普通遗传学讲稿

普通遗传学

第一部分普通遗传学理论教学

绪论（1学时）

第一节遗传学研究的对象与任务

一．遗传学的研究对象

遗传学（genetics）是研究生物遗传与变异的科学。

遗传与变异是生物界最普遍和最基本的两个特征。人类在生产活动中早就认识到遗传与变异的现象及其相互关系。俗话说“种瓜得瓜，种豆得豆；种谷子不出芝麻”，水稻种下去长出来的总是水稻，这种亲代与子代相似的现象就是遗传（heredity）。但是遗传并不意味着亲代与子代完全相像，俗话说“一母生九子，九子各不同”，有一个非常相似的故事说的也是这个道理：龙生九子，九子各异。在农业生产中，经常会发现：同一个品种的水稻种成的后代，却有熟期早晚、粒重不同的现象。这种现象就是变异（varation）。

遗传和变异是生命中的一对矛盾，这种矛盾是生物通过各种繁殖方式反映出来的。它们是既对立又统一的，没有遗传，不可能保持性状和物种的相对稳定性，没有变异，不会产生新性状，也就不可能有物种的进化和新品种的选育。遗传是相对的、保守的，而变异是绝对的、发展的。遗传与变异这对矛盾不断运动，经过自然选择，才形成形形色色的物种，同时又经过人工选择，才育成生产所需的各种品种。所以说，遗传、变异、选择是生物进化和新品种选育的三大因素。

遗传变异的表现都与环境有不可分割的关系。生物与环境的统一这是生物科学中公认的基本原则。因为任何生物都必须在必要的环境条件下生长发育，从而在该环境下表现出遗传与变异。所以，研究生物的遗传与变异必须密切联系其环境。

遗传学就是以微生物、植物、动物以及人类为研究对象，研究遗传、变异、生物的进化以及与环境的相互关系。

二．遗传学的研究任务

遗传学研究的范围包括遗传物质的本质、遗传物质的传递和遗传物质的实现三个方面。遗传物质的本质包括他的化学本质、它所包含的遗传信息、它的结构、组织和变化等。遗传物质的传递包括遗传物质的自我复制、染色体的行为、遗传规律和基因在群体中的数量变迁等。遗传物质的实现包括基因的原初功能、基因的相互作用、基因作用的调控以及个体发育的作用机制等。本书主要讲述遗传物质的传递。遗传学研究的任务在于：阐明生物遗传和变异的现象及其表现的规律；深入探索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与微生物的育种实践。

第二节遗传学与其他学科的关系

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遗传学导源于育种实践，正是由于远古的人们在朴素的育种实践中发现许多遗传现象，才逐渐产生了并丰富了遗传学。但是实际上育种学从开始就无意识的受到了遗传学的指导，并伴随着遗传学的进步而进步。

1865年孟德尔（Mendel,G.J,1822-1844）的豌豆杂交试验揭示了生物遗传规律，也为现代育种奠定了基础；1903年约翰生(Johannsen,W.L.,1859-1927)提出了纯系学说，由此产生了系统育种法；1909年（SHULL，G，H，）首先提出了杂种优势的概念，1917年琼斯（Jones,G.H.）建议在玉米利用双交种；1927年穆勒（Muller,H.J.）利用X射线诱发果蝇突变成功，奠定了诱变育种，1937年布莱克斯里（Blakeslee,A.F）利用秋水仙素诱导植物多倍体成功，奠定了多倍体育种；1964年古哈(Guha,S.)首先从毛叶曼陀罗的花药培养中获得单倍体植株，开始了花药培养单倍体育种；1953年瓦特森(Watson,J.D.)和克里克（Crick.F.H.C.）DNA双螺旋结构的发现及随之而来的分子遗传学的发展，导致分子育种的诞生。

第三节遗传学的发展与分支

一.从混合遗传到颗粒遗传

遗传学导源于育种实践，劳动人民在长期的农业生产和饲养家畜过程中，已经认识到遗传与变异现象，并且通过选择选育出大量优良品种，但是直到十八世纪下半叶和十九世纪上半叶，才由拉马克（Lamarck,J.B.,1744-1829）和达尔文(Darwin,C.,1809-1822)对生物界的遗传与变异进行了系统研究。拉马克认为环境条件的改变是生物变异的根本原因，提出了器官的用进废退（use chara disuse of organ）与获得性状可以遗传（inheritance of acquired characters）等学说，这些学说对于后来的进化的观点以及对遗传与变异的研究都有着重要的推动作用。达尔文提出“泛生论”的假说，他认为，动物每个器官里都普遍存在着微小的泛生粒，这些泛生粒能够进行分裂繁殖，并在体内随着体液流动，最后聚集到生殖器官里，形成生殖细胞。他还认为，不同雌雄个体的体液混合，就把两亲的泛生粒混合起来，集中在受精卵里。当受精卵发育成成体时，各种泛生粒又随着子体的体液流入到各器官里去发挥作用，最后表现各自亲本的遗传性状。如果亲代的泛生粒发生改变，则后代表现出变异的性状。这就是混合遗传的概念。这一假说纯属一种假设性推想，并未获得科学的证实。事实上，动物体内根本没有什么泛生粒。尽管“泛生论”似乎荒唐，但毕竟揭开了人们认识与研究遗传及遗传物质基础的序幕。

在生物科学史上，把拉马克和达尔文时代称作达尔文主义时代，把他们的学说通称为达尔文主义。

达尔文以后，生物科学中又广泛流行新达尔文主义。其代表人物是德国生物学家魏斯曼（Weismann，A.1834-1914）。他支持达尔文的选择理论，但不同意“获得性遗传”理论。对遗传物质的认识他提出了“种质连续论”。这个理论认为，多细胞的生物体是由体质和种质两部分构成的；体质是由种质产生的，种质是世代连续不绝的；环境只能影响体质，而不能影响种质；种质是遗传物质，好像是一个个颗粒存在于生物体内。这一理论对遗传学的研究和发展产生了重大影响。但是，把生物体绝对划分为种质和体质是片面的，这种划分在植物界一般是不存在的，在动物界也仅是相对的。尽管如此，这种理论也不失去对遗传物质认识的先驱作用，因为从此结束了混合遗传的概念，开始建立了颗粒遗传的概念。这是人们对遗传物质认识的第一阶段。这种认识主要基于生物体的外在表现与主观臆测，停留在个体水平

二.经典的基因论

开始真正有分析地研究生物遗传和变异规律的是奥国布鲁恩（今捷克巴那地区）的孟德尔（Mendel，G.J.1822-1884）。他在前人植物杂交试验的基础上，于1856-1864年从事豌豆杂交试验，并对后代进行细致的记载与统计分析，于1866年发表了《植物杂交试验》的著名论文。在这篇论文里，他首次提出了分离规律与独立分配规律，并提出遗传物质的基本单位是遗传因子（Inherited facfor）。他认为，决定生物性状表现的遗传因子

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存在于细胞里，这些遗传因子在体细胞内是成对存在的，在产生性细胞即配子时，成对因子彼此互不干扰地分开，因而性细胞内只含有每对遗传因子中的一个。所以，体细胞内含有的遗传因子是成对的，而性细胞内含有的遗传因子则是成单的。孟德尔的遗传因子假说是在魏斯曼“种质论”的基础上，把细胞学的进步和孟德尔的遗传规律结合了起来，所以它是颗粒遗传的发展。

1903年，丹麦遗传学家约翰逊（Johannsen，W.L.1859-1927）把孟德尔提出的“遗传因子”一词名为“基因”（gene），并被人们所接受。从此，基因这个名词一直沿用至今。1910年以后，美国的伟大遗传学家和试验胚胎学家摩尔根（Morgan，T.H.1866-1945）等以果蝇和玉米为材料，进行了大量的试验，继贝特生之后又发现了性状连锁遗传现象，并肯定了连锁遗传的存在。同时，在孟德尔的研究基础上，结合当时细胞学的发展，集颗粒遗传之大成，创立了经典的基因论。

经典基因论认为，基因是遗传的功能单位、突变单位和互换单位，是三位一体的稳定实体。基因存在于细胞核内的染色体上。染色体上基因的位置是一定的，即基因排列顺序都是固定的，彼此的遗传距离也是一定的，象念珠一样成直线地排列。通过杂交，可以对染色体上的基因进行定位，并能绘制出连锁图。这些认识都有实验根据，摩尔根等对果蝇、玉米进行大量实验研究，把这二个物种染色体上大部分基因都进行了定位，并绘制出了各自的连锁图。

经典基因论对遗传学的发展，产生了深远的影响，奠定了坚实的基础，现代遗传学都是在此基础上发展起来并不断完善的。但是，限于当时的科学水平，不可能对遗传物质基础的认识完全正确，例如经典的基因论认为基因是一个稳定的实体，是不可分割的，就与事实不符。后来随着微生物生化遗传的深入研究，发现基因并不是一个不可分割的实体，基因在染色体上的位置也不是稳定的。基因还可分，其内部有许多小单位，它们能分别进行突变和互换，并被称为突变子（muton）和互换子（recon）。基因内部这些小单位的性质及排列方式不同，决定基因的性质就不同。所以，从这个意义上讲，基因称为作用子或顺反子。后来又发现，基因还可以跳跃，离开原来的位置到别的位置上去。尽管这样，不能因此否定经典基因论对遗传学发展的巨大贡献。这是人们对遗传物质基础认识的第二阶段。这时，对遗传物质的本质的认识已经深入到细胞水平。

三.分子遗传的时代

经典基因论已经认识到基因在染色体上，那么，基因是以什么形式存在于染色体上？于是，许多生物化学家和遗传学家共同研究染色体的化学成分和结构。研究表明，染色体是由核酸和蛋白质组成的。那么，核酸是遗传物质，还是蛋白质是遗传物质？又经过多次研究，发现在细胞分裂过程中，核酸的含量变化和染色体呈同步运动。这间接地说明，很可能核酸是遗传物质，而蛋白质不是。

1944年，正当对作为遗传物质DNA的化学鉴定研究工作取得进展时，阿委瑞（Avery，O.T）不仅重复出早在1928年格里费斯（Griffith，F）利用肺炎双球菌和家鼠的细菌转化实验，而且用生物化学方法证明被转化的活性物质就是DNA，于是引起许多科学家致力于解释DNA的物理和化学本性。1952年，赫尔歇（Hershey，A.D.）等用同位素S35和P32分别标记T2噬菌体的蛋白质与DNA，然后通过用标记了的噬菌体侵染大肠杆菌的试验，发现进入菌体的只有DNA，进一步证实DNA是具有连续性的遗传物质。

在这方面的研究，有许多科学家做了积极的贡献，其中英国科学家瓦特森（Watson，J.D.）和克里克（Crick，F.HC.）所做的工作最卓越。早在1938年，曾在他们实验室工作过的威尔金斯（Wilkins）用X射线衍射DNA分子晶体，得到了X－射线晶体衍射DNA 照片，证明DNA上的有机碱基是互相叠堆的。在此基础上，瓦特森和克里克对该照片进行进一步分析，提出了DNA双螺旋的立体结构的著名论断，使人们对遗传物质基础的认识进入了分子时代，并找到了基因的分子实质，从分子水平上来认识基因。从此以后，遗传学的发展突飞猛进，几乎每十年就有一次大的突破。现在人们对基因的认识就不像经典基因论那样了。这是人们对遗传物质基础认识的第三阶段。

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七十年代初，分子遗传学已成功的分离基因和人工合成基因，开始建立遗传工程这一新的研究领域。遗传工程的发展，使人类在改变生物性状上将取得更大的自由，他的深远影响，不仅在于可以打破生物界限，克服远缘杂交的困难，能够有计划的培育出高产、优质、抗逆等优良的动植物和微生物新品种，大幅度的提高农业和工业的生产，而且可以有效的治疗人类的遗传性疾病，并可能从根本上控制癌变细胞的发生，造福于人类。万物同源，皆为DNA，只是其分子结构（遗传距离）上有差异，根据这种差异，可以准确的描述所有生物的分类地位，已有的进化系统树将被修正。DNA技术已被广泛应用于遗传性疾病和部分传染性疾病的诊断，并在大力开拓基因疗法。DNA指纹技术除用于亲属认定、刑事侦查，也可用于民族源流和考古研究。

人们对遗传物质基础的认识经历了这样三个大的阶段，并不是说认识已经很完善了。恰恰相反，还有许多不清楚的地方，有不少问题还要不断地深入探讨。随着科学的不断发展，人们对基因的认识必然更加深化。比如，在单基因研究基础上，20世纪80年代以来开展了多种生物的基因组研究，其中以1990年10月由美、日、英、法、德倡始的“国际人类基因组”计划（1999年中国参加，分担1/100任务），最为轰动。据2001年2月公布的初步分析结果：标定了30亿个碱基对次序，包括3~4万个基因；定位30余种疾病，认定约4000个基因与疾病有关；人类共享99.99%基因序列，属于一个种族……。研究成果对人类的卫生保健贡献巨大，人类属于一个种族的结论从理论上否定了种族歧视，有进步意义。然而这个被美前总统克林顿赞为“如此绚丽，如此美妙，如此复杂”，“使我们深深敬畏的上帝创造生命的代码”（图谱）并不完善。它的提前公布似乎有些急功近利，在原定破译10万个基因中只实现30%~40%，报告认定占基因总长度1/3强的段落为“荒漠区域”、“垃圾DNA”也嫌武断，而且此项研究多着眼于基因→性状的单项测定，难以揭示由受精卵直至成体的整个发育过程的综合遗传调控机制。

在我国，由于前苏联李森科等人的政治性干扰，中国的遗传学研究自1950年起被迫中断。其后，自1956年在青岛召开的遗传学讨论会，宣示学术解禁；1961年《红旗》杂志发表<在学术研究中坚持百花齐放百家争鸣的方针>的社论；直至1978年中国遗传学会在南京成立，所谓“米李”和“孟摩”两派的学术争论，又持续了二十余年。其间正是国际上分子遗传学飞跃发展时期，中国遗传学研究徒走弯路，损失巨大。后来某些遗传学家“矫枉过正”，绝对肯定遗传因素、细胞核、DNA的遗传功能，完全否定环境、细胞质、蛋白质在遗传表达上的作用，显然也是错误的。

回顾遗传学一个世纪的发展历史，清晰的表明遗传学是一个发展极快的科学；差不多每隔十年，就有一次重大的提高和突破,得以后来居上。经过几次飞跃，从“种瓜得瓜，种豆得豆”的形体认识达到DNA主宰遗传的分子水平，创造了20世纪生物科学的辉煌。现阶段的遗传学不论在广度和深度上都有飞跃的发展。他已从孟德尔、摩尔根时代的细胞水平，深入发展到现代的分子水平。遗传学之所以能这样迅速的发展，一方面由于遗传学与许多学科相互渗透和交叉，促进了一批边缘学科的形成；另一方面由于遗传学广泛应用近代化学、物理、数学的新成就、新技术和新仪器设备，因而能由表及里、由简单到复杂、由宏观到微观，逐步的深入研究遗传物质的结构和功能。

遗传学发展到现阶段，已经形成三十多个分支，如细胞遗传学、数量遗传学、发育遗传学、进化遗传学、辐射遗传学、医学遗传学、分子遗传学、遗传工程等。其中分子遗传学等已经成为生物科学中最活跃和最有生命力的学科之一，而遗传工程应是遗传学中最重要的研究方向。无数的事实证明，遗传学的发展正在为人类的未来展示出无限灿烂美好的前景。

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第一章遗传的细胞学基础（2学时）

第一节染色体的一般概念

早在19世纪中叶，孟德尔提出了控制生物性状的基本遗传单位是“遗传因子”，那么遗传因子的载体是什么？现在已经证实，遗传因子的载体就是存在于细胞核中的染色体。

一．染色体的形态特征

各个物种的染色体都有其特定的特征，观察生物分生组织（用一些生物碱性染料首先进行染色）的体细胞或性母细胞，可以看到细胞核内一条条被染上色的细胞器，那就是染色体。

一般染色体是由一个不易染色的着丝点分开的两个染色体臂组成，其短臂一侧有时会有一个随体。同一物种内所含有的染色体可据每条染色体长短、两臂比例、随体有无等形态特征进行组型分析，以便确定染色体的同源关系。

二．染色体的数目

各种生物体的染色体数目往往差异很大，在体内是恒定的，而且一般在体细胞是成对的，而在性细胞中总是成单的。故在染色体的数目上，生物体细胞往往是性细胞的2倍，一般分别用2n与n表示。

于鉴定系统发育过程中物种的亲缘关系，特别是对于植物类型的分类常具有重要作用，如普通小麦与一粒小麦及二粒小麦的关系。

三．染色体的结构

染色体在细胞分裂过程中，是有规律变化的，由看不见形态的染色质状态到明显可见的染色体状态，最后又恢复成看不见的染色质状态，说名染色体结构发生了变化。贝克（Bak,A.,L.）于1977年提出了染色质螺旋化的四级结构模型。

一级结构——核小体（串珠结构）根据过去的研究，一个染色体包含两条染色质线，染色质线是由DNA和组蛋白组成。一级结构就是为了解释DNA和组蛋白的结合方式而提出的。其要点可归纳为：1.染色质的基本结构单位是核小体和连接丝两部分。2.核小体是由H2A、H2B、H3、H4四种组蛋白各两分子组成的八聚体，核小体的φ=100?，DNA双螺旋就盘绕在这个八聚体表面。3.连接丝把两个核小体连接起来，它是由两个核小体之间的DNA双链及与其相结合的组蛋白H1所组成，4.一个核小体及其连接丝约含200个碱基对的DNA，其中约140个碱基对盘绕在核小体的表面1.75圈；其余50-60个碱基对连接着两个核小体。

二级结构----螺线体核小体的长链呈螺旋化的盘绕，并形成中空管状的超微螺旋，既为螺线体。φ=300?，螺距=110?。

三级结构----超螺线体螺线体进一步螺旋化而形成的筒状结构，φ=4000?，螺距=300?。

四级结构----染色体超螺线体进一步折叠和螺旋化而形成的。φ=1μm，螺距=4000?。

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根据四级结构模型，估计从DNA双链的螺旋化到染色体，长度先后经过四级压缩的倍数比率分别为7、6、40、5倍，所以，染色质中的DNA双螺旋最初的长度大致被压缩8000-10000倍。还应注意到，四级结构模型的每一高级结构的线条都是由下一级机构变化而来。

四．异染色质与常染色质、A染色体与B染色体

在一个染色体上，往往染色深浅程度不同，染色较深区域称为异染色质，其他区域成为长染色质区域，异染色质区域结构和常染色质相同，只是功能上似乎是惰性的。把一些生物体内出现的正常恒定数目的染色体以外的额外染色体称为超数染色体（superunmerary chromosome）或副染色体（accessory chromsome）,一般通称为B染色体，而把正常染色体称为A染色体。

第二节细胞分裂及染色体的行为

根据纺棰丝产生与否，细胞分裂可分为无丝分裂和有丝分裂。无丝分裂也称直接分裂，它不象有丝分裂那样经过染色体有规律的和准确的分裂过程，而只是细胞核拉长，缢裂成两部分，接着细胞质也分裂，从而成为两个子细胞。因为在整个分裂过程中看不见纺锤丝，故称为无丝分裂。这种分裂方式是低等生物的一种主要细胞分裂方式，在高等生物中，是一种相对次要的分裂方式。高等生物细胞分裂主要以有丝分裂方式进行。本节主要讲述在细胞分裂中染色体的行为变化。

一．有丝分裂

1．概念有丝分裂是高等生物体细胞分裂的一种主要形式，所以通常又把有丝分裂称为体细胞分裂。一个含有2n条染色体的的母细胞，经过一次染色体分裂、一次细胞核分裂、一次细胞质分裂，最终形成两个染色体仍然为2n条的子细胞。

2．过程有丝分裂是一个连续的分裂过程，为了认识的方便，人们根据细胞核变化特征，将整个分裂期人为地分为前期、中期、后期、末期四个分裂时期。实际上在两次连续分裂之间还有一个间期，现按五个时期分述如下：

间期（interphase）光学显微镜下观察，活体细胞核是均一的，一般较未进行有丝分裂的细胞核大。但其内部实际上进行着较复杂的生理生化变化，为继续进行分裂准备着条件。可概括为三个方面：①进行DNA及与其相结合的组蛋白的合成，②降低呼吸消耗，为进行细胞分裂储备能量，③进行细胞生长，使核质体积比例达到最适分裂的平衡状态。

前期（propjase）染色质缩短变粗逐渐形成染色体，但并不能分出染色体的条数。由于染色体在间期已经自我复制，因而这时的一条染色体实际上包含两条染色单体。随着时间的推移，核膜核仁逐渐模糊不清，在后期可见纺锤丝的出现，并逐渐形成纺锤体。核膜核仁的消失标志着前期的结束。

中期（metaphase）核膜与核仁均消失，核质之间已无可见的界限，纺锤体清晰可见、染色体的形状与数目也达到最清晰的时刻，各个染色体的着丝点均排列在纺锤体中央的赤道面上，而其两臂则自由的分散在赤道面的两侧。

后期（anaphase）每个染色体的着丝点一分为二，原来由共同的着丝点连在一起的两条染色单体彼此分开，形成两条染色体，随着纺锤丝的牵引，每个染色体分别移向细胞的两极，因而在细胞的两极将各具有一套与原来同样数目的染色体。

末期（telophase）在两极围绕着染色体又出现新的核膜，染色体又变得松散细长，核仁重新出现。由此一个细胞内形成两个子核，接着细胞质分裂，在纺锤体的赤道办区域形成细胞板，一个细胞分裂为两个子细胞，又恢复到分裂前。

3．多核细胞与多线染色体由于细胞分裂的特殊情况：一是细胞核进行多次分裂而细胞质并不分裂，因而形成具有很多游离核的多核细胞。二是染色体连续复制，但细胞核并不进行分裂，这称为核内有丝分裂，其结果是复制的多条染色体都留在一个核内，或者复制的染色体根本不分离形成多线染色体。

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4．有丝分裂的意义这一分裂方式在遗传学上的重要意义是：均等方式的分裂既维持了个体的正常生长发育，也保证了物种的连续性与稳定性。首先是核内每个染色体准确地复制分裂为二，为形成的两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的分配到两个子细胞中，从而使两个子细胞与母细胞具有同样的质量和数量的染色体。

二．减数分裂

减数分裂（meiosis）又称成熟分裂（maturation division），是发生在性母细胞形成性细胞或其前身时所进行的一种特殊的有丝分裂形式。因为它使体细胞数目减半，故称为减数分裂。

1．概念是发生在性母细胞形成性细胞或其前身时所进行的一种特殊的有丝分裂形式。

一个含有2n条染色体的性母细胞，经过连续两次的细胞分裂，而染色体只发生一次分裂（还有一次分离），其结果形成了染色体数目减半的四个子细胞，既性细胞或其前身。其特点可概括为前期联会、分裂过程染色体减半。

2．过程减数分裂同样是一个连续的分裂过程，但一般将其划分为两个分裂过程，每一个分裂过程又划分为若干个分裂时期，而尤以第一次分裂的前期最为复杂。分裂时期划分如下。

第一次分裂前期Ⅰ细线期、偶线期、粗线期、双线期、终变期

中期Ⅰ

后期Ⅰ

末期Ⅰ

第二次分裂前期Ⅱ

中期Ⅱ

后期Ⅱ

末期Ⅱ

减数分裂整个过程各个时期的特点可作如下概括：

第一次分裂

前期Ⅰ分五个时期介绍如下：

①．细线期（leptotene）：核内出现细长如线、其乱如麻的染色体，染色体分不出个数，更分不出头尾，核内的核仁大多清晰可见。由于染色体在间期已经复制，因此这时每一条染色体都是由一个有共同的着丝点联在一起的两条染色单体组成。

②．偶线期（zygotene）这时染色体的粗细程度与上一时期相近，但稠密程度大大降低，表现为视野较透剔。这一方面是由于染色体不断缩短变粗，另一方面是由于同源染色体开始联会（synapsis）。所谓联会是指同源染色体配对。2n条染色体联会形成n对染色体。联会的同源染色体对应部位相互紧密并列，逐渐沿着纵向连接在一起，形成复合体，这种联会复合体（synaptonemal complex）称为二价体（bivalent）。

③．粗线期（pachytene）联会复合体最终形成，二价体逐渐缩短变粗。因为二价体包含四条染色单体，故又称为四合体（tetrad），在二价体中，一条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称为非姊妹染色单体。光学显微镜下一般较易看出联会复合体明显加粗，但并不能看清二价体中的两条染色体。在粗线期的末期开始出现非姊妹染色体片断的交换（crossing over）。

④．双线期（diplotene）四合体继续缩短变粗，各个联会了二价体虽因非姊妹染色体单体相互排斥而松解，但仍被一、二个以至几个交叉（chiasmata）联结在一起。这种交叉现象就是非姊妹染色体单体之间某些片段在粗线期发生交换的结果。在电子显微镜下观察，这时的联会复合体的横丝物质脱落了，只是在交叉处还未脱落。

⑤．终变期（diakinesis）染色体变得更为浓缩和粗短，这是前期I终止的标志。这时可以见到交叉向二价体的两端移动，并且逐渐接近于末端，这一过程叫做交叉的端化

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（terminalization）。在这时每个二价体分散在整个核内，可以一一区分开来，所以是鉴定染色体数目的最好时期。

中期Ⅰ核仁和核膜消失，细胞质里出现纺锤体。纺锤丝与各染色体的着丝点连接。从纺锤体的侧面观察，各二价体不是象有丝分裂中期各同源染色体的着丝点整齐地排列在赤道板上；而是分散在赤道板的两侧，即二价体中两个同源染色体的着丝点是面向相反的两极的，并且每个同源染色体的着丝点朝向哪一极是随机的。从纺锤体的极面观察，各二价体分散排列在赤道板的近旁。这时也是鉴定染色体数目的最好时期。

后期Ⅰ由于附着在各个同源染色体的着丝点的纺锤丝的牵引，各个二价体各自分开，这样把二价体的两个同源染色体分别向两极拉开，每一极只分到每对同源染色体中的一个，实现了2n数目的减半（n）。这时每个染色体还是包含两条染色单体，因为它们的着丝点并没有分裂。

末期Ⅰ染色体移到两极后，松散变细，逐渐形成两个子核；同时细胞质分为两部分，于是形成两个子细胞，称为二分体（dyad）。在末期I后大都有一个短暂停顿时期，称为中间期（interkinesis），相当于有丝分裂的间期；但有两点显著的不同：一是时间很短，二是DNA不复制，所以中间期的前后DNA含量没有变化。这一时期在很多动物中几乎是没有的，它们在末期I后紧接着就进入下一次分裂。

第二次分裂

前期Ⅱ每个染色体有两条染色单体，着丝点仍连接在一起，但染色单体彼此散得很开。

中期Ⅱ每个染色体的着丝点整齐地排列在各个分裂细胞的赤道板上。着丝点开始分裂。

后期Ⅱ着丝点分裂为二，各个染色单体由纺锤丝分别拉向两极。

末期Ⅱ拉到两极的染色体形成新的子核，同时细胞质又分为两部分。这样经过两次分裂，形成四个子细胞，这称为四分体（tetrad）或四分孢子（tetraspore）。各细胞的核里只有最初细胞的半数染色体，即从2n减数为n。

3．减数分裂的遗传学意义

在生物的生活周期中，减数分裂是配子形成过程中的必要阶段。这一分裂方式包括两次分裂，其中第二次分裂与一般有丝分裂基本相似；主要在第一次分裂与有丝分裂相比具有明显的区别，这在遗传学上具有重要的意义。首先，减数分裂时核内染色体严格按照一定的规律变化，最后分裂成四个子细胞，发育为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间染色体数目的恒定性，为后代的正常发育和性状遗传提供了物质基础；同时保证了物种相对的稳定性。

其次，各对同源染色体在减数分裂中期I排列在赤道板上，然后分别向两极拉开，但各对染色体中的两个成员在后期I分向两极时是随机的，即一对染色体的分离与任何另一对染色体的分离不发生关联，各个非同源染色体之间均可能自由组合在一个子细胞里。n对染色体，就可能有2n种自由组合方式。例如，水稻n＝12，其非同源染色体分离时的可能组合数即为212＝4096。这说明各个子细胞之间在染色体组成上将可能出现多种多样的组合。不仅如此，同源染色体的非姊妹染色单体之间的片段还可能出现各种方式的交换，这就更增加了这种差异的复杂性。因而为生物的变异提供了重要的物质基础，有利于生物的适应及进化，并为人工选择提供了丰富的材料。

第二章孟德尔遗传（4学时）

人类历史上第一个研究和揭示出生物遗传变异规律的是十九世纪中叶奥国的一位牧师，名叫Gregon Mendel。1857年，他从当地的市场上买了34个豌豆品种精心地种植、观察和杂交，并对杂交后代进行统计分析，经过八年时间，最后提出了分离规律与自由组合规律的遗传假说，并于1865年以《植物的杂交试验》为题目，发表了他的研究成果。很遗憾的是，孟德尔的发现并没有引起当时科学界的重视。直到1900年，这篇不朽的论文才几乎同时被三位植物学家所发现，并证实。从而才引起人们的重视并逐渐被承认，所以人们习惯把1900年作为遗传学开端和发展的一年。而此时孟德尔离开人世已经十六年了。

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为了纪念孟德尔对遗传学发展的贡献，往往把孟德尔提出的分离规律和独立分配规律说成是孟德尔遗传规律。本章把分离规律和独立分配规律和在一起进行讲授。

第一节基本概念

一．性状、单位性状和相对性状

性状：形态特征和生理生化特性。

单位性状：性状总体区分为单位。

相对性状：同一单位性状的明显相对差异。同一单位性状内部可能有多个相对性状。

二．杂交、自交、回交、正反交

具有完全花的植物自体受精称为自交，一般自交的单株记为S0，其以后世代分别记为S1、S2等，两个具有相对差异的个体所进行的交配叫杂交,一般记为P1*P2,此时P1是母本。P2是父本，分别记为♀、♂，如配制一父母本与上述组合倒置的杂交组合P2*P1，则一般将其中之一称为正交，而另一杂交组合称为反交，有时也记为（P1*P2）ˊ，亲本世代用P表示，母本上面所结的种子称为F1世代，F1世代的幼苗则由该种子长出，F1世代的植株上面又结出F2种子，以后世代类推，总之，植株要比种子晚一个世代。F1与亲本之一进行的交配称为回交，有时将P1*F1的后代称为BC1F1，BC1F1自交后代称为BC1F2，与此相对应，（F1*P1）ˊ的后代称为BC1F1ˊ，P2*F1的后代称为BC2F1。

三．显性性状、隐性性状、测交、完全显性、不完全显性、共显性

表现单位性状具有相对差异的两个亲本杂交，其F1世代往往只表现亲本之一的性状，该性状就称为显性性状，而未表现出来的亲本的性状称为隐性性状。把F1与表现隐性性状的亲本之间的交配称为测交。上述F1的表现为完全显性，有时F1的表现介于双亲之间，此时称为不完全显性，还有时双亲的性状都在F1表现出来，此时就称为共显性。

四．基因、等位基因、非等位基因

生物体中,含有特定遗传信息的核苷酸或脱氧核苷酸序列称为基因。高等生物的基因载体一般为脱氧核苷酸序列，其存在的场所分为核内的DNA与核外的叶绿体与线粒体等。而微生物的基因载体一般为核苷酸序列。基因的位置称为座位，处于相同座位的基因称为等位基因，而处于不同座位的基因称为非等位基因。

五．表现型与基因型、纯合型与杂合型

生物体性状的外在表现称为表现型，简称为表型，而控制这种外在表型的内部基因组成称为基因型，就2n生物来说，一般控制相对性状的基因有性质相反的两个，当控制某一性状的基因组成为同质时，称为纯合型，否则，称为杂合型。

第二节孟德尔杂交试验结果

一．一对相对性状杂交试验结果

1857年，孟德尔选择七对相对性状，利用豌豆进行杂交。杂交结果如下表，总结七对性状的杂交结果，其共同点为：

1．杂交

1）F1只表现亲本之一的性状。既表现显性性性状。

2）F2发生性状分离，显性：隐性=3：1，或显性个体占3/4、隐性个体占1/4。

2．测交（回交）

F1与隐性性状个体测验回交，结果后代群体内显、隐性状个体都有出现，且比例为1：1

9

10

3．连续自交

1） F2表现显性性状的个体产生的F3中有的不发生分离，有的仍然发生3：1分离，且不分离株：分离株=1：2。或分离株占2/3

2） F2表现隐性性状个体产生的所有F3植株不发生性状分离。

性状

组合 F1表型 BC2F1表型 显性性状 隐性性状 隐性F2个体自交 显：隐=3：1 显性性状 花色

红*白 红 706红 224白 64 36 白 1红 1白 种子形状

圆*皱 圆 5474圆 1850皱 皱 1圆 1瘪 子叶颜色

黄*绿 黄 6022黄 2001绿 353 166 绿 1黄 1绿 豆荚形状

饱*瘪 饱 822饱 299瘪 71 29 瘪 1饱 1瘪 生豆荚色

绿*黄 绿 428绿 152黄 60 40 黄 1绿 1黄 花的位置

腋*顶 腋 651腋 207顶 顶 1腋 1顶 植株高度 高*矮 高 787高 277矮 72 28 矮 1高 1矮

二． 两对相对性状杂交试验结果

孟德尔为了探索两对相对性状联系在一起时的遗传情况，选择子叶颜色（黄与绿）和籽粒形状（圆与皱）两对相对性状，做进行实验。总结其特点可归纳为：

1． 杂交，表现特点

1） F1只表现单位性状中的显性性状。

2） F2发生单位相对性状的彼此分离，分离比例为3：1，非单位性状间的相对性状自由组合，其比例恰好符合由（3：1）（3：1）推测得到的9：3：3：1。

2． 连续自交。孟德尔把上述F2种子自交，结果可概括为三种表现：

1）表现双显性性状的F2个体自交后代分离最为复杂，其中4/9个体表现9：3：3：1分离，表现3：1分离的类型有两种，各占2/9，另有1/9的个体不分离；

2）表现单显性的两种F2个体就单位性状来说，隐性性状不变，而显性性状表现3：1分离的比例为2/3；

3）表现隐性性状的F2个体自交后代不分离。

上述的结果又可进一步概括为：

1） 占F2总数4/16的一种表现双显性性状的个体自交后代表现9：3：3：1分离；

2） 各占F2总数2/16的四种至少表现单显性性状的个体自交后代表现3：1分离；

3） 各占F2总数1/16的四种随机组合性状的个体自交后代表现不分离；

3．正反回交测验。用双隐性亲本做回交亲本进行正返回交测验，结果发现，不仅双亲的表型再现而且出现两种新类型，且比例为1：1：1：1。

第三节孟德尔遗传规律

孟德尔在总结上述现象的基础上，提出两大遗传规律。利用这两个规律可以对豌豆杂交试验结果进行遗传解释。

一．孟德尔杂交实验的遗传解释

1．控制性壮的基因在染色体上；

2．成对的等位基因在形成配子时彼此分离；

3．各对等位基因分别在不同对的同源染色体上；

4．非等位基因在形成配子时自由组合。

二．两大遗传规律

1．分离规律：单位性状是由成对的等位基因控制的，成对的等位基因在配子形成过程中彼此分离，互不干扰，因而配子中只具有成对基因中的一个。性状有显隐性之分，基因也有显隐性之分，当显性与隐性组合在一起时，仿佛只有显性基因。

2．独立分配与自由组合规律

控制两对相对性状的两对等位基因，分布在不同的同源染色体上。在减数分裂形成配子时，同源染色体上的等位基因发生分离，而位于非同源染色体上的基因之间可以自由组合。

第四节多对性状的遗传及相关计算

一．计算方法之一――推导法

两对杂合基因的遗传是在一对杂合基因的遗传基础上进行的。因为一对杂合基因的个体能产生比例相等的两种配子。组成两种纯合基因型，形成3：1两种表现型，1：2：1三种基因型，4种配子组合方式。…因此只要各对基因都是独立遗传的，其杂种后代就有一定规律可循。可归

性基因的纯合体，例如有M（N≥M≥0）对显性基因的纯合体是有多种的，并且每一种纯合体的比例是相等的。

二．计算方法之二――用概率方法求解F2群体某种基因型或表型比例

1．概率的复习

事件发生的可能性称为概率。由0-1事件组成的总体称为二项分布，事件总体样本容量为N，0事件的概率为p，1事件的概率记为q时，则0事件发生k次的概率为：

11

这里k的最大取值为N。

在遗传学中，F2群体中某种基因型或表型比例恰好可以用上述公式求出。只是要注意在相应的情况下的p、q、k、N的各自取值大小或范围。

2．几类问题的求解方法

1）具n对杂合基因的个体自交后代中有K个显性基因出现的概率为：

2）具n对杂合基因的个体自交后代出现K个显性性状的个体的比例。

3）具n对杂合基因的F1自交后代出现K个显性性状n-K各隐性性状的纯合体。

在1对杂合基因中，F2显性性状个体的纯合基因型占1/3。

三．计算方法之三――二项式展开法求解F2的基因型分布、表型分布

卡平方测验—遗传适合性测验（实验课中祥述）。

第五节基因互作

一．等位基因间的互作

孟德尔之后，许多试验证明基因与性状的关系是相当复杂的，任何性状的表现都可能是许多基因相互作用的结果，这种现象称为基因互作（interaction of genes）。这些基因有可能是等

位基因，也可能是非等位基因。本小节先讲述等位基因间的互作。

1．种类

完全显性：F1表现和亲本之一完全一样，称为完全显性（complete dominance）。

不完全显性：F1表现的性状，也可能是双亲性状的中间型，称为不完全显性（lncomplete dominance）。例如，紫茉莉（mirabilis jalapa）花色的遗传。红花亲本（RR）和白花亲本（rr）杂交，F1（Rr）的花不是红色，而是粉红色。F2群体的基因型分离为1RR：2Rr：1rr，即其中1/4的植株开红花，2/4的植株开粉红花，1/4的植株开白花。

由此可知，当相对性状为不完全显性时，表现型和其基因型是一致的。

共显性：如果双亲性状同时在F1个体上出现，而不表现单一的中间型或亲本之一的表型，称为共显性（codominance）。例如，正常人红血球细胞呈碟形，某种贫血症患者的红血球细胞呈镰刀形，故称镰形红血球贫血症。镰形红血球贫血症患者和正常人结婚所生的子女，他们的红血球细胞，既有碟形，又有镰刀形。这种人平时并不表现严重的病症，在缺氧条件下才发病。这是表现共显性的一个实例。

2．显性的相对性

①与研究手段有关。鉴别相对性状表现为完全显性或不完全显性，也取决于观察和分析水平。如豌豆的圆与皱。孟德尔根据豌豆种子的外形，发现圆粒对皱粒是完全显性。但是，如果用显微镜检查豌豆种子淀粉粒的形状和结构，可以发现纯合圆粒种子的淀粉粒持水力强，发育完善，结构饱满；纯合皱粒的淀粉粒持水较弱，发育不完善，表现皱缩；而F1杂合种子的淀粉粒，其发育和结构是前面两者的中间型，而外形是圆粒的。故从种子外表观察，圆粒对皱粒是完全显性，但深入研究淀粉粒的形态结构，则可发现它是不完全显性。因此，完全显性与不完全显性没有截然的界线，鉴别它们的差异有时取决于观察和分析的深入程度。

②性状表现与环境。一方面外部的环境会影响表现型，如双胞胎姊妹因为一个在室内一个在室外工作而肤色出现黑与白的差异；另一方面内部的环境也会影响表型，如从性遗传、兔子的皮下脂肪颜色的遗传等。

3．基因互作的实质

等位基因间互作不是抑制或促进的关系，而是分别控制各自的代谢过程，从而控制最终性状的表现。

二．非等位基因间的互作

1.互作的形式

12

非等位基因间的互作表现更加复杂，本课程只学习两对基因的互作，至于多对基因之间的互作表现，有些是可以通过两对基因的互作表现加以推导的。在学习时要加以注意。

两对基因的互作共有互补作用、重叠作用、抑制作用、积加作用、显性上位与隐性上位作用6种，为便于记忆，可归纳如下：

基因互作要记牢，显性基因最重要；……主要是显性基因的相互作用

首先明确性状数，叠补抑制二性状；……F2的性状（一般两亲本表型相同）

重叠作用二合一，要是互补变97；……两个基因位点的显性基因作用相同且是重叠的;

抑制作用最新奇，不定性状定因基；…其中一对基因对性状的表现起直接作用，另一对基因中的隐性基因无作用，但显性基因对前对基因中的显性基因表达有抑制作用

积加上位三性状，积加作用一为一；……两个基因位点的显性基因作用相同但具加和性

一因多效是上位，上位存在全归一。……上位基因既控制性状的表现，又具有上位性。

2.互作的实质

性状的表现决定于基因的相互作用，而基因的相互作用又是通过具体的生化过程而实现的，即可以通过控制同一生化过程的不同步骤影响性状的表现，同时，一个生化过程的改变也会影响与之相联系的其他生化过程从而形成“一因多效”或“多因一效”。而基因的作用又是在一定的环境条件下进行的，因而性状的形成是基因与基因、以及基因与内外环境共同作用的结果。

如白三叶草氯化物含量是显性互补作用的结果，由下图可见低含量类型中有3种基因型，为何这3种基因型的含氰量低，而唯独L-H-基因型高，原来，氢化物是一种含氰的葡萄糖苷在氰酸酶（H酶）的作用下产生出来的，含氰葡萄糖苷又是由一种前驱物在产氰糖苷酶（L酶）作用下形成的。所以只有L、H同时存在时，才可能产生高氢化物含量的植株。

三．孟德尔遗传规律成立的条件

1．与孟德尔遗传不符的事实：

1）连锁。

2）互作。

3）不完全显性

2．孟德尔遗传规律成立条件。

1）二倍体，相对性状必须具明显差异。

2）完全显性，且不受其他条件影响。

3）形成各种基因型个体机会相等。

4）F2群体要大。

5）环境条件一致。

13

3．孟德尔成功的原因。

首先勤勉刻苦。善于钻研。孟出身农民家庭，自幼喜欢地质学、数学，尤其喜爱搞植物杂交试验。他中学毕业后进布吕恩修道院当了牧师，他利用修道院的园地，搞豌豆的杂交试验。

其次善于借鉴与利用前人的工作基础。在孟德尔之前，大约有一百多年植物杂交工作的科学成就。其中有两个人所搞的植物杂交试验对孟德尔影响很大。以为是英国的托马斯·奈特Thomas Night，他与1797年用灰色豌豆*白色豌豆—F1，看到F1全是灰的，灰色的F1种下去后有长出了灰色和白色豌豆。还有法国的奥丁（Nandin）作的正反杂交后代表现一致及杂种二代发生显性分离的试验。孟德尔提出遗传因子分离假说也是建立在前人发现的基础上的。在孟德尔之前有一位叫科尔罗伊特（J·G·Koelreuter）的科学家曾经证实，植物生殖具两性关系，授粉作用实际是雌雄配子的结合。这就指出植物个体是由两个配子而来，其遗传因子从一代传给一代要经过配子这个桥梁。孟德尔正是抓住这条线开展研究并取得成功的。

第三，选材正确，试验过程、对结果处理方法科学。孟德尔选取试材实际上有玉米、菜豆、山柳菊，但只有豌豆取得了成功，这原因之一在于豌豆是严格自花授粉作物，原因之二豌豆的七个性状都是单基因控制的质量性状。他的试验是严格的，包括严格地去雄与隔离。他对杂种后代及亲本进行认真观察，记载，运用数学的方法，对试验结果进行周密统计分析。他的试验设计思路清楚，方案合理。

第六节孟德尔遗传规律的应用

孟德尔遗传规律揭示出独立遗传的基因分离及在此基础上的非等位基因之间的自由组合，从而揭示出生物体变异的普遍性的一个原因，但是，基因型与表现型既有联系又有区别。这在育种上给我们的启示是：

1．要重视基因型与表现型之间的关系，在遗传研究与育种工作中应严格选用合适的遗传材料，才能正确分析试验材料、获得预期结果。例如选用纯合基因型的材料，F2才能会出现性状分离，否则，F1就可能出现性状分离；

2．丰富变异类型，帮助确定育种规模。杂种通过自交出现性状分离，也导致基因型纯合，这就为人工选择与自然选择创造了条件，但由于不同性状表现的复杂性，可能双亲杂交

后代会出现新的表型，或者由于不同性状表现的机会不同，要求不同的群体规模；

3．是单倍体育种的理论基础。

第三章连锁遗传规律（4学时）

第一节性状连

现及机

理

1900年孟德尔遗传

规律重新发现以后，引起

生物学界的广泛重视，人

们以更多的动植物为材料

进行杂交试验，以验证孟

德尔遗传。其中大部分试

验结果符合孟德尔遗传，

有些则不符合，有些人以

此为依据，怀疑甚至想否

定孟德尔遗传规律。

1906年贝特生以香豌豆为试材的遗传研究与孟德尔遗传规律明显不符。美国加洲理工学院试验胚胎学家摩尔根以果蝇为材料，对上述现象进行深入研究，终于发现了遗传学第三遗传规

律。掀开了分子遗传学的新篇章。

14

自30年代起，遗传

学在美国有两个活跃中

心。一个在东部康奈尔大

学，由R·A·Emorson领

导，以玉米为研究材料；

另一个在西部加洲理工学

院T·H·Morgan领导，

以果蝇为研究材料。

一．杂交表

现

1906年贝特生经典试验如下表。总结两试验共性可以发现：

1）F1单一性状只表现显性；

2）F2有四种表型，就单一性状来看，符合分离规律，但两对性状综合来看，明显不符合独立分配规律，即∑亲型》理论数，∑重组型《理论数。

二．几个概念

1）原来为同一亲本所具有的两个性状常常有联系在一起遗传的倾向。叫做性状连锁；

2）两个显性性状联系在一起，两个隐性性状联系在一起遗传的现象称为相引相。

3）一个显性性状与一个隐性性状联系在一起遗传称为相斥相。

三．完全连锁与不完全连锁（交换）的机理

孟德尔遗传规律成立的条件之一是控制不同性状的基因分别在不同的染色体上，事实上，染色体的数目较少而生物性状的数目较多，这必然会导致控制多对性状的多对基因在用一条染色体上。假如控制多个性状的基因在同一条染色体上，情况会是什么样呢？这时又因为基因的距离远近而有不同的表现。

1．基因距离无限近…完全连锁（complete linkage），两基因象一对基因一样遗传。

如果Aa与Bb是位于一对同源染色体上的基因，则纯种显性与纯种隐性基因型个体的染色体所载荷的基因就分别是AB//AB与ab//ab，由于基因是随着染色体的动态而行动的，这两种基因型个体形成配子所含的染色体及其基因型就分别是AB/与ab/，于是两者杂交所形成的F1基因型就是AB//ab，F1形成的配子类型也只能有两种，而且都是亲本型的AB/与ab/，假如F1自交或测交，其后代表型也只表现亲本表型，而且两对非等位基因控制的性状与一对基因的遗传相似，即自交分离比为3：1，测交分离比为1：1。

2．基因距离相对较远……不完全连锁（incomplete linkage）

通过减数分裂的学习知道，从减数分裂前期Ⅰ的粗线期始，一个联会复合体中的非姊妹染色单体会进行遗传物质的交换。现在已知，除着丝点外，非姊妹染色单体的任何位点都可能发生交换，只是在交换频率上，离着丝点越远的区段交换频率越大。由于发生了交换而引起同源染色体间非等位基因的重组，这时F1不仅产生亲型配子，还能产生重组型配子。就一对特定的非等位基因来说，由不同孢母细胞所形成的配子只能有以下两种可能：①交换区段在这两个基因之外，则由该孢母细胞所形成的配子为比例相等的两种亲型配子，②交换区段恰好发生在这两个基因之间，则所形成的配子半数为亲本型的，半数为重组型的。综合两种可能情况表明，重组型配子产生的几率远小于亲本型配子。

对于完全连锁与不完全连锁的机理可总结如下：

1）性状连锁是现象，基因连锁则是实质，即控制多对性状的非等位基因在同一条染色体上，因而表现连锁。

2）在减数分裂前期，除着丝点外，非姊妹染色单体的任何位点都可能发生交换，只

是在交换频率上，离着丝点越远的区段交换频率越大。就两个基因来说，只有当相互距

离小于某一临界值时，才不能发生非姊妹染色单体的交换，表现为完全连锁，否则都可

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能发生交换，由于发生了交换而引起同源染色体间非等位基因的重组，原有的连锁关系被打破，因而表现为不完全连锁。

3）某两对连锁基因之间发生交换的孢母细胞的百分数恰是交换型（重组型）配子百分数的二倍；重组型配子少于配子总数50%。

第二节交换值及其测定

遗传学中重组型配子百分率称为交换值或重组值（cross-over value）。因此如果能根据后代个体表型比例推测出某种基因型的比例，并据此推测出重组配子的比例，就可以计算交换值。

遗传学中一般根据一下两种方法计算交换值：

一．测交

利用F1与隐性纯合体测交，由于测交后代中重组类型个体的百分比就是重组类型配子的百分比，因而重组类型个体百分比就是重组值。如玉米相斥相中有色饱满杂合体与隐性纯合体无色

（638+672）/43785*100%=2.99%

二．自交法

对于F2后代来说，由于只有纯隐性个体可以根据表现型推知基因型（当然，纯隐性个体百分率的平方根就是F1产生的隐性基因配子的比例），并且由于不论是相引相还是相斥相都有

AB%=ab%，Ab%=Ab%

据此可以根据F2群体中纯隐性个体的百分率求交换值。

插入公式

交换值变幅0-50%。当交换值越接近0时，说明连锁强度越大，反之则越小。可用交换值大小表示两个基因在同一染色体上的相对距离，交换值越小，距离越近。交换值大小又受内外条件影响而发生变化，如性别、年龄、温度，染色体的部位、染色体畸变等。

第三节基因定位与连锁遗传图

原理：若准确的估算出交换值，则可顺次确定每个基因在染色体上的相对位置，把基因标志在染色体上，绘制成连锁遗传图。

一．基因定位方法

1）两点测验：为了确定Aa、Bb、Cc三对基因在染色体上的相对位置，通过任两对性状间的杂交及测交（共3组杂交与测交），分别求出任两对基因间是否连锁及其重组率，从而确定这三对基因在染色体上的位置。上表是两点测验的三组数据,试验一说明Sh与C之间的遗传

距离为

301/8368*100%=3.6%

试验2说明Wx与Sh之间的遗传距离为

3019/14895*100%=20.1%

据此,参与两个试验的Shsh基因位点的位置既可能在wx、c基因位点的同侧，也可能在二者之间。如图所示，究竟哪种顺序正确？这要根据第3个试验决定，试验3说明wx与c之间的遗传距离为

16

1456/6714*100%=21.7%

这一距离与第2种顺序的推测值较接近，说明三基因的排列顺序可图示如上（1）。

佳，并且工作繁琐，三点测验是通过一次杂交和一次用隐性亲本测交，同时确定三对基因在染色体上的位置。

②简便，一次杂交、一次测交同时确定连锁基因的位置。

做法：Ⅰ先杂交再测交，Ⅱ据测交后代个体表型比进行估算

A．独立遗传—8种表型比例相等。

B．两对连锁—8种表型两个比例，即各四种类型配子分别比例相等。

C．三对连锁—8种表型四种比例，即：亲型：单交换1：单交换2：双交换各两种相同比的配子。当然就4类表型个体的实际数目来说，亲型最多、双交换型最少。

因此，当三对基因连锁时，首先根据亲型及双交换型表型（配子基因型）判断三基因线性顺序；然后再根据两个单交换值判断两个边缘基因与中位基因之距离。如下表资料（为方便记，隐性基因对应的显性基因记为“+”），显然符合三个基因连锁的特征。下面据此计算三个基因的关系。

P 凹陷、非糯、有色 * 饱满、糯性、无色

shsh ++ ++ ++ wxwx shsh

17

18

测交 F1饱满、非糯、有色 * 凹陷、糯性、无色

+sh +wx +c shsh wxwx cc

据亲型表型可推测亲本3基因的可能顺序为以下3种：

①+wxc/sh++、② wx+c/+sh+、③wx+c/+sh+

每一种类型都对应唯一一对双交换类型，哪一种双交换类型与实际双交换类型符合，那种顺序就是正确的。因为只有③wx+c/+sh+能产生双交换配子wxshc/+++，因此3基因的实际排列顺序应为

wx+c/+sh+

三对基因的顺序已经确定，就可以进一步计

算相邻两基因的交换值，以作出遗传连锁图。

单交换值1（wx 与sh 之间的交换值）=

（601+626+4+2）/6708*100%=18.4%

单交换值2(sh 与Wx 之间的交换

值)=(116+113+4+2)/6708*100%=3.5%

据上述的交换值可以确定3基因的位置及距

离:

3）干扰与符合

理论上一个单交换基础上再进行一次单交换即形成双交换其概率为：

双交换值=单交换1*单交换2

但实际上一个单交换发生后，在它邻近再发生第二个单交换机会减少，即实际双交换值<理论双交换值,称为干扰，如本例中，

理论双交换值=18.4%*3.5%=0.64%

实际双交换值=(4+2)/67.8*100%=0.09%

上述结果的原因是交换的前提是非姊妹染色单体间必须缠绕，缠绕的结果，前处发生了非姊妹单体间的交换，就有可能影响下处的交换。通常用符合系数来表示干扰的程度。

符合系数=实际双交换值/理论双交换值

依此公式,上例中的符合系数为0.09/0.64=0.14。

符合系数变动于0——1之间，其值越小说明干扰越小。

二． 连锁遗传图

1） 连锁群的数目不会超过染色体的对数，但暂时会少于染色体对数。

2） 用遗传图决定基因之间的距离以相邻为准，大于50%者是由于数字是累加值。

三． 近代作图法

上述所讲的基因定位方法实际上是一种遗传标记，即是某一种目的基因型的特殊的易于识别的表现形式，因这种标记是基于植株的外部特征特性，故称为形态标记，遗传标记除形态标记外尚有细胞标记、生化标记和分子标记。

细胞标记主要是染色体核型（染色体数目、大小、随体、着丝点位置等）和带型（C 带、N 带、G 带等）；生化标记主要包括同工酶和贮藏蛋白。这三种标记的共同局限是标记数目有限。

理想的遗传标记主要应具备以下四条标准：①具有较强的多态性，即一个个体中有多个标记性状；②表现为共显性，因而能够鉴别出纯合基因型与杂合基因型；③对主要的农艺性状没有影响；④经济方便，容易观察记载。与上述三种标记相比，近10年来得到迅速发展的分子标记具有如下优越性：①直接以DNA 的形式表现，在植物的各个组织和各个发育时期均可检测到，不受季节、环境限制，不存在表达与否的问题。②数量极多，遍及整个基因组；③多态性高，存在着许多等位变异，不需专门创造特殊的遗传材料；④表现为“中性”，即不影响性状的表达，与不良性状无必然的连锁；⑤有许多分子标记表现为共显性，且前常用的分子标记有RFLP 、RAPD 、AFLP 、SSR （微卫星DNA ），以及源位杂交等。

2.DNA 的分子标记

遗传标记(genetic markers)在遗传学的建立和发展过程中起着重要作用。随着分子生物学的发展，遗传标记的种类和数量发生了显著的变化，即在原有的形态标记（

morpholgic

markers），细胞标记（cutological markers），生化标记（biochemical markers）基础上增加了分子标记（molecular markers）。前三种都是以基因的表达结果（表现型）为基础，是基因的间接反应；而分子标记是建立在DNA基础之上的，是基因的直接反映。与前3种标记相比，分子标记具有无可比拟的优越性，它能对各发育时期的个体、组织、器官甚至细胞进行检测，不受基因表达与否的影响；具有数量丰富、多态性强、表现“中性”及操作简便等特点。所有这些特点，使之具有广泛的应用前景。

分子标记技术已广泛应用于生物基因组和生物的遗传育种、起源进化、分类的研究以及医学和刑侦诸方面，成为现代分子遗传学和分子生物学研究与应用的主流之一。从其发展速度与趋势看，其中蕴含着巨大潜力与应用价值。十几年来，分子标记技术发展迅猛，从1974年Grodzicker等创立限制性片段长度多态性技术以来，在短短的二十多年里，特别是近十年中，DNA分子标记的研究十分活跃，有数十种名称各异的分子标记技术相继问世。除了基于酶切及分子杂交技术的RFLP之外，还有基于PCR技术发展起来的RAPD、AFLP、SCAR、SSR等分子标记技术。

2．1 RFLP

RFLP是限制性片段长度多态性的英文（Restriction Fragment Length Polymorphism）缩写，为第一代分子标记技术，是Grodzicker等1974年创立的。1980年，Bostein首先提出用RFLP作为标记构建遗传连锁图谱的设想。至1988年Paterson在番茄上首次应用以来，二十多年一直居重要地位（徐吉臣，1992；郭仁，1990；郭小平，1998；Mullis KB，1987）。

2．1．1 RFLP原理

生物性状之差的实质是核苷酸之差，即相应核苷酸链上的碱基排列序列不同。这种个体间核苷酸序列的不同表现在对某种特异性限制核酸内切酶的结合点及酶切位点不同，酶切的结果表现在个体间的DNA长短不一。由于这些长短不同的DNA片段分子量大小不一，因而在进行琼脂糖凝胶电泳时，其在凝胶中扩散速度、移动距离分布情况产生差别，即出现不同的谱带。这实质上反映了核酸水平的多态性，故叫限制性片段长度多态性（RFLP）。

2．1．2 方法

首先提取并纯化每个个体的总DNA，建立总DNA库。然后用某种商品化的限制性内切酶与DNA库混合，给与适宜条件进行酶切，降解DNA分子，切成长度不等的DNA片段。第三步对降解物进行电泳检测。

因降解物的分子量大小不同，在凝胶上出现的谱带则不同。当一个基因组较小，只有十几万碱基时，就可以用溴化乙锭（EB）对凝胶直接进行染色后，在紫外反射透射议下直接观察谱带的多态性。而对于大分子染色体DNA就不能直接观察限制性长度的多态性，这是因为各种长度的DNA片段在电泳胶上相互交盖，连成一片不宜分辨，这样要检测限制性片段长度多态性就必须借助分子杂交手段（Southern blotting）来实现。具体做法是：把谱带转移到硝酸纤维膜或尼龙膜上，再用制备好的探针（已知碱基序列的含有放射性标记的DNA分子片段）。采用Southern blotting法，使探针与膜上的DNA酶切片段进行分子杂交，与探侦具有高度同源性的双链杂交DNA片段便留在膜上，其余的单链被水洗掉，经放射自显影和底片冲洗，这样就可以把目的DNA 片段检测出来。

截至目前，各种作物的遗传图谱中RFLP标记占大多数。其优点是：（1）无表型效应，其检测不受环境条件和发育阶段的影响；（2）共显性，可以区别纯合基因型和杂合基因型；（3）可利用的探针很多，可以检测到很多遗传位点。缺点是对DNA质量要求高，需要量大（5-

10ug），需要的仪器设备较多，操作复杂，通常要接触放射性辐射（Waugh和Powell，1922）。RFLP标记能够提供单个位点上的较完整的资料，但是由于RFLP标记技术复杂，因而目前尚难直接用于育种。为了解决这一问题，Talbert等（1995）提出将RFLP标记转化成共显性PCR标记。

2．2 RAPD

RAPD是随机扩增多态性DNA的英文（Random Amplified Polymorphic DNA）缩写。它是建立于PCR技术基础之上的第二代分子标记。1990年由美国人Williams等首先提出来的。Welsh 和Gaetane Anoues也对此方法进行了研究。

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2．2．1 原理

在生物体内，DNA的聚合反应需要聚合酶，模板、底物和引物。底物是4种dATP（dATP，dTTP，dGTP，dCTP），模板是DNA链，引物是一种核苷酸片段。如果在条件适宜时，DNA模板链先变性成二条单链，然后以每条单链为模板，在引物的引导下，以4种dNTP为原料，以3′-OH 端为起点，合成二条互补的5′-3′的与母链碱基顺序完全相同的子链。

利用这一模式，1985年由美国人K·B·Mullis等发明了在生物体外的DNA扩增技术，即PCR技术。所谓PCR技术是在生物体外，在一种特殊设备里，将设计好的引物、含有目的基因的总DNA和4种dNTP按适量混合在一起，在加入耐热的DNA聚合酶及所需辅助试剂构成扩增系

统，在适宜的条件下便可扩增，即进行链式反应。整个过程实际上是DNA的体外复制。这个链式反应由高温变性（92-94℃）—低温退火（35-55℃）—适温延伸（68-72℃）三步组成一个循

环。每一次循环产生的DNA新链均能成为下次循环的模板，如此循环反复，其产物是以指数2n方式扩增的。这个体外扩增技术称为聚合酶链式反应，其英文Polymeasa Chain Reaction，简称PCR。PCR反应过程见图1-1（邹喻苹，1995；胡稳奇，1992；朱新产，1998）。

2.2.2 方法

首先提取植物个体的总DNA,以总DNA为模板，用人工合成的各种核苷酸序列为引物，在一种热稳定的DNA聚合酶（Taq Polymerase）的催化下，通过PCR技术扩增DNA片段，用琼脂糖凝胶电泳分离各种不同引物扩增出来的不同长度的DNA片段，再用溴化乙锭染色，在紫外反射透射仪下观察DNA片段的多态性，就可以根据对产生的DNA多态性片段的分析进行遗传作图或物种鉴别（惠东威，1992；汪小全，1996；姜玲，1996；张志水，1998；傅俊骅，1997）。

RAPD技术继承了PCR的优点，同RFLP/DNA指纹图谱法等其它DNA多态性技术相比，具有检测效率高，样品用量少，灵敏度高和检测容易不需放射性等优点，但RAPD难以区分杂合和纯合基因型，易受反应条件的影响，重复性差（李玥莹，2000；

Williamson,1994;Yoshimura,1995;Kojima,1998）。

2.3 SCAR

SCAR是已标记序列扩增带的英文（Sequence-Characterized Amplified Regions）缩写，它是在RAPD基础上发展起来的，由Paran和Michelmore1993年提出。其基本步骤是：先作RAPD分析，然后把目标RAPD片段（如与某目的基因连锁的RAPD片段）进行克隆测序，根据原RAPD片段两末端的序列设计特定引物（一般在原来RAPD所用的10bp引物上增加合成上述序列的14bp的核苷酸），并以此为引物对基因组DNA再进行扩增分析，这样就可把与原RAPD片段相对应的某一位点鉴定出来。这样的标记方式就称为SCAR。SCAR同其它的分子标记技术相比，具有更好的重复性及更高的准确性，而且待测DNA间的差异可直接通过有无扩增产物来显示，因此其在基因定位和遗传作图中更具应用价值。

2.4 AP-PCR和DAF

AP-PCR和DAF是与RAPD相类似的标记方法。

AP-PCR是任意引物PCR(Arbitrary Primed PCR)的简称，使用的引物长度与一般PCR反应中的引物相当，但在反应开始阶段退火温度较低，容许大量错配，引发具有随机性质的扩增（Welsh和Mccleuand 1990）。

DAF是DNA扩增指纹（DNA Amplification Finger Printing）的简称，使用的引物比RAPD反应的更短，一般5-8个核苷酸，因而与模板DNA随机结合的位点更多，扩增得到的DNA 条带也更多，需用聚丙烯酰胺凝胶电泳（PAGE）分离，银染检测（Caetano-Anolles等1991；

Prabhu and Aresshofff,1994;Cetano-Anolles1995等；Weaver 等1995；Sen等1997；石锐等，1998）。在多态性程度比较低，难以检测的作物如小麦上，DAF技术是一种很有用的工具（Sen等，1997）。

2.5 MAAP

由RAPD,AP-PCR和DAF组成的多态性分析方法统称为MAAP(Multiple Arbitrary Amplicon Profiling)。是由Caetano-Anolles等1991创造的一个词，想用来统称所有这些相关技术，但迄今这个词很少使用。

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