一. 教學(xué)內(nèi)容：
第三章 遺傳與基因工程
第一節(jié) 細(xì)胞質(zhì)遺傳
二. 學(xué)習(xí)內(nèi)容：
本周學(xué)習(xí)細(xì)胞質(zhì)遺傳，了解細(xì)胞質(zhì)遺傳的概念，細(xì)胞質(zhì)遺傳的特點(diǎn)，細(xì)胞質(zhì)遺傳的原理，細(xì)胞質(zhì)遺傳的應(yīng)用，三系配套的原理，三系配套培育雜交種的過程。細(xì)胞質(zhì)遺傳和核遺傳的比較，異同點(diǎn)。
三. 學(xué)習(xí)重點(diǎn)：
1. 細(xì)胞質(zhì)遺傳的特點(diǎn)
2. 細(xì)胞質(zhì)遺傳的成因
3. 三系配套法原理應(yīng)用
四. 學(xué)習(xí)難點(diǎn)：
1. 形成細(xì)胞質(zhì)遺傳特點(diǎn)的原因
2. 細(xì)胞質(zhì)遺傳在實(shí)踐中的應(yīng)用
五. 學(xué)習(xí)過程：
（一）引言
1953年
美國的沃森和英國的克里克 闡明DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)
標(biāo)志著遺傳學(xué)的發(fā)展進(jìn)入了分子遺傳學(xué)階段
20世紀(jì)末
分子遺傳學(xué)的發(fā)展
遺傳密碼的破譯
真核生物基因非連續(xù)結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)
原核生物基因調(diào)控機(jī)制的闡明
20世紀(jì)70年代
限制性內(nèi)切酶的發(fā)現(xiàn) 基因工程產(chǎn)生
基因工程的發(fā)展 使人類進(jìn)入了控制和改造生物的新時代
（二）細(xì)胞質(zhì)遺傳概念
細(xì)胞核遺傳：真核生物的許多性狀是由細(xì)胞核內(nèi)的遺傳物質(zhì)（核基因）控制的，這種遺傳方式稱為細(xì)胞核遺傳，簡稱核遺傳
細(xì)胞質(zhì)遺傳：真核生物還有一些性狀是通過細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的遺傳物質(zhì)控制的，這種遺傳方式稱為細(xì)胞質(zhì)遺傳
（三）細(xì)胞質(zhì)遺傳特點(diǎn)
典型的實(shí)例：紫茉莉質(zhì)體的遺傳
A. 質(zhì)體：除細(xì)菌、藍(lán)藻、菌類以外植物細(xì)胞中普遍存在的一類細(xì)胞器。有兩層膜，隨細(xì)胞的生長而增大，并能分裂增殖，是植物細(xì)胞內(nèi)合成代謝最主要的細(xì)胞器。
B. 實(shí)驗(yàn)植物——紫茉莉
性狀：葉色，枝條一般是綠色的，但有多種變異類型。
顯微鏡檢測結(jié)果（茉莉花葉肉細(xì)胞）：
綠色葉：含有正常葉綠體
白色葉：細(xì)胞內(nèi)不含葉綠體，只含白色體
花斑葉：有三種不同的細(xì)胞
（1）白色斑處細(xì)胞：細(xì)胞內(nèi)不含葉綠體，只含白色體
（2）深綠色斑處細(xì)胞：含有正常葉綠體
（3）淺綠色斑處細(xì)胞：既含葉綠體，也含白色體
C. 葉色性狀遺傳方式：
研究目的：
（1）檢測葉色性狀的遺傳是否符合孟德爾經(jīng)典遺傳定律：自由組合定律和分離定律
（2）通過實(shí)驗(yàn)鑒定控制葉色的基因間的相互關(guān)系
研究方法：用不同性狀的茉莉花品種相互雜交，觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果，是否出現(xiàn)定比分離
結(jié)果預(yù)測：從表現(xiàn)型上看，若是經(jīng)典遺傳，控制綠色與白色的基因可能是并顯性（共顯性）關(guān)系，這樣才會出現(xiàn)條斑狀的花斑色
實(shí)驗(yàn)結(jié)果：
紫茉莉花斑植株的雜交結(jié)果
接受花粉的枝條 | 提供花粉的枝條 | 種子（F1）發(fā)育成的植株 |
綠色 | 綠色 | 綠色 |
白色 | ||
花斑 | ||
白色 | 綠色 | 白色 |
白色 | ||
花斑 | ||
花斑色 | 綠色 | 綠色、白色、花斑 |
白色 | 綠色、白色、花斑 | |
花斑 | 綠色、白色、花斑 |
結(jié)果分析：F1代發(fā)育成的植株的葉色，完全取決于種子產(chǎn)生于那一種枝條，與花粉來自哪一種枝條無關(guān)。 即：F1的性狀，完全是由母本決定的。
結(jié)論：紫茉莉的葉色遺傳為細(xì)胞質(zhì)遺傳。
概念：母系遺傳：F1總是表現(xiàn)出母本性狀的遺傳現(xiàn)象。它是細(xì)胞質(zhì)遺傳的主要特點(diǎn)。
母系遺傳實(shí)例：
植物中：藏報春、玉米、棉花等葉綠體的遺傳
高粱、水稻等雄性不育的遺傳
微生物中：鏈孢霉線粒體的遺傳
和
代表兩種細(xì)胞核
和
代表兩種線粒體
和代表兩種質(zhì)體
細(xì)胞質(zhì)遺傳物質(zhì)分離特點(diǎn)：
不呈現(xiàn)遺傳物質(zhì)的有規(guī)律分離，隨機(jī)地、不均等地分配到子細(xì)胞中去
細(xì)胞質(zhì)遺傳的原理：
細(xì)胞質(zhì)遺傳的特點(diǎn)：
1. 子代總表現(xiàn)出母本的性狀
2. 兩個親本雜交，后代的性狀都不會象細(xì)胞細(xì)胞核遺傳那樣出現(xiàn)一定的分離比
（四）細(xì)胞質(zhì)遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)
研究：1962年 里斯和普蘭特
方法：電子顯微鏡觀察衣藻、玉米等植物的葉綠體超薄切片
發(fā)現(xiàn)：葉綠體基質(zhì)中存在20.5nm左右的細(xì)纖維
檢驗(yàn)：用DNA酶處理，細(xì)纖維結(jié)構(gòu)消失
結(jié)論：細(xì)纖維結(jié)構(gòu)是DNA
1. 細(xì)胞質(zhì)中有控制某些性狀的遺傳物質(zhì)——細(xì)胞質(zhì)基因
2. 細(xì)胞質(zhì)中沒有核遺傳物質(zhì)一樣的染色體結(jié)構(gòu)
3. 線粒體和葉綠體中存在著細(xì)纖維狀結(jié)構(gòu)的DNA物質(zhì)
4. 線粒體和葉綠體DNA能夠進(jìn)行自我復(fù)制并通過轉(zhuǎn)錄和翻譯控制蛋白質(zhì)的合成
5. 細(xì)胞質(zhì)DNA的復(fù)制與核DNA過程原理一樣，但分離隨細(xì)胞質(zhì)的分離進(jìn)行，所以細(xì)胞質(zhì)遺傳后代不出現(xiàn)定比分離
（五）細(xì)胞質(zhì)遺傳的實(shí)際應(yīng)用
主要應(yīng)用：主要用于農(nóng)作物育種上
問題產(chǎn)生：農(nóng)業(yè)優(yōu)良品種種植幾年，由于隔離不嚴(yán)等原因失去豐產(chǎn)性，出現(xiàn)品種退化，產(chǎn)量下降
生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)：生產(chǎn)上用雜交種，比使用連年種植的優(yōu)良品種有更顯著的增產(chǎn)作用。但雜種優(yōu)勢往往只能表現(xiàn)在兩個品種雜交第一代上。雜種第二代出現(xiàn)產(chǎn)量下降、生長不齊等退化現(xiàn)象
雜種優(yōu)勢：雜交后代的性狀要優(yōu)于兩個親本，具有出生長整齊、植株健壯、產(chǎn)量高、抗蟲抗病性強(qiáng)等特點(diǎn)，具有明顯的增產(chǎn)作用，這種現(xiàn)象稱為雜種優(yōu)勢
解決思路：為保持作物的雜種優(yōu)勢，生產(chǎn)用種子必須年年用雜種第一代雜種
新出矛盾：用雜交種生產(chǎn)時面臨的是種子生產(chǎn)難、來源少與實(shí)際需要量大的矛盾
雄性不育：植株雄蕊發(fā)育不正常，不能產(chǎn)生可育花粉，但是雌蕊正?？捎?，可以接受其他植株的花粉而產(chǎn)生種子，這種現(xiàn)象稱為雄性不育
雄性不育系：同種植物中具有可遺傳的雄性不育性狀的植株群體稱為不育系
作物范圍：小麥、玉米、水稻等作物
原理：雄蕊是否可育由細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)中的基因共同決定
細(xì)胞核：不育基因用r表示 可育基因用R表示 R對r呈顯性
細(xì)胞質(zhì)：不育基因用S表示 可育基因用N表示
關(guān)系：R對r呈顯性，核可育基因R可以抑制質(zhì)不育基因S的表達(dá)
特點(diǎn)：
1. 植株雄蕊發(fā)育不正常，不能產(chǎn)生可育花粉
2. 雌蕊正?？捎梢越邮芷渌仓甑幕ǚ鄱a(chǎn)生種子
3. 產(chǎn)生的種子都是雜交種
4. 該種雄性不育應(yīng)該是由遺傳物質(zhì)控制的，用于生產(chǎn)可獲得穩(wěn)定雜交種
5. 雄蕊是否可育由細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)中的基因共同決定
6. 核基因可育時該植株安全可育，只有當(dāng)細(xì)胞核基因和細(xì)胞質(zhì)基因同時表現(xiàn)不育時，植株才能表現(xiàn)雄性不育
雜交種培育：三系配套雜交育種
操作目的：
1. 保留雄性不育系（不育系×保持系）
2. 獲得雜交種植株（不育系×恢復(fù)系）
三系植株必須配套使用。
成果：
三系配套法培育出了小麥、大麥、谷子、玉米、水稻等多種優(yōu)勢雜交種。
培育水稻優(yōu)勢雜交種方面，我國取得世界領(lǐng)先地位。
線粒體DNA的重要作用：
線粒體DNA：多個，環(huán)狀，每個含幾十個基因
線粒體DNA缺陷病：很多與腦部和肌肉有關(guān)的遺傳病，都只能通過母親遺傳給后代的，如：線粒體肌病、神經(jīng)性肌肉衰弱、運(yùn)動失調(diào)、視網(wǎng)膜炎等
線粒體DNA檢驗(yàn)：多用于對犯罪的鑒定，身份鑒定等
【模擬試題】
1. 下列說法不正確的是（ ）
A. 細(xì)胞質(zhì)遺傳是由細(xì)胞質(zhì)中的遺傳物質(zhì)控制的
B. 細(xì)胞質(zhì)遺傳遵循基因的分離定律和自由組合定律，后代的性狀表現(xiàn)出定分離比
C. 在細(xì)胞質(zhì)遺傳種，F1的性狀完全是由母本決定的
D. 線粒體和葉綠體中含有少量的遺傳物質(zhì)的遺傳屬于細(xì)胞質(zhì)遺傳
2. 保持系的特點(diǎn)是（ ）
A. 能使母本結(jié)實(shí)，又能使后代保持不育性
B. 質(zhì)基因是不育基因，核基因?yàn)榭捎?/span>
C. 質(zhì)基因和核基因都為可育基因
D. 既能使母本結(jié)實(shí)，又可使后代成為雜交種
3. 已知細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)都有決定雄性是否可育的基因，其中核中不育基因?yàn)?/span>r，可育基因?yàn)?/span>R，R對r顯性。細(xì)胞質(zhì)的不育基因用S，可育基因用N表示。上述四種基因的關(guān)系，在雄性不育系、保持系、恢復(fù)系、雜交種基因型種的正確的組成順序依次是（ ）
① N（rr） ② S（rr） ③ N（RR） ④ S（Rr）
A. ①②③④ B. ②①③④
C. ③①②④ D. ④①②③
4. 下列屬于母系遺傳性狀的是（ ）
A. 紫茉莉的花 B. 棉花的葉型
C. 高粱的雄性不育 D. 玉米的子粒
5. 對生物性狀的控制，下列敘述種正確的是（ ）
A. 只有細(xì)胞核基因控制
B. 只有細(xì)胞質(zhì)基因控制
C. 細(xì)胞核基因和細(xì)胞質(zhì)基因共同控制
D. 細(xì)胞核或細(xì)胞質(zhì)基因中的一個控制
6. 某地區(qū)一些玉米植株比一般玉米植株早熟、生長整齊而健壯，果穗大、籽粒多，因此這些植株可能是（ ）
A. 單倍體 B. 三倍體 C. 四倍體 D. 雜交種
7. 細(xì)胞質(zhì)遺傳表現(xiàn)為母系遺傳的主要原因是（ ）
A. 精子細(xì)胞質(zhì)中不含有遺傳物質(zhì)
B. 受精卵的細(xì)胞質(zhì)幾乎全部來自卵細(xì)胞
C. 精子細(xì)胞中沒有線粒體和葉綠體
D. 受精卵的遺傳物質(zhì)全部來自于母本
8. 在玉米雜交種培育過程中，若以基因型為S（rr）的品種作為母本與基因型為N（RR）作為父本雜交，F1代的基因型為（ ）
A. S（RR） B. N（Rr） C. N（rr） D. S（Rr）
9. 在一系法雜交育種中，若（♀）N（rr）×S（rr）（♂），則產(chǎn)生的后代將是（ ）
A. 雄性不育保持系 B. 雄性不育恢復(fù)系
C. 雄性不育系 D. 不能產(chǎn)生后代
10. 在三系法雜交育種中，若N（rr）（♂）×S（rr）（♀），則產(chǎn)生（ ）
A. 不育系 B. 恢復(fù)系 C. 保持系 D. 大田優(yōu)勢雜交種
11. 下列哪種植物在利用雄性不育培育這類植物的雜交種時，父本的基因可選用N（rr） （ ）
A. 水稻 B. 小麥 C. 蘿卜 D. 大豆
12. 人類神經(jīng)性肌肉衰弱癥是由線粒體中基因控制的遺傳病。下列關(guān)于該病遺傳的敘述正確的是（ ）
A. 該病患者中女性多于男性 B. 母親患病，子女全都患病
C. 父親患病，女兒全都患病 D. 父親患病，子女全都正常
13. Leber遺傳性視神經(jīng)病是一種遺傳病，此病是由線粒體DNA基因突變所致。某女士的母親患有此病，如果該女士結(jié)婚生育，下列預(yù)測正確的是（ ）
A. 如果生男孩，孩子不會攜帶致病基因
B. 如果生女孩，孩子不會攜帶致病基因
C. 不管生男或生女，孩子都會攜帶致病基因
D. 必須經(jīng)過基因檢測，才能確定
14. 遺傳性眼視網(wǎng)膜炎是一種由質(zhì)基因控制的人類遺傳病，下列關(guān)于該病的說法正確的是（ ）
A. 該病基因肯定存在于線粒體中
B. 該病患者女性多于男性
C. 該病患者男性多于女性
D. 某夫婦第一胎生下一個患者，第二胎患病幾率為1/2
15. 以下A、B兩圖分別是甲、乙兩遺傳病在兩不同家族中的遺傳系譜圖，分析回答：
（1）甲遺傳病的病基因最可能存在于人體細(xì)胞的 體中，它的遺傳屬于細(xì)胞
遺傳。
（2）乙遺傳病的病基因最可能存在于 上，它的遺傳屬于細(xì)胞 遺傳。
（3）若某對夫婦中，妻子患有甲病，丈夫患有乙病，若其第一胎生了一個兒子，則該兒子兩病兼發(fā)的可能性是 。若其第二胎生了一女兒，則該女兒只患一種病的幾率是 。
16. 1985我國“雜交水稻之父”袁隆平指出，要進(jìn)一步挖掘雜交水稻增產(chǎn)的潛力，就必須沖破“三系法”的框框，向“兩系法”和“一系法”發(fā)展。經(jīng)過10年努力，我國首創(chuàng)的兩系法雜交水稻已經(jīng)獲得了成功。兩系法雜交稻技術(shù)的關(guān)鍵是培育完全受核基因控制的光溫敏型雄性不育系，即該水稻在長日照，高于臨界溫度時表現(xiàn)為不育；而在短日照低溫時，表現(xiàn)為雄性可育。一系法的原理是設(shè)法利用雜交種自身來繁殖后代，使后代既能保持雜種優(yōu)勢，又不發(fā)生性狀分離。根據(jù)以上資料分析回答下列問題：
（1）在雜交稻技術(shù)中人們利用不育系雜交的最大好處是
（2）在“三系法”中三系是指 、 、 ，其基因型分別是 、 、 。從基因型可看出其是否可育是由 基因和 基因共同作用的結(jié)果。
（3）在“二系法”中，光溫敏型雄性不育系的作用實(shí)際上是一系兩用，在長日照高溫條件下它相當(dāng)于“三系法”中的 系；而在短日照低溫條件下，它又相當(dāng)于“三系法”中的 系，其實(shí)它的可育性主要用于 。
（4）你認(rèn)為在一系法中雜交種的自身繁殖應(yīng)采用什么繁殖方式？為什么？
【試題答案】
1. B 2. A 3. B 4. C 5. C 6. D 7. B 8. D 9. D 10. A
11. C 12. B 13. C 14. A
15.（1）線粒；質(zhì) （2）Y染色體；核 （3）100%；100%
16.（1）充分利用雜種優(yōu)勢，提高水稻產(chǎn)量
（2）雄性不育系、雄性不育保持系、雄性不育恢復(fù)系；S（rr）；N（rr）；N（RR）；質(zhì)；核
（3）雄性不育；雄性不育保持；自交繁殖后代
（4）應(yīng)采用營養(yǎng)繁殖（或無性生殖）；因?yàn)闋I養(yǎng)繁殖能使后代保持親本的性狀
