林木育种复试题库及答案

林木育种复试题库及答案1.简述林木育种的主要目标及与农作物育种的主要差异林木育种的主要目标包括提高木材产量与品质（如材积、密度、纤维长度）、增强抗逆性（抗病虫、抗旱、抗寒）、改良特殊性状（如观赏特性、次生代谢产物含量）及适应集约化经营需求（如分枝习性、萌芽能力）。与农作物育种的差异体现在：①多年生特性导致童期长（如松树童期5-10年）、世代间隔大，遗传测定周期长（通常需10年以上）；②遗传基础复杂，多数为异花授粉，杂合度高，近交衰退严重；③目标性状多为数量性状（如树高、材积），受微效多基因控制，遗传分析难度大；④育种材料保存依赖活体（如种子园、采穗圃），资源保存成本高；⑤经济利用周期长，需兼顾当前与未来适应性（如应对气候变化）。2.解释广义遗传力（H²）与狭义遗传力（h²）的定义及在育种中的意义广义遗传力（H²）指基因型方差（Vg）占表型方差（Vp）的比例，即H²=Vg/Vp，反映性状总遗传效应的大小；狭义遗传力（h²）指加性遗传方差（Va）占表型方差的比例，即h²=Va/Vp，仅反映可稳定遗传的加性效应。育种中，H²用于评估性状遗传潜力，高H²性状（如果实大小）可通过表型选择有效改良；h²更关键，因加性效应可在子代中固定，h²高的性状（如树高）早代选择效率高，而h²低的性状（如材积）需结合家系或配合力测定。例如，松树树高h²约0.3-0.5，材积h²约0.1-0.3，故材积改良需通过家系选择而非单株选择。3.比较单株选择与混合选择的优缺点及适用场景单株选择是从群体中选择表现优良的单株，分别采种、单独繁殖，后代分别鉴定的选择方法；混合选择则是选择表现优良的单株，混合采种、混合繁殖，后代群体鉴定。单株选择的优点：可区分基因型与环境效应，选择效果稳定，能保留优良基因型；缺点：需多代鉴定，成本高，周期长，近交风险（若为自花授粉）。适用于异花授粉、遗传力较低或需培育纯系的情况（如杨树杂交育种中选择优株）。混合选择的优点：操作简单、成本低、周期短；缺点：无法排除环境影响，选择效果不稳定，可能丢失优良基因型。适用于遗传力高的性状（如抗虫性）、群体混杂需快速提纯或早期筛选（如种子园初级选择）。4.杂交育种中亲本选配的主要原则有哪些？举例说明亲本选配原则：①互补性：双亲性状优缺点互补（如速生但材质差的A与慢生但材质优的B杂交，后代可能速生且材质好）；②生态适应性：双亲地理起源或生态型差异适当（如北方耐寒种与南方速生种杂交，后代可能兼具耐寒与速生）；③遗传差异：亲缘关系较远但能交配（如杨树黑杨派与青杨派杂交，杂种优势显著）；④配合力高：选择一般配合力（GCA）高的亲本（如桉树中GCA高的无性系作父本）；⑤花期同步：通过调节栽培措施或选择花期相近亲本（如松树人工控制授粉时，采集花粉冷藏解决花期不遇）。例如，杨树育种中，选择I-69杨（速生、耐水湿）与山海关杨（抗寒、抗病）杂交，后代可能兼具速生、抗寒特性。5.简述多倍体育种在林木中的应用优势及常用诱导方法优势：①器官巨大性（如多倍体杨树叶片大、木材密度高）；②抗逆性增强（多倍体染色体加倍后，酶系统更稳定，抗旱、抗寒能力提升）；③次生代谢产物增加（如多倍体杜仲胶含量提高）；④克服远缘杂交不孕（通过双二倍体桥梁种实现属间杂交）。常用诱导方法：①物理诱变：高温（38-42℃处理萌动种子）或低温（0-5℃处理幼胚）抑制纺锤体形成；②化学诱变：秋水仙素（0.01%-0.5%溶液处理茎尖、芽或种子）、Oryzalin（效果优于秋水仙素，毒性低）；③生物方法：未减数配子杂交（如通过控制减数分裂产生2n配子，杂交获得三倍体）。例如，三倍体毛白杨（2n=57）因染色体加倍，生长快、材性好，已广泛推广。6.说明数量性状遗传的主要特点及在林木育种中的应用特点：①连续变异（如树高、材积表现为连续分布）；②受微效多基因控制（每个基因效应小，累加作用）；③易受环境影响（表型=基因型+环境）；④杂种优势明显（超亲现象常见）。应用：①采用统计方法分析（如方差分析分解遗传与环境方差）；②家系选择（利用家系均值减少环境误差）；③配合力测定（一般配合力反映加性效应，特殊配合力反映非加性效应）；④遗传参数估计（如遗传力、遗传相关）指导选择策略（如高遗传力性状直接选择，低遗传力性状家系选择）。例如，桉树树高遗传力约0.4，可通过单株选择改良；材积遗传力约0.2，需通过家系均值选择提高效率。7.简述分子标记辅助选择（MAS）的原理及在林木育种中的优势原理：利用与目标性状紧密连锁的分子标记（如SSR、SNP）间接选择基因型，避免环境对表型的干扰。优势：①早期选择：在幼苗期即可通过标记检测目标性状（如抗病基因），缩短育种周期（林木童期长，传统方法需5-10年鉴定，MAS可提前至1年）；②提高选择准确性：对低遗传力或受环境影响大的性状（如抗旱性），标记辅助选择效率高于表型选择；③聚合多个性状：同时选择多个目标基因（如抗虫基因+速生基因），实现多性状改良；④减少试验规模：无需种植大量个体至成龄，降低成本。例如，杨树抗锈病基因R1与SSR标记GCPM188紧密连锁，可在苗期通过PCR检测标记筛选抗病单株，效率较传统接种鉴定提高80%。8.解释一般配合力（GCA）与特殊配合力（SCA）的区别及测定方法GCA指一个亲本与其他多个亲本杂交后，子代性状的平均表现，反映加性遗传效应；SCA指特定亲本组合子代性状偏离双亲GCA的表现，反映显性、上位性等非加性效应。测定方法：①双列杂交（Diallelcross）：将n个亲本进行所有可能的杂交（包括自交和反交），分析子代均值，计算GCA和SCA方差；②多系测交（Topcross）：用1个或少数几个测验种与待测亲本杂交，根据子代表现估算GCA（适用于n较大时）；③轮配设计（Polycross）：每个亲本与多个随机亲本杂交，子代均值反映GCA（林木中常用，因去雄困难）。例如，松树育种中，通过双列杂交分析发现亲本A的GCA高（子代平均材积大），亲本A×B的SCA高（子代材积显著超亲），则A可作为一般配合力亲本广泛利用，A×B组合可直接推广。9.简述林木抗逆育种（以抗旱为例）的主要技术路线技术路线：①抗逆资源收集与评价：收集不同地理种源（如干旱区与湿润区的同一树种），通过干旱胁迫试验（如控水法、PEG模拟干旱）测定存活率、脯氨酸含量、气孔导度等指标，筛选抗旱候选材料；②遗传分析：利用家系或群体分析抗旱性状的遗传力（如脯氨酸含量h²=0.5）、QTL定位（通过SSR/SNP标记定位抗旱相关基因位点）；③选择方法：对高遗传力性状（如叶片蜡质厚度）采用单株选择；低遗传力性状（如干旱下材积保留率）采用家系选择或MAS（利用与抗旱QTL连锁的标记）；④杂交改良：选择抗旱性强（GCA高）的亲本与速生亲本杂交，筛选兼具抗旱与速生的杂种（如干旱区杨树×速生杨树）；⑤分子辅助育种：克隆抗旱基因（如LEA蛋白基因），通过转基因或基因编辑（CRISPR/Cas9）导入目标树种（如桉树），获得抗旱新品系；⑥区域试验：在不同干旱梯度地区测试新品系的稳定性，确定适宜推广范围。10.说明种子园的类型及高世代种子园的特点种子园类型：①按繁殖方式分：无性系种子园（通过嫁接或扦插繁殖，保持优良基因型）、实生苗种子园（通过种子繁殖，成本低但遗传一致性差）；②按世代分：初级种子园（利用未经改良的优树，遗传增益约5%-10%）、改良种子园（经子代测定筛选，增益15%-25%）、高世代种子园（经多轮选择，增益25%以上）。高世代种子园特点：①亲本经过严格选择：基于多性状（生长、材性、抗逆）的遗传测定，一般配合力和特殊配合力高；②遗传多样性控制：通过保留足够亲本（通常30-50个无性系）避免近交衰退；③配置优化：采用随机排列或隔离区设计，减少自交和近交（如杨树种子园采用无性系间行种植，间距≥50m）；④辅助授粉：人工补充高配合力花粉，提高优质种子比例（如松树种子园在花期释放干燥花粉）；⑤遗传增益高：较初级种子园，材积增益提高1倍以上（如杉木高世代种子园子代材积增益达30%）。11.简述林木基因编辑（CRISPR/Cas9）的基本流程及应用挑战流程：①靶基因选择：确定目标性状相关基因（如调控木质素合成的4CL基因）；②sgRNA设计：针对靶基因外显子区域设计20nt的向导RNA，避免脱靶（通过生物信息学工具预测脱靶位点）；③载体构建：将sgRNA与Cas9基因克隆至植物表达载体（如pCAMBIA1300），启动子选择组成型（如35S）或组织特异性（如维管组织特异启动子）；④遗传转化：通过农杆菌介导法（如杨树）或基因枪法（如松树）将载体导入外植体（叶片、茎段）；⑤阳性筛选：用抗生素（如潮霉素）筛选转化细胞，PCR检测Cas9基因整合；⑥突变检测：通过测序（Sanger或高通量）确认靶基因是否发生插入/缺失（Indel）突变；⑦表型鉴定：在温室或田间测试突变体的目标性状（如木质素含量降低）及其他性状（如生长量）是否受影响。挑战：①转化效率低：多数林木（如松树）再生体系不成熟，转化成功率＜1%；②脱靶效应：可能影响非靶基因（如与靶基因同源的其他基因），需通过全基因组测序验证；③遗传稳定性：嵌合体现象常见（同一植株不同部位突变类型不同），需多代自交纯合；④法规限制：转基因林木的环境释放需严格审批（如中国对转基因杨树的田间试验需农业部备案）。12.比较无性系育种与家系育种的优缺点无性系育种：利用优良无性系（通过扦插、嫁接等繁殖）直接推广。优点：①遗传增益高（无性系为基因型纯合或杂合但表现稳定）；②性状整齐一致（适合集约化经营）；③缩短育种周期（无需等待子代测定，直接利用优树无性系）。缺点：①遗传基础狭窄（单一无性系易受病虫害威胁，如美国榆荷兰病导致大量死亡）；②繁殖限制（部分树种扦插难生根，如松树需组培）；③无性系退化（长期营养繁殖可能积累表观遗传变异，生长量下降）。家系育种：通过选择优良家系（杂交或自由授粉子代群体）进行繁殖。优点：①遗传多样性丰富（家系内个体基因型不同，抗逆性稳定）；②适应性广（家系综合多个亲本优良性状）；③繁殖简便（通过种子繁殖，适合大规模推广）。缺点：①遗传增益较低（家系均值受环境影响，且非加性效应无法固定）；②性状一致性差（家系内个体差异大，不适合要求整齐度的林产品）；③测定周期长（需10年以上完成子代测定）。例如，桉树无性系育种中，广林9号因速生、抗逆被广泛种植，但需搭配多个无性系（如DH32-29）避免单一化风险；而松树因扦插困难，多采用家系育种，通过初级种子园生产遗传增益15%的种子。13.解释遗传资源保存的主要方式及林木遗传资源保存的特殊性主要方式：①原地保存（Insitu）：在自然生境中保护，如建立自然保护区；②异地保存（Exsitu）：迁移至人工设施保存，如种子库、田间基因库（采穗圃、种子园）、离体保存（组培苗、花粉冷冻）；③分子保存：通过DNA文库保存遗传信息。林木特殊性：①种子寿命差异大：多数松柏类种子可低温保存（-18℃，5-10年），但栎类种子易失活（需湿沙层积）；②活体保存为主：因多数林木种子为顽拗型（如橡胶树），无法长期冷冻，需通过田间基因库（保存无性系或实生苗）；③保存周期长：林木世代间隔长（如银杏20年），需持续维护数十年；④遗传多样性高：异交植物杂合度高（如杨树杂合度＞0.5），保存时需足够样本量（每个种源保存30-50株）避免遗传漂变；⑤与育种结合紧密：保存的资源需定期进行遗传测定（如生长、抗逆性），筛选可利用的优良材料（如从自然保护区中选择速生优树）。14.简述林木杂种优势的表现特点及利用途径表现特点：①普遍性：多数树种（如杨树、桉树、松树）杂交子代生长量、抗逆性超亲；②选择性：不同杂交组合优势差异大（如杨树中黑杨×青杨优势显著，黑杨×黑杨优势小）；③综合性：多性状同时表现优势（如速生+抗病+材质优）；④时效性：优势随树龄变化（如桉树杂种前5年生长优势明显，10年后趋于平缓）；⑤与环境互作：同一组合在不同立地优势不同（如耐水湿杂种在低洼地优势显著，干旱地不明显）。利用途径：①人工去雄杂交：适用于花器大、去雄容易的树种（如杨树，花期人工剥除雄花）；②化学杀雄：用杀雄剂（如乙烯利）处理父本，诱导雄花败育（如松树花期喷洒0.1%乙烯利）；③自交不亲和系：利用自交不亲和特性（如某些云杉），混合种植父母本，自然授粉获得杂种；④雄性不育系：通过细胞质或核基因控制雄性不育（如已发现的杨树雄性不育株系），简化杂交制种；⑤无性繁殖固定优势：杂种优势多为非加性效应（显性、上位性），无法通过有性繁殖固定，需通过扦插、嫁接（如杨树杂种无性系）或组培（如桉树组培苗）扩大繁殖。15.分析林木童期对育种效率的影响及应对措施影响：①延长育种周期：童期（从种子萌发到开花结实的时期）长（如松树5-10年，核桃8-10年），导致杂交、子代测定等关键步骤推迟；②增加成本：需长期维护试验林（土地、人力投入）；③限制遗传分析：童期性状与成年性状相关性低（如幼树高与成树高相关系数＜0.3），早期选择准确性差；④阻碍基因功能验证：需等待开花才能观察生殖性状（如抗花期冻害）。应对措施：①缩短童期技术：通过嫁接（将幼树接穗嫁接到成年砧木，如松树接穗嫁接到15年生砧木，童期缩短至3年）、激素处理（喷施GA3促进开花，如银杏喷施1000ppmGA3可提前3-5年开花）、光周期调控（延长光照至16h/d，加速松树幼树成熟）；②早期选择指标：筛选与成年性状相关的童期性状（如桉树1年生苗高与5年生材积相关系数0.6，可用于早期筛选）；③分子标记辅助：利用与成年性状连锁的标记（如通过QTL定位找到与材积相关的SNP标记），在童期预测成年表现；④加速世代进程：通过组织培养诱导早熟（如松树愈伤组织诱导成花）或利用温室控制环境（如恒温恒湿促进生长，1年完成2个生长周期）。16.简述林木遗传测定的主要方法及关键技术方法：①无性系测定：将优良无性系（嫁接苗或扦插苗）按随机区组设计种植，测定生长、材性等性状，筛选最优无性系（如杨树无性系对比试验，重复3次，小区10株）；②家系测定：包括半同胞家系（自由授粉子代）和全同胞家系（控制杂交子代），按完全随机区组或裂区设计种植，分析家系均值、遗传力等参数（如松树半同胞家系测定，每个家系50株，3次重复）；③配合力测定：通过双列杂交或多系测交，分析亲本GCA和组合SCA（如桉树6×6双列杂交，测定子代材积，计算各亲本GCA值）；④区域试验：将候选材料在不同生态区种植（如华南、华中、华北），评估基因型×环境互作（G×E），确定适宜推广区域（如杉木优良家系在8个试点测试，筛选适应性广的家系）。关键技术：①试验设计：确保重复数（一般3-5次）、小区大小（乔木5-10株，灌木10-20株）、株行距（根据树种确定，如杨树4m×5m，松树2m×3m）；②性状测定：标准化方法（如树高用测高仪，胸径用轮尺，材积用二元材积表）；③数据统计：使用线性模型（如混合模型）分析，考虑固定效应（区组、处理）和随机效应（家系、环境）；④遗传参数估计：计算遗传力、遗传相关、遗传增益（如材积遗传增益=选择差×遗传力，一般要求＞10%）。17.说明诱变育种在林木中的应用范围及常用诱变剂应用范围：①创造新变异：突破现有基因库限制（如诱导抗除草剂突变）；②改良单一性状：在保持原有优良特性基础上改变某个性状（如诱导矮化突变用于盆景杨树）；③克服远缘杂交障碍：通过诱变打破生殖隔离（如诱导染色体加倍获得可育杂种）；④不育系选育：诱导雄性不育突变（如杨树雄性不育系用于杂交制种）。常用诱变剂：①物理诱变剂：γ射线（钴-60，剂量范围50-500Gy，如松树种子用200Gyγ射线处理）、X射线（剂量100-300Gy，用于杨树插穗）、中子（生物效应强，剂量5-50Gy）、紫外线（穿透力弱，用于处理花粉或幼胚）；②化学诱变剂：烷化剂（如甲基磺酸乙酯EMS，浓度0.1%-1.0%，处理杨树种子24h）、叠氮化钠（NaN3，浓度0.001%-0.01%，诱导点突变效率高）、碱基类似物（如5-溴尿嘧啶，替换DNA碱基导致突变）；③复合诱变：物理+化学（如先γ射线照射再EMS处理），提高突变率（如桉树复合诱变突变率达5%，单一诱变仅2%）。18.简述基因组选择（GS）的原理及在林木育种中的应用前景原理：利用全基因组范围内的分子标记（如SNP）构建预测模型，估计个体的基因组估计育种值（GEBV），从而对未表型个体进行选择。步骤：①参考群体：测定表型（如材积）并进行全基因组测序（GBS或WGS），获得标记基因型；②模型训练：用统计方法（如RR-BLUP、GBLUP）建立标记效应与表型的关联模型；③预测群体：对未测表型的个体测序，代入模型计算GEBV，按GEBV选择。应用前景：①缩短育种周期：无需等待成龄表型，幼苗期即可预测（如松树5年生材积可通过1年生苗的GEBV预测）；②提高选择效率：对低遗传力、难测定性状（如木材密度），GS准确性高于传统选择（如桉树GS对材积的预测准确性0.6，传统选择0.4）；③降低成本：减少田间测定规模（仅需训练参考群体，预测群体无需大面积种植）；④多性状改良：同时预测多个性状的GEBV（如速生+抗病+材质），实现综合选择。挑战：需大样本参考群体（通常＞1000株），林木因世代长、成本高，参考群体构建困难；标记密度需足够（如每100kb一个SNP），林木基因组大（如松树基因组20Gb），测序成本高。19.比较实生选种与芽变选种的区别及在林木中的应用实生选种：从实生繁殖群体（种子繁殖）中选择优良单株，适用于有性繁殖树种（如松树、核桃）。特点：①变异来源：基因重组（有性生殖过程中），变异广泛但方向不确定；②选择周期：需子代测定（因实生苗基因型杂合，表现可能分离）；③应用场景：群体混杂