最新：园林植物遗传育种1园林植物的细胞学基础文档资料.ppt

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1、绪 论,0.1 遗传学研究的对象和任务0.1.1 研究的对象遗传学（genetics）：是研究生物遗传和变异的科学。遗传（heredity）：是生物的亲代与子代之间性状的相似性。变异（variation）：是生物的亲代与子代之间和子代的不同个体之间性状的相异性。变异可分为可遗传的变异和不可遗传的变异。,0.1.2 遗传学研究的任务阐明生物遗传和变异的现象及其表现的规律，深入探索生物遗传和变异的原因及其物质基础，揭示其内在的规律，从而进一步指导动植物和微生物的育种实践，提高医学水平，为人民谋福利，即运用遗传变异的客观规律，使之成为改造生物的有利武器。0.2 遗传学的发展0.2.1 遗传学的奠基阶

2、段0.2.2 染色体理论和基因概念的确立（经典遗传学）,0.2.3 现代遗传学阶段（分子遗传学）0.3 园林植物育种学的任务及作用园林植物育种学的基本任务是研究育种规律，充分发掘和利用自然界丰富的植物种质资源，创造出具有适应各种绿化功能要求的、并具有丰富观赏价值和经济用途的园林植物新品种、新类型。0.4 国内外园林植物育种事业的发展0.4.1 我国园林植物育种工作发展概况我国地跨热带、亚热带、温带及寒带，自然条件复杂，植物资源十分丰富。我国花,卉资源也相当丰富，既有热带花卉、温带花卉、寒温带花卉，又有高山花卉、岩生花卉、沼泽生花卉、水生花卉等，是许多名花异卉的故乡，无愧为“世界园林之母”之美称

3、。0.4.2 国外园林植物育种工作发展近况（1）突出以抗病为中心的育种目标（2）重视品种资源的研究（3）实行多学科协同作战的综合育种0.5 园林植物育种工作的基本途径,新品种的选育和良种繁育是园林植物育种学的两大组成部分。引种、选择育种、人工创造新品种（如杂交育种、倍性育种、诱变育种、体细胞杂交等）是新品种选育的3个基本途径。利用有性杂交、诱变育种、倍性育种、体细胞杂交及基因转移等手段，诱发变异类型，再通过选择获得新品种，是目前国内外选育花卉新品种的主要途径。,第1篇 园林植物遗传学基础1 园林植物的细胞学基础,本章导读 本章主要介绍园林植物细胞的结构与功能，染色体的形态、结构、数目以及在细胞

4、分裂过程中染色体的变化规律，并详细叙述了植物有丝分裂和减数分裂的过程、特点和遗传学意义以及雌雄配子的形成与受精结实等。在细胞水平上阐述了生物亲代与子代性状相似的原因，为园林植物育种奠定了细胞学基础。,1.1 园林植物细胞的结构与功能园林植物细胞属真核细胞，最主要的特点是细胞内有膜,把细胞分隔成许多功能区，其中最明显的是含有由膜包围的细胞核，此外还有膜围成的细胞器，细胞外有以纤维素为主要成分的细胞壁（图1.1）。1.1.1 细胞膜和细胞壁1.1.2 细胞质和细胞器,图1.1 植物细胞结构模式图,（1）线粒体 线粒体含有脱氧核糖核酸（DNA）、核糖核酸（RNA）和核糖体等，具有独立合成蛋白质的能力

5、，也具有自行加倍和突变的能力，因此，具有遗传功能，是核外遗传物质的载体之一。（2）质体 质体是植物细胞特有的细胞器，分白色体、有色体和叶绿体3种。叶绿体除了可进行光合作用外，还由于叶绿体内含有DNA、RNA和核糖体等，故既能分裂增殖，也能合成蛋白质，还能发生白化突变，因此，具有遗传功能，也是核外遗传物质的载体之一。,（3）核糖体 主要存在于粗糙型内质网上,它是合成蛋白质的主要场所。（4）内质网 内质网主要是转运蛋白质合成的原料和最终合成产物的通道。1.1.3 细胞核在光学显微镜下，核可分为核膜、核仁、核质三部分。细胞分裂间期核内染色质分散在核液中呈细丝状，光学显微镜下不能分辨。当核进入细胞分裂

6、期时，这些染色质丝经过几级螺旋化形成光镜下可见的染色体。当分裂结束，进入分裂间期时，染色体的螺旋又,松散开来，扩散成染色质。因此，染色质和染色体实际上是同一物质在细胞的不同时期表现出的不同形态。1.2 染色体1.2.1 染色体的形态每一物种的染色体都有特定的形态特征。（图1.2）。着丝点的位置关系到染色体的形态，染色体形态大致分为4种（图1.3）：,图1.2 后期染色体形态示意图1.长臂 2.主缢痕 3.着丝点4.短臂 5.次缢痕 6.随体,图1.3 后期染色体的形态1.V形染色体 2.L形染色体3.棒状染色体 4.粒状染色体,1.2.2 染色体的结构目前被认为较为合理的四级结构学说，解释从D

7、NA-蛋白质纤丝到染色体的结构变化（图1.4）。,图1.4 从DNA到染色体的四级结构模型示意图,1.2.3 染色体的数目与组型1）染色体的数目每种生物的染色体数目是相对恒定的。在体细胞中染色体成对存在（2n），在性细胞中则是成单存在（n）。现将一些园林植物的染色体数目列于表1.1，以供参考。不同生物的染色体在形态上各有差异，而在同一生物的不同染色体之间也存在着形态上的差异。我们把这种在形态和结构上相同的 一对染色体，称为同源染色体；而把这一对,与另一对形态、结构不同的染色体，称为非同源染色体。在体细胞中成对存在的各对同源染色体分别来自父本和母本。2）染色体组型分析核型是物种最稳定的性状标志，

8、通常在体细胞有丝分裂中期时进行核型分析鉴定。例如，人类的染色体有23对（2n=46），其中22对为常染色体，另一对为性染色体（X和Y染色体的形态大小和染色表现均不同）（图1.5）。,图1.5 男性染色体的组型及其编号（a）中期的染色体图像；（b）染色体分组,1.3 细胞分裂细胞分裂是生物繁衍的基础。通过细胞分裂，生物细胞得到增殖，生物体得到成长；通过细胞分裂，亲代的遗传物质传给子代。细胞分裂有3种方式：无丝分裂、有丝分裂和减数分裂。1.3.1 有丝分裂1）有丝分裂的过程（1）间期（2）前期（3）中期（4）后期,（5）末期（6）胞质分割（图1.6）2）有丝分裂的遗传学意义首先是核内每个染色体都能

9、准确地复制分裂为二，为形成的2个子细胞在遗传组成上与母细胞完全一样提供了基础。其次是复制的各对染色体有规则而均匀地分配到2个子细胞的核中去，从而使2个子细胞与母细胞具有同样质量和数量的染色体。也就是说，不论根、茎、叶、花、果实、种子等任何一部分的体细胞，都有同等数量和质量的染色体。,图1.6 植物细胞的有丝分裂过程,1.3.2 减数分裂高等植物繁殖后代，各个世代的染色体数目通常是恒定的，这是因为有性生殖过程存在另一种分裂方式减数分裂（图1.7）。1）减数分裂的过程减数分裂又称成熟分裂，是在配子形成过程中，由成熟的性母细胞所发生的一种特殊的有丝分裂方式。通过减数分裂形成的配子的染色体数，比性母细

10、胞减少了一半，故称为减数分裂。高等植物的减数分裂是发生在花蕾里面（雌蕊里的大孢子母细胞或雄蕊里的小孢子母细胞）。,图1.7 植物细胞减 数分裂图,减数分裂的主要特点：各对同源染色体在细胞分裂的前期配对，又叫联会；细胞核连续分裂两次，而染色体只复制一次，第一次是减数的，第二次是等数的。由于核分裂两次，而染色体只复制一次，因此，形成染色体数减少一半的配子。第一次分裂：（1）前期细线期,偶线期 染色体出现联会。所谓联会就是同源染色体配对，也就是各对同源染色体在两端先行靠拢配对，或者在染色体全长的各个不同部位开始配对，这是偶线期最显著的特征。这样联会的一对同源染色体叫二价体,有n对同源染色体就有n个二

11、价体。粗线期 二价体逐渐缩短变粗，此时二价体实际上已经包含了4条染色单体，故又称为四合体或四联体。在二价体中一个染色体的两条染色单体，互称为姊妹染色单体；而不同染色体的染色单体，则互称为非姊妹染色单体。这一时期还会出现相邻的非姊妹染色单体之间的片段交换，基因也随之交换。,双线期终变期（2）中期（3）后期 这时期最显著的特点是联会的二价体瓦解，同源染色体彼此分开，在纺锤丝牵引下，分别移向两极，但着丝点不分裂，故每个染色体仍包含两条染色单体。这样每一极只分到同源染色体中的一个，实现了染色体数目的减半。而非同源染色体之间可以自由组合，有n对同源染色体就有2n个组合。,（4）末期第二次分裂：（1）前期

12、（2）中期（3）后期（4）末期这样经过两次分裂，形成4个子细胞，称为四分体或四分孢子。各细胞核里只有最初细胞的半数染色体，即从2n减为n。,2）减数分裂的遗传学意义首先，减数分裂时核内染色体严格按照一定的规律变化，最后分裂形成4个子细胞，发育成雌性细胞或雄性细胞，各具有半数的染色体（n），这样雌雄性细胞受精结合为合子，又恢复为全数的染色体（2n）。从而保证了亲代与子代染色体数目恒定，保持了种质的连续性，同时保证了物种相对的稳定性。,其次，性母细胞的各对同源染色体在分裂中期排列在赤道板上，在后期各对同源染色体中的两个成员移向两极时是随机的。同源染色体间分离，各非同源染色体间都可能自由组合于一个子

13、细胞里。有n对同源染色体，就可能有2n种自由组合方式。如番茄n12，其非同源染色体间的可能组合数为2124 096。再次，同源染色体的非姊妹染色体间的片段，还可能出现交叉而发生互换，产生的遗传物质重新组合，就会增加这种差异的复杂性,为植物子代的变异提供了物质基础。,1.4 植物配子的形成与受精结实1.4.1 植物雌雄配子的形成园林植物的个体成熟后，在花器的雄蕊和雌蕊里由体细胞分化出孢原细胞，孢原性母细胞经过减数分裂发育成为雄配子和雌配子，即精子和卵细胞（图1.8）。1.4.2 植物受精结实雌雄配子体融合为一个合子的过程即为受精。,图1.8 高等植物雌雄配子形成过程,授粉后，花粉粒在柱头上萌发，随着花粉管的伸长，营养核与精核进入胚囊内，随后1个精核与卵细胞受精结合成合子，将来发育为胚（2n）；另1个精核与2个极核受精结合为胚乳核（3n），将来发育成胚乳（3n），这一过程被称为双受精。双受精现象是被子植物有性繁殖过程中特有的现象。通过双受精最后发育成种子。,