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遗传学简答题

2.有一个双突变杂合二倍体,其基因型是 + a // b + ,如果有互补作用表示什么?如果无互补作用,表示什么?

  答:有互补作用:表示该表现型为野生型,a、b两突变不是等位的,是代表两个不同的基因位点。
  无互补作用:表示该表现型为突变型,a、b两突变是等位的,是代表同一个基因位点的两个基因座。
  3.用T4噬菌体一个特殊基因区的不同突变体研究互补作用,获得下列资料。试根据这个资料判断,本区应有几个顺反子?
  1 2 3 4 5 6
1 - + - + - -
2 + - + - + +
3 - + - + - -
4 + - + - + +
5 - + - + - -
6 - + - + - -
+为互补,-为无互补;
  答:从第一行可以看出,突变体1与突变体3、5、6不互补,隶属于同一个基因位点,即为同一个顺反子;而与突变体2、4不互补,不在同一个基因位点上;第三、五、六行则进一步验证了第一行的推断。
  从第二、四行可以看出,突变体2、4不互补,隶属于同一个基因位点,即为同一个顺反子;而与突变体1、3、5、6互补,不在同一个基因位点上,即分属于不同的顺反子。结论:
  本区共有两个顺反子,突变体1、3、5、6同属于一个顺反子;突变体2、4同属于一个顺反子。
4.举例说明基因的微细结构是如何建立的。
  答:以本泽尔利用经典的噬菌体突变和重组技术,对T4噬菌体rII区基因微细结构的分析为例。
  原理:r+野生型T4噬菌体:侵染E. coli B株和K12株,形成的噬菌斑小而模糊;rII突变型T4噬菌体:只能侵染B株,不能侵染K12(λ)株,形成的噬菌斑大而清楚。
  利用上述特点,让两个rII突变型杂交,接种K12(λ)株选择重组体r+,计算出两个r+ 突变座位间的重组频率,具体过程见右图。
  重组值计算:
  rxry的数量与r+r+相同,计算时r+r+噬菌体数×2。可以获得小到0.001%,即十万分之一的重组值。利用大量rⅡ区内二点杂交的结果,绘制出rⅡ区座位间微细的遗传图:
  5.举例说明基因是如何控制遗传性状表达的。

  答:基因对于遗传性状表达的作用可分为直接与间接两种形式。
  (1)如果基因的最后产品是结构蛋白或功能蛋白,基因的变异可以直接影响到蛋白质的特性,从而表现出不同的遗传性状。例如人的镰形红血球贫血症。红血球碟形HbA型产生两种突变体Hbs、Hbc红血球镰刀形。血红蛋白分子有四条多肽链:两条α链(141个氨基酸/条)、两条β链(146个氨基酸/条)。HbA、Hbs、Hbc氨基酸组成的差异在于β链上第6位上氨基酸,HbA第6位为谷氨酸(GAA)、Hbs第6位为缬氨酸(GUA)、Hbc第6位为赖氨酸(AAA)。
  基因突变会最终影响到性状改变,产生贫血症的原因:仅由单个碱基的突变,引起氨基酸的改变,导致蛋白质性质发生变化,直接产生性状变化。由正常的碟形红血球转变为镰刀形红血球,缺氧时表现贫血症。
  (2)更多的情况下,基因是通过酶的合成,间接影响生物性状的表达,例如豌豆:圆粒(RR)×皱粒(rr)产生F1圆粒(Rr),自交产生F2,1/4表现为皱粒(rr)。rr的表现型为皱粒,是因为缺少一种淀粉分支酶(SBE)所致。SBE控制淀粉分支点的形成,rr豌豆的SBE不正常,带有一段0.8kb的插入片段,结果形成异常mRNA,不能形成淀粉分支酶。在种子发育过程中,不能合成淀粉导致积累蔗糖和大量的水分。随着种子的成熟,皱粒基因型(rr)种子比圆粒基因型种子失水快,结果形成皱粒种子表现型。而F1圆粒(Rr)杂合体中,有一个正常的R基因,可以产生SBE酶,能够合成淀粉,表现为圆粒。本例说明R与r基因控制豌豆子粒的性状不是直接的,而是通过指导淀粉分支酶的合成间接实现的。
  6.试说明正调控与负调控的区别。
  答:转录水平的调控通常可归为正调控与负调控两种。正调控与负调控并非互相排斥的两种机制,而是生物体适应环境的需要,有的系统既有正调控又有负调控。
  正调控是经诱导物诱导转录的调控机制。诱导物通常与蛋白质结合,形成一种激活子复合物,与基因启动子DNA序列结合,激活基因起始转录,使基因处于表达的状态;负调控是细胞中阻遏物阻止基因转录过程的调控机制。阻遏物与DNA分子的结合,阻碍RNA聚合酶转录,使基因处于关闭状态。
  真核生物以正调控为主;原核生物以负调控为主。
  降解代谢途径中既有正调控又有负调控;合成代谢途径中通常以负调控来控制产物自身的合成。
  7.假设R基因编码的蛋白质,是S基因转录的负调控子。试问 ⑴. 在R-突变体中S基因是否转录?⑵. 如果R基因产物是S基因转录的正调控子,结果又有什么不同?
  答:(1)在R-突变体中S基因是否转录有两种情况:如果S基因转录属负调控系统,则在R-突变体中,S基因转录;如果S基因转录既有负调控又有正调控来共同控制,则该突变体中,尽管基因失活,如无正调控开启,仍无法转录基因。
  (2) 如果R基因产物是S基因转录的正调控子,则在该突变体中,R基因失活,则无正常的正调控因子,转录系统不开启,基因S不转录。
  8.试述乳糖操纵元模型。
  答:1961年,Jacob F.和Monod J.的乳糖操纵元模型:乳糖操纵元阐述的是一个基因簇内结构基因及其调控位点的表达调控方式。包括编码乳糖代谢酶的3个结构基因及其邻近的调控位点,即一个启动子和1个操纵子,还有位于上游的抑制基因。大肠杆菌乳糖代谢的调控需要三种酶参加:①.β-半乳糖酶由结构基因lacZ编码,将乳糖分解成半乳糖和葡萄糖;②. 渗透酶由结构基因lacY编码,增加糖的渗透,易于摄取乳糖和半乳糖;③. 转乙酰酶由结构基因lacA编码,β-半乳糖转变成乙酰半乳糖。三个结构基因受控于同一个调控系统,大量乳糖时,大肠杆菌三种酶的数量急剧增加,几分钟内达到千倍以上,这三种酶能够成比例地增加;乳糖用完时,这三种酶的合成也即同时停止。
  在乳糖操纵元中,lacI基因编码一种阻遏蛋白,该蛋白至少有两个结合位点,一个与DNA结合,另一个与乳糖结合。当没有乳糖时,lacI基因产生的阻遏蛋白,结合在操纵子位点的DNA序列上,阻止RNA聚合酶起始转录结构基因。在有乳糖时,乳糖与阻遏蛋白结合,使其空间构型发生改变,而不能与操纵子DNA结合,这样RNA聚合酶起始转录结构基因,产生乳糖代谢酶,开始代谢乳糖。因此乳糖操纵元是一种负调控机制。
  9.指出下列每一种部分二倍体 ①. 是否合成β-半乳糖苷酶,②. 是诱导型还是组成型?(斜线左侧是质粒基因型,右侧是染色体基因型)
  (1)lacZ+lacY-/lacZ-lacY+
  (2)lacOClacZ-lacY+/lacZ+lacy-
  (3)lacP-lacZ+/lacOClacZ-
  (4)lacI+lacP-lacZ+/lacI-lacZ+
  答:⑴. lacZ+lacY-/lacZ-lacY+ 质粒DNA能合成β-半乳糖苷酶,是诱导型;
⑵. lacOClacZ-lacY+/lacZ+lacY- 染色体DNA能合成β-半乳糖苷酶,是诱导型;
⑶. lacP-lacZ+/lacOClacZ- 均不能合成β-半乳糖苷酶,是组成型;
⑷. lacI+lacP-lacZ+/lacI-lacZ+ 染色体DNA能合成β-半乳糖苷酶,是组成型。
  10.试述色氨酸操纵元和阿拉伯糖操纵元模型。
  答:色氨酸操纵元模型
  由Jacob F.和Monod J.提出,是具有合成代谢途径典型的操纵元模型。
色氨酸操纵元模型结构,5种结构基因trpE, D, C, B, A编码色氨酸合成有关的5种酶;调控结构:启动子、操纵子、前导序列、弱化子;阻遏物trpR基因:与trp操纵元相距较远。大量色氨酸时,大肠杆菌5种酶的转录同时受到抑制;色氨酸不足时,这5种酶的基因开始转转录。色氨酸:作为阻遏物而不是诱导物参与调控结构基因的转录,因此,trp操纵元是一个典型的可阻遏的操纵元模型(repressible operon)。包括有两类调控机理:
  (1).阻遏调控
  trpR基因编码无辅基阻遏物,与色氨酸结合,产生有活性的色氨酸阻遏物,与操纵子结合,阻止转录;色氨酸不足,阻遏物三维空间结构发生变化,不能与操纵子结合,操纵元开始转录;色氨酸浓度升高:色氨酸与阻遏物结合,空间结构发生变化,可与操纵子结合,阻止转录;
  (2).弱化子调控
  前导序列可翻译出一段14个氨基酸的短肽,在该短肽的第10,11位置上是两个色氨酸的密码子;两个密码子之后是一段mRNA序列,该序列可分为四个区段,区段间可互补配对,形成不同的二级结构。原核生物具有边转录边翻译的特点,前导序列中,核糖体位置将决定形成哪种二级结构,从而决定弱化子是否可形成终止信号。①. 当有色氨酸时,可完整地翻译出短肽,核糖体停留在终止密码子处,邻近区段2位置,阻碍了2,3配对,使3,4区段配对形成发夹结构终止子,RNA酶在弱化子处终止,不能向前移动。②. 如缺乏色氨酸,核糖体到达色氨酸密码子时,由于没有色氨酰tRNA的供应,停留在氨酸密码子位置,位于区段1,使区段2与区段3配对,区段4无对应序列配对呈单链状态,RNA聚合酶顺利弱化子,继续向前移动,转录出完整的多顺反子序列。
  阿拉伯糖操纵元模型
  阿拉伯糖操纵元是控制分解代谢途径的另一调控系统。其特点是调节蛋白既可以起正调控作用,又可以起负调控作用。
  组成结构包括3个结构基因B、A、D和三个调控位点R、O、I,其中R是araC基因编码调节蛋白AraC蛋白,O包括两部分,O1不参与调控、O2是AraC蛋白负调控结合位点,I是调节位点,CAP-cAMP复合物结合位点,AraC蛋白正调控结合位点。
  调控调控机理:诱导物阿拉伯糖和cAMP同时存在,阿拉伯糖与araC蛋白复合物结合在I位点,CAP-cAMP复合物结合I位点,基因转录开启。在没有诱导物阿拉伯糖和cAMP时,AraC蛋白同时与I和O2结合,DNA构型发生改变,形成一个紧密的环结构,抑制表达。
  11. 举例说明阻遏物与无辅基阻遏物的区别。
  答:阻遏物一般出现在代谢调控途径中,而无辅基阻遏物则出现合成途径中的调控。两者具有明显不同的调控机理:
  阻遏物:如在乳糖操纵子模型中的阻遏蛋白,由lacI基因编码,该蛋白至少有两个结合位点,一个与DNA结合、另一个与乳糖结合。当没有乳糖时,lacI基因产生的阻遏蛋白,结合在操纵子位点的DNA序列上,阻止RNA聚合酶起始转录结构基因。在有乳糖时,乳糖与阻遏蛋白结合,使其空间构型发生改变,而不能与操纵子DNA结合,这样RNA聚合酶起始转录结构基因,产生乳糖代谢酶,开始代谢乳糖。
  无辅基阻遏物:如在色氨酸操纵元模型中,trpR基因编码无辅基阻遏物,与色氨酸结合,产生有活性的色氨酸阻遏物,与操纵子结合,阻止转录;色氨酸不足,阻遏物三维空间结构发生变化,不能与操纵子结合,操纵元开始转录;色氨酸浓度升高:色氨酸与阻遏物结合,空间结构发生变化,可与操纵子结合,阻止转录;
  12. 说明下例每种酵母菌单倍体细胞的交配型表型。
  (1)一个基因型为MATa MATα交配型基因的重复突变体。
  (2)一个MATa细胞中HMLα盒的缺失突变体。
  答:(1)在这个重复突变体中,MATa基因可以通过HMLα沉默子的同源重组,而转变成MATα,形成2份MATα交配型基因,表现为交配型α。同样,突变体中MATα可通过HMRa盒的同源重组作用,转变成MATa交配型基因,表现为交配型a。
  (2)交配基因型MATa向MATα的转变,必须通过细胞中HMLα盒的同源重组才能产生,而HMLα盒的缺失则阻断了这一过程,因此该交配型表型只能为a型。
  13. 举例说明激素对基因表达的调控作用。
  答:双翅目昆虫幼虫唾腺细胞内有巨大的唾腺染色体,在幼虫发育的不同阶段,一至数个横纹带发生疏松(puff),即染色质线高度松散。疏松区出现大量的新合成的mRNA,疏松区出现的时间和部位随着发育阶段而顺序消长。以果蝇唾腺染色体为例:三龄前期,第三染色体不出现疏松区;三龄后期,74区EF段、75区B段、78区D段出现疏松区;前蛹期,以上三个疏松区消失,71区C-E段出现疏松区;成蛹期,71区C-E段出现疏松区消失,74区EF段、75区B段又出现疏松区;以上说明74区EF段、75区B段基因与幼虫的蜕皮和化蛹有关。
,   74区EF段、75区B段在幼虫蜕皮时发生疏松是和幼虫体内分泌蜕皮激素有关。蜕皮激素是一种类固醇(steroid)化合物,由幼虫前胸腺分泌,传送到虫体各部分,引发74区EF段、75区B段的基因转录,导致幼虫蜕皮。胸腺结扎试验,说明了蜕皮激素对唾腺染色体的疏松区开启的作用。在三龄早期用尼龙绳将唾腺部分紧紧扎起,结果被结扎的前半部分受到蜕皮激素的作用,提前化蛹,而后半部分仍为幼虫。唾腺细胞检查发现,前半部分唾腺细胞中第三染色体上74区EF段、75区B段、78区D段出现疏松,而后半部分唾腺细胞中第三染色体上相应部位没有出现疏松。说明蜕皮激素引起这些部位基因的活性。
  类固醇是疏水性强的化合物,可经扩散通过质膜进入细胞。在细胞内类固醇与其受体结合成二聚体,这种二聚体一旦与目的基因启动子结合,就可直接启动目的基因的转录。

2.简述基因工程的施工步骤。
  答:基因工程的施工由以下这些步骤:
  ⑴.从细胞和组织中分离DNA;
  ⑵.利用能识别特异DNA序列的限制性核酸内切酶酶切DNA分子,制备DNA片段;
  ⑶.将酶切的DNA片段与载体DNA(载体能在宿主细胞内自我复制连接),构建重组DNA分子;
  ⑷.将重组DNA分子导入宿主细胞,在细胞内复制,产生多个完全相同的拷贝,即克隆;
  ⑸.重组DNA随宿主细胞分裂而分配到子细胞,使子代群体细胞均具有重组DNA分子的拷贝;
  ⑹.从宿主细胞中回收、纯化和分析克隆的重组DNA分子;
  ⑺.使克隆的DNA进一步转录成mRNA、翻译成蛋白质,分离、鉴定基因产物。
  3.说明在DNA克隆中,以下材料起什么作用。
  (1)载体;(2)限制性核酸内切酶;(3)连接酶;(4)宿主细胞;(5)氯化钠
  答:⑴. 载体:经限制性酶酶切后形成的DNA片段或基因,不能直接进入宿主细胞进行克隆。一个DNA片段只有与适合的载体DNA连接构成重组DNA后,在载体DNA的运载下,才可以高效地进入宿主细胞,并在其中复制、扩增、克隆出多个拷贝。可作为DNA载体的有质粒、噬菌体、病毒、细菌和酵母人工染色体等。
  ⑵. 限制性核酸内切酶:限制性核酸内切酶是基因工程的基石。在细菌中这些酶的功能是降解外来DNA分子,以限制或阻止病毒侵染。这种酶能识别双链DNA分子中一段特异的核苷酸序列,在这一序列内将双链DNA分子切断。
  ⑶. 连接酶:将外源DNA与载体相连接的一类酶。
  ⑷. 宿主细胞:能使重组DNA进行复制的寄主细胞。
  ⑸. 氯化钠:主要用于DNA提取。在pH为8左右的DNA溶液中,DNA分子是带负电荷的,加入一定浓度的氯化钠,使钠离子中和DNA分子上的负电荷,减少DNA分子之间的同性电荷相斥力,易于互相聚合而形成DNA钠盐沉淀。另外,氯化钠也是细菌培养基的成分之一。
  4.有一个带有氨苄青霉素和四环素抗性的质粒,在其四环素抗性基因内有一个该质粒惟一的EcoRI酶切点,今欲用EcoRI位点克隆果蝇DNA,构建一个基因库,连接的产物转化大肠杆菌菌株DH5 ,试问:⑴. 在培养基中加入哪一种抗生素用于选择阳性克隆?⑵. 对哪一种抗生素有抗性的质粒携带外源果蝇DNA片段?⑶. 如果有的克隆可抗两种抗生素,如何解释?
  答:⑴.在培养基中加入四环素结合影印法可用于选择阳性克隆。
  ⑵.对氨苄青霉素有抗性的质粒携带外源果蝇DNA片段。
  ⑶.这种克隆是没有受到EcoRI酶解的原始质粒或这些克隆都是自连形成的非重组体。
  5.在构建一个真核生物核DNA库时,需要考虑哪些因素?
  答:核基因库是将某一生物的全部基因组DNA酶切后与载体连接构建而成的。通常方法是,尽量提取大分子量的核DNA,用限制性酶酶切后,分离选择具有一定长度(大于15kb)的DNA片断,与适宜的载体连接构成重组DNA分子,根据所用的载体,选择相应的宿主细胞用于克隆。若载体是质粒,则将连接的重组DNA分子转化感受态细胞,收集所有的菌落即成为质粒基因库。如果载体是噬菌体或粘粒(cosmid),则将重组DNA分子体外包装成噬菌体后,感染细菌细胞,将所得到的所有重组噬菌体集中即是基因库。如果载体为BAC或YAC,将重组人工染色体导入相应的宿主细胞,收集得到的所有细胞即成为基因库。
  真核生物的核DNA大,因此在构建核基因库时,通常要选择能够接受较大片段的载体,以减少克隆数量。若构建的基因库是以分离结构基因为主要目的的,通常选用λEMBL,λGEM,或粘粒。而那些将用于基因组作图和分析的基因库,则多选择BAC或YAC为载体。
  6.根据下列凝胶电泳分析的结果,构建一个限制性酶图谱,并表明酶切位点及片段的碱基数,片段总长度为1300bp。电泳分析结果如下:
内切酶 DNA片段长度
I  350,950
II  200,1100
I和II 150,200,950
  答:限制性酶切图谱从左到右是,200个碱基对位置是酶II的切点;350个碱基对位置是酶I的切点;图谱总长是1300个碱基对。
  7.在下列6种限制性酶图谱中,有一种排列方式与凝胶电泳的带型是一致的。3种酶分别是:E: EcoRI、N:NcoI、A:AatII。
  试回答:
  ⑴.根据电泳中DNA带型,选择正确的图谱并说明原因。
  ⑵.在将这块凝胶转移后进行Southern杂交分析,带星点的是与pep基因杂交的信号带,说明pep在图谱中的位置。
  答:⑴.从上到下的第五条应该为正确的图谱,因为经过上述三种酶切后,与左面的电泳图完全一致。
  ⑵.根据Southern结果和酶切图的位置,pep应该在第五条图谱的3与4之间。
  8.简述将除草剂基因转移到植物基因组的过程。
  答:以农杆菌介导为例,说明这一过程。
  ⑴.在无菌的组织培养下,从植物体的种子或无性器官建立高效的再生体系;
  ⑵.依据植物的种类,选择合适的质粒载体,将抗除草剂的基因连接到载体上,再将质粒引进根癌农杆菌;
  ⑶.植物的再生组织与上述农杆菌共同培养;
  ⑷.经过农杆菌感染的组织在含除草剂的培养基中进行选择;
  ⑸.抗除草剂的组织再生植株;
  ⑹.再生植株在温室进行抗除草剂试验;
  ⑺.有性繁殖的种类还要进行自交、回交测定和纯化。
  9.简述基因组遗传图谱与物理图谱的异同。
  答:遗传图谱的构建是根据任一遗传性状(如已知的可鉴别的表型性状、多型性基因位点、功能未知的DNA标记)的分离比例,将基因定位在基因组中。因此,遗传图谱是根据等位基因在减数分裂中的重组频率,来确定其在基因组中的顺序和相对距离的。物理图谱的构建不需要检测等位基因的差异,它既可以利用具有多型性的标记,也可以利用没有多型性的标记进行图谱构建,它将标记直接定位在基因库中的某一位点。
  实际上这两种途径都需要利用分子遗传学的技术和方法。尽管这两种图谱是分别构建的,但是它们可以相互借鉴、互为补充,作为基因组图谱利用。
  构建物理图谱的原因是:遗传图谱的分辨率有限、遗传图谱的精确性不高。
  10. 简述基因工程在工、农、医三方面的成就及发展前景。
  答:基因工程在工业上的应用主要是生产医药产品,最典型的例子是通过细菌生产胰岛素,治疗糖尿病。到目前通过细菌已经生产了表皮生长因子、人生长激素因子、干扰素、乙型肝炎工程疫苗等10多种医药产品。
  基因工程在农业上的应用:以转基因植物为标志的植物基因工程已经培养出许多抗除草剂、抗虫、抗病、抗逆的优良品种和品系,如在全世界范围内大量推广应用的抗除草剂的大豆、抗棉铃虫的棉花等。通过转基因羊大量表达人类的抗胰蛋白酶;克隆动物的成功,可以挽救濒危的稀有动物。
  基因工程在医学上主要是用于遗传疾病的诊断、基因的治疗方面。
  基因工程具有巨大和广泛的发展前景,将渗透到人类生活的各个方面。可以创造出营养价值更高、保健作用更好、抗逆性更强的植物种类;转基因动物的进展,可以生产出多种类的用于人类遗传性疾病治疗的药物;人类基因组计划的完成和基因定位的发展、尤其是核酸分子杂交原理和方法与半导体技术结合而发展起来的DNA芯片技术的出现和完善,将在人类遗传疾病的诊断和治疗等方面发挥重要作用。

1.举例说明自发突变和诱发突变、正突变和反突变。
  答:通过外界环境条件的自然作用,或由植物体内生理生化变化而发生的突变,称为自发突变。如寿星桃是由正常的桃突变而来(DwDw-Dwdw-dwdw)。自然条件下,水稻的矮生型、棉花的短果枝、玉米的糯性胚乳等性状,都是基因自发突变的结果。
  人为地利用物理、化学或其它因素影响而发生的突变称为诱发突变。如辐射诱发引起的苹果短枝型变异、人工诱发樱桃紧凑型变异。
  基因突变像许多生物化学反应过程一样是可逆的,即显性基因A可以突变为隐性基因a,而隐性基因a也可突变为显性基因A。前者通常称为正突变,后者称为反突变或回复突变。例如水稻有芒基因A可以突变为无芒基因a,而无芒基因a也可突变为有芒基因A。
  2.什么叫复等位基因?人的ABO血型复等位基因的遗传知识有什么利用价值?
  答:位于同一基因位点上的各个等位基因在遗传学上称为复等位基因。复等位基因并不存在于同一个体(同源多倍体是例外),而是存在于同一生物类型的不同个体里。
  人的ABO血型就是由IA、IB和i三个复等位基因决定着红细胞表面抗原的特异性。其中,IA基因、IB基因分别对i基因为显性,IA与IB为共显性。根据ABO血型的遗传规律可进行亲子鉴定等。
  3.何为芽变?在生产实践上有什么价值?
  答:芽变是体细胞突变的一种,突变发生在芽的分生组织细胞中。当芽萌发长成枝条,并在性状上表现出与原类型不同,即为芽变。
  芽变是植物产生新变异的丰富源泉,它既可为杂交育种提供新的种质资源,又可从中选出优良新品种,是选育品种的一种简易而有效的方法。全世界有一半苹果产量来自于芽变,如品种:元帅、红星、新红星、首红、超首红。
  4.为什么基因突变大多数是有害的?
  答:大多数基因的突变,对生物的生长和发育往往是有害的。因为现存的生物都是经历长期自然选择进化而来的,它们的遗传物质及其控制下的代谢过程,都已经达到相对平衡和协调状态。如果某一基因发生突变,原有的协调关系不可避免地要遭到破坏或削弱,生物赖于正常生活的代谢关系就会被打乱,从而引起程度不同的有害后果。一般表现为生育反常,极端的会导致死亡。
  5.有性繁殖和无性繁殖、自花授粉和异花授粉与突变性状表现有什么关系?
  答:有性繁殖植物:性细胞发生显性突变,则在后代中立即表现;如果是隐性突变,后代自交也可以得到纯合的突变体。体细胞发生显性突变,则以嵌合体形式存在;体细胞发生隐性突变,不能立即表现,如要使它表现则需要把隐性突变体进行有性繁殖。
  无性繁殖植物:体细胞显性突变后,形成嵌合体,用嵌合体进行无性繁殖,可以得到表现各种变异的嵌合体,也可能得到同质突变体;发生隐性突变则无法通过无性繁殖使之得到表现。
  自花授粉植物:一般自花授粉植物突变频率低,遗传上较稳定,但是突变后容易表现,容易被检出。
  异花授粉植物:异花授粉植物突变频率相对较高,但是突变后不容易被检出。因为显性突变成杂合状态存在,隐性突变大多被显性基因遮盖而不表现,只要在自交时基因型纯合,才能表现。
  6.突变的平行性说明什么问题,有何实践意义?
  答:亲缘关系相近的物种因遗传基础比较近似,往往发生相似的基因突变。这种现象称为突变的平行性。根据这个特点,当了解到一个物种或属内具有哪些变异类型,就能够预见到近缘的其它物种或属也可能存在相似的变异类型,这对于人工诱变有一定的参考意义。
  7.利用花粉直感现象测定突变频率,在亲本状态配置上应该注意什么问题?
  答:一般应该用隐性纯合体作母本,用显性纯合体经诱变处理的花粉作父本进行杂交。
  8.在高秆小麦田里突然出现一株矮化植株,怎样验证它是由于基因突变,还是由于环境影响产生的?
  答:如果是在苗期发现这种情况,有可能是环境条件如土壤肥力、光照等因素引起,在当代可加强矮化植株与正常植株的栽培管理,使其处于相同环境条件下,观察它们在生长上的差异。如果到完全成熟时,两者高度表现相似,说明它是不遗传的变异,由环境影响引起的;反之,如果变异体与原始亲本明显不同,仍然表现为矮秆,说明它可能是遗传的变异。然后进行子代比较加以验证,可将矮化植株所收种子与高秆小麦的种子播种在相同的环境条件下,比较它的后代与对照在株高上的差异。如矮化植株的种子所长成的植株仍然矮化,则证明在高秆小麦田里出现的一株矮化植株是由于基因突变引起的。
9.试述物理因素诱变的机理。
  答:本章所指的物理因素只限于各种电离辐射和非电离辐射。
  电离辐射包括α 射线、β射线和中子等粒子辐射,还包括γ 射线和X射线等电磁辐射。电离辐射能使构成基因的化学物质直接发生电离作用。轻者造成基因分子结构的改变,产生突变了的新基因,重者造成染色体的断裂,引起染色体结构的畸变。
  本章所指的非电离辐射就是紫外线。紫外线造成基因分子链的离析。分子链已经离析的基因在重新组合的时候,有可能发生差错而出现基因突变。紫外线特别作用于嘧啶,使得同链上邻近的嘧啶核苷酸之间形成多价的联合。最通常的结果是促使胸腺嘧啶联合成二聚体;或是将胞嘧啶脱氨成尿嘧啶,或是将水加到嘧啶的C4、C5位置上成为光产物。它可以削弱C与G之间的氢键,使DNA链发生局部分离或变性。
10.试用红色面包霉的生化突变试验,说明性状与基因表现的关系。
  答:射线照射后的分生孢子可诱发突变,让诱变过的分生孢子与野生型交配,产生分离的子囊孢子,放入完全培养基里培养生长(基本培养基上只有野生型能够生长,突变型均不能生长),鉴定是否突变:
  ⑴.取出完全培养基中各组分生孢子,分别于基本培养基上,如果能够生长,说明仍与野生型一样,没有突变;如不能够生长,说明发生了变异;
  ⑵.把确定为突变型的各组材料,分别培养于加入各种物质的基本培养基中,如某一培养基上能生长,就说明控制合成加入物质的这种基因发生了突变;
  ⑶.如在上步2中确定为缺乏维生素合成能力的突变型,再进一步在培养基中分别加入各种维生素分别培养这种突变型,如果其中一个能生长,则说明是控制该个维生素合成的基因发生了突变。
  上述生化突变的研究,清楚地说明基因控制性状,并非基因直接作用于性状,而是通过一系列生化过程来实现的。

 1、什么叫细胞质遗传?它有哪些特点?试举例说明之。

  答:细胞质遗传指由细胞质内的遗传物质即细胞质基因所决定的遗传现象和规律,又称非染色体遗传、非孟德尔遗传、染色体外遗传、核外遗传、母体遗传。
  细胞质遗传的特点:⑴. 遗传方式是非孟德尔式的;杂交后一般不表现一定比例的分离。⑵. 正交和反交的遗传表现不同;F1通常只表现母体的性状,故又称母性遗传。⑶. 通过连续回交能将母本的核基因几乎全部置换掉,但母本的细胞质基因及其所控制的性状仍不消失。⑷. 由附加体或共生体决定的性状,其表现往往类似病毒的转导或感染。
  举例:罗兹(Rhoades M. M.)报道玉米的第7染色体上有一个控制白色条纹的基因(ij),纯合的ijij植株叶片表现为白色和绿色相间的条纹。以这种条纹株与正常绿色进行正反杂交,并将F1自交其结果如下:当以绿色株为母本时,F1全部表现正常绿色与非绿色为一对基因的差别,纯合隐性(ijij)个体表现白化或条纹,但以条纹株为母本时,F1却出现正常绿色、条纹和白化三类植株,并且没有一定的比例,如果将F1的条纹株与正常绿色株回交,后代仍然出现比例不定的三类植株,继续用正常绿色株做父本与条纹株回交,直至ij基因被全部取代,仍然没有发现父本对这个性状的影响,可见是叶绿体变异之后的细胞质遗传方式。
  2、何谓母性影响?试举例说明它与母性遗传的区别。

  答:由于母本基因型的影响,使子代表现母本性状的现象叫做母性影响,又叫前定作用。
  母性影响所表现的遗传现象与母性遗传十分相似,但并不是由于细胞质基因组所决定的,而是由于核基因的产物在卵细胞中积累所决定的,故不属于母性遗传的范畴。
  举例:如椎实螺外壳的旋转方向有左旋和右旋,这对相对性状是母性影响。把这两种椎实螺进行正反交,F1外壳的旋转方向都与各自的母体相似,成为右旋或为左旋,但其F2却都有全部为右旋,到F3世代才出现右旋和左旋的分离。这是由一对基因差别决定的,右旋(S+)对左旋(S)为显性,某个体的表现型并不由本身的基因型直接决定,而是由母体卵细胞的状态所决定,母本卵细胞的状态又由母本的基因型所决定。F1的基因型(S+S)决定了F2均为右旋,而F2的三种基因型决定了F3的二种类型的分离,其中S+S+和S+S的后代为右旋,SS后代为左旋。

  3、如果正反交试验获得的F1表现不同,这可能是由于 ⑴. 性连锁;⑵. 细胞质遗传;⑶. 母性影响。你如何用试验方法确定它属于哪一种情况?

  答:正反杂交获得的F1分别进行自交或近亲交配,分析F1和F2性状分离与性别的关系,如群体中性状分离符合分离规律,但雌雄群体间性状分离比例不同者为性连锁;若正交F1表现与母本相同,反交不同,正交F1与其它任何亲本回交仍表现为母本性状者,并通过连续回交将母本的核基因置换掉,但该性状仍保留在母本中,则为细胞质遗传。若F1表现与母本相似,而自交后F2表现相同,继续自交其F3表现分离,且符合分离规律,则为母性影响。

  4、细胞质遗传的物质基础是什么?

  答:所有细胞器和细胞质颗粒中的遗传物质均为细胞质遗传的物质基础。细胞器基因组包括:线粒体基因组、叶绿体基因组、动粒基因组、中心粒基因组、膜体系基因组等;非细胞器基因组包括细胞共生体基因组、细胞质粒基因组等。

  5、细胞质基因与核基因所何异同?二者在遗传上的相互关系如何?

  答:共同点:虽然细胞质基因在分子大小和组成上与核基因有某些区别,但作为一种遗传物质,在结构上和功能上与核基因有许多相同点:⑴. 均按半保留复制;⑵. 表达方式一样:DNA-mRAN核糖体-蛋白质;⑶. 均能发生突变,且能稳定遗传,其诱变因素亦相同。
  不同点:细胞质基因突变频率大,具有较强的定向突变性;正反交不一样,基因通过雌配子传递;基因定位困难;载体分离无规律,细胞间分布不均匀;某些基因有感染性。而核基因突变频率较小,难于定向突变性;正反交一样,基因通过雌雄配子传递;基因可以通过杂交方式进行定位;载体分离有规律、细胞间分布均匀;基因无感染性。
  遗传学中通常把染色体基因组控制的遗传现象和遗传规律称为核遗传,把细胞质基因所决定的遗传现象和遗传规律称为细胞质遗传,两者在遗传上相互协调和制约,反映了核与质两个遗传体系相互依存和联系的统一关系。一般情况下,核基因在遗传上处于主导的地位,但在某些情况下表现出细胞质基因的自主遗传作用。
  6、试比较线粒体DNA、叶绿体DNA和核DNA的异同?

  答:与核DNA相比,线粒体DNA和叶绿体DNA具有某些特点,其中:
  线粒体DNA的特点:⑴. 线粒体DNA是裸露的双链分子,一般为闭合环状结构,但也有线性的;⑵. 线粒体DNA分子量为60×106,长度为10~30mm;⑶. 线粒体DNA与原核生物的DNA一样,没有重复序列;⑷. 线粒体DNA浮力密度比较低;⑸. 线粒体DNA碱基成分中G和C有含量比A和T少;⑹. 线粒体DNA两条单链的密度不同, 一条称重链(H链),另一条称轻链(L链);⑺. 线粒体DNA单个拷贝非常小,在细胞总DNA中占的比例非常小。
  叶绿体DNA的特点:⑴. 叶绿体DNA也是双链分子,呈裸露的闭合环状结构;⑵.叶绿体DNA约为150kb;⑶. 叶绿体DNA一般是多拷贝的;⑷. 叶绿体DNA浮力密度因物种而异,但与核DNA有不同程度的差异;⑸. 叶绿体DNA碱基成分因物种不同而不同,高等植物叶绿体DNA与核DNA相同,但藻类植物中的CG含量较核DNA低;⑹. 与核DNA相比,叶绿体DNA缺少5-甲基胞嘧啶。
  相同之处:三者都是遗传物质(DNA),能稳定遗传给子代,且以半保留方式复制,表达方式一样,也能发生突变,诱变因素相同。
  7、植物雄性不育主要有几种类型?其遗传基础如何?

  答:植物雄性不育主要有核不育性、质核不育性、质不育性三种类型:
  ⑴.核不育型是一种由核内染色体上基因所决定的雄性不育类型,一般受简单的1-2对隐性基因所控制,纯合体表现雄性不育。也发现由显性雄性不育基因所控制的显性核不育,它只能恢复不育性,但不能保持不育性。
  ⑵.质核不育型是由细胞质基因和核基因互作控制的不育类型,由不育的细胞质基因和相对应的核基因所决定的。当胞质不育基因S存在时,核内必须有相对应的一对(或一对以上)隐性基因rr存在时,个体才能表现不育,只有细胞质或细胞核存在可育基因时能够表现为可育。根据不育性的败育发生的过程可分为:孢子体不育,指花粉的育性受孢子体(植株)基因型所控制,与花粉本身所含基因无关;配子体不育,指花粉育性直接受雄配子体(花粉)本身的基因所决定。不同类型需特定的恢复基因。
  ⑶.质不育型是由细胞质基因所控制的不育类型,只能保持不育性,但不能恢复育性。如IRRI运用远缘杂交培育的雄性不育系IR66707A (Oryza perennis细胞质,1995) 和IR69700A (Oryza glumaepatula细胞质,1996) 均具有异种细胞质源,其细胞质完全不同于目前所有的水稻雄性不育系。 这两个不育系属于细胞质型不育系,故其不育性都只能被保持而不能被恢复。
  8、一般认为细胞质的雄性不育基因存在于线粒体DNA上,为什么?

  答:⑴.在20世纪60年代已发现玉米不育株的线粒体亚显微结构与保持系有明显的不同,从而推断雄性不育性可能与线粒体的变异有关;
  ⑵.分子生物学上发现,玉米的4种类型的细胞质,正常可育型N和不育型T、C、S。它们的线粒体DNA分子组成有明显的区别,而叶绿体DNA并没有明显的差别,且以这4种类型线粒体DNA作模板,在体外合成蛋白质,N型合成的蛋白质与其它3种均不相同,也推断存在于线粒体的基因组中;
  ⑶.已完成的玉米N型和T型的mt DNA限制性内切酶图谱表明,N型mt DNA分别含有6组和5组重复序列,但只有其中的2组是两种mt DNA所共有的。就限制性位点的分布及Southern杂交的结果看,N型和T型所特有的碱基序列分别为70kb(N)和40kb(T),其余500kb的序列相同,且已从T型mt DNA中分离出一个专化玉米T型胞质不育基因Furf13。
  ⑷.Northern blot ting 分析表明,玉米正常株与C型不育株的mt DNA基因atpa ,atpb和 ckx*的转录产物的长度和数目不同,可能与C型雄性不育型的表现有直接关系。
  ⑸.除玉米外,在甜菜,矮牵牛,水稻等植物中,也发现不育系与可育系在叶绿体DNA的结构上没有差异,但在线粒体上有明显差别。
  9、如果你发现了一株雄性不育植株,你如何确定它究竟是单倍体、远缘杂交F1、生理不育、核不育还是细胞质不育?

  答:如果这植株是单倍体,那么这植株矮小,并伴有其它不良性状,雌雄均为不育,PMC减数分裂中期大多数染色体为单价体;而如果这是远缘杂交F1植株就较高大,营养生长旺盛,PMC减数分裂中期染色体配对异常,雌雄配子均不育但雌性的育性强于雄性。生理不育是不可遗传的。核不育和细胞质不育均为雄性不育,雌配子正常可育,但核不育材料与其它材料杂交的F1一般为可育,F2的育性分离呈现出明显的规律性;而细胞质不育的杂交后代可以保持不育(父本为保持系)或恢复可育(父本为纯合恢复系)。因此,可以从植株性状的遗传、植株形态、花粉母细胞镜检和杂交试验进行确定和区分。

  10、用某不育系与恢复系杂交,得到F1全部正常可育。将F1的花粉再给不育系亲本授粉,后代中出现90株可育株和270株不育株。试分析该不育系的类型及遗传基础。

  答:该不育系类型为孢子体不育S(r1r1r2r2)
  S(r1r1r2r2)×N(R1R1R2R2) F1 S(R1r1 R2 r2)全部正常可育
  S(r1r1r2r2)×S(R1r1 R2 r2)  F1 1可育(S(R1r1 R2 r2))
+ 3不育(S(r1r1r2r2)+ S(r1r1 R2 r2)+ S(R1r1 r2 r2))
  该不育系的不育类型的遗传基础为:其恢复基因有两个,存在基因互作。无论是杂交还是回交后代中,个体基因型中只有同时存在两个显性恢复基因时,才能起到恢复育性的作用。因此,在回交后代中出现1:3可育株与不育株的分离。
  11、现有一个不育材料,找不到它的恢复系。一般的杂交后代都是不育的。但有的F1不育株也能产生极少量F2花粉,自交得到少数后代,呈3:1不育株与可育株分离,将F1不育株与可育亲本回交,后代呈1:1不育株与可育株的分离,试分析该不育材料的遗传基础。

  答:该不育材料是由单显性基因控制的不育系,其基因型为(MSMS)。该材料与可育材料(msms)杂交,其杂合体后代均为不育。一旦F1个体中出现少量可育花粉,自交后代即产生3:1的不育株与可育株的育性分离。F1不育株与可育亲本回交,即产生1:1的 育性分离。至于F1不育株出现少量可育花粉可能是该材料的育性表现受环境条件(日照和温度等)的影响,在某一特定条件下,杂合体表现为可育。

2.质量性状和数量性状的区别在哪里?这两类性状的分析方法有何异同?
  答:质量性状和数量性状的区别主要有:①. 质量性状的变异是呈间断性,杂交后代可明确分组;数量性状的变异则呈连续性,杂交后的分离世代不能明确分组。②. 质量性状不易受环境条件的影响;数量性状一般容易受环境条件的影响而发生变异,而这种变异一般是不能遗传的。③. 质量性状在不同环境条件下的表现较为稳定;而控制数量性状的基因则在特定时空条件下表达,不同环境条件下基因表达的程度可能不同,因此数量性状普遍存在着基因型与环境互作。
  对于质量性状一般采用系谱和概率分析的方法,并进行卡方检验;而数量性状的研究则需要遗传学方法和生物统计方法的结合,一般要采用适当的遗传交配设计、合理的环境设计、适当的度量手段和有效的统计分析方法,估算出遗传群体的均值、方差、协方差和相关系数等遗传参数等加以研究。
  3.叙述表现型方差、基因型方差、基因型×环境互作方差的关系。估计遗传协方差及其分量在遗传育种中有何意义?
  答:表现型方差由基因型方差(V G)、基因型×环境互作方差(Ve )和环境机误方差()构成,即 ,其中基因型方差和基因型×环境互作方差是可以遗传的,而纯粹的环境方差是不能遗传的。
  由于存在基因连锁或基因的一因多效,生物体的不同数量性状之间常存在不同程度的相互关连。在统计分析方法中常用协方差来度量这种相互关联的变异程度。由于遗传方差可以进一步区分为基因型方差和基因型×环境互作方差等不同的方差分量,故遗传协方差也可进一步区分为基因型协方差和基因型×环境互作协方差等分量。在作物遗传改良过程中,对某一性状进行选择时常会引起另一相关性状的变化,为了取得更好地选择效果, 并使一些重要的性状能够得到同步改良, 有必要进行性状间的协方差即相关性研究。  如基因加性效应对选择是有效的, 细胞质效应亦可通过母本得以传递,因此当育种的目标性状不易测定或遗传率较低、进行直接选择较难取得预期效果时, 利用与其具有较高加性相关和细胞质相关的其它性状进行间接选择, 则较易取得育种效果。显性相关则是控制性状的有关基因的显性效应相互作用而产生的相关性, 杂交一代中表现尤为强烈, 在杂种优势利用中可以加以利用。但这种显性相关会随着世代的递增和基因的纯合而消失, 且会影响选择育种中早代间接选择的效果, 故对于显性相关为主的成对性状应以高代选择为主。所以, 进行各种遗传协方差分析更能明确性状间相关性的遗传本质, 有利于排除环境因素对间接选择的影响,取得更好的选择效果,对于作物的选择育种具有重要的指导意义。
  4.基于对数量性状遗传本质的理解,叙述数量性状的多基因假说的主要内容。
  答:在遗传机制方面,数量性状受多基因控制,基因与基因间的关系错综复杂; 数量基因的表达对环境条件的变化比较敏感,基因的作用与环境条件的影响混杂在一起。因此,数量性状的多基因假说的主要内容是:
  ⑴.数量性状受制于多对微效基因或称多基因的联合效应;
  ⑵.各对微效基因的效应相等而且是累加的,故又可称是累加基因;
  ⑶.各对基因对某一性状的效应微小,多基因不能予以个别的辨认,只能按性状的表现作为一个多基因体系进行研究;
  ⑷.微效基因之间无显隐性关系,一般用大写字母表示增效、小写字母表示减效作用;
  ⑸.微效基因对环境敏感,因而数量性状的表现易受环境的影响而发生变化;
  ⑹.微效基因具有多效性,除对数量性状起微效多基因的作用外,对其它性状有时也可能产生一定的修饰作用;
  ⑺.微效基因和主效基因均处于细胞核的染色体上,具有分离、重组、连锁等性质。
  5.叙述主效基因、微效基因、修饰基因对数量性状遗传作用的异同。
  答:主效基因、微效基因、修饰基因在数量性状遗传中均可起一定的作用,其基因表达均可控制数量性状的表现。但是它们对数量性状所起的作用又有所不同,主效基因的遗传效应较大,对某一数量性状的表现起着主要作用,一般由若干个基因共同控制该性状的遗传;修饰基因的遗传效应微小,主要是对主效基因起修饰作用,起增强或减弱主基因对表现型的作用;而微效基因是指控制数量性状表现的基因较多,而这些基因的遗传效应较小,它们的效应是累加的,无显隐性关系,对环境条件的变化较敏感,且具有一定的多效性,对其它性状有时也可能产生一定的修饰作用。
  6.什么是普通遗传率和互作遗传率?他们在育种实践上有何指导意义?
  答:遗传率是指基因型方差(VG)占表型总方差(Vp)的比值, 它是衡量基因型变异和表型总变异相对程度的遗传统计量。遗传率反映了通过表型值预测基因型值的可靠程度,表明了亲代变异传递到子代的能力。同时也可以作为考查亲代与子代相似程度的指标。由于导致群体表现型产生变异的遗传原因可以进一步区分为由遗传主效应产生的普通遗传变异和由基因型×环境互作效应产生的互作遗传变异,故遗传率可以分解为普通遗传率和互作遗传率两个分量。其中普通遗传率是指由遗传主效应引起的那部分遗传率,一般指遗传方差占表现型方差的比率;互作遗传率是指由基因型×环境互作效应引起的那部分遗传率,一般指基因型×环境互作方差占表现型方差的比率。
  育种实践表明,根据遗传率的大小可以决定不同性状的选择时期和选择方法,这对于改进育种方法,避免育种工作的盲目性和提高育种效果是很有效的。一些遗传率较高的性状,可在杂种的早期世代进行选择,收效比较显著:而对于遗传率较低的性状,则需要在杂种后期世代进行选择才能收到更好的效果。一般而言,当数量性状的基因型×环境互作效应越强,其互作遗传率就会越大,该性状的遗传表现就越易因环境而异,通过选择只能获得适应某一年份或某一特殊环境(如某一生态区域)的品种或组合;而基因型×环境互作效应小的性状则其普通遗传率就会越大,容易通过选择来改良育种材料的遗传组成,获得能够适应不同年份或不同环境的品种(组合)。故普通遗传率适用于不同环境条件下的选择,而互作遗传率则只适用于某一特定条件下的选择。某一年份或环境下的选择总效益,可以根据总的遗传率大小(普通遗传率 + 某一环境中的互作遗传率)进行预测和分析,以了解通过选择个体或个体群改良其基因型的准确性和选择效率。
  7.什么是基因的加性效应、显性效应及上位性效应?它们对数量性状遗传改良有何作用?
  答:基因的加性效应(A):是指基因位点内等位基因的累加效应,是上下代遗传可以固定的分量,又称为"育种值"。
显性效应(D):是指基因位点内等位基因之间的互作效应,是可以遗传但不能固定的遗传因素,是产生杂种优势的主要部分。
上位性效应(I):是指不同基因位点的非等位基因之间相互作用所产生的效应。
  上述遗传效应在数量性状遗传改良中的作用:由于加性效应部分可以在上下代得以传递,选择过程中可以累加,且具有较快的纯合速度,具有较高加性效应的数量性状在低世代选择时较易取得育种效果。显性相关则与杂种优势的表现有着密切关系,杂交一代中表现尤为强烈,在杂交稻等作物的组合选配中可以加以利用。但这种显性效应会随着世代的递增和基因的纯合而消失, 且会影响选择育种中早代选择的效果, 故对于显性效应为主的数量性状应以高代选择为主。上位性效应是由非等位基因间互作产生的,也是控制数量性状表现的重要遗传分量。其中加性×加性上位性效应部分也可在上下代遗传,并经选择而被固定;而加性×显性上位性效应和显性×显性上位性效应则与杂种优势的表现有关,在低世代时会在一定程度上影响数量性状的选择效果。
  8.什么是基因的加性×环境互作效应、显性×环境互作效应及上位性×环境互作效应?它们对数量性状遗传改良作用与基因的遗传主效应有何异同?
  答:加性×环境互作效应(AE):是指基因加性效应与环境互作产生的遗传效应,是一部分可以在上下代传递、并加以固定的遗传效应,但会因环境条件的变化而产生较大差异。
  显性×环境互作效应(DE):是指基因显性效应与环境互作产生的遗传效应,是一部分可以遗传、但不能固定的遗传效应,主要与杂种的优势表现有关,这部分效应也会因环境的变化而异。
  上位性×环境互作效应(IE):是指基因上位性效应与环境互作产生的遗传效应,在不同环境中会有较大差异。其中加性×加性上位性互作效应部分经选择可被固定;而加性×显性上位性互作效应和显性×显性上位性互作效应与杂种优势的表现有关,在低世代时会在一定程度上影响数量性状的选择效果。
  不同的环境互作效应与遗传主效应的作用一样,对数量性状的遗传改良起着重要作用,可以影响数量性状的表现和选择效果。但两者也有较大的差异,特别是一些受基因加性、显性或上位性等遗传主效应控制的数量性状在遗传改良中较为稳定,不同环境条件对这些数量性状的选择效果影响较小,通过选择容易获得适合不同年份或不同地点的育种材料或组合。相反,某一数量性状的基因型与环境互作效应越强,该性状的遗传表现就越容易受到环境变化的影响,通过选择一般可以获得适合某一特定年份或某一特定环境的育种材料。因此不同环境下的基因型稳定性对作物种子品质育种目标的制定非常重要。
  9.以下是陆地棉4个亲本及其F1在8月9 日和9月3日的平均单株成铃数的分析资料(1981,1985)
        表1 方差和协方差计算结果:
方差 8月9日 9月3日 协方差Cov
VA 2.250* 8.182** CA 4.277*
VD 3.809* 2.735* CD 2.373
VAE 2.207* 1.086 CAE 1.086
VDE 0.605* 1.644* CDE -0.156
Ve 3.216* 6.634* Ce 3.853+
VP 12.087** 20.280** CP 11.433*
      表2 基于群体均值的F1平均优势的预测结果(%)
组合 8月9日 9月3日
 HM HME1 HME2 HM HME1 HME2
[1×2] 18.9* -7.6 20.7+ 4.2 2.5 -2.1
[1×3] 23.7** 12.1+ 3.1 -0.4 22.6** -26.0**
[1×4] 19.5+ 6.2 5.6 0.6 19.0** -21.5**
[2×3] 41.4** 8.8 21.3 16.2+ 8.4** 10.5
[2×4] 50.1* 1.0 29.7 35.1 10.9 27.2
[3×4] 39.3* 14.9 12.1 11.1 30.8** -18.3**
⑴. 估算8月9日和9月3日的普通广义遗传率、互作广义遗传率、普通狭义遗传率、互作狭义遗传率,说明这两个时期单株成铃数的遗传规律及其对选择育种的指导意义;⑵. 根据F1普通平均优势和互作平均优势的预测结果,评价不同杂交组合的杂种优势利用的潜力。

  答:⑴. 估算8月9日和9月3日的普通广义遗传率、互作广义遗传率、普通狭义遗传率、互作狭义遗传率,说明这两个时期单株成铃数的遗传规律及其对选择育种的指导意义;
  8月9日单株成铃数的遗传率分量:
  普通广义遗传率
  互作广义遗传率
普通狭义遗传率
  互作狭义遗传率
    
  9月3日单株成铃数的遗传率分量:
  普通广义遗传率    
  互作广义遗传率    
  普通狭义遗传率    
  互作狭义遗传率     
  从表中可以看出,除了9月3日单株成铃数的加性互作方差(VAE)外,其它表型方差(VP)、机误方差(Ve)以及遗传方差分量(包括加性方差(VA)、显性方差(VD)、加性互作方差(VAE)和显性互作方差(VDE))均已达到显著水平,说明基因的加性效应、显性效应、加性互作效应、显性互作效应均可显著影响两年不同时期的单株成铃数。在所分析的遗传主效应中,两个日期的平均单株成铃数都是以遗传主效应(VA+VD)为主,分别占VP的50.12%和53.83%,说明单株成铃数的选择效果受环境条件变化的影响相对较小。由于不同时期的单株成铃数的VAE和VDE多数已达显著水平,故该性状除了受到遗传主效应外,还不同程度受控于环境互作效应的影响,特别以8月9日的加性互作效应和9月3日的显性互作效应表现的尤为明显。这部分互作效应是单株成铃数在不同环境中遗传表现有所差异的主要原因。
  通过表1中遗传效应的分析,还可以发现两年中单株成铃数均是以基因加性主效应和加性互作效应(VA+VAE)为主,且具有较高的普通狭义遗传率和互作狭义遗传率(分别为36.9%和45.7%),这表明对该性状进行低世代选择可望取得较好的效果。
  由于不同时期单株成铃数的机误方差(Ve)已达显著水平,所以该性状的表现还受到环境机误或抽样误差的影响。但由于其值均较小,故单株成铃数主要受制于加性效应、显性效应的各种遗传主效应以及相应的环境互作效应。
  协方差分析的结果表明,8月9号和9月3号的表型或加性协方差已达显著水平,说明这两个时期的表型或加性效应间存在着显著正相关,通过8月9号的单株成铃数选择有利于增加9月3号的单株成铃数。由于未测到显著水平的互作效应协方差(加性互作协方差CAE和显性协方差CDE),故上述相关性受环境条件的影响不大。
  ⑵. 根据F1普通平均优势和互作平均优势的预测结果,评价不同杂交组合的杂种优势利用的潜力:
  表2结果表明,8月9 日棉花F1植株单株成铃数的普通平均优势(HM)在6个组合中均达到了1、5或10%的正向显著水平,表明普通平均优势可以显著增加该时期棉花的单株成铃数;由于8月9日时期的单株成铃数的互作优势仅有2个组合(1×2的HME2和1×3的HME1)达到了10%显著水平,因此该时期F1植株的单株成铃数平均优势受环境条件的影响较小。在9月3日时期,仅有组合2×3的平均杂种优势达到了10%显著水平(),说明该时期不同组合的单株成铃数普通平均优势不强;但9月3日时期单株成铃数的互作优势多数组合已达显著水平,说明该时期棉花单株成铃数杂种优势表现容易受到环境变化的影响,其中1981年主要为正向互作杂种优势,1985年则表现为以负向互作杂种优势为主。
  就不同组合而言,组合2×3和2×4在8月9 日具有较大的普通平均优势,而正向互作平均优势都未达到显著水平,故这两个组合的单株成铃数优势表现较好、且不同年份的单株成铃数也具有较好的稳定性。特别是组合2×3在9月3日时期的单株成铃数普通平均优势和1985年互作平均优势也已达到正向显著水平,表明该组合在不同发育时期(8月9日和9月3日)的单株成铃数具有较好的杂种优势。虽然组合1×3、1×4和3×4在8月9日的杂种优势表现较好,但这三个组合9月3日的显著互作优势在不同年份表现相反,表明这些组合在不同年份的稳定性较差。

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