细胞质和遗传

杂种应用：二区三系 雄性不育系：雄性不育与正常自交系杂交
保持系：正常自交系能保持原有自交系的性状
三系法的原理：
1、杂交母本转为不育系：甲 甲为母本 X 不育 雄性不育系 X 乙
回交
甲不育系 甲（保持系） 乙（恢复系）
辣椒雄性不育三系配套研究与应用 经过7年的育种工作，选育出早熟、极早熟、中 熟辣椒和甜椒共6份经济性状优良，熟性搭配合理， 甜辣类型齐全的雄性不育系及其对应的保持系，实现 了辣椒制种的三系配套，从而大规模应用于制种生产， 大幅度提高制种纯度和质量，使制种成本下降40％。
第五节
共生体和质粒决定的染色体外遗传
一、共生体的遗传 共生体：草履虫 1、结构： 大核： 小核： 2、繁殖： 无性繁殖：有丝分裂成两个个体。
接合生殖：
接合
大核消失
小核减数分裂
交换小核
草履虫放毒型的遗传特点： 放毒型：有K基因（核内）和卡巴粒（细胞质内） 敏感型：有K或k基因，无卡巴粒
杂交试验：
获得雄性不育系的途径： 第一，寻找和利用自然界产生的雄性不育变异株。 第二，通过种间或种内杂交和连续多代回交的方法创 造不育系。 第三，回交转育不育系。 第四，用人工诱变的方法创造不育系。 第五，用基因工程的方法创造不育系。
胞质不育基因的载体：
1、线粒体基因组DNA： 不育系线粒体亚显微结构和分子组成等与正常 植株不同；翻译合成的蛋白质也不同。 2、叶绿体 DNA： 叶绿体的某些变异可以破坏叶绿体与细胞核及 线粒体间固有的平衡，导致不育。
2、单基因不育性和多基因不育性： 单基因不育性： 指1到2对核内主基因与对应的不育胞质基因决 定的不育性。 例如： 不育 X F1 可育
F2: 3:1 或 9:3:3:1
多基因不育性： 由两对以上的核基因与对应的胞质基因共同决定 的不育性。
3、对环境的敏感性： 易受环境条件的影响，特别是多基因不 育更易受环境变化的影响。 例如：温度 高梁：高温季节开花的个体有正常的花药； 玉米：低温季节开花表现较高的育性。
CScl密度梯度离心：
小菌落与大菌落：
1、线粒体DNA不同
小菌落突变使大部分线
粒体DNA丢失或缺失。
2、限制酶分析
突变型的线粒体DNA有重复 和大片断缺失。
二、线粒体遗传的分子基础：
2、当你刚发现果蝇的一个新性状，而且正反交 得到不同的结果。如何决定这个个体属于性连锁， 还是单纯的母性效应？
ABCD杂交种共有两种基因型：S（Rr）和S（rr）。这 两种基因型的表现型分别为雄性可育和雄性不育，它 们之间的数量比是1∶1。
本章要点
1、母性影响的特点、细胞质遗传的特点； 2、雄性不育系的应用。
细胞质遗传和细胞核遗传的关系
细胞质遗传的应用
1、杂种优势现象； 2、杂种优势不会稳定遗传பைடு நூலகம் 3、水稻和小麦的杂交育种关键是去雄 工作。
第六节
植物雄性不育的遗传
雄性不育的特征： 主要特征 开花时雄蕊柱头 雄性不育 伸出护颖 正常植株 不伸出
花药形态
花药开裂与否 花粉数量 花粉内淀粉粒 套袋自交
我国科学家利用三系配套的方法培育出了小麦、大麦、谷子、玉米、水稻等许 多优势杂交种。特别是在培育水稻优势杂交种方面，我国处于世界领先地位， 取得了令世人瞩目的成果。自20世纪70年代我国大面积推广杂交水稻以来，水 稻每公顷产量约增加了750吨，并且杂交水稻的种植面积占水稻总面积的比例。 从1976年的0.14％增加到1990年的48％，我国这一巨大成就的取得，受到了国 际上的高度评价，被誉为农业上的一次绿色革命。
保持系
不育系 S（rr）
保持系 N(rr）
不育系 S（rr）

雄性不育系与雄性不育保持系杂交图解
例如：玉米的雄性不育
雄性不育（雌）
X
雄性正常（雄）
X 雄性正常
F1: 雄性不育
雄性不育
X
雄性正常
雄性不育
恢复系
不育系S（rr）
恢复系N（RR）
可育系S（Rr）

雄性不育系和雄性不育恢复系杂交图解
质核互作不育性的类型：
3、质核互作：
由细胞质和核基因共同控制的。
核不育型受隐性基因（msms）控制。 msms为雄性不育；无保持系
msms
Msms MsMs Msms
MsMs
msms
核质基因互作
雄性可育

雄性不育
当R存在时，植株都表现为雄性可育 当N存在时，植株都表现为雄性可育 只有当r r和S同时存在时，植株都表现为雄性不育
例如：湖北光敏核不育水稻 长日照 不育；短日照
农垦58S 可育
二系法：将不育系和保持系合二为一
短日照
可育 X
长日照
不育（雌） X
恢复系（雄）
X
光敏核不育系
F1杂交种
恢复系
双交种的获得：
在玉米中，利用细胞质雄性不育和育性恢复基 因制造双交种，有一个方法是这样的：先把雄性不 育自交系A（Srfrf）与雄性可育自交系B(Nrfrf)杂 交，得到单交种AB，把雄性不育自交系C(NRfRf) 与雄性可育自交系D杂交，得到单交种CD。然后再 把这两个单交种杂交，得到双交种ABCD。
幼体
成体
二、持久的母性影响：
例如：椎实螺的外壳螺旋方向
椎实螺外壳旋向的遗传：
F3: 右旋 右旋 左旋
右旋 右旋 左旋
原因：
椎实螺外壳旋转方向由受精卵分裂时纺锤体分裂 方向决定，并由母体基因型决定。 右旋：受精卵纺锤体向中线右侧分裂； 左旋：受精卵纺锤体向中线左侧分裂；
母体基因型 旋转方向
受精卵纺锤体分裂方向
4、叶绿体和线粒体的基因都可自我复制，并
可控制某些蛋白质的合成。
细胞质遗传的应用
1、杂种优势现象； 2、杂种优势不会稳定遗传； 3、杂交育种的过程； 4、水稻和小麦的杂交育种关键是去雄 工作。
2、玉米条斑的遗传： 玉米细胞核内第7染色体上有一个控制白色条纹的 基因ij，纯合iijj株的叶片为白色和绿色相间的条纹。
母系遗传
1、母系遗传的实例
– 植物中的藏报春、玉米、棉花等叶
绿体的遗传； – 高梁、水稻等雄性不育的遗传； – 微生物中链孢霉线粒体的遗传等。
2、母系遗传的机理
– 细胞学的研究表明，卵细胞含有大
量的细胞质，精子只含有极少量的 细胞质。受精卵中的细胞质几乎全 部来自细胞质。
一、短暂的母性影响：
例如：麦粉蛾
结合时间短
结合时间长
放毒现象与内共生体 共生体：
不是细胞生存所需要的必要组成部分，仅以某 种共生的形式存在于细胞之中的细胞质颗粒。
能够自我复制，或在核基因组的作用下进行 复制； 对寄主表现产生影响，类似细胞质遗传。
1、假设下面每种草履虫细胞都自体受精，给定两 种细胞基因型，指出它们是放毒型还是敏感型： KK有卡巴粒； KK没有卡巴粒；
1、孢子体和配子体不育：
孢子体不育： 指花粉的育性受孢子体基因型所控制，与花粉 本身含的基因无关。 孢子体基因型为rr 孢子体基因型RR 孢子体基因型Rr 花粉全部败育； 花粉全部可育； 均可育，自交后代分离。
配子体不育： 指花粉的育性直接受花本身的基因决定。 配子体内核基因为R 配子体内核基因为r 可育； 不育；
实验结果分析
1.
F1总是表现出母本性状。
•
象这样，具有相对性状的亲本杂交，F1总是表现 母本性状的遗传现象，叫做母系遗传。
2. F1的性状不会出现一定的分离比。
结论：这种遗传现象不符合孟德尔遗传的定律。
推论：具有以上两种特征的遗传现象就是细胞质遗传。
原因： 叶绿体是由前体变异形成的.
正常质体 正常质体 白色质体 细胞 白色质体 正常和白色
Kk没有卡巴粒。
2、草履虫中，品系A是放毒型，品系B和C是敏感型。假定这 三个品系都是纯型合子。A品系与B品系交配，所得子代任其 自体受精，各自获得的品系都为放毒型。若A品系与C品系交 配，用同样方式繁殖，则所得株系一半为放毒型，一半为敏 感型。图示如上三个品系的核型和细胞质卡巴粒。
3、草履虫未知品系D与品系B交配后 再自体受精，所得放毒型与敏感型的 比例为3：1，若D与C品系交配再自体 受精，则放毒型与敏感型比例为1：3。 问D品系的表型、基因型和细胞质情 况？
白色植株 （幼年死亡）
绿色植株
花斑植株
（白色）
白色体 细胞核
叶绿体 （绿色） （白色） （绿色） （绿色）
紫茉莉花斑植株
紫茉莉花斑植株杂交 实验结果
母本枝条 父本枝条 子一代植株
1
1. 2. 2
3
绿色 白色 1.绿色 绿色 花斑 孟德尔的一对相对性状和两对相对性状的豌豆 杂交试验结果是怎样的？ 绿色 白色 白色 白色 分析三类实验能得出什么样的结论？ 花斑 绿色 绿色 白色 花斑 花斑 白色 绿色 白色 花斑 花斑 绿色 白色 花斑
3、亲缘假说 遗传结构变异 与亲缘关系远近成正比 生理生化变异
4、嫁接引起不育： 以不育材料为砧木、可育材料为接穗， 发现砧木的不育性状可能移到接穗中，类 似病毒传染。
雄性不育在生产上的应用：
三系配套： 质核不育型由于细胞质基因与核基因间的互作， 所以可以找到保持系 不育性得到保持；也可 找到恢复系 育性得到恢复
正交试验：
反交试验：非孟德尔比数
二、叶绿体遗传的分子基础
1、叶绿体DNA的分子特点：
ctDNA与细菌DNA相似，都为裸露的DNA； 闭合双链环状结构；
多拷贝；
单细胞藻类中GC含量比核DNA小，高等植物差异 不明显。
第四节
线粒体遗传
一、线粒体遗传的表现
例如：酵母小菌落
酵母小菌落的遗传： 小菌落酵母细胞内缺少细胞色素 a、b、色素氧化 酶 不能有氧呼吸 不能有效利用有机物 产生小菌落。
精细胞：只有细胞核，细胞质和细胞器极少或没有； 只提供核基因，不能或很少提供胞质基因。
第二节
母性影响：
母性影响
母体核基因有时对细胞质产生前定的作用；即子代 的表型受母亲基因型的影响。 母性影响不属于细胞质遗传范畴，十分相似而已。
特点：
下一代表现型受上一代母体基因的影响： 短暂的：仅影响子代个体的幼龄期 持久的：影响子代个体的终身
瘦小、空
不开裂 少、不散出 没有或少 不结实
肥大、饱满
开裂 多、散出 多 结实
雌性不育：无实践意义
不 育
雄性不育
质遗传型 质核互作遗传型（应用价值最大） 核遗传型
一、雄性不育的遗传特点：
1、质不育型：
不育性只能被保持而不能被恢复。
通过远缘杂交培育。 2、核不育型： 由核内染色体上基因决定。 败育十分彻底，可育株与不育株有明显界限。
二、细胞质遗传的特点
细胞质遗传： 由于细胞质中构成要素的作用，这些构成要素 能够自律地复制，通过细胞质由一代传至另一代。 1、特征：
遗传方式是非孟德尔式的；
F1通常只表现母方性状； 杂交的后代一般不出现一定比例的分离。
2、原因：
真核生物有性生殖过程： 卵细胞：有细胞核、大量细胞质和细胞器；
能为子代提供核基因和全部或大部分胞质基因。
第一节
细胞质遗传的概念和特点
一、细胞质遗传的概念：
核基因组 遗 传 物 质 细胞质 基因组 染色体 基因（DNA） 叶绿体（ctDNA） 细胞器 基因组
线粒体（mtDNA）
中心粒（centro DNA） 膜体（membraneDNA）
非细胞器 基因组
共生体（symbiont DNA） 细菌质粒（plasmid DNA）
假说：
1、质核互补控制假说：
胞质不育基因存在线粒体上，因为不能形成淀粉 酶或其他酶。
核DNA某个节段变异
育性信息使某些酶不能形成 常代谢
线粒体mRNA转录的不
破坏花粉形成的正
导致花粉败育。
2、能量供求假说： 线粒体是雄性不育的载体，育性与线粒体的能 量转化效率有关。 高供能母本、低耗能父本，杂种供能高耗能低： 育性正常 低供能母本、高耗能父本，杂种能量供求不平 衡：雄性不育
椎实螺
练习题：
1、蜗牛中，右旋（R)对左旋（r)显性，一个Rr的 个体用rr精子受精，可得到什么样的后代？若后代 自体受精，又得到什么样的后代？
2、基因型为Dd的椎实螺自交，其子代的基因型 和表型的比例如何？若这个子代的个体自交，它 们下一代的表型比例又如何？
第三节
叶绿体遗传
一、紫茉莉花斑性状的遗传
绿色 白色 花斑
细胞质遗传机理(一）
P
代表两种细胞核 配子 代表两种质体
代表两种线粒体
F1
细胞质遗传机理(二）
卵细胞
卵细胞
卵细胞
紫茉莉杂交时母本细胞的细胞质不均等分配示意图
细胞质遗传的物质基础
1、细胞质内应该有细胞质基因,但没有染色
体；
2、叶绿体内有20.5nm左右的叶绿体基因；
3、线粒体内也有基因；