林木遗传育种

1、 林木遗传育种学绪论 1 林木遗传育种学概念 林木遗传育种学是利用遗传学基础，研究林木新品种选育、繁殖理论与方法的科学。 2 林木育种与遗传学的关系 遗传学是研究生物性状遗传和变异规律的科学。 遗传：生物亲代与子代之间相似的现象。 变异：生物亲子代间、子代各个体之间总存在差异的现象。 生物遗传是相对的，变异是绝对的。它们相互对立、相互制约，在一定条件下又相互转化。 物种进化的三大动力：遗传、变异和自然选择。 应用遗传学知识，根据林业生产的需要，利用自然和人工创造的变异，用人工选择代替自然选择，人为控制物种进化方向，培育新品种，改良林木的遗传品质。3 林木育种的作用和意义 作用：通过林木遗传品质

2、改良，建立固定的良种生产基地，使生产中使用经过改良的繁殖材料，实现良种化，提高林产品产量和品质。 意义：培育和使用良种，是投资少、收益大、多快好省地发展林业生产的重要途径。 4 林木育种特点 1 育种周期长 2 基因资源丰富 3 基因高度杂合 5 林木育种的发展动态 遗传资源的研究与利用 育种技术的研究与开发 应用先进技术，多学科协作 突出抗性育种第一章 遗传的细胞学基础第一节 细胞构造 1 线粒体与质体 线粒体与质体带有自身的DNA，能够独立合成蛋白质，具有相对独立的遗传体系，但所合成的蛋白质有限，是半自主性的细胞器。 2 核糖体 是数量极多、由蛋白质和rRNA构成的微小细胞器，是蛋白质合成

3、的场所。 3 染色质与染色体 细胞核内染色体是遗传物质的主要载体。 染色质：在尚未分裂的核中，能被碱性染料染色的、纤丝状的网状物质。 染色体：在细胞分裂中，染色质卷缩成为一定数目和形态的结构。 第二节 染色体 1 染色体形态结构和数目 1.1 染色体形态 在细胞分裂中期，一个完整的染色体包括以下几部分，根据着丝点位置的不同，可分为中部（M）、近中（SM）、近端（ST）和端部（T）着丝点染色体。着丝点着生的位置不同，在细胞分裂后期，染色体可形成V形、L形、棒状、粒状等不同形态。 1.2 染色体结构 染色体在细胞分裂间期呈纤丝状结构。染色质丝由DNA长链按一定距离盘绕在组蛋白小体上构成。细胞分裂期

4、间，染色质丝开始反复的螺旋化折叠，到细胞分裂中期缩到最粗最短。 2 染色体核（组）型分析 每种生物染色体的数目、大小、形态特征等都具特异性，这种特定的染色体组成称为染色体核（组）型。对生物染色体进行配对、归类、编号等分析过程称为核（组）型分析。核（组）型分析对于动植物育种、鉴定系统发育过程中物种间的亲缘关系、植物近缘类型的分类等常具有重要意义。第三节 细胞分裂 1 有丝分裂 间期 是细胞分裂的准备阶段，染色体进行复制。 前期 核仁核膜开始模糊，染色质丝逐渐收缩。 中期 核仁核膜消失，纺锤体出现，染色体缩到最粗最短。 后期 每个染色体的着丝点分裂为二，同一染色体的二条染色单体随着纺锤丝的收缩分别

5、移向两极。 末期 染色体又变得松散细长，在两极围绕染色体出现新的核仁，形成二个子细胞，进入下一轮间期。 2 减数分裂 2.1 第一次分裂（I） 前期I 细线期 核内染色体细长如线。染色体已复制，但着丝点仍为一个。偶线期 各同源染色体分别配对，开始联会，联会的一对同源染色体叫二价体。粗线期 二价体中相邻的两条非姊妹染色单体会发生片断交换。 双线期：二价体继续缩短变粗，因非姊妹染色单体相互排斥而松解，但有交叉相连。终变期：染色体变得最粗短，前期I终止。 中期I 核仁核膜消失，纺锤体出现，纺锤丝与各染色体的着丝点相连。 后期I 纺锤丝收缩，二价体的两条同源染色体被分别拉向两极，实现了2n数目的减半。

6、 末期I 染色体到达两极后逐渐松散变细，形成二个子细胞。叫二分体或二分孢子，稍后进入第二次分裂。 2.2 第二次分裂（P） 与有丝分裂十分相似，也分前、中、后、末四个时期，最终形成四个子细胞，叫四分体或四分孢子。3 二种分裂的差异 有丝分裂 减数分裂 体细胞分裂 ，不联会 性母细胞分裂，同源染色体两两联会 一次分裂，形成二个子细胞 二次分裂，形成四个子细胞 子细胞染色体数目不变 子细胞染色体数目减半意义 维持个体的正常生长发育 保证物种的连续性和稳定性 确保无性繁殖下的遗传稳定性 为变异提供丰富的物质基础 第二章 遗传的基本规律第一节 分离定律 性状：生物体形态特征和生理特性的总称。 单位性状

7、：被区分开的每一个具体性状。 相对性状：同一单位性状在不同个体上的相对差异。基因型：指生物个体的基因组成，是决定生物性状表现必需的内在因素。 表现型：生物某一性状的外在表现，简称表型，是基因型和环境共同作用的结果。 在大致相同的环境下，基因型相同的个体表现型也相同，但表现型相同的个体基因型不一定相同。等位基因：位于同源染色体上相同位点、控制同一单位性状的成对基因叫等位基因；非等位基因：位于同源染色体上不同位点和非同源染色体上的基因则为非等位基因。 遗传因子分离假说 一定遗传因子控制一定性状的表现。 遗传因子在体细胞中成双，在配子中成单，即形成配子时成对因子彼此分离。 当雌雄配子随机结合，形成新

8、一代个体时，因子又结合成对，共同控制性状表达。(孟德尔提出的遗传因子后世改称基因。) 等位基因的显性作用 完全显性： F1只表现亲本之一的性状。 不完全显性：F1表现性状为双亲的中间型。 共显性：双亲性状同时在F1个体上出现。 实质：显性基因并不抑制隐性基因的作用，而是显性基因能控制某些酶的合成并决定代谢过程，从而控制性状发育。应用：杂交的亲本材料基因型必须纯合，这样才能获得表型一致的F1代。 杂种通过自交将产生性状分离，同时导致等位基因纯合。对草本植物可通过连续自交，使优良性状稳定遗传。 只有整齐一致的F1代才具有强大的杂种优势，因此需通过自交系或无性繁殖保持和利用杂种优势。 第二节 自由组

9、合（独立分配）定律自由组合假说： 不同对基因在遗传中，各自独立分配到配子中去，并不因其它基因的存在而受到干扰。 非同源染色体上的非等位基因进入同一配子时是自由组合的。 雌雄配子的结合也是随机的。 当F1 杂合基因对数为n时，形成的配子种类为2n，雌雄配子组合数为4n， F2基因型种类为3n ，表型种类为2n种。 自由组合定律的应用：揭示了生物变异的基础，奠定了杂交育种的理论基础，合理安排育种群体的规模 第三节 连锁遗传定律相引组：一亲本两性状显性，另一亲本两性状隐性的杂交组合相斥组：杂交二亲本各带一个显性和隐性性状。连锁遗传：与理论数相比，在F2中表现亲本组合数多，新组合数少的现象 在不完全连

10、锁中，重组型配子由染色体片段交换而来。除着丝点外，染色体任何片段都可发生交换。 在连锁区段内的交换,即交换发生在两个连锁基因间,产生亲型和重组型配子各占一半。 在连锁区段外的交换，即发生的交换在连锁基因区段外产生的配子全部是亲型的。 所以就整个来说，重组型配子必然低于50%。 交换值的作用：锁基因间距离越远，发生交换的机会越多，交换值也就越大，连锁强度就越小。因此不仅通过交换值能判断基因连锁强度，还可用交换值(%)表示两连锁基因在染色体上的相对距离，实现基因定位。此外，交换值对计算重组型配子比率、确定育种群体规模有重要作用。 连锁遗传图：存在于同一染色体上的基因，称为一个连锁群。把一个连锁群各

11、基因间的距离和次序标注出来，就能绘制成连锁遗传图。第四节 细胞质遗传1 概念 除核基因以外的遗传物质通称细胞质基因。主要存在于线粒体和质体中，其他如细菌质粒、果蝇粒子、草履虫的卡巴粒等。细胞质基因引起的遗传现象称为细胞质遗传。 2 质基因遗传的特点 随母本遗传 正交与反交结果不同 通过连续回交能置换母本核基因，但不能置换其质基因。 遗传方式不符合孟德尔定律。3 质核基因的区别：质基因一般为紧密结构的小型环状DNA分子，不与蛋白质结合。与核基因相比，质基因所拥有的遗传信息量很少，功能不完备，居于次要和从属的地位。育种上利用的雄性不育是由质核基因共同控制的，称为质核不育型，第三章 遗传物质的分子基

12、础 第一节 核酸的分子结构及复制 1 核酸的组分及分类 核酸构成包括三部分：核糖、磷酸和含氮的环状碱基 DNA是双链且较长，RNA主要为单链，分子链较短。 2. DNA的结构：DNA分子为双螺旋结构，外侧两条多核苷酸长链反向平行，内侧由碱基通过氢键相连。 3 DNA的复制：DNA以半保留方式进行复制，其过程为： 解链，从DNA一端氢键逐渐断开。 暴露在外的碱基从细胞核内吸引与自己互补的游离核苷酸，形成氢键。 在DNA聚合酶的作用下，由5到3方向合成长约10002000个核苷酸的片段。 DNA继续解链，片段继续合成。 在DNA连接酶的作用下，将片段连接起来，形成一条连续的、新的单链。 新形成的链

13、与原模板链相互盘绕在一起，恢复DNA双链结构。第二节 DNA和遗传密码 三联体密码：三联体与氨基酸的对应关系。 遗传密码：DNA中三联体种类与顺序。 兼（简）并：一种氨基酸受多个三联体决定的现象第三节 DNA与蛋白质合成1 信使核糖核酸（mRNA） 准确无误地转录DNA上的遗传信息，将遗传信息携带到蛋白质合成场所细胞质中的核糖体上。 2 核糖体核糖核酸（rRNA） rRNA构成合成蛋白质的场所核糖体，有广泛的折叠式双链结构。其单链上的未进行配对的碱基暴露在外，通过碱基配对的识别作用mRNA和tRNA聚合到核糖体上，造成蛋白质合成的必备环境。3 转移核糖核酸（tRNA） 是分子量最小的RNA，带

14、稀有碱基，其作用是搬运合成蛋白质的原料氨基酸。4 蛋白质合成过程 mRNA与rRNA结合：在mRNA的起始密码之前有一段核酸短链，其碱基可与rRNA中的部分碱基配对，使mRNA和核糖体结合在一起。 tRNA上反密码子和能与之配对的mRNA三联体结合、胸腺嘧啶环与rRNA结合在一起。 在转肽酶的作用下，给位上tRNA与所带氨基酸断开，并与受位氨基酸结合。 核糖体沿mRNA由5到3的方向前进一个密码子，使上一个受位变成新的给位，新密码子即是眼下的受位，转肽酶将前二肽转移到氨酰基tRNA上，形成三肽。 以上过程不断重复，肽链不断延长，直至mRNA上出现终止信号。第四章 生物变异机理第一节 基因突变指

15、染色体某一基因位点内部发生了化学变化，与原来基因形成对应关系，也称点突变。1 基因突变的特征突变的重演性和可逆性：重演性指同一突变可以在同种生物的不同个体间多次发生。可逆性则指显性基因可突变为隐性基因（正突变），隐性也可突变为显性基因（反突变）。突变的多方向性和复等位基因：同一基因向多个方向发生突变形成复等位基因。突变的有害性和有利性：大多数基因突变对生物有害，少部分是中性或有利突变。突变的平行性：指亲缘关系相近的物种因遗传基础比较接近，往往发生相似突变的现象。2 基因突变的分子基础 2.1 碱基的缺失或插入 因碱基的缺失或插入引起三联体编码的移动叫移码突变。 2.2 碱基替换 因碱基替换导致

16、肽链中氨基酸的替换而引起的突变叫错义突变。 虽发生碱基替换，但未改变三联体所决定的氨基酸，称同义突变，它对性状没有任何影响。3 突变的修复和回复突变 生物对突变后的DNA可进行修复，修复时需要可见光的称光修复，反之称暗修复。 回复突变：基因突变后有时能回复到突变前的状态，出现遗传上的返祖现象。第二节 染色体的结构变异 染色体在一些内外因素作用下会发生断裂，其断头有粘性 ，片段可再连接起来，但在连接过程中可能出错，造成染色体结构变异。所以断裂是染色体结构变异的前奏。各带一条正常和变异染色体的个体称杂合体；带一对变异染色体的个体称纯合体。 1 染色体缺失 1.1 缺失类别 指染色体丢失了某一基因区

17、段。正常AB.CDEF 中间缺失AB.CF 顶端缺失AB.CDE 1.2 缺失鉴定：缺失杂合体联会形象：在正常染色体上形成突环。1.3 缺失的遗传效应：缺失对生物体生长发育有害。带缺失染色体的配子一般败育，尤其是雄配子表现出假显性现象。2 染色体重复 2.1 重复类别：指染色体多出了某一基因区段。顺接重复AB.CDCDEF 反接重复AB.CDDCEF 2.2 重复的鉴定：重复杂合体联会形象：重复染色体上形成突环。 2.3 重复的遗传效应：重复扰乱了基因固有的平衡体系，对生物生活力和繁殖力会产生一些不利影响。因重复带来基因的剂量效应。重复有利于新基因的形成。3 染色体倒位 3.1 倒位类别：指染

18、色体某一区段颠倒了正常的直线顺序。 臂内倒位AB.CEDF 倒位区段内无着丝点 臂间倒位AED.CBF 倒位区段内包含着丝点 3.2 倒位的鉴定：倒位杂合体联会形象：由一对染色体共同构成倒位圈 3.3 遗传效应：改变了原有连锁基因重组率。倒位杂合体倒位圈内交换值极低。倒位改变了基因之间固有的相邻关系，而造成遗传性状的变异。4 易位 4.1 易位的类别：染色体的一个区段移接在非同源的另一个染色体上。 相互易位 1234EFG ABCD567 简单易位 1234EF567 4.2 易位的鉴定：相互易位杂合体联会形象：十字形 4.3 易位的遗传效应：半不育现象，即雌雄配子体只有一半可育，另一半败育。改变原有连锁群及连锁关系，导致性状变异。第三节 染色体数目变异染色体组：能维持配子正常功能的、数目最低的一套染色体 染色体数以染色体组为基数进行的整倍数变异。细胞内有几个染色体组就称几倍体。超过二倍的个体通称多倍体。染色体组来源相同的称同源多倍体，否则为异源多倍体。非整倍性变异：非整倍变异指染色体的增加或减少使细胞的染色体数不是基数的完整倍数。 亚倍体：较正常染色体数少的个体通称为亚倍体。亚倍体一般只出现在多倍体植物中，二倍体生物中亚倍体很难存活。主要有 单体：缺体：双单体： 超倍体：较正常染色体数多的个体通称为超倍体。主要有：三