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1、第一章 概述教学目的：了解作物遗传育种的性质和任务、发展概况及趋势，掌握遗传与变异的概念、遗传育种的代表性成就。重点难点：重点：遗传与变异的概念、遗传育种的代表性成就。难点：遗传育种的代表性成就。教学方法：讲授为主，结合多媒体教学。学时数：2一、作物遗传育种的性质和任务：（一）性质：是遗传学和作物育种学有机结合的科学，是研究作物遗传和变异规律，改良和培育作物新品种的科学。1、遗传学是研究生物遗传与变异的科学。遗传与变异是生物界的普遍现象，是各种生物的共同特性，二者又总是同时出现。生物亲代与子代的相似性叫遗传。俗话说:“种瓜得瓜，种豆得豆。”矮秆小麦品种的后代仍然是矮秆;长毛兔的后代毛仍然长。世
2、界上的生物亿万种，每种生物都具有使其子代保持与亲代相似的本能，从而保持了各种生物的相对稳定。为什么生物的子代能够发育出与亲代相似的性状呢?简略地讲，是由于生物在繁殖过程中，子代接受了从亲代传下来的成套遗传物质，子代按照这套遗传物质的规定，发育成与亲代相似的各种性状。生物的各种性状，如小麦的长芒与短芒，红粒与白粒;抗锈病与感锈病等都由相应的遗传物质控制着，这种控制各种性状的遗传的基本物质单位，通称为“基因”，例如长芒与短芒基因，红粒与白粒基因，抗锈病与感锈病基因等。基因具有相对的稳定性，因而各种生物的性状也具有相对稳定性。子代与亲代之间以及子代不同个体之间的相异性叫变异。任何生物或任何品种，其子
3、代写亲代以及子代不同个体之间，既有“大同”,又总是有些“小异”。世界上没有绝对相同的生物个体，也没有绝对不变的物种，其根源就在于生物具有变异的特性。生物性状的变异，有的能够遗传给后代，叫可遗传的变异;有的不能遗传给后代，叫不遗传的变异。可遗传的变异是由于遗传物质发生变化所产生的变异。外界条件的作用是变异的基本条件，但必须通过生物体遗传物质的变化才能遗传给后代。例如，我们在营养光照特别好的地方选得了一株穗大粒多的植株，下一年种到一般大田里，一般表现不出上一年那样穗大粒多的性状，这是因为这种变异只是外界条件造成的暂时影响，而没有使遗传物质发生变化的缘故。不遗传的变异在育种上无效，但在良种的丰产栽培
4、方面具有重要意义。2、作物育种学：研究选育和繁殖作物优良品种的理论与技术的科学。(二)作物遗传育种学的任务：阐明生物遗传与变异的现象及表现规律，探索遗传变异的原因及物质基础；研究选育和繁育作物优良品种的理论与方法的科学。具体是： l、根据作物性状遗传变异规律，探索利用作物种质资源；2、选育适应生产发展需要的新品种、新作物；3、在新品种繁殖和推广中，保持和提高种性。(三)作物遗传育种学的主要内容：遗传的物质基础、育种的遗传基础，变异的来源，育种目标的制定及实现；种质资源的收集、研究、利用、创新；选择的理论和方法；人工创造变异的技术及运用；杂种优势利用；目标性状的选育方法；育种各阶段的田试技术；新
5、品种审定和推广等。二、作物遗传育种发展（一）遗传研究方面遗传学同其他科学一样，也是人们在长期生产活动和科学实验中总结和发展起来的。在古代人们已经注意到生物的遗传变异现象，我国在春秋时代就有桂实生桂，桐实生桐的记载。劳动人民在长期认识自然和生产活动中，还学会了一些改造生物的方法，选出了许多动植物新品种，促进了生产的发展。而生产发展的需要，又推动了人们对遗传变异的探索。19世纪中叶，西欧一些国家对家畜、家禽和农作物应用杂交的方法选育出了一些优良品种，并对其遗传变异的原理作了一些解释。然而真正科学地对遗传变异进行系统研究是从奥地利的孟德尔开始的。孟德尔利用豌豆为试验材料，经过8年的研究，于1865年
6、发表了著名论文植物杂交试验，提出了遗传因子假说，指出生物性状的遗传是由专门的遗传物质遗传因子决定的，而遗传因子是独立存在、独立遗传，从而奠定了遗传学的科学基础。同时提出了遗传因子的分离规律和独立分配规律。但在当时孟德尔的论文并没有引起人们的重视，直到1900年才由荷兰的费里斯、德国的柯伦斯和奥地利的柴马克三人分别在不同地点，以自己的实验证实了孟德尔的试验结果，重新发现了孟德尔遗传定律。这一年被公认为是遗传学作为一间独立的科学建立并开始发展的一年。对遗传学的形成发展作出突出贡献的还有美国的摩尔根。他和他的同事从1910年起以果蝇为材料，结合细胞学的研究，进一步证实了孟德尔定律，并把孟德尔假设的遗
7、传因子具体落实到染色体上，于1926年发表了著名的基因论，创立了基因学说，提出了基因的连锁与交换规律，这一规律同孟德尔定律合称为遗传的三大规律。摩尔根所奠定的染色体基因学说，被称为经典遗传学。以后遗传学就以基因学说为基础，进一步深入到各个领域，建立了众多的遗传学分支和完整的遗传学体系。40年代以后，遗传学研究普遍以微生物为材料代替了过去常用的动植物，着重研究基因的分子结构、生理功能以及复制、变异等原理，并证实了遗传物质就是染色体的组成成分-脱氧核糖核酸(DNA)。1953年英国学者克利克和美国学者华特生通过X射线衍射的分析研究，提出了著名的DNA双螺旋结构模型，从而为遗传物质-DNA的自我复制
8、找到了理论依据，明确了基因就是DNA分子链上的各个微小区段，使遗传学研究发展到分子水平。从70年代开始，遗传学进入了人工分离与合成基因的新阶段，并利用细胞融合、转化和基因工程等技术，朝着改造遗传物质结构的新水平迈进。总之，遗传学是一门发展迅速、生命力很强的学科。它的分支几乎渗透到生物学的所有顷域，成为生物科学的中心。目前遗传学已发展到三十多个分支，如细胞遗传学、生化遗传学、发生遗传学、群体遗传学、微生物遗传学、人类遗传学等。其中分子遗传学已成为主物科学中最活跃、最有生命力的学科。遗传工程就是在分子遗传学理论基础上产生的一间高新技术，采用这种技术来改造动物、植物、微生物，必将导致一次新的技术革命
9、。（二）作物育种方面1、品种资源工作方面：我国现已掌握60多作物，30多万份植物资源，全世界拥有种质资源 610万份，我国约占1/20。2、育种途径、方法和技术方面：除常规育种外，育种新途径有：（1）杂种优势利用（玉米、水稻、棉花等）；（2）远缘杂交；（3）理化诱变；（4）组织培养；（5）细胞融合；（6）基因工程等。马铃薯、香蕉、甘薯等作物的脱毒苗，已达到工厂化生产水平，马铃薯脱毒复壮种薯，可提高产量30-50%；脱毒香蕉一穗可达上百斤。空间育种为人类展示出美好前景：1987年，粮、菜、花种子放进第9颗返回式卫星；1996年100多种种子，随第17颗返回式卫星上天。截止1998年，利用返回式卫
10、星已8次成功地搭载了粮、棉、油、蔬菜、花卉、林木、瓜果等种子300多种。3.目标性状的选育方面：在抗病育种上，小麦抗锈病；玉米抗大、小斑病；水稻抗白叶枯病；棉花抗枯、黄萎病等育种都取得了显著成效。在品质育种方面，玉米、小麦、大麦高蛋白、高赖氨酸选育；油菜高含油量、低芥酸、低硫苷选育；提高棉花纤维长度、强度选育等获得较大进展。三、作物遗传育种学的发展趋势 l、育种目标要求提高（多样化的育种目标）；2、加强种资源的研究（优异种质资源的开发利用）；3、广泛采用先进仪器和现代化技术，对目标性状进行鉴定分析；4、大力开拓育种的新途径和技术。如细胞工程、基因工程等；5、多学科联合攻关，多技术、途径并用。本
11、章小结：一、作物遗传育种的性质和任务：是遗传学和作物育种学有机结合的科学，是研究作物遗传和变异规律，改良和培育作物新品种的科学。阐明生物遗传与变异的现象及表现规律，探索遗传变异的原因及物质基础；研究选育和繁育作物优良品种的理论与方法的科学。二、作物遗传育种发展1、遗传研究方面；2、作物育种方面。三、作物遗传育种学的发展趋势1、育种目标方面；2、品种资源方面；3、育种技术和方法方面；4、多学科配合方面等。思考题：一、什么叫遗传和变异？二者关系如何？二、作物遗传育种学科代表性成就有哪些？第二章 遗传的物质基础教学目的：掌握染色体的形态、结构特征，细胞有丝分裂及减数分裂的全过程，理解和掌握高等植物配
12、子的形成过程及作物繁殖方式。重点难点：重点：染色体的形态、结构，细胞分裂的过程及遗传意义，配子形成过程及作物繁殖方式。难点：染色体的形态和结构。教学方法：讲授法，结合多媒体教学。学时数：6第一节 染色体的形态、结构和数目一、形态特征：染色体是细胞核中最重要的部分，它对生物的繁殖和遗传信息的传递具有十分重要的作用。因此，它是从细胞学方面进行遗传研究的主要对象。1、细胞分裂中期、后期的染色体形态：课本P8图。各个染色体的着丝点位置是恒定的，因而着丝点的位置直接关系染色体的形态表现。（见上图）2、染色体长度及长臂与短臂的比率，是识别染色体的重要特征之一。二、染色体数目：1、各种生物的细胞核内都有特定
13、数目的染色体，其数目的多少，依不同生物的“种”而异。每一种生物核内的染色体数都十分稳定。2、染色体在生物体细胞中都是成双成对存在的。通常以“2n” 表示各种生物体细胞中染色体的数目。例如玉米每个细胞中各含有20个即10对染色体，可以2n=20个=10对表示。每一对染色体在形态结构上彼此相同，称为同源染色体;不同对同源染色体的形态结构各不相同，互称为非同源染色体。在配子中染色体的数目恰恰是体细胞染色体数目的一半，而且是成单存在的，通常以“n”表示配子中的染色体数。例如，玉米雌、雄配子中的染色体数为10个，用n=10表示。不难看出，在体细胞中的每一对染色体中，必有一个是父本精子带来的，一个是母本卵
14、子带来的。在有性繁殖时，通过受精作用，使雌雄配子中成单的染色体又恢复成对，从而保证了生物染色体数目的稳定。如下表：三、染色体结构：（一）染色质的基本结构：染色质的组成:(1)DNA：占染色质重量的3040%；(2)蛋白质：组蛋白含量比例与DNA相近，结构上起决定作用；非组蛋白与基因的调控有关。(3)其它：RNA和一些脂类。染色质的基本结构单位是核小体。核小体(八个组蛋白分子上绕有1.75圈DNA)+连接丝构成染色质。核小体结构模型图每个核小体的核心由八个组蛋白分子（H2A、H2B、H3、H4四种组蛋白各二分子）组成八倍体，其上绕有1.75圈DNA双链，连接丝（组蛋白H1结合在连接丝上）将二个核
15、小体串联起来，形成念珠状结构。（二）从染色质到染色体的四级结构模型（染色质螺旋化的四级结构模型）：1、核小体：染色体的一级结构，DNA经盘旋后分子长度压缩了7倍；2、螺线体：染色体的二级结构。核小体长链经螺旋化形成中空的线状结构，使DNA分子长度又压缩了6倍；3、超螺线体：染色体的三级结构。是螺线体螺旋化形成的直径400nm的圆筒状结构，使DNA分子长度又压缩了40倍；4、染色体：染色体的四级结构。由超螺线体进一步螺旋化和卷缩成为染色体。使DNA分子长度又压缩了5倍。由染色质到染色体的四级螺旋化，DNA分子长度压缩了近8000-10000倍。（三）常染色质与异染色质常染色质：染色质中染色很浅的区段。复制早于异染色质，表现活跃的遗传功能。异染色质：染色质中染色很深的区段。复制晚于常染色质，只对维持染色体结构的完整性起作用。第二节 细胞的有丝分裂及遗传意义生物的繁殖以细胞分裂为基础；对多细胞生物而言，其生长发育也通过细胞分裂实现。体细胞分裂的方式可以分为无丝分裂和有丝分裂两种。从第一次细胞分裂开始至第二次细胞分裂起动的一段时间，称为一个细胞周期 ( 前一次分裂的中期到下一次分裂的中期，称为一个细胞周期。)。一、间期细胞并不总是处在分裂状态，在多细胞生物体内，只有处
