2025年园艺植物育种学试题库参考答案

2025年园艺植物育种学试题库参考答案一、名词解释1.远缘杂交：指不同种、属或更高分类单位的植物之间的杂交，其后代称为远缘杂种。与近缘杂交相比，远缘杂交可打破物种间基因交流障碍，引入异源优良性状（如抗病、抗逆基因），但常面临杂交不亲和、杂种不育或后代疯狂分离等问题，需通过染色体加倍、胚胎拯救等技术克服。2.分子标记辅助选择（MAS）：利用与目标性状紧密连锁的分子标记（如SSR、SNP）对育种材料进行间接选择的技术。通过检测标记基因型，可在早期（如苗期）准确筛选出携带目标性状的个体，显著提高选择效率，尤其适用于隐性性状、多基因控制性状及受环境影响大的性状选择。3.自交不亲和性：指两性花植物自花授粉或同株异花授粉后，雌蕊不能接受自花花粉而无法受精结实的现象。自交不亲和性由S基因控制，可分为配子体型（如茄科、蔷薇科）和孢子体型（如十字花科）两类，是杂种优势利用中简化制种程序的重要性状（如甘蓝、白菜的自交不亲和系制种）。4.多倍体育种：通过人工诱导或自然变异获得多倍体植株（如三倍体、四倍体），并筛选优良性状的育种方法。常用秋水仙素处理分生组织（如茎尖、萌动种子）诱导染色体加倍，多倍体常表现为器官增大（如果实、花朵）、抗逆性增强，但部分类型（如三倍体）因减数分裂异常表现为不育（如无籽西瓜）。5.轮回选择：一种多世代、多群体的群体改良方法，通过选择优良个体杂交重组，形成新群体，重复“选择-杂交-重组”过程，逐步提高群体中有利基因频率。适用于异花授粉植物（如玉米、南瓜）或自花授粉植物的群体改良，可同时改良多个数量性状（如产量、品质）。6.雄性不育系：指雌蕊正常、雄蕊发育异常（无花粉或花粉败育）的品系，简称“不育系”。在杂种优势利用中，不育系需与保持系（能使不育系后代保持不育性）和恢复系（能使不育系后代恢复可育性）配套使用（即“三系法”），避免人工去雄，降低制种成本（如水稻、辣椒的雄性不育系应用）。7.芽变选种：利用植物芽的分生组织细胞发生遗传变异（芽变），通过筛选、鉴定获得新品种的方法。芽变可能表现为果实颜色、风味、成熟期或抗性的改变（如红富士苹果的着色芽变），具有变异频率低（10⁻⁶~10⁻⁸）、嵌合体常见等特点，需通过分离、纯化（如嫁接、扦插）获得稳定株系。8.配合力：指亲本通过杂交产生优良后代的能力，分为一般配合力（GCA）和特殊配合力（SCA）。一般配合力反映亲本加性效应的平均值（由基因累加作用决定），特殊配合力反映亲本非加性效应（显性、上位性）的组合效应。配合力测定是杂交育种中亲本选择的核心依据（如番茄杂交组合选配）。9.加性效应：指多个等位基因或非等位基因的效应累加，其遗传符合数量遗传学规律（如多基因控制的产量、株高）。加性效应可稳定遗传给后代，是选择育种（如系统选种）和轮回选择的主要利用对象；而非加性效应（显性、上位性）因基因互作无法稳定遗传，主要在杂种一代（F₁）中表现（如杂种优势）。10.基因编辑育种：利用CRISPR/Cas9、TALEN等技术对目标基因进行定点编辑（敲除、插入、替换），获得性状改良材料的育种方法。与转基因技术不同，基因编辑可实现内源基因的精准修饰（如敲除感病基因PDS获得抗白粉病番茄），且无外源基因插入，部分国家（如美国、日本）将其视为非转基因作物，具有广阔应用前景。二、简答题1.简述园艺植物杂种优势利用的主要途径及适用条件。杂种优势利用的核心是获得高纯度、强优势的F₁代，主要途径包括：（1）人工去雄制种：适用于花器大、去雄容易的植物（如西瓜、南瓜），需确保父本花粉充足，制种成本较高。（2）雄性不育系制种（三系法）：利用不育系（A）、保持系（B）、恢复系（R）配套，不育系与保持系杂交繁殖不育系，不育系与恢复系杂交生产F₁。适用于花器小、人工去雄困难的作物（如水稻、辣椒），需筛选稳定的不育系和恢复系。（3）自交不亲和系制种（两系法）：利用自交不亲和系（S）作为母本，与父本杂交生产F₁，同时通过蕾期授粉繁殖自交不亲和系。适用于十字花科植物（如甘蓝、白菜），需解决自交不亲和性的稳定性及繁殖效率问题。（4）化学杀雄制种：利用化学药剂（如乙烯利、杀雄剂1号）抑制雄蕊发育，母本喷药后与父本杂交生产F₁。适用于缺乏雄性不育系或自交不亲和系的作物（如小麦、番茄），但需严格掌握药剂浓度和处理时期，避免药害。（5）标记性状制种：利用显性标记性状（如叶色、花色）区分真假杂种，母本选择隐性性状，父本选择显性性状，F₁表现显性性状即可淘汰假杂种。适用于标记性状明显、遗传稳定的作物（如黄瓜的黄绿叶标记）。2.比较常规杂交育种与分子标记辅助育种的异同点。相同点：均以基因重组为基础，目标是将优良性状整合到同一品种中；需经过杂交、选择、鉴定等环节；最终通过表型验证确定新品种。不同点：（1）理论基础：常规杂交育种依赖表型选择，基于孟德尔遗传规律和数量遗传学；分子标记辅助育种（MAS）结合分子生物学，利用标记与目标基因的连锁关系进行选择。（2）选择效率：常规育种需等待性状表达（如果实成熟）才能选择，周期长（5~8年）；MAS可在苗期（甚至种子阶段）通过DNA检测选择，缩短育种周期（3~5年）。（3）准确性：常规育种受环境影响大（如产量、品质易受气候干扰），选择准确性低；MAS直接检测基因型，避免环境误差，尤其适用于隐性性状（如抗病基因）和多基因性状（如抗逆性）的选择。（4）技术要求：常规育种依赖育种家经验；MAS需掌握分子标记开发（如SSR、SNP）、PCR检测等技术，需实验室支持。（5）应用范围：常规育种适用于所有园艺植物；MAS更适合目标基因明确、标记与性状紧密连锁（遗传距离＜5cM）的性状改良（如抗虫、抗除草剂基因）。3.简述芽变选种的关键步骤及注意事项。关键步骤：（1）变异发现：在园艺植物生长周期中（如果实成熟期、花期）观察异常表现（如果色、果形、抗性改变），记录变异部位（如某一枝条、花序）。（2）变异鉴定：①遗传型变异与饰变区分：通过无性繁殖（嫁接、扦插）观察变异是否稳定遗传（饰变不能遗传）；②嵌合体分离：若为周缘嵌合体（如LⅠ、LⅡ层细胞基因型不同），需通过多次无性繁殖或组织培养获得纯合体；③性状对比：与原品种进行多地点、多世代田间试验，比较目标性状（如果实品质、产量）及非目标性状（如抗性、生育期）的差异显著性。（3）繁殖与推广：变异稳定后，通过无性繁殖扩大繁殖，进行区域试验和生产试验，符合品种审定标准后推广。注意事项：①重点关注经济性状（如果实大小、风味）和抗性（如抗病、抗寒）的正向变异；②注意芽变的多效性（如早熟芽变可能伴随果个变小），需综合评估；③嵌合体需及时分离，避免因细胞层竞争导致变异丢失；④变异鉴定需排除病毒感染、栽培措施（如施肥、修剪）等环境因素的干扰。4.论述多倍体育种中染色体加倍的常用方法及鉴定技术。常用加倍方法：（1）化学诱导法：最常用秋水仙素处理分生组织（如茎尖、萌动种子、侧芽），浓度0.01%~0.4%，处理时间6~72小时（草本植物时间短，木本植物时间长）。秋水仙素通过抑制纺锤体形成，使染色体复制后无法分离，导致细胞染色体加倍。（2）物理诱导法：包括高温（35~40℃）、低温（0~4℃）、射线（X射线、γ射线）处理，通过干扰细胞分裂诱导染色体加倍，但效率低于化学法，且易引发染色体断裂等损伤。（3）生物诱导法：利用体细胞杂交（如原生质体融合）获得异源多倍体（如番茄+马铃薯的体细胞杂种），或通过未减数配子杂交（如二倍体×四倍体获得三倍体）。鉴定技术：（1）形态学鉴定：多倍体常表现为叶片变厚、叶色加深、气孔增大、花粉粒增大（可通过显微镜观察），但需与环境饰变区分。（2）细胞学鉴定：①染色体计数法：取根尖、茎尖或幼叶，经卡诺氏固定液固定、解离、染色（如醋酸洋红）后压片，在显微镜下统计染色体数目（如二倍体番茄2n=24，四倍体为2n=48）；②流式细胞术：提取细胞核DNA，用荧光染料（如PI）染色后通过流式细胞仪检测DNA含量，快速判断倍性（如四倍体细胞DNA含量是二倍体的2倍）。（3）分子标记鉴定：利用SSR、AFLP等标记检测基因组大小变化，或通过定量PCR（qPCR）比较特定基因的拷贝数（如多倍体中基因拷贝数为二倍体的2倍）。5.简述基因编辑技术（CRISPR/Cas9）在园艺植物育种中的应用策略。（1）目标基因敲除：针对负向调控性状的基因（如感病基因、抑制果实成熟的基因），设计sgRNA引导Cas9蛋白切割靶位点，通过非同源末端连接（NHEJ）修复引入移码突变，使基因失活。例如，敲除番茄感病基因SlDMR6-1可显著提高对叶霉病的抗性；敲除苹果多酚氧化酶基因MdPPO可获得抗褐变果实。（2）基因定点插入/替换：利用同源重组（HDR）修复机制，在靶位点插入目的基因或替换原有基因（如抗病基因、品质相关基因）。例如，将番茄抗根结线虫基因Mi-1插入感病品种基因组，获得抗病新材料；替换草莓果实着色基因FaMYB1的启动子，增强花色苷合成，提高果实色泽。（3）基因表达调控：利用无核酸酶活性的dCas9（deadCas9）与转录激活/抑制结构域融合（如dCas9-VP64、dCas9-Repressor），靶向调控目标基因的表达水平（如激活番茄果实糖转运基因SlSWEET15，提高果实含糖量；抑制草莓乙烯合成基因FaACO，延长果实保鲜期）。（4）多基因编辑：通过设计多个sgRNA，同时编辑多个基因（如多基因控制的抗逆通路）。例如，同时编辑番茄干旱响应基因SlAREB1、SlDREB2和SlERF5，协同提高植株抗旱性；编辑菊花花型相关基因CmCYC2、CmTCP1和CmTCP3，培育重瓣新品种。三、论述题1.结合实例论述杂种优势的遗传机制及在园艺植物育种中的应用。杂种优势是指两个遗传背景不同的亲本杂交产生的F₁代在生长势、抗逆性、产量、品质等方面优于双亲的现象。其遗传机制主要有以下假说：（1）显性假说：认为杂种优势是显性有利基因互补的结果。例如，亲本P₁（AAbb）和P₂（aaBB）杂交，F₁（AaBb）同时携带显性基因A和B，掩盖了隐性不利基因（a、b）的效应，表现出优势。番茄抗叶霉病（Cf-9基因显性）与高糖（Sucr基因显性）亲本杂交，F₁同时表现抗病和高糖，验证了显性互补的作用。（2）超显性假说：认为等位基因杂合（Aa）时的效应超过纯合（AA或aa），可能因基因互作产生新功能。例如，玉米的乙醇脱氢酶（Adh）基因杂合体（Adh¹/Adh²）比纯合体具有更高的酶活性，促进代谢效率，提高产量；草莓的果实大小相关基因FaSIZ1杂合体（SIZ1/siz1）比纯合体（SIZ1/SIZ1或siz1/siz1）表现出更大的果个，支持超显性假说。（3）上位性假说：认为非等位基因间的互作（上位效应）是杂种优势的重要来源。例如，番茄的产量由多个数量性状位点（QTL）控制，QTL1（AABB）和QTL2（CCDD）的互作效应（AABBCCDD）大于各QTL单独效应之和，F₁代因整合双亲QTL而表现高产。在园艺植物育种中的应用：（1）蔬菜作物：十字花科（如结球甘蓝）利用自交不亲和系制种，F₁代整齐度高、产量比常规品种提高30%~50%；葫芦科（如西瓜）通过人工去雄或雄性不育系制种，三倍体无籽西瓜（二倍体×四倍体）因杂种优势表现出果大、抗枯萎病等特性。（2）果树作物：柑橘通过“枳橙×甜橙”杂交获得抗寒、抗裂皮病的砧木，F₁代根系发达，适应性强；苹果的“嘎拉×富士”杂交后代（如“蜜脆”苹果）果实风味浓郁、耐贮运，综合双亲优点。（3）花卉作物：矮牵牛利用杂种优势培育多倍体品种，F₁代花径增大、花色丰富（如“波浪”系列矮牵牛）；菊花通过“夏菊×秋菊”杂交，F₁代花期延长，适应周年生产。需注意，杂种优势的表现受亲本遗传差异（一般差异越大，优势越强）、环境（如温度、光照影响基因表达）及性状类型（数量性状优势显著，质量性状优势有限）的影响。实际育种中需通过配合力测定（如顶交法、双列杂交法）筛选强优势组合，并优化制种技术（如不育系繁殖、自交不亲和系蕾期授粉），确保F₁代的纯度和一致性。2.论述分子标记辅助选择（MAS）在园艺植物抗病育种中的应用进展及局限性。应用进展：（1）抗病基因的标记开发与定位：通过图位克隆、关联分析等方法，已开发出多种园艺植物抗病基因的紧密连锁标记。例如，番茄抗根结线虫基因Mi-1与SSR标记CT220紧密连锁（遗传距离1.2cM），辣椒抗黄瓜花叶病毒（CMV）基因Cmr与SNP标记CAPS101连锁（距离0.8cM），可用于苗期抗病材料筛选。（2）回交育种中的MAS：利用MAS加速抗病基因的导入。例如，将野生番茄（Lycopersiconperuvianum）的抗叶霉病基因Cf-9导入栽培番茄品种“Moneymaker”，通过标记筛选（如SCAR标记SCAR10）在BC₃代即可获得背景回复率＞95%的抗病株系，比常规回交缩短2~3个世代。（3）多抗病基因聚合：通过MAS同时导入多个抗病基因（基因累加），培育广谱抗病品种。例如，番茄育种中同时聚合抗叶霉病（Cf-9）、抗枯萎病（I-2）和抗根结线虫（Mi-1）的标记，筛选出多抗材料，田间表现对多种病害的抗性显著高于单基因材料。（4）隐性抗病基因选择：常规表型选择难以区分显性纯合（RR）和杂合（Rr）个体，而MAS可通过标记直接鉴定基因型。例如，黄瓜抗白粉病隐性基因pm-1的SSR标记SSR123，可在苗期区分rr（感病）、Rr（杂合）和RR（抗病），避免误选杂合体。局限性：（1）标记与目标基因的连锁不紧密：部分抗病基因（尤其是数量抗性基因QTL）的标记与目标基因遗传距离较大（＞5cM），可能因重组导致标记与性状分离，降低选择准确性。（2）基因背景效应：标记在不同遗传背景中可能出现多态性差异（如某些标记仅在特定亲本组合中适用），需进行标记验证和多群体测试。（3）技术成本与操作难度：MAS需实验室设备（PCR仪、电泳仪）和技术人员，中小型育种单位难以普及；大规模群体检测（如万份材料）的成本较高（约0.5~2元/样本）。（4）抗病基因的时效性：病原菌小种变异可能导致已聚合的抗病基因失效（如番茄叶霉病菌新小种克服Cf-9基因），需持续开发新抗病基因的标记。未来发展方向：结合全基因组关联分析（GWAS）和重测序技术开发高密度SNP标记，提高标记与目标基因的连锁强度；利用液相芯片（如KASP技术）实现高通量、低成本检测；整合MAS与表型选择（如高光谱成像），构建“基因型+表型”的精准育种体系。3.结合实例说明现代生物技术（如基因编辑、体细胞杂交）与传统育种技术的协同应用。现代生物技术与传统育种的协同应用可突破传统方法的瓶颈，加速育种进程，以下为典型案例：（1）基因编辑+杂交育种：目标：培育抗晚疫病、高维生素C的番茄新品种。传统方法：需通过杂交将野生番茄（抗晚疫病）的Rpi-vnt1.1基因与栽培番茄（高维生素C）的GGP基因整合，周期长（8~10年），且可能引入野生种的不良性状（如果小、风味差）。协同应用：①利用CRISPR/Cas9编辑栽培番茄的感病基因SlDMR6-1（负调控抗病性），获得抗晚疫病材料（编辑株系）；②同时通过杂交将高维生素C基因GGP（来自樱桃番茄）导入栽培番茄，利用SSR标记（如SSR-GGP）辅助选择；③将编辑株系与高维生素C株系杂交，获得同时抗晚疫病、高维生素C的F₁代；④通过自交和分子标记筛选（检测SlDMR6-1编辑位点和GGP基因），获得稳定株系；⑤田间试验验证性状稳定性，最终育成新品种。优势：基因编辑直接改良栽培种的抗病性，避免野生种不良性状的连锁累赘；杂交与MAS加速优良性状整合，周期缩短至4~5年。（2）体细胞杂交+多倍体育种：目标：培育抗盐碱、优质的柑橘砧木。传统方法：柑橘属间杂交（如枳×甜橙）存在杂交不亲和性，胚败育率高，难以获得杂种植株。协同应用：①分离枳（抗盐碱，2n=18）的叶肉原生质体和甜橙（优质，2n=18）的悬浮细胞原生质体；②通过PEG诱导融合，获得异源四倍体（2n=36）体细胞杂种；③利用流式细胞术鉴定倍性，染色体计数确认杂种（含枳和甜橙的染色体）；④将杂种与二倍体甜橙回交，获得三倍体（2n=27）砧木；⑤田间试验评估抗盐碱能力（如NaCl胁迫下的存活率、离子吸收）和嫁接亲和性（如接穗的生长量、果实品质）；⑥筛选出抗盐碱（枳的耐盐基因SOS1、NHX1）、嫁接后果实品质优良（甜橙的糖转运基因SWEET）的砧木品种。优势：体细胞杂交克服属间杂交不亲和，直接获得异源多倍体，保留双亲优良性状；多倍体育种结合回交，降低杂种的遗传复杂度，提高选择效率。（3）分子标记辅助选择+轮回选择：目标：改良西瓜的抗枯萎病性和果实含糖量（多基因控制性状）。传统方法：轮回选择需多代表型选择，抗枯萎病性（受Foc1、Foc2等基因控制）和含糖量（受多个QTL控制）的选择效率低。协同应用：①构建基础群体（包含高抗枯萎病、低糖；低抗、高糖；中抗、中糖等类型）；②利用SSR标记（如与Foc1连锁的SSR-Foc1）和SNP标记（如与含糖量QTL连锁的SNP-SWC）进行MAS，筛选同时携带抗病基因和高糖QTL的个体；③将筛选个体杂交重组，形成新群体；④重复“MAS选择-杂交-重组”过程3~4轮，提高群体中抗病基因和高糖QTL的频率；⑤从最终群体中选择优良单株，自交纯化，获得稳定品系。优势：MAS解决多基因性状选择准确性低的问题，轮回选择扩大基因重组范围，协同提高群体改良效率，含糖量比原始群体提高20%~30%，枯萎病发病率降低50%以上。四、案例分析题案例：某公司拟培育抗根结线虫的番茄新品种，现有资源包括高抗线虫的野生番茄（P1，学名Solanumpennellii，2n=24，果小、味酸）和综合性状优良但感病的栽培番茄（P2，学名Solanumlycopersicum，2n=24，果大、味甜、早熟）。请设计育种方案并说明关键步骤。育种方案设计：采用“杂交育种+分子标记辅助选择（MAS）+回交转育”技术路线，目标是将P1的抗根结线虫基因（假设为Mi-3，显性）导入P2遗传背景，同时保留P2的优良性状（果大、味甜、早熟）。关键步骤：1.亲本鉴定与杂交组合配制（第1年）：（1）确认P1的抗性：通过人工接种根结线虫（Meloidogyneincognita）鉴定，P1发病率＜5%（高抗），P2发病率＞90%（高感）；（2）开发Mi-3基因的紧密连锁标记：查阅文献或通过QTL定位，确定与Mi-3连锁的SSR标记（如SSR-Mi3，遗传距离2cM）；（3）配制杂交组合：以P2为母本，P1为父本，杂交获得F₁代（P2×P1），F₁理论基因型为Mi-3/mi-3（杂合，表现抗性）。2.回交转育与MAS筛选（第2~4年）：（1）BC₁代（第2年）：①F₁（Mi-3/mi-3）与P2回交，获得BC₁群体；②利用SSR-Mi3标记筛选携带Mi-3的单株（标记阳性），同时表型筛选接近P2的个体（如果形、果色、熟期）；③保留约20株标记阳性、表型优良的BC₁单株。（2）BC₂代（第3年）：①选择BC₁中最优单株（Mi-3/mi-3）与P2回交，获得BC₂群体；②再次用