9 第九章 细胞质遗传
P F1 F2 MSMS ↓ MSms ↓ MSMS：MSms：msms msms
4.2 细胞质雄性不育
单纯的细胞质雄性不育：由细胞质遗传因子决定，用 正常父本与其杂交，F1代均为雄性不育，连续回交，
仍保持雄性不育
核质互作雄性不育：由核基因和细胞质遗传因子互作 共同决定花粉育性。细胞质不育需要一个特殊的核基 因来恢复其可育性。
结 合 时 间 长
细胞核基因和细胞质基因的关系
核基因K 放毒型
KK 或 Kk kk
卡巴粒
有 后代中会消失
无
敏感型
Kk、Kk或KK
卡巴粒是一种存在于草履虫细胞内的内生细菌，学名为Caedobacter
taeniospiralis，其中可能会温和噬菌体。
3.2 质粒的遗传
质 粒 (plasmid) 是 在 细 菌 中 发 现 的 小 型 环 状
农业技术专利转让美国。
1997年，杂交稻种植面积为2.60亿亩（1732.5 万ha），约占水稻面积的62.84%，
中国工程院院士、 “杂交水稻之父” 袁隆平先生
总产1.22亿吨，单产468.67kg/亩（7.03吨/ha），比全国
水稻平均产量增11.17%。杂交稻制种156.9万亩（10.46 万ha），制种平均产量为181.33kg/亩（2.72吨/ha）。 目前，常年种植面积约为1500万ha，约占水稻面积的58%， 产量占66%。至2004年，杂交稻累计种植面积为4亿ha，增产粮食
Mendel式遗传
非Mendel式遗传
核基因隐性纯合（ijij）使叶绿体基因突变，质体败育，不 能全部形成叶绿素，表现白色、绿色相间条斑或是白化苗。
2.2 线粒体的遗传
2.2.1 小菌落啤酒酵母的遗传
在培养基上，酵母细胞形成的菌落大小相近，有
1－2％形成小菌落，而且小菌落能稳定的遗传。
酵母细胞
酵母菌落
叶绿体基因组
中心粒基因组 ……..
共生体基因组 质粒基因组 …….
1 细胞质遗传的概念和特点
1.1 细胞质遗传的概念
核遗传（ nuclear inheritance ）：真核细胞核 内染色体与细菌基因组所携带基因的遗传
细胞质遗传（cytoplasmic inheritance）：细 胞质内基因的遗传，又称核外遗传、母系遗 传、非Mendel式遗传
第九章 细胞质遗传
孟德尔遗传定律
正交试验 反交试验
由细胞内染色体上的基因控制的遗传，称“核基因遗传” 或“Mendel式遗传”。
非孟德尔遗传现象的发现
紫茉莉(Mirabilis jalapa ) 1909，Carl Correns
细胞遗传体系
线粒体基因组
核基因组
细胞器基因组
遗传物质 细胞质基因组 非细胞器基因组
4.3 核质互作控制的雄性不育
RF可育的核基因，rf不育的核基因，N可育的 细胞质基因，S不育的细胞质基因。有6种组合：
RfRf N可育 N / RfRf 可育 S / RfRf 可育 Rfrf N / Rfrf 可育 S / Rfrf 可育 rfrf N / rfrf 可育 S / rfrf 不育
6亿吨，可多养活6000多万人口，社会和经济效益十分显著。
油菜三系杂种优势的利用：
1972年，傅廷栋等发现“波里马”油菜细胞质雄性不育； 1976年，湖南农科院首先实现“玻里马”雄性不育的三系配套。
1980年，李殿荣等发现“陕2A”油菜细胞质雄性不育；
1983年，实现“陕2A”油菜雄性不育的三系配套； 1998年，我国杂种油菜种植面积为191.5万公顷 ，约占油菜
花斑
花斑
白色、绿色、花斑
紫茉莉花斑的叶绿体遗传模型
这种花斑现象 是细胞中前体质向
叶绿体发育受阻的
结果。 花斑枝条细胞同 时含有正常和突变 cpDNA，在生长发
育中发生了细胞质
分离和重组。
花斑现象
2.1.2 玉米埃型条斑的遗传
1943年，Rhoades报道了玉米的第7染色体上 有一个控制白色条纹的基因iojap（ij），隐性纯 合体（ijij）的植株 表现出茎叶产生白 绿相间的特征性条 纹，或是白化苗。
质是形成色素的前体：
幼虫期
野生型： 皮肤有色 突变型： 皮肤无色
成虫期
眼睛褐色 眼睛红色
欧洲麦蛾色素（眼色和皮色）的母性影响
野生型
突变型
这种现象的解释：
当Aa基因型的个体形成卵子时，不论卵细胞带有A
还是a，细胞质中都容纳了足量的犬尿素，它们的
后代中Aa与aa幼虫个体的皮肤都是有色的。
在后代aa个体中，母性影响是暂时的，aa个体中 缺乏A基因，不能自己制造色素，随着个体发育， 色素逐渐消耗，到成虫时犬尿素的浓度已经很低， 所以复眼成为红色。
母性影响与细胞质遗传的异、同点：
相同点：母本的性状都能影响子代的性状 不同点： （1）“母性影响”是母体核基因的代谢产物影响子代 的表型，是核遗传；“细胞质遗传”是由细胞质基因组 所决定的遗传现象，是核外遗传。
类型 1 1 1 1 30 19 3 2 2 7 3 6 6 3 1 29 110
拷贝 2 2 2 2 37 22 3 2 2 7 3 6 6 3 1 29 124
参考 B．Lewin: 《GENES》Ⅵ.1997,Table 24。2
2.1 叶绿体的遗传
2.1.1 紫茉莉花斑性状的遗传
1909年，Mendel定律的重 新发现者之一，德国植物学家
♀光敏核不育系 × 恢复系 （不育） 保种
保种
杂交种生产
杂交水稻之父——袁隆平
1973年实现三系配套 1974年育成第一个杂交
水稻强优组合“南优2号”
1975年研制成功杂交水 稻种植技术，从而为大面 积推广杂交水稻奠定了基 础。
水稻三系杂种优势的利用：
1973年，实现水稻三系配套、大田生产应用。 1981年，获国家第一个特等发明奖，以第一个
小菌落 类型
产生原因
与野生型杂交后四分体的基因 型及表型比 小菌落:大菌落 = 2:2
分离型
核基因突变
中性型
mtDNA丢失
全为大菌落
抑制型
mtDNA突变
小菌落，比例不等(1～99%)
3 非细胞质组分的遗传
3.1 共生体的遗传
共生体（symbionts）：不
是细胞生存所必需的组成部分 ，仅以某种共生的形式存在于 细胞之中，能够自我复制，或 在核基因组作用下进行复制； 对寄主表现产生影响，类似细 胞质遗传的效应。
真核生物受精过程的特点
在真核生物的有性繁殖过程中，卵细胞带有细胞质 及其所含的各种细胞器，精子则基本上不携带细胞质。 在受精过程中，卵细胞 既提供核基因，又提供细胞 质基因，而精子只提供核基 因，而基本不提供细胞质基
因。
细胞质遗传的正、反交差异及形成原因
细胞质遗传在连
续回交中的遗传 表现
1.2 细胞质遗传的特点
S不育
核 质 互 作 不 育 性 的 遗 传
不育系
特点：
不论质或
核，只要有 可育基因， 雄性可育；
恢复系
质、核皆为
不育基因时
雄性不育。
保持系
三系配套
S(rfrf) × N(rfrf)
S(rfrf)
含核不育和质不育基因的雄性不育材料，称为不育系(A) 具有保持母本不育性在世代中稳定遗传的材料，称为保
DNA分子，它能够独立进行复制，是附加体的一 种。大部分质粒独立于细菌染色体而存在，并且 决定细菌的某些性状，其遗传类似细胞质遗传的 特征。大肠杆菌的F因子的遗传最具代表性。
4 植物雄性不育的遗传
雄性不育性(male sterility)：雌雄同株植 物的雄蕊发育不正常，花粉败育，而雌蕊
发育正常，能接受正常花粉而受精结实。
5.1 持久的母性影响
椎实螺，雌雄同体，可异体受精，单独饲养可自体受精。 椎实螺外壳的旋转方向有左旋和右旋，受一对基因控制， 右旋（D）对左旋（d）是显性。
椎实螺外壳的螺旋方向受 母体基因型控制，终生不 变，看起来更像细胞质遗
传，其实还是受母性影响。
椎实螺外壳旋向的遗传
P
F1
F2
F3
椎实螺外壳旋向的表型在F3代发生分离：
总面积28.7 ％。
目前，我国油菜种植面积约1亿亩，杂交油菜种植面积约占油菜 总面积的60％以上，杂交油菜的研究和应用均处于国际
先进地位。
中国工程院院士、“玻里马” 细胞质 雄性不育发现者傅廷栋先生
5 母性影响
定义：指子代的表型受母本核基因型的影响，而
Байду номын сангаас和母亲表型相似的现象。
母性影响的表现与细胞质遗传相似，但不是由于细胞
恢复系
F1杂交种
S(Rr)
育性要恢复好 产量要高
品质口感好
“三系”法制杂交种
保持系♂
不育系♀
恢复系♂
保持系 不育系
杂交种
恢复系
不育系生产
杂交种生产
“二区三系”制杂交：
保持系
（父本） 不育系
（母本）
不育系繁殖
不育系生产
杂交种生产
“二系”法制杂交种（光敏核不育系）：
短日照 长日照
光敏核不育系 （可育）
草履虫
草履虫的有性生活史1——结合生殖
草履虫的有性生活史2——自体受精
接合生殖过程中，如果结合时间长，超过交 换小核所需的时间，会发生细胞质交换，如 果结合时间短，不发生细胞质交换；
结合生殖可以产生杂合体，而自体受精则只
产生纯合体；
4.2 细胞质雄性不育
单纯的细胞质雄性不育：由细胞质遗传因子决定，用 正常父本与其杂交，F1代均为雄性不育，连续回交，
仍保持雄性不育
核质互作雄性不育：由核基因和细胞质遗传因子互作 共同决定花粉育性。细胞质不育需要一个特殊的核基 因来恢复其可育性。
结 合 时 间 长
细胞核基因和细胞质基因的关系
核基因K 放毒型
KK 或 Kk kk
卡巴粒
有 后代中会消失
无
敏感型
Kk、Kk或KK
卡巴粒是一种存在于草履虫细胞内的内生细菌，学名为Caedobacter
taeniospiralis，其中可能会温和噬菌体。
3.2 质粒的遗传
质 粒 (plasmid) 是 在 细 菌 中 发 现 的 小 型 环 状
农业技术专利转让美国。
1997年，杂交稻种植面积为2.60亿亩（1732.5 万ha），约占水稻面积的62.84%，
中国工程院院士、 “杂交水稻之父” 袁隆平先生
总产1.22亿吨，单产468.67kg/亩（7.03吨/ha），比全国
水稻平均产量增11.17%。杂交稻制种156.9万亩（10.46 万ha），制种平均产量为181.33kg/亩（2.72吨/ha）。 目前，常年种植面积约为1500万ha，约占水稻面积的58%， 产量占66%。至2004年，杂交稻累计种植面积为4亿ha，增产粮食
Mendel式遗传
非Mendel式遗传
核基因隐性纯合（ijij）使叶绿体基因突变，质体败育，不 能全部形成叶绿素，表现白色、绿色相间条斑或是白化苗。
2.2 线粒体的遗传
2.2.1 小菌落啤酒酵母的遗传
在培养基上，酵母细胞形成的菌落大小相近，有
1－2％形成小菌落，而且小菌落能稳定的遗传。
酵母细胞
酵母菌落
叶绿体基因组
中心粒基因组 ……..
共生体基因组 质粒基因组 …….
1 细胞质遗传的概念和特点
1.1 细胞质遗传的概念
核遗传（ nuclear inheritance ）：真核细胞核 内染色体与细菌基因组所携带基因的遗传
细胞质遗传（cytoplasmic inheritance）：细 胞质内基因的遗传，又称核外遗传、母系遗 传、非Mendel式遗传
第九章 细胞质遗传
孟德尔遗传定律
正交试验 反交试验
由细胞内染色体上的基因控制的遗传，称“核基因遗传” 或“Mendel式遗传”。
非孟德尔遗传现象的发现
紫茉莉(Mirabilis jalapa ) 1909，Carl Correns
细胞遗传体系
线粒体基因组
核基因组
细胞器基因组
遗传物质 细胞质基因组 非细胞器基因组
4.3 核质互作控制的雄性不育
RF可育的核基因，rf不育的核基因，N可育的 细胞质基因，S不育的细胞质基因。有6种组合：
RfRf N可育 N / RfRf 可育 S / RfRf 可育 Rfrf N / Rfrf 可育 S / Rfrf 可育 rfrf N / rfrf 可育 S / rfrf 不育
6亿吨，可多养活6000多万人口，社会和经济效益十分显著。
油菜三系杂种优势的利用：
1972年，傅廷栋等发现“波里马”油菜细胞质雄性不育； 1976年，湖南农科院首先实现“玻里马”雄性不育的三系配套。
1980年，李殿荣等发现“陕2A”油菜细胞质雄性不育；
1983年，实现“陕2A”油菜雄性不育的三系配套； 1998年，我国杂种油菜种植面积为191.5万公顷 ，约占油菜
花斑
花斑
白色、绿色、花斑
紫茉莉花斑的叶绿体遗传模型
这种花斑现象 是细胞中前体质向
叶绿体发育受阻的
结果。 花斑枝条细胞同 时含有正常和突变 cpDNA，在生长发
育中发生了细胞质
分离和重组。
花斑现象
2.1.2 玉米埃型条斑的遗传
1943年，Rhoades报道了玉米的第7染色体上 有一个控制白色条纹的基因iojap（ij），隐性纯 合体（ijij）的植株 表现出茎叶产生白 绿相间的特征性条 纹，或是白化苗。
质是形成色素的前体：
幼虫期
野生型： 皮肤有色 突变型： 皮肤无色
成虫期
眼睛褐色 眼睛红色
欧洲麦蛾色素（眼色和皮色）的母性影响
野生型
突变型
这种现象的解释：
当Aa基因型的个体形成卵子时，不论卵细胞带有A
还是a，细胞质中都容纳了足量的犬尿素，它们的
后代中Aa与aa幼虫个体的皮肤都是有色的。
在后代aa个体中，母性影响是暂时的，aa个体中 缺乏A基因，不能自己制造色素，随着个体发育， 色素逐渐消耗，到成虫时犬尿素的浓度已经很低， 所以复眼成为红色。
母性影响与细胞质遗传的异、同点：
相同点：母本的性状都能影响子代的性状 不同点： （1）“母性影响”是母体核基因的代谢产物影响子代 的表型，是核遗传；“细胞质遗传”是由细胞质基因组 所决定的遗传现象，是核外遗传。
类型 1 1 1 1 30 19 3 2 2 7 3 6 6 3 1 29 110
拷贝 2 2 2 2 37 22 3 2 2 7 3 6 6 3 1 29 124
参考 B．Lewin: 《GENES》Ⅵ.1997,Table 24。2
2.1 叶绿体的遗传
2.1.1 紫茉莉花斑性状的遗传
1909年，Mendel定律的重 新发现者之一，德国植物学家
♀光敏核不育系 × 恢复系 （不育） 保种
保种
杂交种生产
杂交水稻之父——袁隆平
1973年实现三系配套 1974年育成第一个杂交
水稻强优组合“南优2号”
1975年研制成功杂交水 稻种植技术，从而为大面 积推广杂交水稻奠定了基 础。
水稻三系杂种优势的利用：
1973年，实现水稻三系配套、大田生产应用。 1981年，获国家第一个特等发明奖，以第一个
小菌落 类型
产生原因
与野生型杂交后四分体的基因 型及表型比 小菌落:大菌落 = 2:2
分离型
核基因突变
中性型
mtDNA丢失
全为大菌落
抑制型
mtDNA突变
小菌落，比例不等(1～99%)
3 非细胞质组分的遗传
3.1 共生体的遗传
共生体（symbionts）：不
是细胞生存所必需的组成部分 ，仅以某种共生的形式存在于 细胞之中，能够自我复制，或 在核基因组作用下进行复制； 对寄主表现产生影响，类似细 胞质遗传的效应。
真核生物受精过程的特点
在真核生物的有性繁殖过程中，卵细胞带有细胞质 及其所含的各种细胞器，精子则基本上不携带细胞质。 在受精过程中，卵细胞 既提供核基因，又提供细胞 质基因，而精子只提供核基 因，而基本不提供细胞质基
因。
细胞质遗传的正、反交差异及形成原因
细胞质遗传在连
续回交中的遗传 表现
1.2 细胞质遗传的特点
S不育
核 质 互 作 不 育 性 的 遗 传
不育系
特点：
不论质或
核，只要有 可育基因， 雄性可育；
恢复系
质、核皆为
不育基因时
雄性不育。
保持系
三系配套
S(rfrf) × N(rfrf)
S(rfrf)
含核不育和质不育基因的雄性不育材料，称为不育系(A) 具有保持母本不育性在世代中稳定遗传的材料，称为保
DNA分子，它能够独立进行复制，是附加体的一 种。大部分质粒独立于细菌染色体而存在，并且 决定细菌的某些性状，其遗传类似细胞质遗传的 特征。大肠杆菌的F因子的遗传最具代表性。
4 植物雄性不育的遗传
雄性不育性(male sterility)：雌雄同株植 物的雄蕊发育不正常，花粉败育，而雌蕊
发育正常，能接受正常花粉而受精结实。
5.1 持久的母性影响
椎实螺，雌雄同体，可异体受精，单独饲养可自体受精。 椎实螺外壳的旋转方向有左旋和右旋，受一对基因控制， 右旋（D）对左旋（d）是显性。
椎实螺外壳的螺旋方向受 母体基因型控制，终生不 变，看起来更像细胞质遗
传，其实还是受母性影响。
椎实螺外壳旋向的遗传
P
F1
F2
F3
椎实螺外壳旋向的表型在F3代发生分离：
总面积28.7 ％。
目前，我国油菜种植面积约1亿亩，杂交油菜种植面积约占油菜 总面积的60％以上，杂交油菜的研究和应用均处于国际
先进地位。
中国工程院院士、“玻里马” 细胞质 雄性不育发现者傅廷栋先生
5 母性影响
定义：指子代的表型受母本核基因型的影响，而
Байду номын сангаас和母亲表型相似的现象。
母性影响的表现与细胞质遗传相似，但不是由于细胞
恢复系
F1杂交种
S(Rr)
育性要恢复好 产量要高
品质口感好
“三系”法制杂交种
保持系♂
不育系♀
恢复系♂
保持系 不育系
杂交种
恢复系
不育系生产
杂交种生产
“二区三系”制杂交：
保持系
（父本） 不育系
（母本）
不育系繁殖
不育系生产
杂交种生产
“二系”法制杂交种（光敏核不育系）：
短日照 长日照
光敏核不育系 （可育）
草履虫
草履虫的有性生活史1——结合生殖
草履虫的有性生活史2——自体受精
接合生殖过程中，如果结合时间长，超过交 换小核所需的时间，会发生细胞质交换，如 果结合时间短，不发生细胞质交换；
结合生殖可以产生杂合体，而自体受精则只
产生纯合体；
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细胞质遗传
细胞质遗传
细胞质遗传是指通过细胞质中遗传物质的传递，影响后代性状的过程。
虽然细胞核内的核酸控制了大部分遗传信息，但细胞质中的线粒体和叶绿体也扮演着重要的角色。
细胞质遗传的机制
细胞质遗传主要通过线粒体和叶绿体中的DNA来实现。
线粒体是细胞内的能量中心，负责细胞内的能量转化，而叶绿体是光合作用的场所。
这两种细胞器都含有自己的DNA，通过雌性细胞质的传递来影响后代性状。
线粒体和叶绿体的DNA是环状的，相对于更为复杂的细胞核DNA而言，它们相对较小且编码的基因数量有限。
然而，这些基因对于细胞的正常功能至关重要。
细胞质遗传的影响
细胞质遗传可以导致一些遗传病的传递。
如果母亲携带有突变的线粒体DNA，那么她的子代继承这些突变的可能性会很高。
这种现象被称为“母系遗传”。
另外，细胞质遗传也被发现与一些植物的性状传递有关。
例如，某些植物的叶绿体DNA编码了一些影响光合作用效率的基因，这就导致了在杂交后代中出现了不同的叶形和叶色。
细胞质遗传的意义
了解细胞质遗传对于生物科学的发展至关重要。
通过研究细胞质遗传，人们可以更深入地了解遗传信息的传递机制，从而为疾病的治疗和预防提供更多可能性。
另外，细胞质遗传的研究也为农业和植物育种领域提供了一些新的思路。
通过深入研究植物叶绿体和线粒体的遗传机制，人们可以更好地改良作物，提高农作物的产量和品质。
总的来说，细胞质遗传虽然在遗传学中占据较小的一部分，但是其独特的传递方式和影响机制使其在生物科学领域中扮演着不可或缺的角色。
不断地深入研究和探索细胞质遗传，将有助于揭示生命的奥秘并推动人类社会的发展进步。
细胞质遗传-精品课件
杂种植株的表现 白色 白色 白色
绿色
白色 绿色 花斑
绿色 绿色 绿色
花斑
白色 绿色 花斑
白色、绿色、花斑 白色、绿色、花斑 白色、绿色、花斑
由此可见，决定枝条和叶色的遗传物 质是通过母本传递的。
研究表明： 绿叶细胞含正常绿色质体(叶绿体) 白细胞只含白色质体(白色体) 绿白组织之间的交界区域，某些细 胞里既有叶绿体，又有白色体。
→高等植物中每个叶绿体内含有30-60个拷 贝，而某些藻类中每个叶绿体内约有100 个拷贝。
→大多数植物中，每个细胞内含有几千个 拷贝。单细胞的鞭毛藻中约含有15个叶 绿体，每个叶绿体内约有40个拷贝，一 个个体中约含600个拷贝。
→目前，一些植物的ct
DNA的全部碱基序列已
被测出来，多数植物
的ctDNA大小约为150
细胞质遗传的特点： 1. 遗传方式是非孟德尔式的；杂交后
代一般不表现一定比例的分离； 2. 正交和反交的遗传表现不同；F1通
常只表现母本的性状； 3. 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； 4. 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。
也有人认为叶绿体DNA是雄性不育基因的载体。
2、关于质核不育型的假说
（1）质核互补控制假说：认为细胞质不育基因存在于线 粒体上。当线粒体DNA的某个(或某些)节段发生变异，并 使可育的胞质基因突变为S时，线粒体mRNA所转录的不育 性信息使某些酶不能形成，或形成某些不正常的酶，从而 破坏了花粉形成的正常代谢过程，最终导致花粉败育。 （2）能量供求假说：认为线粒体是细胞质雄性不育性的 重要载体。植物的育性与线粒体的能量转化效率有关。 （3）亲缘假说：认为遗传结构的变异引起个体间生理生 化代谢上的差异，与个体间亲缘关系的远近成正相关。两 亲间亲缘差距越大，杂交后的生理不协调程度也越大。当 这种不协调达到一定程度，就会导致植株代谢水平下降， 合成能力减弱，分解大于合成，使花粉中的生活物质减少
细胞质遗传—细胞质遗传的现象和特征(普通遗传学课件)
(Kda) 线粒体中合成
细胞质中合成
ATPase
340 ATPase 6、8、9 ATP 1、2、3、4、7
(对寡霉素敏
(FO 膜因子)
（F1 ATPase）Fra bibliotek感)细胞色素 C 氧 137
CO 1、2、3
CO 4、5、6、7
化酶
细胞色素 bc1 160 细胞色素 b 脱辅
6 个亚基
复合物
基蛋白
《遗传学》
《遗传学》
细胞质遗传的分子基础
一、叶绿体遗传的分子基础 chloroplast genome
（一）结 构——环状双链DNA
SSC
IRA
IRB
SSC: short single copy sequence
LSC:long single copy sequence
IR: inverted repeats
眼为褐色。现已鉴定这种色素是由犬尿素所形成的， 由一对基因（Aa）控制 。突变型不能合成犬尿素，不 能形成色素，使幼虫皮肤无色，成虫复眼为红色。
麦粉蛾色素遗传的母性影响
（二）持久的母性影响
持久的母性影响： 母亲基因型对子代个体影响持久，影响子代个体终生。 例如：锥实螺的外壳旋转方向的遗传
例如椎实螺的外壳旋转方向的遗传 椎实螺是一种♀、♂同体的软体动物，每一个体都
（三） 通过连续的回交能把母本的核基因全部置换掉， 但母本的细胞质基因及其控制的性状仍不消失。
回交：指两个亲本杂交，杂交F1与亲本之一再杂交。
连续回交：指选取回交后代继续与亲本之一再杂交。
♀A
×B ♂
♀ F1 × B ♂
♀ BC1
×B ♂
♀ BC2
×B ♂
第九章 细胞质遗传
③.S(rr)×N(Rr)或S(Rr) × 或 S(Rr) + S(rr)中，F1表现育性分离。 表现育性分离。 中 表现育性分离
N(Rr)或S(Rr) + S(rr)具有杂合的恢复能力，称恢复性杂合 或 具有杂合的恢复能力， 具有杂合的恢复能力 体。
（3）生产上的应用： ）生产上的应用：
质核型不育性由于细胞质基因与核基因间的互作，故既 质核型不育性由于细胞质基因与核基因间的互作， 可以找到保持系 保持系 不育性得到保持、也可找到相应恢复系 可以找到保持系 不育性得到保持、也可找到相应恢复系 育性得到恢复，实现三系配套 三系配套。 育性得到恢复，实现三系配套。 同时解决不育系繁种和杂种种子生产的问题： 同时解决不育系繁种和杂种种子生产的问题： 繁种：A×B 繁种： × 制种： × 制种：A×R A F1
(一) 根据雄性不育可否遗传分为 一 根据雄性不育可否遗传分为:
生理型:受外界环境干扰, 生理型:受外界环境干扰,不能遗传 雄 性 不 育
遗传型: 遗传型:由控制雄性不育基因决定
遗传生理型: 遗传生理型:由遗传和环境共同作用
(二) 可遗传的雄性不育根据遗传机制分为 二 可遗传的雄性不育根据遗传机制分为:
受细胞核基因与细胞质基因共同控制
育性表现为核基因与细胞质基因的重叠作用 只要一方具有可育基因， 只要一方具有可育基因，花粉粒的发育过程就表现为正常
以不育个体S(rr)为母本，分别与五种可育型杂交： 以不育个体S(rr)为母本，分别与五种可育型杂交： S(rr)为母本
可将各种杂交组合归纳为以下三种情况： 可将各种杂交组合归纳为以下三种情况：
水稻三系杂种优势的利用： 水稻三系杂种优势的利用： 1973年，实现水稻三系配套、并成功的应用于大田生产。 年 实现水稻三系配套、并成功的应用于大田生产。 1981年，获得国家第一个特等发明奖，以第一个农业技术专利 特等发明奖， 年 获得国家第一个特等发明奖 转让美国。 转让美国。 1991年，杂交稻种植面积为 万亩(1738.9万公顷 ，增产 万公顷)， 年 杂交稻种植面积为26083.5万亩 万亩 万公顷 效果明显(50~75kg/亩)。 效果明显 亩。 1997年，杂交稻种植面积为 万亩(1732.5万公顷 ，约占 万公顷)， 年 杂交稻种植面积为25987.5万亩 万亩 万公顷 水稻种植面积的62.84%，总产 万吨， 水稻种植面积的 ，总产12236.34万吨，单产 万吨 单产468.67公 公 公顷)， 斤/亩(7.03吨/公顷 ，比全国水稻平均产量增 亩 吨 公顷 比全国水稻平均产量增11.17%。杂交 。 稻制种156.9万(10.46万公顷 ，制种平均产量为 万公顷)， 公斤/ 稻制种 万 万公顷 制种平均产量为181.33公斤 公斤 亩(2.72吨/公顷 。 吨 公顷)。 公顷
N(Rr)或S(Rr) + S(rr)具有杂合的恢复能力，称恢复性杂合 或 具有杂合的恢复能力， 具有杂合的恢复能力 体。
（3）生产上的应用： ）生产上的应用：
质核型不育性由于细胞质基因与核基因间的互作，故既 质核型不育性由于细胞质基因与核基因间的互作， 可以找到保持系 保持系 不育性得到保持、也可找到相应恢复系 可以找到保持系 不育性得到保持、也可找到相应恢复系 育性得到恢复，实现三系配套 三系配套。 育性得到恢复，实现三系配套。 同时解决不育系繁种和杂种种子生产的问题： 同时解决不育系繁种和杂种种子生产的问题： 繁种：A×B 繁种： × 制种： × 制种：A×R A F1
(一) 根据雄性不育可否遗传分为 一 根据雄性不育可否遗传分为:
生理型:受外界环境干扰, 生理型:受外界环境干扰,不能遗传 雄 性 不 育
遗传型: 遗传型:由控制雄性不育基因决定
遗传生理型: 遗传生理型:由遗传和环境共同作用
(二) 可遗传的雄性不育根据遗传机制分为 二 可遗传的雄性不育根据遗传机制分为:
受细胞核基因与细胞质基因共同控制
育性表现为核基因与细胞质基因的重叠作用 只要一方具有可育基因， 只要一方具有可育基因，花粉粒的发育过程就表现为正常
以不育个体S(rr)为母本，分别与五种可育型杂交： 以不育个体S(rr)为母本，分别与五种可育型杂交： S(rr)为母本
可将各种杂交组合归纳为以下三种情况： 可将各种杂交组合归纳为以下三种情况：
水稻三系杂种优势的利用： 水稻三系杂种优势的利用： 1973年，实现水稻三系配套、并成功的应用于大田生产。 年 实现水稻三系配套、并成功的应用于大田生产。 1981年，获得国家第一个特等发明奖，以第一个农业技术专利 特等发明奖， 年 获得国家第一个特等发明奖 转让美国。 转让美国。 1991年，杂交稻种植面积为 万亩(1738.9万公顷 ，增产 万公顷)， 年 杂交稻种植面积为26083.5万亩 万亩 万公顷 效果明显(50~75kg/亩)。 效果明显 亩。 1997年，杂交稻种植面积为 万亩(1732.5万公顷 ，约占 万公顷)， 年 杂交稻种植面积为25987.5万亩 万亩 万公顷 水稻种植面积的62.84%，总产 万吨， 水稻种植面积的 ，总产12236.34万吨，单产 万吨 单产468.67公 公 公顷)， 斤/亩(7.03吨/公顷 ，比全国水稻平均产量增 亩 吨 公顷 比全国水稻平均产量增11.17%。杂交 。 稻制种156.9万(10.46万公顷 ，制种平均产量为 万公顷)， 公斤/ 稻制种 万 万公顷 制种平均产量为181.33公斤 公斤 亩(2.72吨/公顷 。 吨 公顷)。 公顷
细胞质遗传
物种类型 昆 虫 真 菌 高等植物
线粒体基因组的大小 物种数目 基因组大小（kb） 42 14.5~17.9 27 18.9~95 20 120~2700
二 线粒体遗传的分子基础 双链闭合环状（线状），裸露，多拷贝， 基因组大小因物种而异，浮力密度比核DNA低， 没有重复序列，两条链的密度不同， 复制时间与核DNA不同（S,G2）， 核糖体与细胞质中的不同，遗传密码与通用密码 有差异 DNA可以自我复制，转录，翻译，但是由于其含 有为数不多的基因，仅能编码自身结构和组成的 一小部分物质，其余大部分由核基因编码。因此 线粒体也是半自主性细胞器。
3 细胞质－细胞核互作雄性不育性 由细胞质基因和细胞核基因相互作 用共同控制的雄性不育类型 简称为质核 互作不育性。
质核互作不育性由不育的细胞质基因和 与其相对应的核内不育基因共同决定。 胞质不育基因 S 对应的可育基因 N 核内不育基因 r 对应的可育基因 R R又称为育性恢复基因
1、孢子体不育和配子体不育
（1） 孢子体不育
花粉的育性受孢子体（植株）基因型控制，
而与花粉本身所含基因无关。 若植株的基因型为rr，全部花粉败育 基因型为RR，全部花粉可育 基因型为Rr，也是全部花粉可育， 尽管有一半的花粉含有r基因 杂合体自交后代表现为株间分离。
（2）配子体不育
花粉育性直接受雄配子体（花粉）本身 的基因型所控制。 配子体内的核基因为R，可育 配子体内的核基因为r，不育 杂合株的花粉一半可育，一半不育，表 现为穗上分离。 杂合体自交后代中，有一半植株上的花 粉是半不育的。
2、胞质不育基因的多样性与核育性基因的对应性
同一物种内，可以有多种质核互作不育类型。
由于胞质不育基因和核内不育基因的来源和性质不 同，在表现型特征和恢复特性上表现出明显的差异。
细胞质遗传课件
♀
♂
S rr
N RR
不育系S（rr）
恢复系N（RR）
S Rr
杂交种S（Rr）
三系法制种示意图：
保持系 ♂ × ♀ 不育系
恢复系
×
保持系
不育系
F1杂交种 恢复系
二系法制种
石明松：1973年从农垦58（晚粳稻）中 发现光敏核不育水稻——农垦58S
特点： 长日照——不育 短日照——可育
F1
核遗传对比： 正交:P ♀ 高茎 ♂矮茎
F1
F1
反交：P ♀ 矮茎 ♂高茎
F1
巩固例题
科学家利用基因工程的手段，将携带抗除草剂基因的重组
质粒导入二倍体油菜细胞中，经培养筛选获得一株有抗除 草剂特性的转基因植株。但种植上述转基因油菜，它所携 带的目的基因可以通过花粉传递给近缘物种，造成“基因
污染”。为避免“基因污染”，目的基因最好导入C（ ）
二系法制种示意图（光敏核不育系）：
短日照可育
♀长日照不育系 ×
恢复系
光敏核不育系
F1杂交种 恢复系
袁隆平提出的超级稻标准株型
母系遗传
线粒体疾病
再见！！
O(∩_∩)O~
绿色 白色 花斑 绿色 白色 花斑
种子(F1)发育成的植株
绿色
白色
结果： F1性状与提供花粉的枝条无关，总是和母本的性状相同。
特点一：母系遗传
具有相对性状的亲本杂交，F1总是 表现出母本性状的遗传现象。
藏抱春、月见 草、玉米、菜豆、 假荆芥、天竺葵、 柳叶菜 、水稻条 斑叶等
原因？
卵细胞：含有大量的 细胞质
系
袁隆平做早期研究情形
1976年袁隆平在像农民介绍雄性不育水稻
第九章 细胞质遗传
复制分离
四、 细胞质遗传的物质基础
线粒体基因组（mtDNA） 细 胞 质 基 因 组 叶绿体基因组 （ctDNA ,CpDNA） 非细胞器 细胞共生体基因组（草履虫中的卡巴粒） 基因组 细菌质粒基因组（F因子） 细胞器 基因组
人线粒体基因组全长
16,569bp，不与组蛋 白结合，呈裸露双链 闭合环状分子。
练习
基因型为Dd的椎实螺自交，其子代的基因 型和表型如何？若这个子代自交，它们下 一代的表型如何？开始做实验的椎实螺表 型是怎样的？
本章要点
细胞质遗传的特性 细胞质遗传的机制 玉米埃型条斑的遗传 草履虫的放毒遗传 椎实螺外壳旋转方向的遗传 禾谷类作物的雄性不育机制和二区三系育种
1991年，杂交稻种植26083.5万亩，增产效果明显(50~75kg/ 亩)。
1997年，种植25987.5万亩(1732.5万ha)，约占水稻种植面积 的62.84%；总产量12236.34万吨，单产468.67公斤/亩，比全 国水稻平均产量增11.17%。1976~1999年，累计种植35亿多 亩，增产稻谷3500亿kg。近年来年种植面积约2.3亿亩，约 占水稻总面积的50％，产量占稻谷总产近60％。年增稻谷可 养活6000万人口，社会和经济效益十分显著。
一、细胞质遗传的实例 二、细胞质遗传的特性 三、细胞质遗传的机制 四、细胞质遗传的物质基础
1．紫茉莉的遗传(1909，Carl Corrans)
1．紫茉莉的遗传(1909，Carl Corrans)
母本叶 父本叶 后代
白色
绿色
白色 绿色 绿白斑 白色 绿色 绿白斑 白色 绿色 绿白斑
白色
绿色 白色 绿色 绿白斑
《公开课细胞质遗传》课件
05
细胞质遗传研究方法与技术
Chapter
细胞质基因的克隆与测序技术
细基因的 DNA序列。
细胞质基因的测序
对克隆得到的细胞质基因进行测序分析，了解基因序列特征，为后续研究奠定基 础。
细胞质基因的表达调控技术
转录调控
研究细胞质基因的转录调控机制，通过调控转录因子等手段 ，调控细胞质基因的表达水平。
功能
线粒体基因组编码线粒体 中的蛋白质和RNA，对于 线粒体的正常功能至关重 要。
叶绿体遗传
定义
叶绿体遗传是指叶绿体中的DNA 所携带的遗传信息，通过叶绿体
基因组传递给下一代的过程。
特点
叶绿体遗传也具有母系遗传的特点 ，即叶绿体基因组只来自母亲。
功能
叶绿体基因组编码叶绿体中的蛋白 质和RNA，对于光合作用的正常进 行至关重要。
翻译调控
研究细胞质基因的翻译调控机制，通过调控翻译起始因子等 手段，调控细胞质基因的翻译效率。
细胞质基因的功能鉴定技术
基因敲除技术
通过基因敲除手段，研究细胞质基因 在细胞生长、发育和代谢等方面的功 能。
基因过表达技术
通过基因过表达手段，研究细胞质基 因在细胞生长、发育和代谢等方面的 功能。
THANKS
《公开课细胞质遗传》ppt课件
目录
• 细胞质遗传概述 • 细胞质遗传的物质基础 • 细胞质遗传的传递方式 • 细胞质遗传的应用与前景 • 细胞质遗传研究方法与技术
01
细胞质遗传概述
Chapter
定义与特点
定义
细胞质遗传是指细胞质基因的遗 传，即线粒体、叶绿体等细胞器 中的基因通过母本遗传给后代的 现象。
细胞质遗传在农业上也有 广泛应用，如作物改良、 育种等方面，可以提高农 作物的产量和抗逆性。
细胞质遗传
(二)胞质不育型: 胞质不育型: 指由细胞质内的基因所决定的雄性不育类 型. 在不育系的细胞质内有雄性不育基因S 在不育系的细胞质内有雄性不育基因 S , 但在细胞核内没有相应的雄性不育基因和 可育基因. 可育基因. 这种雄性不育性仅受细胞质的基因所控制, 这种雄性不育性仅受细胞质的基因所控制, 具有S基因的个体是雄性不育的,具有N 具有S基因的个体是雄性不育的,具有N基 因的个体是雄性可育.因此,有性生殖不 因的个体是雄性可育.因此,有性生殖不 能恢复胞质不育型的育性. 能恢复胞质不育型的育性.
这表明卡巴粒只通过细胞质来传递, 这表明卡巴粒只通过细胞质来传递 , 但 是它们的保持却要依赖于核中显性基因K 是它们的保持却要依赖于核中显性基因K 的存在. 的存在. 然而, 基因型为Kk 的放毒型并不稳定, Kk的放毒型并不稳定 然而 , 基因型为 Kk 的放毒型并不稳定 , 一旦经自体受精 基因型分离为KK,Kk 自体受精, KK,Kk和 一旦经自体受精,基因型分离为KK,Kk和 kk, kk个体细胞质里的卡巴粒不能保持 kk , kk 个体细胞质里的卡巴粒不能保持 和增值, 几次无性分裂后, 和增值 , 几次无性分裂后 , 就将因卡巴 粒的消失而成为敏感型 敏感型. 粒的消失而成为敏感型.
2)线粒体基因组的半自主性
线粒体基因组的相对独立性 mtDNA合成的调节与核 DNA合成的调节彼 合成的调节与核DNA ① mtDNA 合成的调节与核 DNA 合成的调节彼 此独立,可能存在多种复制形式,其中D 此独立,可能存在多种复制形式,其中D 环复制是线粒体特有的复制形式; 环复制是线粒体特有的复制形式; 线粒体基因组有自己独立的表达系统, ② 线粒体基因组有自己独立的表达系统 , 自己编码两种rRNA 22～ 24种 tRNA, rRNA, 自己编码两种 rRNA , 22 ～ 24 种 tRNA , 在 线粒体内合成mtDNA编码的蛋白质; mtDNA编码的蛋白质 线粒体内合成mtDNA编码的蛋白质;
《细胞质遗传》课件
2
通过研究细胞质的遗传变异，可以深入了解疾病 的发病机制，为疾病的诊断和治疗提供新的思路 和方法。
3
细胞质遗传还可以应用于药物研发和个性化医疗 等领域，提高药物的疗效和安全性。
细胞质遗传在其他领域的应用
细胞质遗传在环境保护领域也有应用价值，可 以通过研究细胞质的遗传变异来评估环境污染 对生物体的影响。
细胞质基因表达的时空特异性
03
细胞质基因的表达在不同时间和空间中具有特异性，与细胞发
育和分化密切相关。
细胞质基因表达的调控机制
转录水平的调控
通过转录因子、染色质重塑等机制调控细胞质基因的转录过程。
翻译水平的调控
通过mRNA稳定性、核糖体数量和活性等机制调控细胞质基因 的翻译过程。
蛋白质降解
通过蛋白质降解途径调控细胞质基因表达后蛋白质的稳定性。
特点
水平传递具有多样性，即 细胞质基因可以通过多种 途径在不同个体或不同种 类的细胞之间进行传递。
实例
某些病毒的基因可以通过 转染或转化等方式在不同 细胞之间进行传递。
细胞质基因的重组传递
定义
细胞质基因的重组传递是 指细胞质基因在复制过程 中发生重组，导致基因型 改变的过程。
特点
重组传递通常发生在细胞 分裂过程中，重组可能导 致基因型的改变，从而影 响细胞的表型。
人类健康
细胞质遗传与人类健康密切相关， 如线粒体疾病等，对细胞质遗传的 研究有助于深入了解这些疾病的发 病机制和治疗方法。
细胞质遗传的研究历史与发展
研究历史
细胞质遗传的研究始于20世纪中叶，随着分子生物学和遗 传学技术的不断发展，人们对细胞质遗传的认识逐渐深入 。
研究方法
目前，细胞质遗传的研究方法主要包括基因组学、蛋白质 组学、代谢组学等技术手段，这些方法的应用为细胞质遗 传的研究提供了有力支持。