(bǔ)的游離核苷酸，形成氫鍵。 在DNA聚合酶的作用下，由5到3方向合成長約10002000個核苷酸的片段。 DNA繼續(xù)解鏈，片段繼續(xù)合成。 在DNA連接酶的作用下，將片段連接起來，形成一條連續(xù)的、新的單鏈。 新形成的鏈

13、與原模板鏈相互盤繞在一起，恢復(fù)DNA雙鏈結(jié)構(gòu)。第二節(jié) DNA和遺傳密碼 三聯(lián)體密碼：三聯(lián)體與氨基酸的對應(yīng)關(guān)系。 遺傳密碼：DNA中三聯(lián)體種類與順序。 兼（簡）并：一種氨基酸受多個三聯(lián)體決定的現(xiàn)象第三節(jié) DNA與蛋白質(zhì)合成1 信使核糖核酸（mRNA） 準(zhǔn)確無誤地轉(zhuǎn)錄DNA上的遺傳信息，將遺傳信息攜帶到蛋白質(zhì)合成場所細(xì)胞質(zhì)中的核糖體上。 2 核糖體核糖核酸（rRNA） rRNA構(gòu)成合成蛋白質(zhì)的場所核糖體，有廣泛的折疊式雙鏈結(jié)構(gòu)。其單鏈上的未進(jìn)行配對的堿基暴露在外，通過堿基配對的識別作用mRNA和tRNA聚合到核糖體上，造成蛋白質(zhì)合成的必備環(huán)境。3 轉(zhuǎn)移核糖核酸（tRNA） 是分子量最小的RNA，帶

14、稀有堿基，其作用是搬運(yùn)合成蛋白質(zhì)的原料氨基酸。4 蛋白質(zhì)合成過程 mRNA與rRNA結(jié)合：在mRNA的起始密碼之前有一段核酸短鏈，其堿基可與rRNA中的部分堿基配對，使mRNA和核糖體結(jié)合在一起。 tRNA上反密碼子和能與之配對的mRNA三聯(lián)體結(jié)合、胸腺嘧啶環(huán)與rRNA結(jié)合在一起。 在轉(zhuǎn)肽酶的作用下，給位上tRNA與所帶氨基酸斷開，并與受位氨基酸結(jié)合。 核糖體沿mRNA由5到3的方向前進(jìn)一個密碼子，使上一個受位變成新的給位，新密碼子即是眼下的受位，轉(zhuǎn)肽酶將前二肽轉(zhuǎn)移到氨酰基tRNA上，形成三肽。 以上過程不斷重復(fù)，肽鏈不斷延長，直至mRNA上出現(xiàn)終止信號。第四章 生物變異機(jī)理第一節(jié) 基因突變指

15、染色體某一基因位點(diǎn)內(nèi)部發(fā)生了化學(xué)變化，與原來基因形成對應(yīng)關(guān)系，也稱點(diǎn)突變。1 基因突變的特征突變的重演性和可逆性：重演性指同一突變可以在同種生物的不同個體間多次發(fā)生?？赡嫘詣t指顯性基因可突變?yōu)殡[性基因（正突變），隱性也可突變?yōu)轱@性基因（反突變）。突變的多方向性和復(fù)等位基因：同一基因向多個方向發(fā)生突變形成復(fù)等位基因。突變的有害性和有利性：大多數(shù)基因突變對生物有害，少部分是中性或有利突變。突變的平行性：指親緣關(guān)系相近的物種因遺傳基礎(chǔ)比較接近，往往發(fā)生相似突變的現(xiàn)象。2 基因突變的分子基礎(chǔ) 2.1 堿基的缺失或插入 因堿基的缺失或插入引起三聯(lián)體編碼的移動叫移碼突變。 2.2 堿基替換 因堿基替換導(dǎo)致

16、肽鏈中氨基酸的替換而引起的突變叫錯義突變。 雖發(fā)生堿基替換，但未改變?nèi)?lián)體所決定的氨基酸，稱同義突變，它對性狀沒有任何影響。3 突變的修復(fù)和回復(fù)突變 生物對突變后的DNA可進(jìn)行修復(fù)，修復(fù)時需要可見光的稱光修復(fù)，反之稱暗修復(fù)。 回復(fù)突變：基因突變后有時能回復(fù)到突變前的狀態(tài)，出現(xiàn)遺傳上的返祖現(xiàn)象。第二節(jié) 染色體的結(jié)構(gòu)變異 染色體在一些內(nèi)外因素作用下會發(fā)生斷裂，其斷頭有粘性 ，片段可再連接起來，但在連接過程中可能出錯，造成染色體結(jié)構(gòu)變異。所以斷裂是染色體結(jié)構(gòu)變異的前奏。各帶一條正常和變異染色體的個體稱雜合體；帶一對變異染色體的個體稱純合體。 1 染色體缺失 1.1 缺失類別 指染色體丟失了某一基因區(qū)

17、段。正常AB.CDEF 中間缺失AB.CF 頂端缺失AB.CDE 1.2 缺失鑒定：缺失雜合體聯(lián)會形象：在正常染色體上形成突環(huán)。1.3 缺失的遺傳效應(yīng)：缺失對生物體生長發(fā)育有害。帶缺失染色體的配子一般敗育，尤其是雄配子表現(xiàn)出假顯性現(xiàn)象。2 染色體重復(fù) 2.1 重復(fù)類別：指染色體多出了某一基因區(qū)段。順接重復(fù)AB.CDCDEF 反接重復(fù)AB.CDDCEF 2.2 重復(fù)的鑒定：重復(fù)雜合體聯(lián)會形象：重復(fù)染色體上形成突環(huán)。 2.3 重復(fù)的遺傳效應(yīng)：重復(fù)擾亂了基因固有的平衡體系，對生物生活力和繁殖力會產(chǎn)生一些不利影響。因重復(fù)帶來基因的劑量效應(yīng)。重復(fù)有利于新基因的形成。3 染色體倒位 3.1 倒位類別：指染

18、色體某一區(qū)段顛倒了正常的直線順序。 臂內(nèi)倒位AB.CEDF 倒位區(qū)段內(nèi)無著絲點(diǎn) 臂間倒位AED.CBF 倒位區(qū)段內(nèi)包含著絲點(diǎn) 3.2 倒位的鑒定：倒位雜合體聯(lián)會形象：由一對染色體共同構(gòu)成倒位圈 3.3 遺傳效應(yīng)：改變了原有連鎖基因重組率。倒位雜合體倒位圈內(nèi)交換值極低。倒位改變了基因之間固有的相鄰關(guān)系，而造成遺傳性狀的變異。4 易位 4.1 易位的類別：染色體的一個區(qū)段移接在非同源的另一個染色體上。 相互易位 1234EFG ABCD567 簡單易位 1234EF567 4.2 易位的鑒定：相互易位雜合體聯(lián)會形象：十字形 4.3 易位的遺傳效應(yīng)：半不育現(xiàn)象，即雌雄配子體只有一半可育，另一半敗育。改變原有連鎖群及連鎖關(guān)系，導(dǎo)致性狀變異。第三節(jié) 染色體數(shù)目變異染色體組：能維持配子正常功能的、數(shù)目最低的一套染色體 染色體數(shù)以染色體組為基數(shù)進(jìn)行的整倍數(shù)變異。細(xì)胞內(nèi)有幾個染色體組就稱幾倍體。超過二倍的個體通稱多倍體。染色體組來源相同的稱同源多倍體，否則為異源多倍體。非整倍性變異：非整倍變異指染色體的增加或減少使細(xì)胞的染色體數(shù)不是基數(shù)的完整倍數(shù)。 亞倍體：較正常染色體數(shù)少的個體通稱為亞倍體。亞倍體一般只出現(xiàn)在多倍體植物中，二倍體生物中亞倍體很難存活。主要有 單體：缺體：雙單體： 超倍體：較正常染色體數(shù)多的個體通稱為超倍體。主要有：三