林木遗传育种

一、填空

1.无性繁殖包括扦插、嫁接、根蘖、埋条、组织培养。

2.扦插按插条材料性质分硬枝扦插、嫩枝扦插、根扦插、针叶束扦插。插条生根部位不同分皮部生根、愈伤组织生根。

3.因接穗取材不同分芽接、枝接、针叶束嫁接。因取材时间不同分冬枝接、嫩枝接。按嫁接方式不同分劈接、切接、合接、合接、舌接、切接、靠接、髓心形成层对接法等。

4.嫁接成败主要取决于砧木与接穗的亲和力。

5.采穗树主要有四种类型，即高干圆柱形、低干平头形、杯形和自然形。分优树采穗圃和良种采穗圃。

6.无性系搭配有3种方式：无性系混合栽植、无性系行栽、无性系块状混栽。

7.遗传测定分无性系测定、子代测定。

8.试验设计三原则：重复、随机化、局部控制。

9.试验设计方法：随机完全区组设计、平衡不完全区组设计。

10.生物技术在林木遗传育种中的应用主要有细胞工程、基因工程、遗传标记技术。

11.人工种子由3部分构成：胚状体、人工胚乳、人工种皮。

12.遗传标记主要有形态标记、细胞学标记、同工酶标记和DNA分子标记。

13.目的基因与载体的连接有粘性末端连接、平头末端连接、人工接头法、同源多聚尾连接法四种。

14.植物抗冻的3种方式有避细胞内结冰、避结冰脱水、耐结冰脱水。

15.抗寒锻炼主要取决于内外两个方面的因素：一是低温与短日照；二是植物生理活动强度。

16.植物抗盐类型主要有泌盐植物、稀盐植物、聚盐植物、据盐植物。耐盐方式有渗透调节、离子区隔化、改变代谢类型、维护膜系统的完整性。

17.林木的抗虫性分原生防卫、诱发防卫。

18.木材宏观构造：边材、心材、熟材；生长轮；早材与晚材。微观构造分管胞；纤维；木射线。

19.木材主要力学性能指标：抗压强度、抗拉强度、抗弯强度与抗弯弹性模量、抗剪强度、冲击韧性、硬度与耐磨性、抗劈力。

20.林木密度分生材密度、气干密度、全干材密度、基本密度。主要由夏材含量、细胞大小、细胞厚度决定。测定方法有直接测定法、快速测定法、排水法。

21.木材形状遗传与变异分种源间变异、家系间变异、无性系间变异。

22.育种的主要环节是选育、测定、扩繁。核心问题是多世代育种。育种群体大小一般采用有效群体大小估算。

23.育种策略的基本内容：育种目标、育种资源、繁殖方式和繁殖技术、选择强度和遗传增益、防止近交，控制共祖率、育种周期、研究与生产结合、试验设计、工作持续性、风险。

24.下列交配设计中每个字母代表一个亲本。则（1）A×B，C×D，E×F称为单交；（2）A×C，A×D，B×E，B×F称为巢式交配设计。

二、简答

1.无性系选育的意义

①综合利用加性与非加性遗传效应，遗传增益较高。②无性系性状整齐一致，便于集约化栽培和管理。③无性系选育的改良周期比较短。

2.提高林木扦插生根率

①选扦插生根能力强的种源、家系、无性系。②考虑采条原株的年龄、采条部位、季节等。

③选同期保湿地插床机制。④保证足够的光照及适宜的温度、湿度。⑤采用物理、化学等方法处理插条，促进生根，常用生长素IAA、IBA、NAA。

3.树木无性繁殖为什么要建采穗圃

采穗圃是提供林木良种优质无性繁殖材料的圃地，是实现无性繁殖材料规模生产的环节。具有以下优越性：

①采穗圃实行集约化经营，可大幅度提高繁殖系数；

②采取幼化、复壮、修剪、施肥等措施，保证穗条质量，提高繁殖成活率；

③采穗母树集中管理，便于病虫害防治及穗条采集；

④采穗圃与苗圃距离近，可随采随用，有利于提高繁殖成活率。

4.采穗圃营建与管理原则

①选择作业方便、条件优越的圃地；②适时整形，将幼化控制贯穿于经营全过程；③加强水肥管理，保证种条质量；④合理密植，提高单位面积的穗条产量与效益；⑤块状定植，标识清楚。

5.无性系选育基本程序

①基因资源收集与保存、选择：基因资源收集与保存工作是无性系选育的物质基础。

②人工诱变与杂交：变异是无性系选育的前提。

③无性繁殖：解决无性繁殖与幼化技术是无性系选育的必要条件。

④无性系测定：无性系选育的核心环节。

⑤无性系选择和推广：无性系选择是无性系选育的成功保证。

6.遗传测定任务

①估算待测树木的育种值；②估算各种遗传参数；③通过田间对比试验，估算入选群体遗传增益；④为多世代育种提供没有亲缘关系的繁殖材料。

7.交配设计方式

（1）不完全谱系设计，包括自由授粉和多系授粉。

优点缺点适用范围自由授粉

简单易行，成本低，

能在选优的同时立即开展子代测定。不能提供SCA估量

选择育种初期

多系授粉测量结果用于种子园去劣伐疏和1.5代种子园入园亲本选择。

（2）完全谱系设计，包括单交、双列杂交、部分双列杂交、不连续双列杂交、测交系设计、巢式设计。

优点缺点适用范围

单交工作量小，成本低。只提供SCA估量，不

提供GCA估量；且

SCA估量不能用于种

子园去劣伐疏。

用于保存无亲缘关系

谱系。

完全双列杂交提供信息量大，为高

世代选择提供无亲缘

关系子代。

人工量大，成本高。

估算遗传参数，创造

继代选择基本群体。

8.试验误差来源及控制

来源：①试验材料固有的差异；②人为操作和管理技术的不一致性引起的差异；③进行试验的外界环境条件的差异；④偶然因素的影响。

控制：①重复以估计试验误差，降低试验误差；②随机化以获得无偏的实验估计值；③局部控制以降低试验误差；④选择纯合一致的试验材料；⑤改进操作管理技术，使之标准化；⑥精心选择试验单位；⑦采用合理的试验设计。

9.DNA分子标记的主要分类与其优越性

DNA分子标记检测技术可分为3类：

①以电泳技术和分子杂交技术为核心的分子标记技术，其代表性技术有限制性片段长度多态性（RFLP )；②以DNA聚合链式反应（PCR）技术为核心的分子标记技术，其代表性技术有随机扩增多态性DNA (RAPD）标记、扩增片段长度多态性(AFLP）和简单重复序列（SSR )等；③以DNA序列为核心的分子标记技术，其代表性技术为表达序列标记（EST）和单核甘酸多态性（SNP)。

分子标记的优越性：

①直接以DNA的形式表现，在植物体的各个组织、各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；④表现为“中性”；⑤有许多分子标记表现为共显性。

10.盐碱胁迫对植物造成的伤害

①细胞质中金属离子，主要是Na＋的大量积累，会破坏细胞内离子平衡并抑制细胞内生理生化代谢过程，使植物光合作用能力下降，最终因碳饥饿而死亡。

②盐碱土壤是一个高渗环境，它能阻止植物根系吸收水分，从而使植物因“干旱”而死亡。同时盐碱土壤pH较高，这使得植物体与外界环境酸碱失衡，进而破坏细胞膜的结构，造成细胞内溶物外渗而使植物死亡。

11.树木的抗病性按遗传方式分为几种

①单基因抗病性：控制抗病性的基因只有一个，有显性与隐性之分。大量研究证明，寄主植物对许多病害存在着单基因抗性的遗传。

②寡基因抗病性：由少数基因控制的抗病性，其作用方式分为基因独立遗传、复等位基因和基因连锁遗传。

③多基因抗病性：由众多微效基因控制的抗病性。

12.抗性个体选择要求

①抗虫性个体的选择应该在严重感染虫害的林分中进行。

②应根据害虫的危害特性，注意树木的筛选年龄。有时害虫侵袭的易感性很大程度上随寄主的年龄而改变。

③遗传测定，不能认为找到一个具有抗性的个体就可作为一个抗性品种，应当收集尽可能多的抗性个体。

13.林木抗逆育种途径和策略有哪些

（1）途径：

①选择育种：抗寒性、抗旱性、耐盐性、抗病性、抗虫性。②杂交育种：抗寒性、抗旱耐盐性、抗病性、抗虫性。③基因工程育种：抗虫转基因、抗旱耐盐碱转基因。

（2）策略：

①加强抗逆基因资源的收集、保存；②深入研究树木抗逆机制；③改进和完善抗逆性测定指标和方法；④处理好抗逆性与丰产优质性状的矛盾；⑤高新技术手段与常规育种方法相结合。

14.木材品质遗传的分子生物学研究方向

①木材形成过程及基因调控研究。

②木材改良的分子标记辅助育种。

③木材形成相关基因克隆及功能分析：木材形成研究系统；木材形成相关cDNA文库构建及芯片分析；木材形成相关基因功能分析。

④木材品质遗传改良目标的相对性和长期性与遗传资源保存。

15.林木育种学主要内容

①选：林木选择育种；

②引：林木引种；

③育：杂交、新技术及分子育种；

④测：遗传设计与田间试验测定；

⑤繁：良种繁育；

⑥保：基因资源的收集与保存。

16.育种的一般模式

第一步，根据育种目标从群体中选择符合要求的个体，或淘汰不符合要求的个体，是遗传基础变窄的过程；

第二步，对选择出来的个体，通过杂交进行基因重组，是遗传基础变宽的过程。杂交后代通过遗传测定进行再选择，又是遗传基础变窄的过程。

最后，将育种各阶段经过选择和遗传测定的繁殖材料，通过种子园或采穗圃规模繁殖用于造林生产。

17.制定育种策略的原则

既能满足当前需要，又能符合长远遗传改良要求；

采用的育种途径和方法，既要符合树种和性状的生物学和遗传特点，又要符合社会经济条件；策略要合理地运用到育种的各个环节，并做好各个环节间的衔接和配合；

既要适应环境和社会需求的改变，又能保持种内遗传多样性；

在达到预定目标的前提下，就简不就繁。

18.比较大群体在育种过程中的必要性和缺点

必要性：在选择的繁殖材料中如存在亲缘关系，有效群体较群体统计量要小；作多性状选育时群体要大；在刚开始的几个改良世代中，为达到较大的增益，一般作强度选择；同时要具有基因保存和对环境和社会需求改变的应变能力。

缺点：亲缘关系难于控制；选择强度受限制，增益小；群体大，育种进程慢；不能依据育种地区、生产目标等改变而做出相应的变动，灵活性小。

三、论述

1.林木无性繁殖材料退化后的复壮措施及其依据

在林木无性繁殖过程中，经常会遇到同一无性系造林在生长表现等方面不完全一致的现象，如表现出树势衰退、提前开花结实、苗期斜向生长或无顶端优势、形态畸变、抗逆性降低等。品种原有优良种性削弱的这种现象被称为品种退化。

无性繁殖材料退化原因：

①成熟效应：树木的无性繁殖能力随着树龄增加而下降的现象称为成熟效应。

②位置效应：用侧枝扦插或嫁接繁殖，插穗或接穗会出现而斜向生长，顶端优势减弱，提早开花结实等现象。这种因树冠不同部位的穗条对无性繁殖效果的影响称为位置效应。

③病毒侵染：因叶绿体被破坏或不能合成新的叶绿素而引起花叶、黄化或红化等症状；植株矮化、丛生或畸形等；形成枯斑或坏死等症状；产量和品质下降。

无性繁殖复壮是指针对品种退化而采取的恢复并维持树木幼龄状态的措施。由于引起树木无性繁殖材料退化机制不同，因此所采取的复壮措施也不同。对于与老化相关的成熟与位置效应而引起的退化，可直接通过种子更新复壮；或利用树木的幼态组织区域复壮；而对于病毒引起的无性繁殖材料退化，可利用病毒复制与传递的弱点进行脱毒复壮等。

（1）有性繁殖复壮：复壮效果与母树年龄成负相关。目前，辐射松、落叶松等树种的良种生产是采用优良亲本控制授粉家系建立采穗圃，再通过嫩枝扦插实现优良家系的无性系化规模利用。

（2）无性繁殖复壮：

①反复修剪法：通过强度修剪使树干维持年轻阶段的生理状态，或对老枝扦插、嫁接获得的苗木连续平茬，促使不定芽萌生，利用萌条作穗条，可显著提高生根率，改善生长状况。

②根萌条或干基萌条法：树干基部存在处于幼年阶段的休眠芽以及不定芽，而挖根促萌可以促进根部处于幼化状态的不定芽等分化发育获得根萌条。

③幼砧嫁接法：通过将老龄接穗嫁接到幼龄砧木上，利用砧木幼年性的生理状态促进接穗返幼复壮，也能收到较好的效果。如欧洲云杉、红杉、按树。

④组织培养：植物组织培养获得的再生植株，由于经过脱分化，可以达到返幼复壮的目的。因病毒侵染造成的品种退化，可通过组织培养脱除致病病毒。

⑤连续扦插法：从老龄树上采取的枝条虽然生根率较低，但对少数成活的植株再采取插条进行扦插，这样经过连续几年的反复扦插，可以明显地改善生根状况。

2.简述组织培养的概念和主要过程

组织培养是在无菌和人为控制外因(营养成分、光、温、湿)的条件下，培养、研究植物组织、器官，甚至进而从中分化、发育出整体植株的技术。

组织培养的主要过程：

①预备阶段：选择合适的外植体、外植体消毒、配制适宜的培养基。

②诱导去分化阶段：将器官切段去分化，使各细胞重新处于旺盛有丝分裂的分生态，一般即脱分化成愈伤组织。

③继代增殖阶段：原有培养基中的水分及营养成分多已耗失，细胞的有害代谢物已在培养基中积累，因此必须进行移植，即继代增殖。

④生根发芽阶段：移置于含适量细胞分裂素和生长素的分化培养基中，光照是本阶段的必备外因。

⑤移栽成活阶段：移植应在能保证适度的光、温、湿条件下进行。在人工气候室中锻炼一段时间能大大提高幼苗的成活率。

3.基因工程育种过程

（1）分：获取目的基因和载体。

目的基因是指所要研究或应用的基因，也是需要克隆或表达的基因。一般分离基因的策略要满足以下几个基本特性中的至少一个：

①具有特定的核苷酸序列；②存在于基因组中某一特定位置；③编码mRNA；④大多具有一定的功能。

基因分离的方法：①化学合成法；②PCR法；③cDNA文库法；④基因组文库法。

（2）接：目的基因与载体的连接。

分载体的分离和纯化与目的基因与载体的连接两步。

（3）转：重组DNA导入宿主细胞。

以载体为媒介的基因转化系统：Ti质粒转化法、Ri质粒转化法。

DNA直接转化法：PEG法、电击法、基因枪法、花粉管通道法。

（4）筛：重组DNA的筛选。

遗传转化处理之后，只有少数细胞被转化，需将转化细胞与未转化细胞区分开来，并淘汰未转化细胞。用于选择的标记基因主要有选择基因和报告基因，选择基因分抗生素抗性基因和抗除草剂基因。

（5）鉴：重组DNA的鉴定。

①PCR检测法：根据DNA分子量的大小，以凝胶电泳检测重组体。

②分子杂交法：例如Southern杂交、Norhern杂交和Western杂交等。

4.简述抗逆性测定方法

①田间直接测定：将待测材料直接播种或定植于苗圃或造林地，利用冬季低温、干旱地区少雨、盐碱地或人工造成干旱和盐碱胁迫，测定与抗冻、抗旱、抗盐碱有关的形态或生理生化指标。

②盆栽测定法：将待测材料栽种于花盆内，人工控制浇水或浇盐水，进行干旱或盐碱胁迫处理。 ③室内模拟胁迫测定法：如将待测材料置于低温冰箱，模拟冷胁迫利用不同浓度的聚乙二醇（PEG ）或盐溶液模拟干旱或盐碱胁迫。 ④生理生化测定：质膜透性、水分生理、保护酶活性。 5.针对一种树种，如何开展该树种木材品质改良 ①采用选择的方法保持和提高木材的优良性质

木材最重要的有密度、生长轮宽度、晚材率、纤维长度、胞壁厚度、纤丝角以及木材的化学成分，通过选择单株，通过无性繁殖，以保持优良的遗传特性和表型特性。 ②采用林木种子方法改良木材性质

在天然林中，通过表型选择，对最优个体进行直接的无性系测定和子代测定，其后进行多阶段的轮回选择和多点试验，精选无性系，通过配合力的测定，提供基因重新组合的机会，以便进行多世代的遗传改良，便可获得优良无性系植株。 ③优良的造林方法，合理的造林密度和科学的繁殖方法

人工培育使树木速生丰产，又可获得优质良材；萌条生长的树木有很多的缺陷，应采用有性繁殖；适林密度小的密度大的生长快，主要材性指标不仅没有下降，反而略有提高，但不宜过稀，以免影响单位面积产量。 ④经营管理措施如间伐、施肥、灌溉、修枝。 6.简述育种群体的划分及其关系 ①基本群体：是供下一个世代选择用的群体。包括天然林或未经改良的人工林，以及谱系清楚的子代林，由数千个基因型组成。 ②育种群体：由基本群体中挑选出来的优树组成，是育种工作的基础繁殖材料。选择差大，增益大，但群体的规模变小，遗传变异小，近交进展快，一般包括数百个基因型； ③生产群体：是从育种群体中选择和组建的，遗传基础要比育种群体窄，是大量繁殖生产用种子或穗条的群体，由几十个基因型组成。其主要形式是种子园和采穗圃。

基本群体：谱系清楚的子代测定林，含数千个基因型??

?→?适度选择

育种群体：最优家系中的最优单株，含数百个基因型???→?强度选择

生产群体：由最优单株组成，含30～50个基因型。

四、计算

1.由无性系测定材料估算广义遗传力

无性系A 重复

各无性系和

1 2 3 A 1 1 2 3 6 A 2 2 3 4 9 A 3 4 5 6 15

30

矫正系数：C ＝T 2/c×n ＝302/3×3＝100（c ：无性系个数；n ：每个无性系内分株数） 总平方和：SS T ＝

∑∑==3

13

1

i i X

ij

2

－C=120－100=20

无性系间平方和：SS C =

∑=3

1

i T

i 2

/n －C=342/3－100＝14

无性系内平方和：SS e ＝SS T －SS C ＝20－14＝6 自由度：总体cn －1＝3×3－1=8 无性系间c －1=3－1=2 误差8－2=6

均方：MSc ＝SSc /df c ＝14/2＝7 MSe ＝SSe /df e ＝6/6＝1 F=MSc /MSe=7

变异来源 自由度df

平方和SS

均方MS

F 值 无性系A 2 14 7 7 误差 6 6 1 总变异

8

20

组内方差：σe 2＝MSe ＝1

组间方差：σc 2＝（MSc －MSe ）/n ＝（7－1）/3＝2 重复力r ＝σc 2/（σc 2＋σe 2）＝2/（1＋2）＝0.667 2.半同胞子代材料估算遗传力 家系B 重复

各家系和 1 2 3 4 B 1 2 3 4 5 14 B 2 5 6 3 4 18 B 3 4 7 4 8 23

55

矫正值：C ＝T 2/F ×n ＝552/3×4＝252.0833（F ：家系个数；n ：每个家系内分株数） 平方和：SS T ＝

∑∑==3

14

1i i X

ij 2

－C=285－252.0833=32.92

SS F =

∑=3

1

i T

i 2

/n －C=1049/4－252.0833＝10.17

SS e ＝SS T －SS F ＝32.92－10.17＝22.75 自由度：df T ＝Fn －1＝3×4－1=11 df F ＝F －1=3－1=2

Df e ＝df T —df F ＝11－2=9 均方：MS F ＝SS F /df F ＝10.17/2＝5.08 MSe ＝SSe /df e ＝20.75/9＝2.53 F 值：F=MS F /MSe=5.08/2.53＝2.01

变异来源 自由度df

平方和SS 均方MS F 值 无性间B 2 10.17 5.08 2.01 家系内 9 22.75 2.53 总变异

11

32.92

家系遗传力：h F 2＝（MS F －MSe ）/MS F ＝1－MSe /MS F ＝1－1/F ＝1－1/2.01＝0.502 半同胞单株遗传力：h 2＝4σF 2/（σF 2＋σe 2） σe 2＝MSe ＝2.53

σF 2＝（MS F －MSe ）/n ＝（5.08－2.53）/4＝0.64 ∴h 2＝4×0.64/（2.53＋0.64）＝0.807