园艺植物遗传实验技能训练教程是园艺技术专业的主要专

1、前 言园艺植物遗传实验技能训练教程是园艺技术专业的主要专业基础课。为使学生将课堂所学理论知识应用于实践，加深对理论知识的理解，增强学生解决实际问题的能力，根据专业要求安排不同的实训内容。通过各种专业技能训练使学生能熟练掌握制片、压片、染色、固定技术，熟练使用电泳仪、显微镜、离心机等的使用方法，掌握常用的植物遗传分析技术，如：数理统计法、有机溶剂提取法、组织培养法、带型分析法等，明确染料的种类和正确使用，了解并掌握园艺植物遗传基本理化性质的分析方法与原理，学会实验数据的处理与分析，并根据实验结果得出结论。通过综合实训使学生了解园艺植物的基础理论知识，掌握细胞分裂与染色体行为、遗传物质的分子基础、

2、植物细胞的组织分化、经典的遗传规律、染色体数目的变异等。掌握显微镜的使用与维护方法、细胞固定与细胞染色方法、孚尔根染色法、植物染色体分带技术、遗传物质的鉴定及提取方法。通过具体单项的训练，提高学生实践技能，具有指导农业生产的实际能力，同时培养学生良好的职业素质和科学发展观。为体现高职教育特色，增强学生的动手能力，使学生对所学知识融会贯通，培养他们独自解决生产问题的能力，洋葱根尖中DNA的鉴定、植物细胞减数分裂的观察 、大麦中期染色体的组型分析、植物多倍体的诱发、植物材料中DNA的分离提取、实训十 植物细胞的脱分化和分化培养等12个实训技能训练，增强了指导生产的能力。目 录第一部分 植物遗传的基

3、本理论21-1细胞分裂与染色体行为21-2 遗传物质的分子基础61-3 植物细胞组织分化71-4孟德尔遗传规律81-5染色体数目的改变12第二部分 园艺植物遗传实验基本知识192-1 实验室安全管理制度192-2显微操作技术202-3显微鉴定的方法212-4生物显微镜常见故障的修理23第三部分 植物遗传实验基本操作253-1显微镜的使用与维护253-2细胞固定253-3细胞染色273-4常用染料283-5孚尔根染色法293-6植物染色体分带313-7 DNA的提取方法简介32第四部分 园艺植物遗传实验技能训练35实训一 植物根尖石蜡切片的制作石蜡制片法35实训二 花粉管生殖细胞有丝分裂的观察固

4、定染色法36实训三 洋葱根尖中DNA鉴定孚尔根核染色法37实训四 植物细胞减数分裂的观察染色体玻片法38实训五 孟德尔遗传规律的验证数理统计法38实训六 大麦中期染色体的组型分析染色体分析法40实训七 植物多倍体的诱发秋水仙素法42实训八 植物材料中DNA的分离提取有机溶剂提取法43实训九 植物中过氧化物酶的提取电泳染色法45实训十 植物细胞的脱分化和分化培养组织培养法47实训十一 植物单倍体的诱发花药培养法49实训十二 植物染色体的分带C带分析法50第一部分 植物遗传的基本理论1-1细胞分裂与染色体行为1-1-1简介一个细胞分裂为两个细胞的过程。分裂前的细胞称母细胞，分裂后形成的新细胞称子细

5、胞。细胞分裂通常包括核分裂和胞质分裂两步。在核分裂过程中母细胞把遗传物质传给子细胞。在单细胞生物中细胞分裂就是个体的繁殖，在多细胞生物中细胞分裂是个体生长、发育和繁殖的基础。细胞分裂（cell division）是活细胞繁殖其种类的过程。通常包括核分裂和胞质分裂两步。在核分裂过程中母细胞把遗传物质传给子细胞。在单细胞生物中细胞分裂就是个体的繁殖，在多细胞生物中细胞分裂是个体生长、发育和繁殖的基础。1855年德国学者魏尔肖（R.Virchow）提出“一切细胞来自细胞”的著名论断，即认为个体的所有细胞都是由原有细胞分裂产生的。现在除细胞分裂外还没有证据说明细胞繁殖有其他途经。 1-1-2种类一、原

6、核细胞的分裂。现在还了解不多，只对少数细菌的分裂有些具体认识。原核细胞既无核膜，也无核仁，只有由环状DNA分子构成核区，又称拟核，具有类似细胞核的功能。拟核的DNA分子或者连在质膜上，或者连在质膜内陷形成的质膜体上，质膜体又称间体。随着DNA的复制间体也复制成两个。以后，两个间体由于其间的质膜的生长而逐渐离开，与它们相连接的两个DNA分子环于是被拉开，每一个DNA环与一个间体相连。在被拉开的两个 DNA环之间细胞膜向中央长入，形成隔膜，终于使一个细胞分为两个细胞。二、真核细胞的分裂。按细胞核分裂的状况可分为3种：即有丝分裂、减数分裂和无丝分裂。有丝分裂是真核细胞分裂的基本形式。减数分裂是在进行

7、有性生殖的生物中导致生殖母细胞中染色体数目减半的分裂过程。它是有丝分裂的一种变形，由相继的两次分裂组成。无丝分裂又称直接分裂。其典型过程是核仁首先伸长，在中间缢缩分开，随后核也伸长并在中部从一面或两面向内凹进横缢，使核变成肾形或哑铃型，然后断开一分为二。差不多同时细胞也在中部缢缩分成两个子细胞，由于在分裂过程中不形成由纺锤丝构成的纺锤体，不发生由染色质浓缩成染色体的变化。1-1-3细胞的演化一、无丝分裂 amitosis无丝分裂时由于不经过染色体有规律的平均分配,故存在遗传物质不能保证(但是不是没有可能)平均等分配的问题,由此有些人认为这是一种不正常的分裂方式. 无丝分裂是最早发现的一种细胞分

8、裂方式，早在1841年德马克（R.Remak）于鸡胚血球细胞中见到。在无丝分裂中，核仁、核膜都不消失，没有染色体的出现，在细胞质中也不形成纺锤体，当然也就看不到染色体复制和平均分配到子细胞中的过程。但进行无丝分裂的细胞，染色体也要进行复制，并且细胞要增大。当细胞核体积增大一倍时，细胞就发生分裂。至于核中的遗传物质DNA时如何分配到子细胞中的，还有待进一步研究。无丝分裂是最简单的分裂方式。过去认为无丝分裂主要见于低等生物和高等生物体内的衰老或病态细胞中，但后来发现在动物和植物的正常组织中也比较普遍地存在。无丝分裂在高等生物中主要是高度分化的细胞，在动物的上皮组织、疏松结缔组织、肌肉组织和肝组织中

9、，在植物各器官的薄壁组织、表皮、生长点和胚乳等细胞中，都曾见到过无丝分裂现象。 二、无性分裂生殖时核的分裂方式分裂生殖又叫裂殖，是无性生殖中常见的一种方式，即是母体分裂成2个(二分裂)或多个(复分裂)大小形状相同的新个体的生殖方式。这种生殖方式在单细胞生物中比较普遍，但对不同的单细胞生物来说，在生殖过程中核的分裂方式是有所不同的，可归纳为以下几种方式：（一）以无丝分裂方式营无性分裂生殖 无丝分裂又称直接分裂，是一种最简单的细胞分裂方式。整个分裂过程中不经历纺锤丝和染色体的变比，这种方式的分裂在细菌、蓝藻等原核生物的分裂生殖中最常见。 原核细胞的分裂包括两个方面：(1)细胞DNA的分配，使分裂后

10、的子细胞能得到亲代细胞的一整套遗传物质；(2)胞质分裂把细胞基本上分成两等分。复制好的两个DNA分子与质膜相连，随着细胞的生长，把两个DNA分子拉开，细胞分裂时，细胞壁与质膜发生内褶，最终把母细胞分成了大致相等的两个子细胞。 （二）以核的有丝分裂方式营无性分裂生殖 有丝分裂的过程要比无丝分裂复杂得多，是多细胞生物细胞分裂的主要方式，但一些单细胞如：甲藻、眼虫、变形虫等，在分裂生殖时，也以有丝分裂的方式进行： (1)甲藻细胞染色体的结构和独特的有丝分裂，兼有真核细胞和原核细胞的特点，细胞开始分裂时核膜不消失，核内染色体搭在核膜上，分裂时核膜在中部向内收缩形成凹陷的槽，槽内细胞质出现由微管按同一方

11、向排列的类似于纺锤丝的构造，调节核膜和染色体，分离为子细胞核，最终分裂成两个子细胞(甲藻)。 (2)眼虫营分裂生殖时，核进行有丝分裂，分裂过程中核膜并不消失，随着细胞核中部收缩分离成两个子核，然后细胞由前向后纵裂为二(纵二分裂)，其中一个带有原来的一根鞭毛，另一个又长出一根新鞭毛，从而形成两个眼虫。 (3)变形虫长到一定大小时，进行分裂繁殖，是典型的有丝分裂，核膜消失，随着细胞核中部收缩，染色体分配到子核中，接着胞质一分为二，将细胞分裂成两个子代个体。 （三）以核的无丝分裂和有丝分裂方式营无性分裂生殖 这种方式最典型的代表就是草履虫，草履虫属原生动物纤毛虫纲，细胞内有大小两种类型的核，即大核和

12、小核，小核是生殖核，大核是营养核，在草履虫进行无性繁殖时，小核进行核内有丝分裂，大核则行无丝分裂，接着虫体从中部横缢分成2个新个体。 植物细胞通过分裂进行繁殖。繁殖是生物或细胞形成新个体或新细胞的过程。植物细胞的分裂包括无丝分裂、有丝分裂和减数分裂和细胞的自由形成等不同的方式。 有丝分裂 mitosis有丝分裂又称为间接分裂，它是一种最普遍，是常见的分裂方式。有丝分裂为连续分裂，一般分为核分裂和胞质分裂。 核分裂（时间长）：核分裂是一个连续的过程，为了叙述的方便，人为地把核分裂划分为前期、中期、后期作末期四个时期。有丝分裂各期的特点如下： 前期：核内的染色质凝缩成染色体，核仁解体，核膜破裂以及

13、纺锤体开始形成。 中期：中期是染色体排列到赤道板上，纺锤体完全形成时期。 后期：后期是各个染色体的两条染色单体分开，分别由赤道移向细胞两极的时期。 末期：为形成二子核和胞质分裂的时期。染色体分解，核仁、核膜出现，赤道板上堆积的纺锤丝，称为成膜体。 细胞质分裂（时间短）：核分裂后期，染色体接近两极时，细胞质分裂开始。在两个子核之间的连续丝中增加了许多短的纺锤丝，形成一个密集着纺锤丝的桶状区域，称之为成膜体。微管的数量增加，成膜体中有来自高尔基体和内质网的泡囊（含多糖类物质），沿着微管指引方向，聚集，融合，释放出多核物质，构成细胞板，从中间开始向周围扩展，直至与母细胞壁相连，成为胞间层初生壁，新质

14、膜由泡囊的被膜融合而成。新细胞壁形成后，把两个新形成的细胞核和它们周围的细胞质分隔成为两个子细胞。 有丝分裂的特点：通过细胞分裂使每一个母细胞分裂成两个基本相同的子细胞，子细胞染色体数目、形状、大小一样，每一染色单体所含的遗传信息与母细胞基本相同，使子细胞从母细胞获得大致相同的遗传信息。使物种保持比较稳定的染色体组型和遗传的稳定性。 减数分裂 meiosis有性生殖要通过两性生殖细胞的结合，形成合子，再由合子发育成新个体。生殖细胞中的染色体数目是体细胞中的一半。(否则生物每繁殖一代，体细胞中的染色体数目就会增加一倍)。既然在形成生殖细胞精子或卵细胞时，染色体数目要减少一半，则原细胞必须经过减数

15、分裂。 减数分裂是一种特殊分裂方式的细胞分裂，仅在配子形成过程中发生。这一过程的特点是：连续进行两次核分裂，而染色体只复制一次，结果形成四个核，每个核只含单倍数的染色体，即染色体数减少一半，所以称减数分裂。在此过程中先由有性组织（花药或胚珠）中的某些细胞分化为二倍性的小孢子母细胞或大孢子母细胞，这些细胞连续进行两次细胞分裂即减数第一分裂和减数第二分裂，结果一个小孢子母细胞形成4个小孢子，一个大孢子母细胞形成一个大孢子，它们都只具有单倍的染色体。另外一个特点是前期特别长，而且变化复杂，包括同源染色体的配对、交换与分离等。在适当的时机采集植物的花蕾或动物的精巢，经过固定、染色、压片后，就可以在显微

16、镜下观察细胞的减数分裂。减数分裂在遗传上有重要意义。性母细胞(2n)经过减数分裂形成染色体数目减半的配子(n)。经过受精作用雌雄配子融合为合子，染色体数目恢复为2n 。这样在物种延续的过程中确保了染色体数目的恒定，从而使物种在遗传上具有相对的稳定性。另外，在减数分裂过程中包含有同源染色体的配对、交换、分离和非同源染色体的自由组合，这些都是遗传学分离、自由组合和连锁互换规律的细胞学基础。在这些基本规律的作用之下，导致了各种遗传重组的发生，而遗传重组又是生物变异的重要源泉。1-1-4植物染色体的组型分析染色体是遗传物质的载体，各种生物染色体的数目、形态、结构都是相当稳定的。在二倍体生物中，配子所含

17、有的全套染色体称为染色体组型或核型，包括染色体数目、形态、大小、着丝点位置及副缢痕、随体的有无等特征。染色体组型分析，就是对染色体组中的染色体做上述各种形态特征的描述，对染色体标本和其照片进行测量、对比分析、配对、分组、排列和编号。组型分析所用的材料可以是有丝分裂时期的细胞也可以是减数分裂时期的细胞。染色体组型分析对研究遗传疾病的机理，物种的亲缘关系以及远缘杂种的鉴定，基因工程等方面都有着重要的意义。染色体组型分析方法为两大类，一类是分析体细胞有丝分裂时期的染色体数目和形态。另一类是分析减数分裂时期的染色体数目和形态，都能得到染色体组型。各染色体的长臂与短臂之比称为臂率。臂率 1.0-1.7

18、为中部着丝粒染色体，用M表示1.7-3.0 近中部着丝粒染色体，用SM表示3.0-7.0 近端部着丝粒染色体，用ST表示7.0以上 为端部着丝粒染色体，用T表示SAT代表具有随体的染色体，计算染色体的长度时，可以包括随体也可以不包括，但是都要注明。1-2 遗传物质的分子基础1-2-1综述生物性状的遗传和变异都是由遗传物质控制的，基因存在于染色体上。染色体主要由 DNA 、组蛋白、非组蛋白、以及 RNA 组成。 DNA 和组蛋白的分量大致相等，两者相加，构成了染色体的大部分。非组蛋白的比率变化很大， RNA 含量很低。 DNA是一切生物细胞的重要组成成分，主要存在于细胞核中，盐溶法是提取DNA的

19、常规技术之一。从细胞中分离得到的DNA是与蛋白质结合的DNA，其中还含有大量RNA，即核糖核蛋白。如何有效地将这两种核蛋白分开是技术的关键。DNA不溶于0.14mol/L 的NaCl溶液中，而RNA则能溶于0.14mol/L的NaCl溶液之中，利用这一性质就可以将二者从破碎细胞浆液中分开。制备过程中，细胞破碎的同时就有Dnase释放到提取液中，使DNA因被降解而影响得率，在提取缓冲液中加入适量的柠檬酸盐和EDTA，既可抑制酶的活性又可使蛋白质变性而与核酸分离，再加入阴离子去垢剂0.15的SDS，经过2h搅拌，或用氯仿异醇除去蛋白，通过离心使蛋白质沉淀而除去，得到的是含有核酸的上清液。然后用95

20、的预冷乙醇即可把DNA从除去蛋白质的提取液中沉淀出来。 1-2-2两类核酸及其分布 核酸（ nucleic acid）是一种高分子化合物。构成核酸的基本单元是核苷酸（nucleotide）。核酸是核苷酸的多聚体。每个核苷酸又由三部分组成：五碳糖、磷酸和环状的含氮碱基。含氮碱基共有 5种：两种双环结构的嘌呤（purine）和三种单环结构的嘧啶（pyrimidine）。嘌呤有腺嘌呤（A）和鸟嘌呤（G）；嘧啶有胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T）和尿嘧啶（U）。 在多聚体中，两个核苷酸之间由5'和3'位的磷酸二脂键相连。核酸有两种：核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）。此外， DNA通

21、常以双链形式存在，RNA则多以单链形式存在。    在真核生物中，绝大部分 DNA存在于细胞核内的染色体上，少量DNA存在于细胞质中的叶绿体、线粒体等细胞器中。 RNA在细胞核和细胞质中都有，在核内，RNA主要集中在核仁上，少量在染色体上。细菌也含有DNA和RNA。多数噬菌体只含有 DNA；多数植物病毒只含有RNA；动物病毒有的含RNA，有的含DNA。 1-3 植物细胞组织分化 1-3-1概述分化了的植物根、茎、叶细胞往往具有全能性，在一定条件下进行离体培养，给于一定的营养与激素，可以脱分化为愈伤组织，由愈伤组织制备成细胞悬浮液，在一定的条件下经振荡培养，逐渐形成

22、具有两极性的胚状体，经过进一步的分化培养，给于不同的营养和激素成分，又可以生出完整的小植株。植物的脱分化和分化培养，证明分化了的植物细胞仍具备形成全整植株所需要的全套基因。在一定条件下，活动的基因可以关闭、已关闭的基因又可以重新启动、再行由胚到成熟植株发育过程中有关基因的先后活动程序。脱分化培养基和分化培养基的主要区别在于激素的成分和含量上，说明各种激素的出现和含量改变对于植物组织分化起着重要的作用。许多植物从脱分化到分化过程对培养基里激素成份要求严格、有的还要进行液体培养才能重新分化。例如，胡萝卜贮藏根组织，是最早用于研究植物细胞的全能性的材料，至今仍是研究脱分化的好材料，但当胡萝卜组织形成

23、愈伤组织之后，若要它们重新分化，必须经过振荡培养和采用合适的培养基，条件较为复杂。另一些植物，例如烟草的根、茎、叶和甘蓝的花茎等容易进行脱分化和分化培养，不需液体振荡培养可以在固体培养基上直接完成，是两类较好的实验材料。1-3-2植物组织培养一、愈伤组织花药培养 anther culture 用植物组织培养技术，把发育到一定阶段的花药，通过无菌操作技术，接种在人工培养基上，以改变花药内花粉粒的发育程序，诱导其分化，并连续进行有丝分裂，形成细胞团，进而形成一团无分化的薄壁组织愈伤组织，或分化成胚状体，随后使愈伤组织分化成完整的植株。亦称愈合组织或创伤组织。植物体局部受伤后，在伤口表面形成的具有分

24、生能力和保护作用的活的薄壁细胞群。愈伤组织的外层细胞常可木质化或形成周皮，对其表层的细胞起保护作用。在植物嫁接中愈伤组织促使砧木与接穗紧密结合，植物扦插能从愈伤组织分化出不定根和不定芽；在组织和细胞培养时，条件适宜也能长出愈伤组织。利用愈伤组织诱导形成新植株已广泛应用于植物的无性繁殖。 在植物组织培养中，主要目标是诱导愈伤组织形成和形态发生，使一个离体的细胞、一块组织或一个器官的细胞，通过脱分化形成愈伤组织愈伤组织的形态发生方式主要有不定芽方式和胚状体方式两种。不定芽方式是在某些条件下，愈伤组织中的分生细胞发生分化，形成不同的器官原基，再逐渐形成芽和根。胚状体方式是由愈伤组织细胞诱导分化出具有

25、胚芽、胚根、胚轴的胚状结构，进而长成完整植株。这种由愈伤组织中的薄壁细胞不经过有性生殖过程，直接产生类似于胚的结构，叫做胚状体。不定芽方式和胚状体方式是植物组织培养中最常见和最重要的两种方式。胚状体方式比不定芽方式有更多的优点，如胚状体产生的数量比不定芽多，胚状体可以制成人工种子，等等。1-4孟德尔遗传规律1-4-1概述在孟德尔从事的大量植物杂交试验中，以豌豆杂交试验的成绩最为出色。经过整整8年（1856-1864）的不懈努力，终于在1865年发表了植物杂交试验的论文，提出了遗传单位是遗传因子（现代遗传学称为基因）的论点，并揭示出遗传学的两个基本规律分离规律和自由组合规律。这两个重要规律的发现

26、和提出，为遗传学的诞生和发展奠定了坚实的基础，这也正是孟德尔名垂后世的重大科研成果。孟德尔的这篇不朽论文虽然问世了，但令人遗憾的是，由于他那不同于前人的创造性见解，对于他所处的时代显得太超前了，竟然使得他的科学论文在长达35年的时间里，没有引起生物界同行们的注意。直到1900年，他的发现被欧洲三位不同国籍的植物学家在各自的豌豆杂交试验中分别予以证实后，才受到重视和公认，遗传学的研究从此也就很快地发展起来。1-4-2孟德尔的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

27、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。一、显性性状与隐性性状大家知道，孟德尔的论文的醒目标题是植物杂交试验，因此他所从事试验的方法，主要是“杂交试验法”。他用纯种的高茎豌豆与矮茎豌豆作亲本（亲本以P表示），在它们的不同植株间进行异花传粉。如图2-4所示高茎豌豆与矮茎豌豆异花传粉的示意图。结果发现，无论是以高茎作母本，矮茎作父本，还是以高茎作父本，矮茎作

28、母本（即无论是正交还是反交），它们杂交得到的第一代植株（简称“子一代”，以F1表示）都表现为高茎。也就是说，就这一对相对性状而言，F1植株的性状只能表现出双亲中的一个亲本的性状高茎，而另一亲本的性状矮茎，则在F1中完全没有得到表现。又如，纯种的红花豌豆和白花豌豆进行杂交试验时，无论是正交还是反交，F1植株全都是红花豌豆。正因为如此，孟德尔就把在这一对性状中，F1能够表现出来的性状，如高茎、红花，叫做显性性状，而把F1未能表现出来的性状，如矮茎、白花，叫做隐性性状。孟德尔在豌豆的其他5对相对性状的杂交试验中，都得到了同样的试验结果，即都有易于区别的显性性状和隐性性状。二、分离现象及分离比在上述的

29、孟德尔杂交试验中，由于在杂种F1时只表现出相对性状中的一个性状显性性状，那么，相对性状中的另一个性状隐性性状，是不是就此消失了呢？能否表现出来呢？带着这样的疑问，孟德尔继续着自己的杂交试验工作。孟德尔让上述F1的高茎豌豆自花授粉，然后把所结出的F2豌豆种子于次年再播种下去，得到杂种F2的豌豆植株，结果出现了两种类型：一种是高茎的豌豆（显性性状），一种是矮茎的豌豆（隐性性状），即：一对相对性状的两种不同表现形式高茎和矮茎性状都表现出来了。孟德尔的疑问解除了，并把这种现象称为分离现象。不仅如此，孟德尔还从F2的高、矮茎豌豆的数字统计中发现：在1064株豌豆中，高茎的有787株，矮茎的有277株，两

30、者数目之比，近似于31。如图2-4A所示。孟德尔以同样的试验方法，又进行了红花豌豆的F1自花授粉。在杂种F2的豌豆植株中，同样也出现了两种类型：一种是红花豌豆（显性性状），另一种是白花豌豆（隐性性状）。对此进行数字统计结果表明，在929株豌豆中，红花豌豆有705株，白花豌豆有224株，二者之比同样接近于31。三、分离规律的验证前面讲到孟德尔对分离现象的解释，仅仅建立在一种假说基础之上，他本人也十分清楚这一点。假说毕竟只是假说，不能用来代替真理，要使这个假说上升为科学真理，单凭其能清楚地解释他所得到的试验结果，那是远远不够的，还必须用实验的方法进行验证这一假说。下面介绍孟德尔设计的第一种验证方法

31、，也是他用得最多的测交法。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11。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11，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

32、得到了近似于11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。1-4-3孟德尔的自由组合规律一、自由组合现象及比例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1

33、6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9331。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。二、自由组合规律的验证与分离规律相类似，要将自由组合规律由假说上升为真理，同样也需要科学试验的验证。孟德尔为了证实具有两对相对性状的F1杂种，确实产生了四种数目相等的不同配子，他同样采用了测交法来验证。把F1杂种与双隐性亲本进行杂交，

34、由于双隐性亲本只能产生一种含有两个隐性基因的配子（yr），所以测交所产生的后代，不仅能表现出杂种配子的类型，而且还能反映出各种类型配子的比数。换句话说，当F1杂种与双隐性亲本测交后，如能产生四种不同类型的后代，而且比数相等，那么，就证实了F1杂种在形成配子时，其基因就是按照自由组合的规律彼此结合的。1-4-4孟德尔遗传规律在理论和实践上的意义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，

35、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2201048576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

36、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。1-5染色体数目的改变 各种生物都有一定的特

37、征性的染色体数目。已知真核生物中染色体数最少的种是2n=2-4（马蛔虫），植物： 纤细单冠菊2n=4，瓶尔小草属中有些种的染色体多达2n=1024。 一般2n=10100之间。 不同数目的染色体在细胞中不是简单的聚集，而是以染色体组的形式存在。1-5-1染色体组和染色体倍性 在介绍细胞的减数分裂时，我们介绍过同源染色体和非同源染色体的概念。同源染色体（homo logous chromosome）是指形态、结构和功能上相同的染色体。所以，在细胞中存在着“相同”或“不同”的染色体。 染色体组（genome）：在一个染色体组内的各个染色体在形态、结构和功能方面互不相同，但却是一个和谐的整体，对于细

38、胞或个体的发育来说，是缺一不可的。 讨论：“一个正常配子中所包含的染色体数。” 说明：(1)染色体组内每条染色体的形态和功能虽然各不相同，但它们包含着生物体生长发育所必须的全部遗传物质，没有多余，缺失其中任何一条都将出现性状或育性的变异。如雄蜂、雄蚁。 (2)染色体组内没有同源染色体，但非同源染色体并不一定在一个染色体组。（缺一不可的非同源染色体） (3)染色体组所包括的染色体数用x表示。 不同的生物体中所包含的染色体组的数目是不同的，体细胞中的染色体组可以是一个或多个。其中： 一倍体（monoploid）： 只含有一个染色体组的个体或细胞，如二倍体生物的配子，如玉米 x = 10，蜜蜂的雄蜂

39、 x = 16 二倍体（diploid）： 含有二个染色体组的个体或细胞。一般生物。 三倍体（triploid）： 具有三个染色体组的细胞或个体。如三倍体西瓜。 四倍体（tetraploid）： 具有四个染色体组的细胞或个体。如4倍体蕃茄 x=12 4x=48 多倍体（polyploid）：细胞或个体中的染色体组数多于二个。 一倍体、二倍体、多倍体，这类染色体的变化是以染色体组为单位的增减，所以称为倍数性变异，而把体细胞内含有完整的染色体组的类型称为整倍体（euploid）。 如果在二倍体的基础上，增加或减少个别染色体，则属于非整倍性（uneuploidy）变异，这种变异的细胞或个体叫非整倍体

40、（uneuploid）。1-5-2整倍体的类别及其遗传表现 一、 单倍体（haploid） （一）概念：是具有配子染色体数的个体或细胞的总称。 (1)单倍体与一倍体的区别： 配子中包含的染色体组数可以不同，如4倍体西红柿，配子的染色体数是24，而x=12。所以单倍体中包含的染色体组数可以一至多个。配子染色体数为n，n可以是x的倍数。(2)单倍体(3)并不是只有配子是单倍体。 如菌丝体、雄蜜蜂。 （二）产生： (1) (2)属正常。 (3) (4)属异常。 (1)性细胞配子。 菌丝体有性过程的产物。 (2)体细胞雄蜜蜂、白蚁、蚂蚁孤雌生殖的产物。由未受精卵发育而成。能产生有效精子假减数分裂（不分

41、向两极） (3)自发产生无融合生殖（apomixis）的产物。36种植物 原因： a单倍体孤雌生殖（haploid parthenogenesis，未受精，水稻） b单雄生殖（androgenesis，精核，烟草）。 (4)人工产生花粉培养、子房培养、球茎大麦法 （三）遗传表现 (1)一般不能正常发育： 与二倍体相比，体型小，生活力弱，有时白化隐性不利基因得以表现，体内代谢不谐调之故。(2)高度不育：没有联会，无规律分离。玉米(3)同源多倍体的可育性。如马铃薯、紫苜蓿等。 （四）应用 (1)无直接应用价值。 育种上淘汰不利基因。选择。 (2)获得基因型的纯合体：染色体加倍，得纯合二倍体。 (3

42、)研究基因突变单倍体，加倍单倍体。 （五）花粉形成单倍体植株有两种方式：（1）.花粉形成愈伤组织，再由愈伤组织分化成单倍体植株，如水稻、麦类等作物。（2）.花粉不经愈伤组织，直接形成胚状体，如烟草、曼陀罗等。花粉粒形成愈伤组织或胚状体，二者间不存在绝对的界限，主要取决于培养基中生长素的浓度。杂交育种是选育新品种最常用的方法，由于杂种后代的分离，要得到一个稳定的品系，通常要经过五年以上的选择，应用花药培养，第二年能得到纯合的二倍体。1-5-3 同源多倍体（autopolyploid） （一）概念  具有三个以上相同染色体组的细胞或个体 如曼陀罗4x=48 香焦3x=33 黄花菜3x=3

43、3 大丽菊 （二）产生： 通常二倍体的染色体加倍而成为同源四倍体，同源四倍体和原来的二倍体杂交，可产生同源三倍体。 (1)体细胞有丝分裂 染色体复制而细胞不分裂嵌合体（自然，少见） (2)减数分裂未减数的配子四倍体、三倍体（自然，可能性大） (3)机械损伤部位。 如番茄，10%是四倍体（茄属） (4)人工诱发体细胞染色体加倍。 A. F. Blokeslee（1937）在曼陀罗加倍中发现。秋水仙素溶液最为有效（0.011.0%）。作用：抑制纺锤体的形成，对分裂中的细胞起作用。注意处理时间、温度、浓度。 实例： 水稻、小麦、桑、茶、葡萄、西瓜。 形成同源多倍体的频率： (1)自花授粉植物>

44、异花 (2)多年生>一年生 (3)动物中罕见 ，原因：a.性染色体， b.，异体。 （三）遗传表现 (1)表型特征（四倍体）： a. 形态巨大性（细胞核、茎、叶、花、种子），也有例外；b. 代谢活性增强（大麦蛋白质1012%，玉米的类胡罗卜素40%，番茄Vc一倍）剂量效应；c.发育延迟，结实率低；d.三倍体植物具有很强的生活力。 (2)减数分裂 配对特点： 同源染色体有四（三）个相同，在任何区段内只有两条之间配对。同染四倍体联会和分离形式： a. 一个四价体（）：分离结果或2/2（可育，如曼陀罗4x=48）或3/1。 b. 两个二价体（+）分离2/2（可育）。 c. 三价体加一（+）2/

45、2，3/1，2/1。 d. 二价体加两个一价体2/2，3/1，2/1，1/1。 同源三倍体的联会与分离： a三价体，2/1。 b二价加一，2/1，1/1。 同源多倍体多数是部分不育或高度不育的（特别是三倍体），主要原因是三价体和单价体的频率较高，染色体分配不均，使配子的染色体组不平衡，产生n，2n配子的机会很小，交配更难。 (3)基因型与基因分离： 四倍体比三倍体复杂，因同源染色体有4条，对于一对等位基因A，a可有五种基因型： 同质结合的：AAAA（四显式），aaaa（零显式）。 异质结合的：AAaa（三显体triplex），AAaa（二显体duplex），Aaaa（单显体simplex）。

46、对于同源四倍体AAaa：     a. 配子种类和比例AAAaaa=141     b. 自交子代基因型比例A4A3aA2a2Aa3a4=181881/36；     c. 表型比例A_aa=351/36 （4）应用： 同源三倍体高度不育，但许多三倍体却具有很强的生命力,营养器官十分繁茂。自然界中的香蕉、黄花菜、水仙都是三倍体。 (1)三倍体甜菜，产糖率比2n提高1015%。 (2)三倍体杨树，生长速度为2n的二倍。 (3)三倍体杜鹃花，开花期特别长。 (4)三倍体无籽西瓜，2n=22  

47、60;   四、异源多倍体（allopolyploid） （一）概念： 加倍的染色体来源于不同的物种 自然界中的异源多倍体几乎都是偶数倍性的（每个染色体组都有两个）。奇数倍性的异源多倍体除非可以无性繁殖，一般不能保存下去。 有许多异源多倍体是部分异源多倍体（在它们的不同染色体组之间存在着部分同源区段）。一般进行同源联会（autosynapsis），只有当同源染色体不存在时，才发生部分同源染色体的联会异源联会（auosynapsis）。根据异源联会的情况可以知道不同染色体组之间的关系。分析异源联会的最好材料是多元单倍体，普通小麦是部分异源多倍体。1A1B1D。 节段异源多倍体

48、：不同染色体组之间部分同源的程度很高。如洋葱和葱，染色体联会出现二价体和四价体、多价体。当然有的异源多倍体的不同染色体组之间毫无同源关系。如罗卜甘兰（2n=18，RR）（2n=18，BB）是不同属的植物。其杂种RB18I，互不配对。偶尔F1未减数配子受精而成RRBB新种,但没有经济价值。   （二）产生： (1)不同种、属间杂交，杂种的染色体加倍而成。（自然的或人为的，主要形成方式） (2)人工诱发 五、同源异源多倍体      如AAAABB 已知 菊芋（2n=102）×向日葵（2n=34） 2n=68（减数分裂完全正常3

49、4）， 说明菊芋配子中有一个染色体组是重复的，同时还有一个染色体组与向日葵相同。菊芋的染色体组成可能是AAAABB，向日葵是BB。 六、多倍体人工诱导方法人工诱导多倍体的方法很多，分为物理的和化学的诱导方法。其中，秋水仙素是引变多倍体植物的最有效的方法之一。秋水仙素是从百合科秋水仙属的一个种秋水仙的器官和种子内提炼出来的一种植物碱。因有剧毒，故使用时要特别注意，切勿使药液进入眼内或口中。秋水仙素诱发植物产生多倍体的作用是极其显著的。它的作用在于阻止分裂细胞产生纺锤丝，而对染色体的结构和复制无显著影响。若浓度适合，药剂在细胞中扩散后，不致发生严重毒害，细胞经一定时期后仍可恢复常态，继续分裂，只是

50、染色体数目加倍成多倍性细胞，并在此基础上进一步发育成多倍体植物。1-5-4 同工酶（isozymes）同工酶是指作用于底物相似或完全相同的酶的不同分子形式，即催化同一种反应而结构不同的一族酶，它们是受遗传体系决定的酶的不同分子形式。利用凝胶电泳技术可以将它们分开，用专一的作用底物和特殊染料，把需要分析的酶染色，在胶柱上同工酶的不同分子形式，可以出现在同一生物的不同发育时期，所以取不同期的材料，酶带的情况就不一样，这是同工酶技术适用于发育研究的方便之处。另一方面，利用同工酶技术进行遗传学分析与群体遗传学研究时，则特别要求取材的一致性。否则，它们之间的差异可能不是遗传而是由发育造成的。例如要比较两

51、个品种蚕豆的遗传差别，可用它们的发芽种子进行比较。但这时至少应该检查是否是同年的种子、是否在发芽前都晒过种、是否是同时浸种，是否是恒温发芽，以及是否是取同样部位和同样分量等。第二部分 园艺植物遗传实验基本知识2-1 实验室安全管理制度  2-1-1实验室工作人员职责：错误！未找到索引项。1 严格遵守学校各项规章制度，认真执行坐班制，不迟到、早退，不擅离岗位，遇特殊情况外出，及时挂牌通知。2 树立为教学服务的思想，认真学习有关教学大纲和教材，刻苦钻研业务，努力勤奋地学习和工作，及时了解教学进度，安排好切实可行的实验计划，并协同教师认真落实各种实验联系单制度，确保100的实验开出率。认真

52、领会实验要求，做好学生实验的各项准备工作，帮助教师做好演示实验。3 全面负责一个学科的实验室管理工作，仪器室要保持整洁，仪器陈放整齐规范，仪器帐物清楚规范，做到帐帐、帐物相符，并认真做好仪器添置、申报、验收、上帐，及时做好仪器的清点、报损、一般的维修保养等有关工作。4 做好每学期的仪器自查，每年一次清查登记、造册工作，并与总财产核对一次，保证正确无误。5 积极参加教研活动，及时向教师介绍新仪器、新实验，认真做好实验室、仪器室的安全保卫工作，管好各楼道大门。6 严格遵守实验室管理制度，安全实行专人负责，切实做好水、火、电等安全防范工作，及时管好实验楼楼道的电灯。危险药品有专人负责，专柜保存使用，

53、杜绝事故的发生，为师生创造良好的教学环境。7 做好卫生保洁工作。8 积极配合课外小组活动，做好各项有关工作。9 完成教导主任、校长交给的其他工作，完成教委仪器站布置的各项工作。2-1-2实验室管理制度（一）仪器使用办法：1 演示需要仪器，早三天通知，并填好实验预约通知单，分组实验早一个星期通知，并填好实验预约通知单，演示实验仪器用后及时归还到仪器室（分组实验仪器安排好后，通知上课老师）。做好实验后，通知实验教师收回仪器并验收。2 教师演示和学生实验过程，应严格注意安全，使用危险药品时必须先经领导批准，正确配置，教师与实验教师一起称出数量，填好物品使用单，用后必须及时回收清理，并在物品使用单上写

54、明回收数量情况等。3 学校仪器一律不许随便拆装，如确实需拆装时，应说明理由，由学校批准。拆装后并按时复原。贵重精密仪器应报请上级批准。4 教师要教育学生严格遵守实验制度，并要求学生爱护仪器财物，保持实验室整洁。（二）借用制度：1 外系借用仪器须由系领导批准。2 教工因工作需要，需借用仪器、工具，要有借条。3 本组教师用工具要有借条。（三）赔偿制度：1 教师做实验时如损坏仪器，须说明原因并向实验教师登记。凡因工作不负责任而损坏者，要负责赔偿。2 学生实验时，凡不按实验规章行事或任意破坏损坏仪器者，除教育批评外，需上报教导处，并酌情赔偿。（四）管理制度：1 自购及下拨仪器须及时分类登记。2 仪器应

55、经常保持整洁，每学期清点一次。如有缺少，及时查明原因。3 配合各科教师保管仪器。如有破损及时维修，每年暑假检修一次。4 每年与系财产保管员核对一次，做到帐帐相符，帐物相符，以防止危险物品丢失。5 对有毒和易燃易爆的实验药品要严格管理和存放。6 禁止学生携带烟花、爆竹等易燃易爆的物品进入实验室，在没有教师允许的情况不准使用明火。 2-2显微操作技术微操作技术（micromanipulation technique）是指在高倍复式显微镜下，利用显微操作器（micromanipulator）进行细胞或早期胚胎操作的一种方法。显微操作器是用以控制显微注射针在显微镜视野内移动的机械装置。显微操作的基础平

56、台-倒置研究级显微镜（例如OLYMPUS的IX71/81）各种活细胞应用实验，如显微操作、细胞培养，IVF，ICSI等. 显微镜的观察方式一定要选择-浮雕相衬观察方式(简称RC观察方式).绝对不能选择相差观察方式，因为相差观察在显微镜观察下只能看到平面效果，根本没有3D效果，这样在做显微操作时很难进行注射，因为都是平面效果，下针比较困难，所以显微镜的观察方式一定要选择-浮雕相衬观察方式，显微操作的最佳选择:浮雕相衬观察方式(简称RC).原因在于浮雕相衬系统能够产生高反差的3D 图像，可用于塑料器皿中的样品。浮雕相衬用于细胞受精，使细胞核膜可以更容易看到和穿刺。所以选择好的显微镜和观察方式是完成

57、显微操作系统的前提条件。显微操作器目前大都是美国的SUTTER，其中MP-225是4轴移动。目前比较流行4轴移动，当然3轴移动的显微操作器也很多。还有美国SD操作器，美国的WPI，日本的成茂操作器，这几款目前占有率高。显微操作技术包括细胞核移植、显微注射、嵌合体技术、胚胎移植以及显微切割等该实验会需要到拉针仪等其它显微操作实验装备 2-3显微鉴定的方法进行显微鉴定，首先根据观察的对象和目的，选择具有代表性的生药，制作不同的显微制片，包括组织制片、表皮制片和粉末制片 。组织制片的方法主要有徒手制片、滑走制片、冰冻制片及石蜡制片等。对植物类中药，如根、根茎、茎藤、皮、叶等类，一般制作横切片观察，必要时制纵切片；果实、种子类须制作横切片及纵切片观察；木类药材须制作横切片、径向纵切片及切向纵切片三个面观察。表皮制片系将表皮细胞组织制成显微观察片的一种方法，适用于观察叶片、花瓣、花萼和其它器官表皮的细胞形状、气孔、腺毛、非腺毛的类型和角质层的纹理以及各种细胞内含物等的显微特征。粉末制片用于观察药材的组织、细胞及细胞后含物特征