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遺傳學簡答題

2.有一個雙突變雜合二倍體,其基因型是 + a // b + ,如果有互補作用表示什么?如果無互補作用,表示什么?

  答:有互補作用:表示該表現型為野生型,a、b兩突變不是等位的,是代表兩個不同的基因位點。
  無互補作用:表示該表現型為突變型,a、b兩突變是等位的,是代表同一個基因位點的兩個基因座。
  3.用T4噬菌體一個特殊基因區的不同突變體研究互補作用,獲得下列資料。試根據這個資料判斷,本區應有幾個順反子?
  1 2 3 4 5 6
1 - + - + - -
2 + - + - + +
3 - + - + - -
4 + - + - + +
5 - + - + - -
6 - + - + - -
+為互補,-為無互補;
  答:從第一行可以看出,突變體1與突變體3、5、6不互補,隸屬于同一個基因位點,即為同一個順反子;而與突變體2、4不互補,不在同一個基因位點上;第三、五、六行則進一步驗證了第一行的推斷。
  從第二、四行可以看出,突變體2、4不互補,隸屬于同一個基因位點,即為同一個順反子;而與突變體1、3、5、6互補,不在同一個基因位點上,即分屬于不同的順反子。結論:
  本區共有兩個順反子,突變體1、3、5、6同屬于一個順反子;突變體2、4同屬于一個順反子。
4.舉例說明基因的微細結構是如何建立的。
  答:以本澤爾利用經典的噬菌體突變和重組技術,對T4噬菌體rII區基因微細結構的分析為例。
  原理:r+野生型T4噬菌體:侵染E. coli B株和K12株,形成的噬菌斑小而模糊;rII突變型T4噬菌體:只能侵染B株,不能侵染K12(λ)株,形成的噬菌斑大而清楚。
  利用上述特點,讓兩個rII突變型雜交,接種K12(λ)株選擇重組體r+,計算出兩個r+ 突變座位間的重組頻率,具體過程見右圖。
  重組值計算:
  rxry的數量與r+r+相同,計算時r+r+噬菌體數×2。可以獲得小到0.001%,即十萬分之一的重組值。利用大量rⅡ區內二點雜交的結果,繪制出rⅡ區座位間微細的遺傳圖:
  5.舉例說明基因是如何控制遺傳性狀表達的。

  答:基因對于遺傳性狀表達的作用可分為直接與間接兩種形式。
  (1)如果基因的最后產品是結構蛋白或功能蛋白,基因的變異可以直接影響到蛋白質的特性,從而表現出不同的遺傳性狀。例如人的鐮形紅血球貧血癥。紅血球碟形HbA型產生兩種突變體Hbs、Hbc紅血球鐮刀形。血紅蛋白分子有四條多肽鏈:兩條α鏈(141個氨基酸/條)、兩條β鏈(146個氨基酸/條)。HbA、Hbs、Hbc氨基酸組成的差異在于β鏈上第6位上氨基酸,HbA第6位為谷氨酸(GAA)、Hbs第6位為纈氨酸(GUA)、Hbc第6位為賴氨酸(AAA)。
  基因突變會最終影響到性狀改變,產生貧血癥的原因:僅由單個堿基的突變,引起氨基酸的改變,導致蛋白質性質發生變化,直接產生性狀變化。由正常的碟形紅血球轉變為鐮刀形紅血球,缺氧時表現貧血癥。
  (2)更多的情況下,基因是通過酶的合成,間接影響生物性狀的表達,例如豌豆:圓粒(RR)×皺粒(rr)產生F1圓粒(Rr),自交產生F2,1/4表現為皺粒(rr)。rr的表現型為皺粒,是因為缺少一種淀粉分支酶(SBE)所致。SBE控制淀粉分支點的形成,rr豌豆的SBE不正常,帶有一段0.8kb的插入片段,結果形成異常mRNA,不能形成淀粉分支酶。在種子發育過程中,不能合成淀粉導致積累蔗糖和大量的水分。隨著種子的成熟,皺粒基因型(rr)種子比圓粒基因型種子失水快,結果形成皺粒種子表現型。而F1圓粒(Rr)雜合體中,有一個正常的R基因,可以產生SBE酶,能夠合成淀粉,表現為圓粒。本例說明R與r基因控制豌豆子粒的性狀不是直接的,而是通過指導淀粉分支酶的合成間接實現的。
  6.試說明正調控與負調控的區別。
  答:轉錄水平的調控通常可歸為正調控與負調控兩種。正調控與負調控并非互相排斥的兩種機制,而是生物體適應環境的需要,有的系統既有正調控又有負調控。
  正調控是經誘導物誘導轉錄的調控機制。誘導物通常與蛋白質結合,形成一種激活子復合物,與基因啟動子DNA序列結合,激活基因起始轉錄,使基因處于表達的狀態;負調控是細胞中阻遏物阻止基因轉錄過程的調控機制。阻遏物與DNA分子的結合,阻礙RNA聚合酶轉錄,使基因處于關閉狀態。
  真核生物以正調控為主;原核生物以負調控為主。
  降解代謝途徑中既有正調控又有負調控;合成代謝途徑中通常以負調控來控制產物自身的合成。
  7.假設R基因編碼的蛋白質,是S基因轉錄的負調控子。試問 ⑴. 在R-突變體中S基因是否轉錄?⑵. 如果R基因產物是S基因轉錄的正調控子,結果又有什么不同?
  答:(1)在R-突變體中S基因是否轉錄有兩種情況:如果S基因轉錄屬負調控系統,則在R-突變體中,S基因轉錄;如果S基因轉錄既有負調控又有正調控來共同控制,則該突變體中,盡管基因失活,如無正調控開啟,仍無法轉錄基因。
  (2) 如果R基因產物是S基因轉錄的正調控子,則在該突變體中,R基因失活,則無正常的正調控因子,轉錄系統不開啟,基因S不轉錄。
  8.試述乳糖操縱元模型。
  答:1961年,Jacob F.和Monod J.的乳糖操縱元模型:乳糖操縱元闡述的是一個基因簇內結構基因及其調控位點的表達調控方式。包括編碼乳糖代謝酶的3個結構基因及其鄰近的調控位點,即一個啟動子和1個操縱子,還有位于上游的抑制基因。大腸桿菌乳糖代謝的調控需要三種酶參加:①.β-半乳糖酶由結構基因lacZ編碼,將乳糖分解成半乳糖和葡萄糖;②. 滲透酶由結構基因lacY編碼,增加糖的滲透,易于攝取乳糖和半乳糖;③. 轉乙酰酶由結構基因lacA編碼,β-半乳糖轉變成乙酰半乳糖。三個結構基因受控于同一個調控系統,大量乳糖時,大腸桿菌三種酶的數量急劇增加,幾分鐘內達到千倍以上,這三種酶能夠成比例地增加;乳糖用完時,這三種酶的合成也即同時停止。
  在乳糖操縱元中,lacI基因編碼一種阻遏蛋白,該蛋白至少有兩個結合位點,一個與DNA結合,另一個與乳糖結合。當沒有乳糖時,lacI基因產生的阻遏蛋白,結合在操縱子位點的DNA序列上,阻止RNA聚合酶起始轉錄結構基因。在有乳糖時,乳糖與阻遏蛋白結合,使其空間構型發生改變,而不能與操縱子DNA結合,這樣RNA聚合酶起始轉錄結構基因,產生乳糖代謝酶,開始代謝乳糖。因此乳糖操縱元是一種負調控機制。
  9.指出下列每一種部分二倍體 ①. 是否合成β-半乳糖苷酶,②. 是誘導型還是組成型?(斜線左側是質粒基因型,右側是染色體基因型)
  (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+ 質粒DNA能合成β-半乳糖苷酶,是誘導型;
⑵. lacOClacZ-lacY+/lacZ+lacY- 染色體DNA能合成β-半乳糖苷酶,是誘導型;
⑶. lacP-lacZ+/lacOClacZ- 均不能合成β-半乳糖苷酶,是組成型;
⑷. lacI+lacP-lacZ+/lacI-lacZ+ 染色體DNA能合成β-半乳糖苷酶,是組成型。
  10.試述色氨酸操縱元和阿拉伯糖操縱元模型。
  答:色氨酸操縱元模型
  由Jacob F.和Monod J.提出,是具有合成代謝途徑典型的操縱元模型。
色氨酸操縱元模型結構,5種結構基因trpE, D, C, B, A編碼色氨酸合成有關的5種酶;調控結構:啟動子、操縱子、前導序列、弱化子;阻遏物trpR基因:與trp操縱元相距較遠。大量色氨酸時,大腸桿菌5種酶的轉錄同時受到抑制;色氨酸不足時,這5種酶的基因開始轉轉錄。色氨酸:作為阻遏物而不是誘導物參與調控結構基因的轉錄,因此,trp操縱元是一個典型的可阻遏的操縱元模型(repressible operon)。包括有兩類調控機理:
  (1).阻遏調控
  trpR基因編碼無輔基阻遏物,與色氨酸結合,產生有活性的色氨酸阻遏物,與操縱子結合,阻止轉錄;色氨酸不足,阻遏物三維空間結構發生變化,不能與操縱子結合,操縱元開始轉錄;色氨酸濃度升高:色氨酸與阻遏物結合,空間結構發生變化,可與操縱子結合,阻止轉錄;
  (2).弱化子調控
  前導序列可翻譯出一段14個氨基酸的短肽,在該短肽的第10,11位置上是兩個色氨酸的密碼子;兩個密碼子之后是一段mRNA序列,該序列可分為四個區段,區段間可互補配對,形成不同的二級結構。原核生物具有邊轉錄邊翻譯的特點,前導序列中,核糖體位置將決定形成哪種二級結構,從而決定弱化子是否可形成終止信號。①. 當有色氨酸時,可完整地翻譯出短肽,核糖體停留在終止密碼子處,鄰近區段2位置,阻礙了2,3配對,使3,4區段配對形成發夾結構終止子,RNA酶在弱化子處終止,不能向前移動。②. 如缺乏色氨酸,核糖體到達色氨酸密碼子時,由于沒有色氨酰tRNA的供應,停留在氨酸密碼子位置,位于區段1,使區段2與區段3配對,區段4無對應序列配對呈單鏈狀態,RNA聚合酶順利弱化子,繼續向前移動,轉錄出完整的多順反子序列。
  阿拉伯糖操縱元模型
  阿拉伯糖操縱元是控制分解代謝途徑的另一調控系統。其特點是調節蛋白既可以起正調控作用,又可以起負調控作用。
  組成結構包括3個結構基因B、A、D和三個調控位點R、O、I,其中R是araC基因編碼調節蛋白AraC蛋白,O包括兩部分,O1不參與調控、O2是AraC蛋白負調控結合位點,I是調節位點,CAP-cAMP復合物結合位點,AraC蛋白正調控結合位點。
  調控調控機理:誘導物阿拉伯糖和cAMP同時存在,阿拉伯糖與araC蛋白復合物結合在I位點,CAP-cAMP復合物結合I位點,基因轉錄開啟。在沒有誘導物阿拉伯糖和cAMP時,AraC蛋白同時與I和O2結合,DNA構型發生改變,形成一個緊密的環結構,抑制表達。
  11. 舉例說明阻遏物與無輔基阻遏物的區別。
  答:阻遏物一般出現在代謝調控途徑中,而無輔基阻遏物則出現合成途徑中的調控。兩者具有明顯不同的調控機理:
  阻遏物:如在乳糖操縱子模型中的阻遏蛋白,由lacI基因編碼,該蛋白至少有兩個結合位點,一個與DNA結合、另一個與乳糖結合。當沒有乳糖時,lacI基因產生的阻遏蛋白,結合在操縱子位點的DNA序列上,阻止RNA聚合酶起始轉錄結構基因。在有乳糖時,乳糖與阻遏蛋白結合,使其空間構型發生改變,而不能與操縱子DNA結合,這樣RNA聚合酶起始轉錄結構基因,產生乳糖代謝酶,開始代謝乳糖。
  無輔基阻遏物:如在色氨酸操縱元模型中,trpR基因編碼無輔基阻遏物,與色氨酸結合,產生有活性的色氨酸阻遏物,與操縱子結合,阻止轉錄;色氨酸不足,阻遏物三維空間結構發生變化,不能與操縱子結合,操縱元開始轉錄;色氨酸濃度升高:色氨酸與阻遏物結合,空間結構發生變化,可與操縱子結合,阻止轉錄;
  12. 說明下例每種酵母菌單倍體細胞的交配型表型。
  (1)一個基因型為MATa MATα交配型基因的重復突變體。
  (2)一個MATa細胞中HMLα盒的缺失突變體。
  答:(1)在這個重復突變體中,MATa基因可以通過HMLα沉默子的同源重組,而轉變成MATα,形成2份MATα交配型基因,表現為交配型α。同樣,突變體中MATα可通過HMRa盒的同源重組作用,轉變成MATa交配型基因,表現為交配型a。
  (2)交配基因型MATa向MATα的轉變,必須通過細胞中HMLα盒的同源重組才能產生,而HMLα盒的缺失則阻斷了這一過程,因此該交配型表型只能為a型。
  13. 舉例說明激素對基因表達的調控作用。
  答:雙翅目昆蟲幼蟲唾腺細胞內有巨大的唾腺染色體,在幼蟲發育的不同階段,一至數個橫紋帶發生疏松(puff),即染色質線高度松散。疏松區出現大量的新合成的mRNA,疏松區出現的時間和部位隨著發育階段而順序消長。以果蠅唾腺染色體為例:三齡前期,第三染色體不出現疏松區;三齡后期,74區EF段、75區B段、78區D段出現疏松區;前蛹期,以上三個疏松區消失,71區C-E段出現疏松區;成蛹期,71區C-E段出現疏松區消失,74區EF段、75區B段又出現疏松區;以上說明74區EF段、75區B段基因與幼蟲的蛻皮和化蛹有關。
,   74區EF段、75區B段在幼蟲蛻皮時發生疏松是和幼蟲體內分泌蛻皮激素有關。蛻皮激素是一種類固醇(steroid)化合物,由幼蟲前胸腺分泌,傳送到蟲體各部分,引發74區EF段、75區B段的基因轉錄,導致幼蟲蛻皮。胸腺結扎試驗,說明了蛻皮激素對唾腺染色體的疏松區開啟的作用。在三齡早期用尼龍繩將唾腺部分緊緊扎起,結果被結扎的前半部分受到蛻皮激素的作用,提前化蛹,而后半部分仍為幼蟲。唾腺細胞檢查發現,前半部分唾腺細胞中第三染色體上74區EF段、75區B段、78區D段出現疏松,而后半部分唾腺細胞中第三染色體上相應部位沒有出現疏松。說明蛻皮激素引起這些部位基因的活性。
  類固醇是疏水性強的化合物,可經擴散通過質膜進入細胞。在細胞內類固醇與其受體結合成二聚體,這種二聚體一旦與目的基因啟動子結合,就可直接啟動目的基因的轉錄。

2.簡述基因工程的施工步驟。
  答:基因工程的施工由以下這些步驟:
  ⑴.從細胞和組織中分離DNA;
  ⑵.利用能識別特異DNA序列的限制性核酸內切酶酶切DNA分子,制備DNA片段;
  ⑶.將酶切的DNA片段與載體DNA(載體能在宿主細胞內自我復制連接),構建重組DNA分子;
  ⑷.將重組DNA分子導入宿主細胞,在細胞內復制,產生多個完全相同的拷貝,即克隆;
  ⑸.重組DNA隨宿主細胞分裂而分配到子細胞,使子代群體細胞均具有重組DNA分子的拷貝;
  ⑹.從宿主細胞中回收、純化和分析克隆的重組DNA分子;
  ⑺.使克隆的DNA進一步轉錄成mRNA、翻譯成蛋白質,分離、鑒定基因產物。
  3.說明在DNA克隆中,以下材料起什么作用。
  (1)載體;(2)限制性核酸內切酶;(3)連接酶;(4)宿主細胞;(5)氯化鈉
  答:⑴. 載體:經限制性酶酶切后形成的DNA片段或基因,不能直接進入宿主細胞進行克隆。一個DNA片段只有與適合的載體DNA連接構成重組DNA后,在載體DNA的運載下,才可以高效地進入宿主細胞,并在其中復制、擴增、克隆出多個拷貝。可作為DNA載體的有質粒、噬菌體、病毒、細菌和酵母人工染色體等。
  ⑵. 限制性核酸內切酶:限制性核酸內切酶是基因工程的基石。在細菌中這些酶的功能是降解外來DNA分子,以限制或阻止病毒侵染。這種酶能識別雙鏈DNA分子中一段特異的核苷酸序列,在這一序列內將雙鏈DNA分子切斷。
  ⑶. 連接酶:將外源DNA與載體相連接的一類酶。
  ⑷. 宿主細胞:能使重組DNA進行復制的寄主細胞。
  ⑸. 氯化鈉:主要用于DNA提取。在pH為8左右的DNA溶液中,DNA分子是帶負電荷的,加入一定濃度的氯化鈉,使鈉離子中和DNA分子上的負電荷,減少DNA分子之間的同性電荷相斥力,易于互相聚合而形成DNA鈉鹽沉淀。另外,氯化鈉也是細菌培養基的成分之一。
  4.有一個帶有氨芐青霉素和四環素抗性的質粒,在其四環素抗性基因內有一個該質粒惟一的EcoRI酶切點,今欲用EcoRI位點克隆果蠅DNA,構建一個基因庫,連接的產物轉化大腸桿菌菌株DH5 ,試問:⑴. 在培養基中加入哪一種抗生素用于選擇陽性克隆?⑵. 對哪一種抗生素有抗性的質粒攜帶外源果蠅DNA片段?⑶. 如果有的克隆可抗兩種抗生素,如何解釋?
  答:⑴.在培養基中加入四環素結合影印法可用于選擇陽性克隆。
  ⑵.對氨芐青霉素有抗性的質粒攜帶外源果蠅DNA片段。
  ⑶.這種克隆是沒有受到EcoRI酶解的原始質粒或這些克隆都是自連形成的非重組體。
  5.在構建一個真核生物核DNA庫時,需要考慮哪些因素?
  答:核基因庫是將某一生物的全部基因組DNA酶切后與載體連接構建而成的。通常方法是,盡量提取大分子量的核DNA,用限制性酶酶切后,分離選擇具有一定長度(大于15kb)的DNA片斷,與適宜的載體連接構成重組DNA分子,根據所用的載體,選擇相應的宿主細胞用于克隆。若載體是質粒,則將連接的重組DNA分子轉化感受態細胞,收集所有的菌落即成為質粒基因庫。如果載體是噬菌體或粘粒(cosmid),則將重組DNA分子體外包裝成噬菌體后,感染細菌細胞,將所得到的所有重組噬菌體集中即是基因庫。如果載體為BAC或YAC,將重組人工染色體導入相應的宿主細胞,收集得到的所有細胞即成為基因庫。
  真核生物的核DNA大,因此在構建核基因庫時,通常要選擇能夠接受較大片段的載體,以減少克隆數量。若構建的基因庫是以分離結構基因為主要目的的,通常選用λEMBL,λGEM,或粘粒。而那些將用于基因組作圖和分析的基因庫,則多選擇BAC或YAC為載體。
  6.根據下列凝膠電泳分析的結果,構建一個限制性酶圖譜,并表明酶切位點及片段的堿基數,片段總長度為1300bp。電泳分析結果如下:
內切酶 DNA片段長度
I  350,950
II  200,1100
I和II 150,200,950
  答:限制性酶切圖譜從左到右是,200個堿基對位置是酶II的切點;350個堿基對位置是酶I的切點;圖譜總長是1300個堿基對。
  7.在下列6種限制性酶圖譜中,有一種排列方式與凝膠電泳的帶型是一致的。3種酶分別是:E: EcoRI、N:NcoI、A:AatII。
  試回答:
  ⑴.根據電泳中DNA帶型,選擇正確的圖譜并說明原因。
  ⑵.在將這塊凝膠轉移后進行Southern雜交分析,帶星點的是與pep基因雜交的信號帶,說明pep在圖譜中的位置。
  答:⑴.從上到下的第五條應該為正確的圖譜,因為經過上述三種酶切后,與左面的電泳圖完全一致。
  ⑵.根據Southern結果和酶切圖的位置,pep應該在第五條圖譜的3與4之間。
  8.簡述將除草劑基因轉移到植物基因組的過程。
  答:以農桿菌介導為例,說明這一過程。
  ⑴.在無菌的組織培養下,從植物體的種子或無性器官建立高效的再生體系;
  ⑵.依據植物的種類,選擇合適的質粒載體,將抗除草劑的基因連接到載體上,再將質粒引進根癌農桿菌;
  ⑶.植物的再生組織與上述農桿菌共同培養;
  ⑷.經過農桿菌感染的組織在含除草劑的培養基中進行選擇;
  ⑸.抗除草劑的組織再生植株;
  ⑹.再生植株在溫室進行抗除草劑試驗;
  ⑺.有性繁殖的種類還要進行自交、回交測定和純化。
  9.簡述基因組遺傳圖譜與物理圖譜的異同。
  答:遺傳圖譜的構建是根據任一遺傳性狀(如已知的可鑒別的表型性狀、多型性基因位點、功能未知的DNA標記)的分離比例,將基因定位在基因組中。因此,遺傳圖譜是根據等位基因在減數分裂中的重組頻率,來確定其在基因組中的順序和相對距離的。物理圖譜的構建不需要檢測等位基因的差異,它既可以利用具有多型性的標記,也可以利用沒有多型性的標記進行圖譜構建,它將標記直接定位在基因庫中的某一位點。
  實際上這兩種途徑都需要利用分子遺傳學的技術和方法。盡管這兩種圖譜是分別構建的,但是它們可以相互借鑒、互為補充,作為基因組圖譜利用。
  構建物理圖譜的原因是:遺傳圖譜的分辨率有限、遺傳圖譜的精確性不高。
  10. 簡述基因工程在工、農、醫三方面的成就及發展前景。
  答:基因工程在工業上的應用主要是生產醫藥產品,最典型的例子是通過細菌生產胰島素,治療糖尿病。到目前通過細菌已經生產了表皮生長因子、人生長激素因子、干擾素、乙型肝炎工程疫苗等10多種醫藥產品。
  基因工程在農業上的應用:以轉基因植物為標志的植物基因工程已經培養出許多抗除草劑、抗蟲、抗病、抗逆的優良品種和品系,如在全世界范圍內大量推廣應用的抗除草劑的大豆、抗棉鈴蟲的棉花等。通過轉基因羊大量表達人類的抗胰蛋白酶;克隆動物的成功,可以挽救瀕危的稀有動物。
  基因工程在醫學上主要是用于遺傳疾病的診斷、基因的治療方面。
  基因工程具有巨大和廣泛的發展前景,將滲透到人類生活的各個方面。可以創造出營養價值更高、保健作用更好、抗逆性更強的植物種類;轉基因動物的進展,可以生產出多種類的用于人類遺傳性疾病治療的藥物;人類基因組計劃的完成和基因定位的發展、尤其是核酸分子雜交原理和方法與半導體技術結合而發展起來的DNA芯片技術的出現和完善,將在人類遺傳疾病的診斷和治療等方面發揮重要作用。

1.舉例說明自發突變和誘發突變、正突變和反突變。
  答:通過外界環境條件的自然作用,或由植物體內生理生化變化而發生的突變,稱為自發突變。如壽星桃是由正常的桃突變而來(DwDw-Dwdw-dwdw)。自然條件下,水稻的矮生型、棉花的短果枝、玉米的糯性胚乳等性狀,都是基因自發突變的結果。
  人為地利用物理、化學或其它因素影響而發生的突變稱為誘發突變。如輻射誘發引起的蘋果短枝型變異、人工誘發櫻桃緊湊型變異。
  基因突變像許多生物化學反應過程一樣是可逆的,即顯性基因A可以突變為隱性基因a,而隱性基因a也可突變為顯性基因A。前者通常稱為正突變,后者稱為反突變或回復突變。例如水稻有芒基因A可以突變為無芒基因a,而無芒基因a也可突變為有芒基因A。
  2.什么叫復等位基因?人的ABO血型復等位基因的遺傳知識有什么利用價值?
  答:位于同一基因位點上的各個等位基因在遺傳學上稱為復等位基因。復等位基因并不存在于同一個體(同源多倍體是例外),而是存在于同一生物類型的不同個體里。
  人的ABO血型就是由IA、IB和i三個復等位基因決定著紅細胞表面抗原的特異性。其中,IA基因、IB基因分別對i基因為顯性,IA與IB為共顯性。根據ABO血型的遺傳規律可進行親子鑒定等。
  3.何為芽變?在生產實踐上有什么價值?
  答:芽變是體細胞突變的一種,突變發生在芽的分生組織細胞中。當芽萌發長成枝條,并在性狀上表現出與原類型不同,即為芽變。
  芽變是植物產生新變異的豐富源泉,它既可為雜交育種提供新的種質資源,又可從中選出優良新品種,是選育品種的一種簡易而有效的方法。全世界有一半蘋果產量來自于芽變,如品種:元帥、紅星、新紅星、首紅、超首紅。
  4.為什么基因突變大多數是有害的?
  答:大多數基因的突變,對生物的生長和發育往往是有害的。因為現存的生物都是經歷長期自然選擇進化而來的,它們的遺傳物質及其控制下的代謝過程,都已經達到相對平衡和協調狀態。如果某一基因發生突變,原有的協調關系不可避免地要遭到破壞或削弱,生物賴于正常生活的代謝關系就會被打亂,從而引起程度不同的有害后果。一般表現為生育反常,極端的會導致死亡。
  5.有性繁殖和無性繁殖、自花授粉和異花授粉與突變性狀表現有什么關系?
  答:有性繁殖植物:性細胞發生顯性突變,則在后代中立即表現;如果是隱性突變,后代自交也可以得到純合的突變體。體細胞發生顯性突變,則以嵌合體形式存在;體細胞發生隱性突變,不能立即表現,如要使它表現則需要把隱性突變體進行有性繁殖。
  無性繁殖植物:體細胞顯性突變后,形成嵌合體,用嵌合體進行無性繁殖,可以得到表現各種變異的嵌合體,也可能得到同質突變體;發生隱性突變則無法通過無性繁殖使之得到表現。
  自花授粉植物:一般自花授粉植物突變頻率低,遺傳上較穩定,但是突變后容易表現,容易被檢出。
  異花授粉植物:異花授粉植物突變頻率相對較高,但是突變后不容易被檢出。因為顯性突變成雜合狀態存在,隱性突變大多被顯性基因遮蓋而不表現,只要在自交時基因型純合,才能表現。
  6.突變的平行性說明什么問題,有何實踐意義?
  答:親緣關系相近的物種因遺傳基礎比較近似,往往發生相似的基因突變。這種現象稱為突變的平行性。根據這個特點,當了解到一個物種或屬內具有哪些變異類型,就能夠預見到近緣的其它物種或屬也可能存在相似的變異類型,這對于人工誘變有一定的參考意義。
  7.利用花粉直感現象測定突變頻率,在親本狀態配置上應該注意什么問題?
  答:一般應該用隱性純合體作母本,用顯性純合體經誘變處理的花粉作父本進行雜交。
  8.在高稈小麥田里突然出現一株矮化植株,怎樣驗證它是由于基因突變,還是由于環境影響產生的?
  答:如果是在苗期發現這種情況,有可能是環境條件如土壤肥力、光照等因素引起,在當代可加強矮化植株與正常植株的栽培管理,使其處于相同環境條件下,觀察它們在生長上的差異。如果到完全成熟時,兩者高度表現相似,說明它是不遺傳的變異,由環境影響引起的;反之,如果變異體與原始親本明顯不同,仍然表現為矮稈,說明它可能是遺傳的變異。然后進行子代比較加以驗證,可將矮化植株所收種子與高稈小麥的種子播種在相同的環境條件下,比較它的后代與對照在株高上的差異。如矮化植株的種子所長成的植株仍然矮化,則證明在高稈小麥田里出現的一株矮化植株是由于基因突變引起的。
9.試述物理因素誘變的機理。
  答:本章所指的物理因素只限于各種電離輻射和非電離輻射。
  電離輻射包括α 射線、β射線和中子等粒子輻射,還包括γ 射線和X射線等電磁輻射。電離輻射能使構成基因的化學物質直接發生電離作用。輕者造成基因分子結構的改變,產生突變了的新基因,重者造成染色體的斷裂,引起染色體結構的畸變。
  本章所指的非電離輻射就是紫外線。紫外線造成基因分子鏈的離析。分子鏈已經離析的基因在重新組合的時候,有可能發生差錯而出現基因突變。紫外線特別作用于嘧啶,使得同鏈上鄰近的嘧啶核苷酸之間形成多價的聯合。最通常的結果是促使胸腺嘧啶聯合成二聚體;或是將胞嘧啶脫氨成尿嘧啶,或是將水加到嘧啶的C4、C5位置上成為光產物。它可以削弱C與G之間的氫鍵,使DNA鏈發生局部分離或變性。
10.試用紅色面包霉的生化突變試驗,說明性狀與基因表現的關系。
  答:射線照射后的分生孢子可誘發突變,讓誘變過的分生孢子與野生型交配,產生分離的子囊孢子,放入完全培養基里培養生長(基本培養基上只有野生型能夠生長,突變型均不能生長),鑒定是否突變:
  ⑴.取出完全培養基中各組分生孢子,分別于基本培養基上,如果能夠生長,說明仍與野生型一樣,沒有突變;如不能夠生長,說明發生了變異;
  ⑵.把確定為突變型的各組材料,分別培養于加入各種物質的基本培養基中,如某一培養基上能生長,就說明控制合成加入物質的這種基因發生了突變;
  ⑶.如在上步2中確定為缺乏維生素合成能力的突變型,再進一步在培養基中分別加入各種維生素分別培養這種突變型,如果其中一個能生長,則說明是控制該個維生素合成的基因發生了突變。
  上述生化突變的研究,清楚地說明基因控制性狀,并非基因直接作用于性狀,而是通過一系列生化過程來實現的。

 1、什么叫細胞質遺傳?它有哪些特點?試舉例說明之。

  答:細胞質遺傳指由細胞質內的遺傳物質即細胞質基因所決定的遺傳現象和規律,又稱非染色體遺傳、非孟德爾遺傳、染色體外遺傳、核外遺傳、母體遺傳。
  細胞質遺傳的特點:⑴. 遺傳方式是非孟德爾式的;雜交后一般不表現一定比例的分離。⑵. 正交和反交的遺傳表現不同;F1通常只表現母體的性狀,故又稱母性遺傳。⑶. 通過連續回交能將母本的核基因幾乎全部置換掉,但母本的細胞質基因及其所控制的性狀仍不消失。⑷. 由附加體或共生體決定的性狀,其表現往往類似病毒的轉導或感染。
  舉例:羅茲(Rhoades M. M.)報道玉米的第7染色體上有一個控制白色條紋的基因(ij),純合的ijij植株葉片表現為白色和綠色相間的條紋。以這種條紋株與正常綠色進行正反雜交,并將F1自交其結果如下:當以綠色株為母本時,F1全部表現正常綠色與非綠色為一對基因的差別,純合隱性(ijij)個體表現白化或條紋,但以條紋株為母本時,F1卻出現正常綠色、條紋和白化三類植株,并且沒有一定的比例,如果將F1的條紋株與正常綠色株回交,后代仍然出現比例不定的三類植株,繼續用正常綠色株做父本與條紋株回交,直至ij基因被全部取代,仍然沒有發現父本對這個性狀的影響,可見是葉綠體變異之后的細胞質遺傳方式。
  2、何謂母性影響?試舉例說明它與母性遺傳的區別。

  答:由于母本基因型的影響,使子代表現母本性狀的現象叫做母性影響,又叫前定作用。
  母性影響所表現的遺傳現象與母性遺傳十分相似,但并不是由于細胞質基因組所決定的,而是由于核基因的產物在卵細胞中積累所決定的,故不屬于母性遺傳的范疇。
  舉例:如椎實螺外殼的旋轉方向有左旋和右旋,這對相對性狀是母性影響。把這兩種椎實螺進行正反交,F1外殼的旋轉方向都與各自的母體相似,成為右旋或為左旋,但其F2卻都有全部為右旋,到F3世代才出現右旋和左旋的分離。這是由一對基因差別決定的,右旋(S+)對左旋(S)為顯性,某個體的表現型并不由本身的基因型直接決定,而是由母體卵細胞的狀態所決定,母本卵細胞的狀態又由母本的基因型所決定。F1的基因型(S+S)決定了F2均為右旋,而F2的三種基因型決定了F3的二種類型的分離,其中S+S+和S+S的后代為右旋,SS后代為左旋。

  3、如果正反交試驗獲得的F1表現不同,這可能是由于 ⑴. 性連鎖;⑵. 細胞質遺傳;⑶. 母性影響。你如何用試驗方法確定它屬于哪一種情況?

  答:正反雜交獲得的F1分別進行自交或近親交配,分析F1和F2性狀分離與性別的關系,如群體中性狀分離符合分離規律,但雌雄群體間性狀分離比例不同者為性連鎖;若正交F1表現與母本相同,反交不同,正交F1與其它任何親本回交仍表現為母本性狀者,并通過連續回交將母本的核基因置換掉,但該性狀仍保留在母本中,則為細胞質遺傳。若F1表現與母本相似,而自交后F2表現相同,繼續自交其F3表現分離,且符合分離規律,則為母性影響。

  4、細胞質遺傳的物質基礎是什么?

  答:所有細胞器和細胞質顆粒中的遺傳物質均為細胞質遺傳的物質基礎。細胞器基因組包括:線粒體基因組、葉綠體基因組、動粒基因組、中心粒基因組、膜體系基因組等;非細胞器基因組包括細胞共生體基因組、細胞質粒基因組等。

  5、細胞質基因與核基因所何異同?二者在遺傳上的相互關系如何?

  答:共同點:雖然細胞質基因在分子大小和組成上與核基因有某些區別,但作為一種遺傳物質,在結構上和功能上與核基因有許多相同點:⑴. 均按半保留復制;⑵. 表達方式一樣:DNA-mRAN核糖體-蛋白質;⑶. 均能發生突變,且能穩定遺傳,其誘變因素亦相同。
  不同點:細胞質基因突變頻率大,具有較強的定向突變性;正反交不一樣,基因通過雌配子傳遞;基因定位困難;載體分離無規律,細胞間分布不均勻;某些基因有感染性。而核基因突變頻率較小,難于定向突變性;正反交一樣,基因通過雌雄配子傳遞;基因可以通過雜交方式進行定位;載體分離有規律、細胞間分布均勻;基因無感染性。
  遺傳學中通常把染色體基因組控制的遺傳現象和遺傳規律稱為核遺傳,把細胞質基因所決定的遺傳現象和遺傳規律稱為細胞質遺傳,兩者在遺傳上相互協調和制約,反映了核與質兩個遺傳體系相互依存和聯系的統一關系。一般情況下,核基因在遺傳上處于主導的地位,但在某些情況下表現出細胞質基因的自主遺傳作用。
  6、試比較線粒體DNA、葉綠體DNA和核DNA的異同?

  答:與核DNA相比,線粒體DNA和葉綠體DNA具有某些特點,其中:
  線粒體DNA的特點:⑴. 線粒體DNA是裸露的雙鏈分子,一般為閉合環狀結構,但也有線性的;⑵. 線粒體DNA分子量為60×106,長度為10~30mm;⑶. 線粒體DNA與原核生物的DNA一樣,沒有重復序列;⑷. 線粒體DNA浮力密度比較低;⑸. 線粒體DNA堿基成分中G和C有含量比A和T少;⑹. 線粒體DNA兩條單鏈的密度不同, 一條稱重鏈(H鏈),另一條稱輕鏈(L鏈);⑺. 線粒體DNA單個拷貝非常小,在細胞總DNA中占的比例非常小。
  葉綠體DNA的特點:⑴. 葉綠體DNA也是雙鏈分子,呈裸露的閉合環狀結構;⑵.葉綠體DNA約為150kb;⑶. 葉綠體DNA一般是多拷貝的;⑷. 葉綠體DNA浮力密度因物種而異,但與核DNA有不同程度的差異;⑸. 葉綠體DNA堿基成分因物種不同而不同,高等植物葉綠體DNA與核DNA相同,但藻類植物中的CG含量較核DNA低;⑹. 與核DNA相比,葉綠體DNA缺少5-甲基胞嘧啶。
  相同之處:三者都是遺傳物質(DNA),能穩定遺傳給子代,且以半保留方式復制,表達方式一樣,也能發生突變,誘變因素相同。
  7、植物雄性不育主要有幾種類型?其遺傳基礎如何?

  答:植物雄性不育主要有核不育性、質核不育性、質不育性三種類型:
  ⑴.核不育型是一種由核內染色體上基因所決定的雄性不育類型,一般受簡單的1-2對隱性基因所控制,純合體表現雄性不育。也發現由顯性雄性不育基因所控制的顯性核不育,它只能恢復不育性,但不能保持不育性。
  ⑵.質核不育型是由細胞質基因和核基因互作控制的不育類型,由不育的細胞質基因和相對應的核基因所決定的。當胞質不育基因S存在時,核內必須有相對應的一對(或一對以上)隱性基因rr存在時,個體才能表現不育,只有細胞質或細胞核存在可育基因時能夠表現為可育。根據不育性的敗育發生的過程可分為:孢子體不育,指花粉的育性受孢子體(植株)基因型所控制,與花粉本身所含基因無關;配子體不育,指花粉育性直接受雄配子體(花粉)本身的基因所決定。不同類型需特定的恢復基因。
  ⑶.質不育型是由細胞質基因所控制的不育類型,只能保持不育性,但不能恢復育性。如IRRI運用遠緣雜交培育的雄性不育系IR66707A (Oryza perennis細胞質,1995) 和IR69700A (Oryza glumaepatula細胞質,1996) 均具有異種細胞質源,其細胞質完全不同于目前所有的水稻雄性不育系。 這兩個不育系屬于細胞質型不育系,故其不育性都只能被保持而不能被恢復。
  8、一般認為細胞質的雄性不育基因存在于線粒體DNA上,為什么?

  答:⑴.在20世紀60年代已發現玉米不育株的線粒體亞顯微結構與保持系有明顯的不同,從而推斷雄性不育性可能與線粒體的變異有關;
  ⑵.分子生物學上發現,玉米的4種類型的細胞質,正常可育型N和不育型T、C、S。它們的線粒體DNA分子組成有明顯的區別,而葉綠體DNA并沒有明顯的差別,且以這4種類型線粒體DNA作模板,在體外合成蛋白質,N型合成的蛋白質與其它3種均不相同,也推斷存在于線粒體的基因組中;
  ⑶.已完成的玉米N型和T型的mt DNA限制性內切酶圖譜表明,N型mt DNA分別含有6組和5組重復序列,但只有其中的2組是兩種mt DNA所共有的。就限制性位點的分布及Southern雜交的結果看,N型和T型所特有的堿基序列分別為70kb(N)和40kb(T),其余500kb的序列相同,且已從T型mt DNA中分離出一個專化玉米T型胞質不育基因Furf13。
  ⑷.Northern blot ting 分析表明,玉米正常株與C型不育株的mt DNA基因atpa ,atpb和 ckx*的轉錄產物的長度和數目不同,可能與C型雄性不育型的表現有直接關系。
  ⑸.除玉米外,在甜菜,矮牽牛,水稻等植物中,也發現不育系與可育系在葉綠體DNA的結構上沒有差異,但在線粒體上有明顯差別。
  9、如果你發現了一株雄性不育植株,你如何確定它究竟是單倍體、遠緣雜交F1、生理不育、核不育還是細胞質不育?

  答:如果這植株是單倍體,那么這植株矮小,并伴有其它不良性狀,雌雄均為不育,PMC減數分裂中期大多數染色體為單價體;而如果這是遠緣雜交F1植株就較高大,營養生長旺盛,PMC減數分裂中期染色體配對異常,雌雄配子均不育但雌性的育性強于雄性。生理不育是不可遺傳的。核不育和細胞質不育均為雄性不育,雌配子正常可育,但核不育材料與其它材料雜交的F1一般為可育,F2的育性分離呈現出明顯的規律性;而細胞質不育的雜交后代可以保持不育(父本為保持系)或恢復可育(父本為純合恢復系)。因此,可以從植株性狀的遺傳、植株形態、花粉母細胞鏡檢和雜交試驗進行確定和區分。

  10、用某不育系與恢復系雜交,得到F1全部正常可育。將F1的花粉再給不育系親本授粉,后代中出現90株可育株和270株不育株。試分析該不育系的類型及遺傳基礎。

  答:該不育系類型為孢子體不育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))
  該不育系的不育類型的遺傳基礎為:其恢復基因有兩個,存在基因互作。無論是雜交還是回交后代中,個體基因型中只有同時存在兩個顯性恢復基因時,才能起到恢復育性的作用。因此,在回交后代中出現1:3可育株與不育株的分離。
  11、現有一個不育材料,找不到它的恢復系。一般的雜交后代都是不育的。但有的F1不育株也能產生極少量F2花粉,自交得到少數后代,呈3:1不育株與可育株分離,將F1不育株與可育親本回交,后代呈1:1不育株與可育株的分離,試分析該不育材料的遺傳基礎。

  答:該不育材料是由單顯性基因控制的不育系,其基因型為(MSMS)。該材料與可育材料(msms)雜交,其雜合體后代均為不育。一旦F1個體中出現少量可育花粉,自交后代即產生3:1的不育株與可育株的育性分離。F1不育株與可育親本回交,即產生1:1的 育性分離。至于F1不育株出現少量可育花粉可能是該材料的育性表現受環境條件(日照和溫度等)的影響,在某一特定條件下,雜合體表現為可育。

2.質量性狀和數量性狀的區別在哪里?這兩類性狀的分析方法有何異同?
  答:質量性狀和數量性狀的區別主要有:①. 質量性狀的變異是呈間斷性,雜交后代可明確分組;數量性狀的變異則呈連續性,雜交后的分離世代不能明確分組。②. 質量性狀不易受環境條件的影響;數量性狀一般容易受環境條件的影響而發生變異,而這種變異一般是不能遺傳的。③. 質量性狀在不同環境條件下的表現較為穩定;而控制數量性狀的基因則在特定時空條件下表達,不同環境條件下基因表達的程度可能不同,因此數量性狀普遍存在著基因型與環境互作。
  對于質量性狀一般采用系譜和概率分析的方法,并進行卡方檢驗;而數量性狀的研究則需要遺傳學方法和生物統計方法的結合,一般要采用適當的遺傳交配設計、合理的環境設計、適當的度量手段和有效的統計分析方法,估算出遺傳群體的均值、方差、協方差和相關系數等遺傳參數等加以研究。
  3.敘述表現型方差、基因型方差、基因型×環境互作方差的關系。估計遺傳協方差及其分量在遺傳育種中有何意義?
  答:表現型方差由基因型方差(V G)、基因型×環境互作方差(Ve )和環境機誤方差()構成,即 ,其中基因型方差和基因型×環境互作方差是可以遺傳的,而純粹的環境方差是不能遺傳的。
  由于存在基因連鎖或基因的一因多效,生物體的不同數量性狀之間常存在不同程度的相互關連。在統計分析方法中常用協方差來度量這種相互關聯的變異程度。由于遺傳方差可以進一步區分為基因型方差和基因型×環境互作方差等不同的方差分量,故遺傳協方差也可進一步區分為基因型協方差和基因型×環境互作協方差等分量。在作物遺傳改良過程中,對某一性狀進行選擇時常會引起另一相關性狀的變化,為了取得更好地選擇效果, 并使一些重要的性狀能夠得到同步改良, 有必要進行性狀間的協方差即相關性研究。  如基因加性效應對選擇是有效的, 細胞質效應亦可通過母本得以傳遞,因此當育種的目標性狀不易測定或遺傳率較低、進行直接選擇較難取得預期效果時, 利用與其具有較高加性相關和細胞質相關的其它性狀進行間接選擇, 則較易取得育種效果。顯性相關則是控制性狀的有關基因的顯性效應相互作用而產生的相關性, 雜交一代中表現尤為強烈, 在雜種優勢利用中可以加以利用。但這種顯性相關會隨著世代的遞增和基因的純合而消失, 且會影響選擇育種中早代間接選擇的效果, 故對于顯性相關為主的成對性狀應以高代選擇為主。所以, 進行各種遺傳協方差分析更能明確性狀間相關性的遺傳本質, 有利于排除環境因素對間接選擇的影響,取得更好的選擇效果,對于作物的選擇育種具有重要的指導意義。
  4.基于對數量性狀遺傳本質的理解,敘述數量性狀的多基因假說的主要內容。
  答:在遺傳機制方面,數量性狀受多基因控制,基因與基因間的關系錯綜復雜; 數量基因的表達對環境條件的變化比較敏感,基因的作用與環境條件的影響混雜在一起。因此,數量性狀的多基因假說的主要內容是:
  ⑴.數量性狀受制于多對微效基因或稱多基因的聯合效應;
  ⑵.各對微效基因的效應相等而且是累加的,故又可稱是累加基因;
  ⑶.各對基因對某一性狀的效應微小,多基因不能予以個別的辨認,只能按性狀的表現作為一個多基因體系進行研究;
  ⑷.微效基因之間無顯隱性關系,一般用大寫字母表示增效、小寫字母表示減效作用;
  ⑸.微效基因對環境敏感,因而數量性狀的表現易受環境的影響而發生變化;
  ⑹.微效基因具有多效性,除對數量性狀起微效多基因的作用外,對其它性狀有時也可能產生一定的修飾作用;
  ⑺.微效基因和主效基因均處于細胞核的染色體上,具有分離、重組、連鎖等性質。
  5.敘述主效基因、微效基因、修飾基因對數量性狀遺傳作用的異同。
  答:主效基因、微效基因、修飾基因在數量性狀遺傳中均可起一定的作用,其基因表達均可控制數量性狀的表現。但是它們對數量性狀所起的作用又有所不同,主效基因的遺傳效應較大,對某一數量性狀的表現起著主要作用,一般由若干個基因共同控制該性狀的遺傳;修飾基因的遺傳效應微小,主要是對主效基因起修飾作用,起增強或減弱主基因對表現型的作用;而微效基因是指控制數量性狀表現的基因較多,而這些基因的遺傳效應較小,它們的效應是累加的,無顯隱性關系,對環境條件的變化較敏感,且具有一定的多效性,對其它性狀有時也可能產生一定的修飾作用。
  6.什么是普通遺傳率和互作遺傳率?他們在育種實踐上有何指導意義?
  答:遺傳率是指基因型方差(VG)占表型總方差(Vp)的比值, 它是衡量基因型變異和表型總變異相對程度的遺傳統計量。遺傳率反映了通過表型值預測基因型值的可靠程度,表明了親代變異傳遞到子代的能力。同時也可以作為考查親代與子代相似程度的指標。由于導致群體表現型產生變異的遺傳原因可以進一步區分為由遺傳主效應產生的普通遺傳變異和由基因型×環境互作效應產生的互作遺傳變異,故遺傳率可以分解為普通遺傳率和互作遺傳率兩個分量。其中普通遺傳率是指由遺傳主效應引起的那部分遺傳率,一般指遺傳方差占表現型方差的比率;互作遺傳率是指由基因型×環境互作效應引起的那部分遺傳率,一般指基因型×環境互作方差占表現型方差的比率。
  育種實踐表明,根據遺傳率的大小可以決定不同性狀的選擇時期和選擇方法,這對于改進育種方法,避免育種工作的盲目性和提高育種效果是很有效的。一些遺傳率較高的性狀,可在雜種的早期世代進行選擇,收效比較顯著:而對于遺傳率較低的性狀,則需要在雜種后期世代進行選擇才能收到更好的效果。一般而言,當數量性狀的基因型×環境互作效應越強,其互作遺傳率就會越大,該性狀的遺傳表現就越易因環境而異,通過選擇只能獲得適應某一年份或某一特殊環境(如某一生態區域)的品種或組合;而基因型×環境互作效應小的性狀則其普通遺傳率就會越大,容易通過選擇來改良育種材料的遺傳組成,獲得能夠適應不同年份或不同環境的品種(組合)。故普通遺傳率適用于不同環境條件下的選擇,而互作遺傳率則只適用于某一特定條件下的選擇。某一年份或環境下的選擇總效益,可以根據總的遺傳率大小(普通遺傳率 + 某一環境中的互作遺傳率)進行預測和分析,以了解通過選擇個體或個體群改良其基因型的準確性和選擇效率。
  7.什么是基因的加性效應、顯性效應及上位性效應?它們對數量性狀遺傳改良有何作用?
  答:基因的加性效應(A):是指基因位點內等位基因的累加效應,是上下代遺傳可以固定的分量,又稱為"育種值"。
顯性效應(D):是指基因位點內等位基因之間的互作效應,是可以遺傳但不能固定的遺傳因素,是產生雜種優勢的主要部分。
上位性效應(I):是指不同基因位點的非等位基因之間相互作用所產生的效應。
  上述遺傳效應在數量性狀遺傳改良中的作用:由于加性效應部分可以在上下代得以傳遞,選擇過程中可以累加,且具有較快的純合速度,具有較高加性效應的數量性狀在低世代選擇時較易取得育種效果。顯性相關則與雜種優勢的表現有著密切關系,雜交一代中表現尤為強烈,在雜交稻等作物的組合選配中可以加以利用。但這種顯性效應會隨著世代的遞增和基因的純合而消失, 且會影響選擇育種中早代選擇的效果, 故對于顯性效應為主的數量性狀應以高代選擇為主。上位性效應是由非等位基因間互作產生的,也是控制數量性狀表現的重要遺傳分量。其中加性×加性上位性效應部分也可在上下代遺傳,并經選擇而被固定;而加性×顯性上位性效應和顯性×顯性上位性效應則與雜種優勢的表現有關,在低世代時會在一定程度上影響數量性狀的選擇效果。
  8.什么是基因的加性×環境互作效應、顯性×環境互作效應及上位性×環境互作效應?它們對數量性狀遺傳改良作用與基因的遺傳主效應有何異同?
  答:加性×環境互作效應(AE):是指基因加性效應與環境互作產生的遺傳效應,是一部分可以在上下代傳遞、并加以固定的遺傳效應,但會因環境條件的變化而產生較大差異。
  顯性×環境互作效應(DE):是指基因顯性效應與環境互作產生的遺傳效應,是一部分可以遺傳、但不能固定的遺傳效應,主要與雜種的優勢表現有關,這部分效應也會因環境的變化而異。
  上位性×環境互作效應(IE):是指基因上位性效應與環境互作產生的遺傳效應,在不同環境中會有較大差異。其中加性×加性上位性互作效應部分經選擇可被固定;而加性×顯性上位性互作效應和顯性×顯性上位性互作效應與雜種優勢的表現有關,在低世代時會在一定程度上影響數量性狀的選擇效果。
  不同的環境互作效應與遺傳主效應的作用一樣,對數量性狀的遺傳改良起著重要作用,可以影響數量性狀的表現和選擇效果。但兩者也有較大的差異,特別是一些受基因加性、顯性或上位性等遺傳主效應控制的數量性狀在遺傳改良中較為穩定,不同環境條件對這些數量性狀的選擇效果影響較小,通過選擇容易獲得適合不同年份或不同地點的育種材料或組合。相反,某一數量性狀的基因型與環境互作效應越強,該性狀的遺傳表現就越容易受到環境變化的影響,通過選擇一般可以獲得適合某一特定年份或某一特定環境的育種材料。因此不同環境下的基因型穩定性對作物種子品質育種目標的制定非常重要。
  9.以下是陸地棉4個親本及其F1在8月9 日和9月3日的平均單株成鈴數的分析資料(1981,1985)
        表1 方差和協方差計算結果:
方差 8月9日 9月3日 協方差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 基于群體均值的F1平均優勢的預測結果(%)
組合 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日的普通廣義遺傳率、互作廣義遺傳率、普通狹義遺傳率、互作狹義遺傳率,說明這兩個時期單株成鈴數的遺傳規律及其對選擇育種的指導意義;⑵. 根據F1普通平均優勢和互作平均優勢的預測結果,評價不同雜交組合的雜種優勢利用的潛力。

  答:⑴. 估算8月9日和9月3日的普通廣義遺傳率、互作廣義遺傳率、普通狹義遺傳率、互作狹義遺傳率,說明這兩個時期單株成鈴數的遺傳規律及其對選擇育種的指導意義;
  8月9日單株成鈴數的遺傳率分量:
  普通廣義遺傳率
  互作廣義遺傳率
普通狹義遺傳率
  互作狹義遺傳率
    
  9月3日單株成鈴數的遺傳率分量:
  普通廣義遺傳率    
  互作廣義遺傳率    
  普通狹義遺傳率    
  互作狹義遺傳率     
  從表中可以看出,除了9月3日單株成鈴數的加性互作方差(VAE)外,其它表型方差(VP)、機誤方差(Ve)以及遺傳方差分量(包括加性方差(VA)、顯性方差(VD)、加性互作方差(VAE)和顯性互作方差(VDE))均已達到顯著水平,說明基因的加性效應、顯性效應、加性互作效應、顯性互作效應均可顯著影響兩年不同時期的單株成鈴數。在所分析的遺傳主效應中,兩個日期的平均單株成鈴數都是以遺傳主效應(VA+VD)為主,分別占VP的50.12%和53.83%,說明單株成鈴數的選擇效果受環境條件變化的影響相對較小。由于不同時期的單株成鈴數的VAE和VDE多數已達顯著水平,故該性狀除了受到遺傳主效應外,還不同程度受控于環境互作效應的影響,特別以8月9日的加性互作效應和9月3日的顯性互作效應表現的尤為明顯。這部分互作效應是單株成鈴數在不同環境中遺傳表現有所差異的主要原因。
  通過表1中遺傳效應的分析,還可以發現兩年中單株成鈴數均是以基因加性主效應和加性互作效應(VA+VAE)為主,且具有較高的普通狹義遺傳率和互作狹義遺傳率(分別為36.9%和45.7%),這表明對該性狀進行低世代選擇可望取得較好的效果。
  由于不同時期單株成鈴數的機誤方差(Ve)已達顯著水平,所以該性狀的表現還受到環境機誤或抽樣誤差的影響。但由于其值均較小,故單株成鈴數主要受制于加性效應、顯性效應的各種遺傳主效應以及相應的環境互作效應。
  協方差分析的結果表明,8月9號和9月3號的表型或加性協方差已達顯著水平,說明這兩個時期的表型或加性效應間存在著顯著正相關,通過8月9號的單株成鈴數選擇有利于增加9月3號的單株成鈴數。由于未測到顯著水平的互作效應協方差(加性互作協方差CAE和顯性協方差CDE),故上述相關性受環境條件的影響不大。
  ⑵. 根據F1普通平均優勢和互作平均優勢的預測結果,評價不同雜交組合的雜種優勢利用的潛力:
  表2結果表明,8月9 日棉花F1植株單株成鈴數的普通平均優勢(HM)在6個組合中均達到了1、5或10%的正向顯著水平,表明普通平均優勢可以顯著增加該時期棉花的單株成鈴數;由于8月9日時期的單株成鈴數的互作優勢僅有2個組合(1×2的HME2和1×3的HME1)達到了10%顯著水平,因此該時期F1植株的單株成鈴數平均優勢受環境條件的影響較小。在9月3日時期,僅有組合2×3的平均雜種優勢達到了10%顯著水平(),說明該時期不同組合的單株成鈴數普通平均優勢不強;但9月3日時期單株成鈴數的互作優勢多數組合已達顯著水平,說明該時期棉花單株成鈴數雜種優勢表現容易受到環境變化的影響,其中1981年主要為正向互作雜種優勢,1985年則表現為以負向互作雜種優勢為主。
  就不同組合而言,組合2×3和2×4在8月9 日具有較大的普通平均優勢,而正向互作平均優勢都未達到顯著水平,故這兩個組合的單株成鈴數優勢表現較好、且不同年份的單株成鈴數也具有較好的穩定性。特別是組合2×3在9月3日時期的單株成鈴數普通平均優勢和1985年互作平均優勢也已達到正向顯著水平,表明該組合在不同發育時期(8月9日和9月3日)的單株成鈴數具有較好的雜種優勢。雖然組合1×3、1×4和3×4在8月9日的雜種優勢表現較好,但這三個組合9月3日的顯著互作優勢在不同年份表現相反,表明這些組合在不同年份的穩定性較差。

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