2012年园艺学进展试题及答案

2012年园艺学进展试题姓名____________学号____________（硕、博士）分数__________考试要求：在上面的硕、博士中选择自己的学位类型画圈（1）硕士生：1-8题中第1、2题为必答题，请在3-8题中任意选择三题进行充分的论述回答，第9题不用做答（每题20分）；（2）博士生：下面9题中，第1、2题为必答题，第9题中选一句翻译，请再任选三道论述题进行充分的论述回答（1、2题各20分，第9题6分，其余每题18分）。利用分子标记进行性状选择是所期望的分子辅助选择技术，你认为在目前的育种应用中存在什么问题？如何解决？试比较以下三个植物与病原菌互作模型的异同gene-for-gene;b.guardhypothesis;c.decoyhypothesis试述荷兰设施园艺技术和装备的特点，对我国发展设施园艺有何借鉴作用？请论述园艺植物基因组测序的进展及应用。请论述GAP的含义、产生的背景和ChinaGAP标准对中国农业的作用。果树自交不亲和的概念如何表述？目前关于果树自交不亲和形成机制有哪些假说？当前园艺植物基因克隆的方法有哪些？请分别予以举例说明。园艺植物遗传改良面临的困境有哪些？如何利用基因工程开展园艺植物遗传改良？（以某一种园艺植物为例加以说明）。请翻译下面的中英文（1）园艺植物栽培涉及到园艺植物的生长发育、种植园的规划设计、园艺植物的繁殖、定植及土肥水管理、植株调整与产品器官生产、采收和采后管理，设施园艺及园艺无土栽培技术等内容。（2）基因工程又称DNA重组技术，以分子遗传学为理论基础，以分子生物学的现代方法为手段，将不同来源的基因按预先设计的蓝图，在体外构建重组DNA分子，然后导入活细胞，以改变生物原有的遗传特性、获得新品种、生产新产品。参考答案（仅供参考！）1.利用分子标记进行性状选择是所期望的分子辅助选择技术，你认为在目前的育种应用中存在什么问题？如何解决？

随着现代分子生物学的发展,现代生物技术为作物育种提供了强有力的工具,分子标记辅助选择(MAS)就是其中重要的一项技术,它不仅弥补了作物育种中传统的选择技术准确率低的缺点,而且加快了育种进程。但同时它在目前育种应用当中存在一些问题，例如成本高、规模小、精度低和效果差等问题,这些问题制约了这一新技术在植物育种中的广泛应用。成本昂贵：植物分子标记辅助育种中的很多步骤都需要很高的费用,如DNA提取过程中的取样、标签、试剂、塑料制品等各个环节的消耗、PCR扩增反应、PCR扩增后的检测、植物样品准确全面的表型鉴定等。规模受限制：在大多数的MAS中,DNA提取是整个过程的速度限制因素。用琼脂糖凝胶电泳检测PCR标记,适合于单个目标性状的分子标记辅助选择。但当对50~200个样品进行凝胶电泳检测时,从制胶到成像需3~4h用微滴度板(microtiterplates)或斑点印迹(dotblotdetection)检测,可提高检测速度。这些方法不太适合多标记遗传背景的选择或者对多个性状进行的同时选择。样品追踪也是一个限速步骤,虽然条形码系统已经广泛应用,但效率仍然不够高。样品搜集、处理和追踪的效率决定了MAS的速度与规模。精度有待提高：目前的QTL作图,一般采用小到中等规模的群体,并用相对较小数目的分子标记进行分析,提供的性状和标记间关联(MTA)的精度相对较低。用探针(RFLP)或引物(基于PCR的标记)进行分析时,标记和基因虽是紧密连锁的,但标记并不是在基因内部,这样,标记群体不同模式的重组,很容易打破连锁,从而影响标记的准确性。样品追踪过程在MAS的每个步骤中都需要迅速地处理大量植物样本,也非常容易出错。对复杂性状的预见性差：育种过程需要综合考虑生物抗性、非生物抗性、农艺性状、品质性状、产量稳定性等多个因素。如非生物抗性这样的复杂性状,常常受多基因控制,其中存在难以预测的基因互作,可能还受多种环境因素的影响,所以这类性状的遗传力很低。改良这些性状时,常常达不到预期的结果。因此建立这些性状的分子育种策略仍然是一个挑战。对策：降低成本和提高规模效益MAS中DNA提取的单项成本最高,同时限制着整个过程的进度。开发和优化非破坏性的单粒种子基因型鉴定系统,对提高MAS的效率有重要的意义。多重PCR引物可以降低相关的成本,且对遗传多样性分析特别有用。然而当进行遗传作图或分子标记辅助育种时,常常需要根据不同的杂交组合或群体进行优化甚至重新设计引物,因为没有在所有组合或群体间都表现多态性的通用标记。SNP分子标记可以同时自动化地分析许多位点,因此能够极大地提高选择的精度和效率,以及降低选择的单位成本。（2）系统优化和技术改进：仅仅选择性地鉴定目标性状中有极端表型的个体基因型,然后通过不同表型个体的等位基因频率分布,发现与性状关联的分子标记。选择性基因型鉴定与DNA样品池分析相结合,是鉴定主效基因关联标记的简单而有效的方法,因为它只需要分析代表两种极端表型的DNA样品池。表型鉴定中,将目标鉴定地点进行聚类,并与实际选择成功的地点进行比较,以优化育种项目的选择过程,使选育的品种资源具有最高的产量和适合特定目标环境的农艺性状。通过遗传作图和MAS的整合,用育种群体直接实现标记性状关联分析,而不需要花费大量的时间,重新构建的遗传群体。同时,通过MTA开发和确认相结合,能够减少遗传材料的代数,缩短整个过程的时间。治病虫害以提高作物的产量，温床逐渐被温室所替代，由于工人可以在温室内部操作，而温床必须在外部作业，节省了劳动力，降低了工人的劳动强度灌溉技术也有了很大的改进，软管浇水逐步被喷灌技术所替代1965--1980年为机械化发展阶段同时，更多的先进技术也应用到温室中，包括套种技术加温设备环境调控设备移动式栽培床其中加温开始使用天然气，逐步替代了煤炭和石油，不仅减少了运输成本，降低了污染，还节省了屋面清洁作业费用此外，天然气产生更纯的二氧化碳，提高了温室内的二氧化碳浓度，气候控制系统也开始应用，该系统可以根据温室内的温湿度控制通风开窗。1980--1993年为计算机技术广泛应用阶段人工基质滴灌二氧化碳施肥等技术得到应用。营养液水和二氧化碳可以借助计算机进行精确控制，该技术的应用至少增产15%基质栽培中对水的质量有更高的要求，但荷兰的地势较低，水的含盐量过高，水质较差，所以越来越多的温室种植者增加屋面雨水收集系统，改善水质1993年至今为集约化发展阶段。这个阶段的荷兰设施园艺的技术更新不再过多地关注单位面积产量，而是偏向质量，他们把更多的精力放在产品品质和生产过程控制上，以期获得更多的价值增值。在产品生产过程中，第三方的产品追溯和检查系统得到进一步的发展和应用。在机械自动化上，温室生产的播种移栽到定植以及产品采后的分级和包装都已经实现机械化。4.请论述园艺植物基因组测序的进展及应用。

（木本）2000年,人们采用传统的Sanger测序技术完成拟南芥全基因组测序,揭开了植物全基因组研究的序幕。2006年,又利用Sanger测序技术完成了杨树的全基因组计划,开启了木本植物全基因组学研究的大门。作为植物全基因组研究的重要手段,测序技术经历了需要PCR扩增的第一代Sanger测序法和第二代合成测序法,已经发展到了无需PCR扩增,且具有高通量、低成本为特点的第3代单分子测序阶段。。2010年Nature公布了采用Sanger和罗氏454两种测序法进行的苹果全基因组测序结果[9],Illumina公司采用的低成本、高效率、快速从头组装测序短序列(35～100bp)的测序方法,已成功应用于黄瓜(Sanger和IlluminaGA(GenomeAnalyzer))、蚂蚁(Camponotusfloridanus和Harpegnathossaltator)、大熊猫(Ailuropodamelanoleura)和土豆(SolanumtuberosumL.)的全基因组测序研究中;2007年9月,Nature杂志报道了第4种显花植物(继拟南芥、水稻和杨树之后),也是第二种木本植物和第一种果树——葡萄的全基因组测序结果。2008年4月,Nature杂志报道了美国夏威夷农业研究中心等组织完成的第一个用转基因(转抗环斑病毒基因)木本植物番木瓜(CaricapapayaLinnaeus)的一个名为“旭日”(“SunUp”,雌株)的品种为材料,进行全基因组测序。由意大利、美国和新西兰等国组成的项目组,以苹果(Malus.domestica)栽培品种“金冠(GoldenDelicious)”为材料,采用Sanger和罗氏454测序法绘制了苹果基因组草图,同时讨论了苹果的起源及进化事件。应用：(1)利用生物信息学方法对全基因组测序结果进行基因注释,开展木本植物的重要性状相关基因的发现、克隆、功能验证和进化分析,例如控制开花、木材形成、树木生长习性、休眠、耐寒力、病虫害抗性(R基因)、果实发育、果实性状和品质等的相关基因;(2)进行比较基因组学研究,深入比较分析两种植物基因组序列的同线性关系,分析研究植物的起源和进化关系,同时探索控制植物重要性状的重要染色体片段或基因群(基因簇),为重要基因的发现及克隆提供重要参考信息;(3)应用NGS获得的木本植物全基因组结果制作商品化基因芯片,使用Microarray方法进行基因表达研究;也可以直接采用NGS进行转录组测序,参考全基因组信息,利用转录组测序结果检测不同细胞或组织间基因的表达水平,为特定时间内基因表达的时空性提供信息;(4)基因组序列信息提供了大量的SSRs和SNPs等分子标记,有利于高密度遗传图谱和物理图谱的构建,高密度遗传图谱加速了分子标记与优良性状之间的连锁研究,有益于QTL研究平台的创建和染色体范围内研究自然群体基因渐渗;(5)探索全基因组关联分析(Genome-wideassociationstudies,GWAS),寻找个体基因组中表型相关的DNA序列的变异,评价决定个体基因型的成千上万单核苷酸多态性(SNPs),由于GWAS使用的材料是自然群体,省去产生后代群体的过程,缩短了分子标记辅助选择育种的周期、降低了育种成本,并且自然群体能更准确地反映重组事件的发生[28,67];(6)在全基因组测序结果的基础上,进行同种木本植物的不同时期、不同组织材料,野生型与突变体材料,未胁迫处理与各种胁迫处理(低温、干旱、高盐和ABA)材料[68]之间的转录组学(Transcriptomics)、代谢组学(Metabolomics)、蛋白质组学(Proteomics)和降解组学(Degradomics)的比较研究也亟待开展。

（1)、基因组学从公益性研究过渡到商业化应用由于成本高昂全基因组测序主要由政府投资，一般商业公司只能有限参与但近年来，第二代测序技术出现之后其中拜尔公司2009年宣布独立完成了白菜甘蓝和油菜的全基因组测序，Keygene公司则在2010年宣布完成了甜瓜基因组测序（2)、少数模式物种测序过渡到大规模栽培物种首次使用第二代测序技术测定的黄瓜基因组报道之后，已经完成或者即将完成的基因组测序计划有苹果咖啡和梅花等木本植物及草莓白菜甘蓝马铃薯番茄西瓜等一批重要园艺作物（3)、从栽培物种的研究过渡到野生物种的研究测序成本的下降也促进了近缘野生物种的测序。（4)、从单一参考序列测定过渡到大规模种质资源的重测序第二代基因组测序技术出现之后，在园艺作物上，黄瓜白菜甘蓝和番茄等作物均启动了大规模的基因组重测序研究这些研究计划将为种质资源的利用与分子设计育种提供丰富的基因组资源，并有力的推动分子设计育种的实施（5)、大规模高深度转录组及表观基因组测序第二代测序技术才能实现转录组和表观基因组的饱和测序从而对全基因组准确注释可变剪切和甲基化修饰等进行准确分析。5.请论述GAP的含义、产生的背景和ChinaGAP标准对中国农业的作用。

（1）GAP含义：良好农业规范（GoodAgriculturalPractices，简称GAP）是一套针对农产品生产（包括作物种植和动物养殖等）的操作标准，是提高农产品生产基地质量安全管理水平的有效手段和工具，良好农业规范认证关注农产品种植、养殖、采收、清洗、包装、贮藏和运输过程中有害物质和有害生物的控制及其保障能力，保障农产品质量安全，同时还关注生态环境、动物福利、职业健康等方面的保障能力。（2）GAP产生背景GAP认证起源于欧洲。20世纪90年代，欧洲经历了疯牛病、二噁英、肉中抗生素和沙门氏菌等事件后，消费者对食品安全的信心产生了动摇。1997年欧洲零售商农产品工作组EUREP（EUREP：Euro-RetailerProduceWorkingGroup）在零售商的倡导下提出了“良好农业规范（GoodAgriculturalPractices，简称GAP）”，简称为EurepGAP；2001年EUREP秘书处首次将EurepGAP标准对外公开发布，目的是为了确保其经销的农产品的质量与安全。EUREP随后演变成农产品生产商及其零售顾客平等伙伴关系的组织，其成员主要来自零售商，农产品生产和种植者和农业生产辅助组织。2007年，鉴于已经被世界各国的充分接受、支持与参与，更名为GlobalGAP，是目前在世界上运行相对成功且比较系统的标准。美国则是为了降低食品微生物危害的风险，1998年10月美国联邦食品与药品管理局（FDA）和农业部（USDA）联合发布了《关于降低新鲜水果蔬菜中微生物危害的企业指南》，首次官方提出了良好农业操作规范概念。澳大利亚GAP是以《农场新鲜农产品食品安全指南》的形式，由澳大利亚农业、渔业和林业主管部门制定的。加拿大的GAP是在加拿大农田商业管理委员会的资助下，由加拿大农业联盟会同国内畜禽协会及农业和农产品官员等共同协作，采用方法，建立的农田食品安全操守。（3）作用：在当前的情况下，制定一个既符合中国国情，又可以得到国际互认的标准，是十分必要和及时的。ChinaGAP标准非常清楚直观的用表格的形式告诉农民应该如何进行种植和养殖，如何用药施肥，如何检测等，将对中国的农民和生产企业带来巨大的帮助。同时ChinaGAP认证的推广，将会给广大的消费者带来更安全的选择，并增加他们的食品安全、环境保护、动物福利等方面的意识。认监委正在积极地推动ChinaGAP和EurepGAP的基准比较工作，获得通过后ChinaGAP将会被EurepGAP承认，这将大大促进中国农产品的出口，节约认证成本。6.果树自交不亲和的概念如何表述？目前关于果树自交不亲和形成机制有哪些假说？见《园艺植物育种学总论》p157-159

植物的自交不亲和性(Self—incompatibility，简称SI)是指能产生具有正常功能且同期成熟的雌雄配子的雌雄同株植物，在白花授粉或相同基因型异花授粉时不能受精的现象。植物自交不亲和类型及其表现一一般认为，自交不亲和分为两种类型，即配子体自交不亲和性(gametophyticself—incompat—ibility，GSI)和孢子体自交不亲和性(sporophyficself—incompatibility，SSI）。（1）孢子体不亲和其自交不亲和表现为，当自体或其他植株产生的花粉与受体花柱S-等位基因中任何一个相同时，花粉的萌发即在柱头表面受到抑制。目前有充分的证据表明，SRK在柱头乳突细胞拒绝不亲和花粉的信号传递过程中起核心作用。（2）配子体自交不亲和在配子体自交不亲和的研究中最具挑战性的问题是S蛋白如何区分自花和异花花粉。目前虽已提出了许多模型，但具体区分的分子机理还不清楚，最主要的原因可能是因为一直没有鉴定出花粉的s基因，尝试去发现与s一等位基因共分离的花粉蛋白还没有成功，因此，控制花柱自交不亲和行为的S基因是否也参与控制花粉的行为尚不清楚，目前主要有“膜受体学说”(receptormode1)和“胞内抑制剂说”(inhibitorroode1)两类假说。1.膜受体学说S—RNase的选择性作用是由于花粉S基因产生的膜受体特异性地摄人S—RNase。只有不亲和RNase能通过横跨膜受体进入花粉管并降解花粉管中的RNA；花柱内花粉管周围的s糖蛋白与花粉的等位基因的专一受体发生特异性反应，选择性地(与花粉S基因型相同的s糖蛋白)进入自花花粉管，降解花粉管的mRNA和rRNA，从而抑制其生长。但这种模型很难解释茄科的二倍体加倍和s位点基因片断重复的花粉自交亲和现象。2.胞内抑制剂说花粉S基因编码一种特异的胞内RNase抑制剂。这种抑制剂抑制除自己的s一等位基因编码的S—RNase以外的其他各种S—RNase的活性。不亲和的RNase和亲和的RNase都能进入花粉，但亲和的RNase因花粉管中有抑制剂的存在而失去活力，花粉管周围的s糖蛋白均能进入花粉管，s糖蛋白进入带有不同s一等位基因的花粉管时，遇到高度专一性抑制物质的抑制，但在带有相同s一等位基因的花粉管中却没有s糖蛋白抑制物质存在，从而选择性地降解相同s基因花粉管的RNA，最终抑制花粉管伸长。这种假说可以成功地解释二倍体花粉是自交亲和的原因。在含有两个不同花粉S基因编码的胞内抑制剂存在的情况下，无论进入花粉管的s一核酸酶有多少种，其活性都要受到抑制，所以花粉管内RNA不被降解，能完成正常的生长过程。体外核酸酶试验证明，花粉管吸收s—RNase没有表现出特异性J。最近，Luu等运用花粉管的免疫组织化学标记方法，证明了亲和的和不亲和的花粉管的细胞质中都有S—RNase的积累。这为抑制剂假说提供了充分的实验证据。但是，这种抑制剂为何不对自体核酸酶发生抑制的机制却很难让人理解。7.当前园艺植物基因克隆的方法有哪些？请分别予以举例说明。

见《园艺植物生物技术》p89-928.园艺植物遗传改良面临的困境有哪些？如何利用基因工程开展园艺植物遗传改良？（以某一种园艺植物为例加以说明）。见《园艺植物育种学总论》p270-2729.请翻译下面的中英文（1）园艺植物栽培涉及到园艺植物的生长发育、种植园的规划设计、园艺植物的繁殖、定植及土肥水管理、植株调整与产品器官生产、采收和采后管理，设施园艺及园艺无土栽培技术等内容。（2）基因工程又称DNA重组技术，以分子遗传学为理论基础，以分子生物学的现代方法为手段，将不同来源的基因按预先设计的蓝图，在体外构建重组DNA分子，然后导入活细胞，以改变生物原有的遗传特性、获得新品种、生产新产品。