A. 數量遺傳學
數量遺傳學
英文名稱:
quantitative genetics
定義:
用數理統計和數學方法研究生物群體數量性狀遺傳規律的遺傳學分支學科。
所屬學科:
遺傳學(一級學科);總論(二級學科)
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數量遺傳學 採用數理統計和數學分析方法研究數量性狀遺傳的遺傳學分支學科。
簡史 1909年瑞典遺傳學家H.尼爾松-埃勒提出多基因學說,用每對微效基因的孟德爾式分離來解釋數量性狀的遺傳。英國統計學家和遺傳學家R.A.費希爾、美國遺傳學家S.賴特和英國生理學家和遺傳學家J.B.S.霍爾丹在20世紀20年代奠定數量遺傳學的理論基礎。40年代中美國學者J.L.勒什和英國數量遺傳學家K.馬瑟進一步發展了數量遺傳研究,K.馬瑟並把它稱為生統遺傳學。50年代以來隨著概率論、線性代數、多元統計和隨機過程等的逐步應用,使數量遺傳學的內容又有了很大的發展。
研究方法 主要是用生物統計學方法對群體的某種數量性狀進行隨機抽樣測量,計算出平均數、方差等,並在此基礎上進行數學分析。根據丹麥植物生理學家和遺傳學家W.L.約翰森的研究規定數量性狀的表型值P 等於基因型值G和環境值E之和;群體的平均表型值圴即等於平均基因型值強(因為群體的∑E=0);基因型值又由基因的累加效應值A、顯性效應值D和非等位基因間的上位性效應值I組成。這樣,群體某一數量性狀的遺傳變異即可用遺傳型方差VG表示,它是累加方差VA、顯性方差VD和上位性方差VI之和。如不考慮環境因素與遺傳因素間的相互作用,那麼測量到的表型變異的表型方差(VP)即等於遺傳型方差VG與環境方差VE之和,可寫成如下公式:
VP=VG+VE=VA+VD+VI+VE根據此式,只要能估算出環境方差(例如可用純系親本或雜種一代的方差來表示),就可測量雜種分離世代表型方差中遺傳型方差的大小。以此為基礎,也可以估算出育種實踐上一系列有指導意義的遺傳參數如遺傳力、重復力、遺傳相關、遺傳進度以及選擇指數等。利用這些參數就可以分析和預測數量性狀變異的遺傳動態,作為動、植物育種的參考。
數量遺傳學的另一個重要內容是研究各種不同遺傳交配設計(如雙列雜交、輪回選擇、動物的各種交配系統等)以及在這些交配設計中數量性狀的遺傳動態。此外,基因型與環境的相互作用也是近年來數量遺傳學的重要研究課題。
相關概念
遺傳力遺傳力或稱遺傳率,用來測量一個群體內某種由遺傳原因(對環境影響而言)引起的變異在表型變異中所佔的比重,以此作為選擇的一個參考指標,從而判斷該性狀變異傳遞給後代的可能程度,例如奶牛的出生體重的遺傳力是49%(見表),說明出生體重在很大程度上是由遺傳因素決定的,所以按出生體重來選育大型牛的成功的可能性較大。相反地,懷孕率的遺傳力是3%,說明懷孕率大部分不決定於遺傳因素,所以按懷孕率來選育多產的奶牛的成功的可能性很小。廣義遺傳力 (h2B)以遺傳型方差占表型方差的比值(h2B=VG/VP)表示。遺傳力大,則該性狀的變異主要來自遺傳因素,受環境變動的影響較小。由於遺傳方差中只有累加方差VA是上下代可以固定遺傳的變異量,所以在育種上應用時常以累加方差占表型方差的比值來表示遺傳力(h2N=VA/VP),這就是狹義遺傳力。遺傳力在動、植物育種中有著廣泛的應用。育種實踐常需求出有關數量性狀的遺傳力作為確定選種方法和時期的參考,以及用來預測選擇效果與估計累加效應值,即育種值等(見表)。
重復力指個體在不同次生產周期之間某一數量性狀的表型值可能重復的程度,用以度量有關某一性狀的基因型在波動的環境中得以表達的穩定性;也可以用於研究群體中某種數量性狀在不同環境中的近似度。重復力也是組內相關系數,因而它還可以確定某一表型值應該測量的次數。如牛奶乳脂率的重復力為80%,這表明重復力較高,測量少數幾次就能大致確定該乳牛今後的乳脂率水平。此外,重復力還可以用來估算群體或個體某一性狀的穩定性。
遺傳相關指同一個體兩個性狀的基因型中累加效應之間的相關,它等於兩性狀的遺傳協方差與各性狀遺傳標准差乘積之比。遺傳相關可以反映基因型間的相關程度,所以可以利用遺傳力高的性狀來間接選擇某些與它有較高遺傳相關但遺傳力低或不易測量的經濟性狀,以提高選擇效果。
由於遺傳相關已經除去了環境影響,所以它就比表型相關可靠。例如家雞卵重變異的遺傳力為60%,體重變異的遺傳力只有31%;這暗示按體重選育大種雞效果不佳,這兩種性狀的表型相關雖只有0.16%,但遺傳相關達50%,因此可以按卵重性狀間接選育大種雞。又如牛的泌乳量與牛的體型及乳房形狀之間有密切的遺傳相關,水稻的產量同產量因子(如每株穗數、每穗粒數及千粒重等)之間也存在遺傳相關。
在育種工作中通常根據性狀的相關性,從一個性狀的特點間接地預測另一性狀的選擇價值。但這只是表型相關,它還包含有環境影響的部分,所以不能真實地反映不同性狀間的遺傳關系。遺傳相關真實反映基因型間的相關,以它作為根據來進行選擇就能收到比較良好的效果,尤其是選擇遺傳力較低的性狀收效更為顯著。
遺傳進度(又稱遺傳獲得量)是雜種後代某一數量性狀的平均數在一定選擇強度下比原來群體平均數提高的數值。它是遺傳力h2與選擇差i的函數,即ΔG=ih2。選擇差指群體中某一數量性狀的平均值與被選作為下一代親本個體該性狀平均值之間的差量。遺傳進度是確定遺傳效果的一個重要估計值。只要求出兩性狀的遺傳力和它們之間的遺傳相關,就可以估計通過一個性狀的選擇來間接選擇另一性狀的相關遺傳進度。
遺傳進度按性狀的遺傳力有著不同的效果。對遺傳力高而遺傳方差大的性狀,在一定選擇強度下可以獲得較大的遺傳進度,說明這一性狀的選擇效果較高。因此遺傳進度是確定選擇效果的一個重要參數。此外,性狀間遺傳進度的關系也如性狀間相關一樣,對一個性狀的選擇將會影響另一性狀的遺傳進度。性狀間的相關只是相對地說明兩個性狀的密切程度;而性狀間遺傳進度的相關則表明兩個性狀在遺傳上獲得的絕對值的相互關系。所以遺傳進度不僅可以用來預測某一性狀在選擇下的絕對進度,還能預測其他性狀引起的相應進展。據此,我們也就能夠對育種材料作出適當的評價,而對供試的材料給以合理的安排和處理。
選擇指數是對多個數量性狀進行綜合選擇的選擇指標,可以用來使目標性狀經過選擇而獲得最大的改進。選擇指數值等於各性狀表型值與指數系數乘積的代數和。隨著問題的性質和要求不同,確定指數系數的方法也各不相同,因而有許多不同估演算法的選擇指數可以作為多個數量性狀選擇時的指標。
數量遺傳學的另一個重要內容是研究各種不同遺傳交配設計(如雙列雜交、輪回選擇、動物的各種交配系統等)以及在這些交配設計中數量性狀的遺傳動態。此外,基因型與環境的相互作用也是近年來數量遺傳學的重要研究課題。
遺傳規律與生物統計學以及其他數學分支結合起來,解釋數量性狀的遺傳規律和生物發展的規律,從而豐富和充實了遺傳學和進化論。由於經濟性狀絕大多數是數量性狀,所以研究數量性狀的遺傳變異對於育種實踐具有重要的指導作用。
開放分類:
生物化學,生物學,遺傳學,微生物學 參考資料:http://ke..com/view/1357349.htm
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作業二 (第二章)答案
一、名詞解釋
1、染色體
答:P70--染色體(Chromosome )是細胞內具有遺傳性質的物體,易被鹼性染料染成深色,所以叫染色體(染色質);其本質是脫氧核甘酸,是細胞核內由核蛋白組成、能用鹼性染料染色、有結構的線狀體,是遺傳物質基因的載體。
2、基因
答:P72--基因(遺傳因子)是遺傳的物質基礎,是DNA或RNA分子上具有遺傳信息的特定核苷酸序列。基因通過復制把遺傳信息傳遞給下一代,使後代出現與親代相似的性狀。人類大約有幾萬個基因,儲存著生命孕育、生長、凋亡過程的全部信息,通過復制、表達、修復,完成生命繁衍、細胞分裂和蛋白質合成等重要生理過程。生物體的生、長、病、老、死等一切生命現象都與基因有關。它也是決定人體健康的內在因素
3、數量性狀
答:P73--數量性狀(quantitativecharacters)是指在一個群體內的各個體間表現為連續變異的性狀,如動植物的高度或長度等。數量性狀較易受環境的影響,在一個群體內各個個體的差異一般呈連續的正態分布,難以在個體間明確地分組。
首先要明確,這里的「連續變異」並不是「變異」,也就是不屬於變異類型。這里的「連續變異」指性狀的連續性變化。例如,水稻種子的重量,可能有25克的,35克的,還有可能是介於25克到35克之間的任意數值,這樣的變化就是所謂的「連續變異」,最好表述為「連續變化」。 性狀可分為質量性狀和數量性狀兩大類。質量性狀,是指具有明顯的不連續差異的性狀。例如:水稻的粳與糯,雞羽的蘆花斑紋和非蘆花斑紋。數量性狀,是指變異呈連續狀態,界限不清楚,不易分類的性狀。例如:作物的產量、成熟期,奶牛的泌乳量,棉花的纖維長度、細度等等。
4、遺傳力
答:P77--性狀的總表型方差中,遺傳方差所佔的比例。遺傳力又分為廣義遺傳力和狹義遺傳力。數量性狀受到環境因素的影響很大,那麼表型的變異可能有遺傳的因素,也有環境的因素,甚至還有環境和遺傳相互作用的因素
5、雜種優勢
答:P100--指雜交子代在生長活力、育性和種子產量等方面都優於雙親均值的現象。遺傳學中指雜交子代在生長、成活、繁殖能力或生產性能等方面均優於雙親均值的現象。
雜種優勢是雜合體在一種或多種性狀上優於兩個親本的現象。例如不同品系、不同品種、甚至不同種屬間進行雜交所得到的雜種一代往往比它的雙親表現更強大的生長速率和代謝功能,從而導致器官發達、體型增大、產量提高,或者表現在抗病、抗蟲、抗逆力、成活力、生殖力、生存力等的提高。這是生物界普遍存在的現象。
二、填空
1、適於家系選擇的條件是低的遺傳力,大的家系、共同環境造成的家系差異小.
P88--
2、根據配種雙方個體的品質異同和親緣關系,選配可分為 品質選配、親緣選配.
P90--
3、影響家畜品種形成的主要因素是社會經濟條件、自然環境條件 .
P96-
4、按照產品類型,可將家畜的品種分為專用品種、兼用品種
P97-
5、按照培育程度,可將家畜的品種分為原始品種、培育品種
P97--
6、配合力可分為兩種一般配合力、特殊配合力
P103--
7、完整的繁育體系由純系選育、良種擴繁、商品畜禽生產(育種場、繁殖場、商品場)組成.
P105--
三、單項選擇題
1、兩個基因型均為Pp的雜合子個體,交配後可產生的後代有如下基因型組合PP,Pp,pp,其比例為B .
A
,1:1:1 B,1:2:1 C,2:1:1
D,1:1:2
P74-
2、自由組合定律是揭示 C 的遺傳規律.
A,1對等位基因位於非同源染色體上
B,1對等位基因位於同源染色體上
C,兩對或兩對以上的相對等位基因位於非同源染色體上
D,兩對或兩對以上的相對等位基因位於同源染色體上
P74—75
3、位於 C 在遺傳傳遞過程中不能獨立分離的一種現象稱為連鎖.
A,不同染色體上的兩個非等位基因
B,不同染色體上的兩個等位基因
C,同一染色體上的兩個非等位基因
D,同一染色體上的兩個等位基因
P15--
4、重復力是指 B .
A,數量性狀的基因型值占表型值的比例
B,數量性狀在同一個體多次度量值間的相關
C,數量性狀在不同一個體多次度量值間的相關
D,兩數量性狀表型值間的相關
P78-
5、根據其同胞的成績對某一個體本身作出種用價值的選擇評定方法稱為 C .
A,性能測定 B,系譜測定 C,同胞測定 D,後裔測定
P88-
6、多性狀選擇方法主要有 C .
A,個體選擇法,家系選擇法,家系內選擇法
B,順序選擇法,家系選擇法,家系內選擇法
C,順序選擇法,獨立淘汰法,指數選擇法
D,個體選擇法,獨立淘汰法,指數選擇法
P88-89
7、根據配種雙方個體的品質差異和親緣關系,選配可分為 D
A,品質選配和純種繁育 B,親緣選配和雜種繁育
C,純種繁育和雜種繁育 D,品質選配和親緣選配
P90--
8、按品種的改良程度可分為 A .
A,原始品種和培育品種 B,專用品種和兼用品種
C,原始品種和專用品種 D,培育品種和兼用品種
P97--
四、簡答題
1,選擇的實質是什麼
P85--答:選擇是選留一些性能優於同群其他個體作為繁殖下一代的種畜,是一個選優去離的過程。選擇是畜禽改良的基本方法,無論是自然選擇還是人工選擇,其實質是打破了繁殖的隨機性,使得某些個體增加了繁殖後代的機會,而另外一些個體減少了甚至被完全剝奪了繁殖後代的機會,從而選留個體所具有的基因頻率在後代群中增高,進而改變後代中質量性狀各種類型的比率和數量性狀的全群平均值。
2,何為基因型與環境互作 請舉例說明.
P76--答:基因型是指生物的遺傳型,即控制性狀的基因組合類型。是生物體從它的親本獲得全部基因的總和。一個生物體的性狀是很多的,那麼,控制這些性狀的全部基因就稱為生物體基因型。但一般是指生物體被研究的性狀的有關基因的組成,它是性狀表現的內在因素,基因型肉眼看不到,可以通過雜交實驗來鑒定。一般用符號來表示。如豌豆高莖的基因型可用DD或Dd表示;矮莖可用dd表示。基因型與環境互作就是生物的性狀是由基因和環境共同作用的結果。基因指導蛋白質形成,使生物形成性狀,但環境也會影響性狀的表現。例如水毛茛,在空氣中的莖和水中的莖不同。
3,比較簡單雜交,三元雜交,雙雜交和輪回雜交的優缺點.
P104-105答:簡單雜交是兩個種群雜交一次,一代雜種無論公母均為商品生產。只需一次配合力測定工作,不能充分利用雜交優勢。
三元雜交是先用兩個種群雜交,生產在繁殖性能方面具有顯著雜種優勢的母畜 再用第三種群公畜作為父本與之雜交,一生產商品畜禽。是目前世界廣泛採用的育種方法。
雙雜交是用四個種群縣分別兩兩雜交,生產出兩種不同的雜交公母畜,然後再用兩雜交種群進行雜交,生產商品畜禽。
輪回雜交是兩三個繪制多個種群公畜輪流做父本,與雜交種母畜進行雜交。
C. 什麼是遺傳學中的重復力
遺傳學中的重復力指一個數量性狀在同一個體多次度量值之間的相關程度。即同一個體某種性狀各次測量值之間的組內相關系數。畜禽許多生產性狀在終身是可多次度量的,如母豬的窩仔數、奶牛的產乳量。
組內相關系數指組內有某種特定聯系的多組數據兩兩之間的平均相關系數。主要通過計算變數方差和協方差得到。