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1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。作物育种学专题-第一章 授课教师：李卓夫作物育种学（中级）农艺专业知识更新培训系列讲座作物品种及在农业生产中的作用一、植物进化与遗传改良（一）进化的基本因素进化生物界的基本特征，也是生物界运动的总规律。进化过程：生物接受环境给予的刺激而产生形态和性状的改变，以适应现有的生境，这种演变发展的过程成为进化过程。（二）自然进化与人工进化进化的基本单位种群自然进化自然变异和自然选择的进化，进程慢。人工进化人工创造变异并进行人工选择的进化，进程快。与自然进化不一致的变异高产、优质方面的相关性状与自然进化一致的变异
2、生活力、结实性、抗（耐）逆性抗（耐）病性、抗（耐）虫性适应性二、植物育种学的任务基本任务是：在研究和掌握植物性状遗传变异规律的基础上，根据各地区的育种目标和原有品种的基础，发掘、研究和利用各种植物种质资源，采用适当的育种途径和方法，选育适于该地区生态、生产条件，符合生产需要的高产、稳产、优质、抗逆、熟期适当和适应性广的优良品种，甚至新的作物，并通过行之有效的措施，在繁殖推广过程中，保持并提高种性，提供优质足量、成本低的生产用种，实现生产用种良种化，种子生产标准化，促进高产、优质、高效农业的发展。三、品种的概念和作用（一）植物品种的概念品种是人类在一定的生态条件和经济条件下，根据人类的需要所选育
3、的某种栽培植物群体；该群体具有相对稳定的遗传学特性和生物学、形态学及经济性状上的相对一致性，而与同一栽培植物的其他群体在特征、特性上有所区别；在相应地区和耕作条件下种植，在产量、抗性、品质等方面都符合生产发展的需要。植物品种的三个基本属性：具有特异性、一致性和稳定性。（二）品种在农业生产中的作用1、提高单位面积产量建国后经过5-6次品种更换，每次使产量提高10以上。2、改进产品品质不同作物品质要求不同，尤其以园艺植物3、提高抗逆性，增强适应性和稳产性4、有利于耕作制度改良、复种指数提高，5、扩大作物种植面积使一些原先不适应该类植物的地区变成适宜地区6、有利于农业机械化、集约化管理及劳动生产率提
4、高玉米果穗高度一致，利于机械收获第二章 作物繁殖方式及品种类型特点第一节植物的繁殖方式一、有性繁殖（一）自花授粉作物自然异交率一般不超过1水稻、小麦、大麦、燕麦、大豆、绿豆、花生、芝麻、烟草、亚麻、马铃薯、茄子、辣椒。（二）异花授粉作物自然异交率50以上，甚至高达90或100。雌雄异株：大麻、蛇麻、菠菜雌雄同株异花：玉米、蓖麻、西瓜、黄瓜、甜瓜、南瓜雌雄蕊同花，但雌雄蕊异熟或花柱异型：葱、洋葱、芹菜、荞麦自交不亲和：黑麦、白菜型油菜、向日葵、甜菜、甘薯（三）常异花授粉作物自然异交率4-50，棉花、高粱、蚕豆、粟、甘蓝型和芥菜型油菜等二、无性繁殖凡不经两性细胞受精过程而繁殖后代的方式统称为无性繁
5、殖。（一）营养体繁殖甘薯、马铃薯、木薯、甘蔗、苎麻（二）无融合生殖植物的雌雄配子未发生核融合过程而形成种子以繁衍后代的方式。三、植物授粉方式的研究方法植物授粉方式根据自然异交率高低而定，50异花（一）研究花器结构、开花习性、传粉方式以及雌雄蕊生长发育特点（二）采用单株隔离自交的方法，观察强迫自交的结实性和自交后代的表现（三）采用遗传试验确定自然异交率隐性母本，显性父本，F1显性/F1总株数第二节植物品种的类型及育种特点一、植物品种的类型（一）纯系品种（又称定型品种）特点：遗传基础相同、基因型纯和的植株群体，是由杂交组合及突变中经系谱法选育成。水稻、小麦、大麦、大豆、花生（二）杂交种品种特点：基
6、因型是高度杂和的，群体具有不同程度的同质性，杂种优势显著，有较高的生产力。玉米（三）群体品种特点：遗传基础比较复杂，群体内植株基因型不一致。1. 异花授粉植物的自由授粉品种玉米2. 自花授粉植物的杂交合成群体3. 多系品种自花授粉植物的近等基因系，（大部分农艺性状相似，兼抗多个病源生理小种）（四）无性系品种特点：是由一个无性系经营养器官繁殖而成，它们的基因型由母体决定，表现型也和母本相同。甘薯、桃类。第三章 作物育种目标育种目标：对所要育成品种的要求，是指在一定的生态、生产条件下，对所要育成品种应具备一系列优良性状的要求指标。第一节植物育种的主要目标性状1、产量性状（1）产量结构性状的合理组合
7、产量构成因素玉米、稻、麦类（株数/hm2穗数/株粒数/穗粒重/1000粒）大豆（株数/hm2荚数/株粒数/荚粒重/100粒）（2）株型禾谷类合理株型是矮秆、半矮秆，株型紧凑，叶片挺直、窄短、叶色较深等。经济系数：（收获指数）经济产量与生物学产量之比，反映品种的同化物质转化为经济产量的效率。水稻、小麦、玉米50。（3）高光效目前农作物光能利用率：1-2或以下，提高光能利用率则能大幅度提高产量。2、品质性状对某种用途的适合性是构成产量的直接因素，出米率，含油量有利于保证人畜健康影响加工工业产品品质、成本，不能片面追求早熟。3、成熟期充分利用本地光热资源，能正常成熟，保证质量。4、对病虫害的抗耐性在
8、病虫害流行时能把病原菌数量和虫口密度压缩到经济允许的阀值以下，对产量和品质影响不大即可。5、对环境胁迫的抗耐性旱、涝、低温、寒、高温、倒伏、干热风、盐碱（某地区常发生）6、对保护地栽培的适应性耐高温、耐低温、耐高湿、耐弱光、抗多种病害、优质早熟丰产品种第二节制定育种目标的一般原则1、预见性：国内、国际需求，生产发展前景2、主要矛盾：当前当地急待改进的主要性状3、可行性：要改进的性状落实具体指标4、品种合理搭配：多种类型有适当差异的品种，满足生产上不同要求。第四章 作物种质资源第一节种质资源的重要性我国种质资源的工作方针是：广泛征集，妥善保存，深入研究，积极创新，充分利用，为植物育种服务，为农业
9、现代化建设服务。目前，种植资源的多样性面临严重危机。一、种质资源的概念一切具有一定种质或基因，可用于育种、栽培及其他生物学研究的各种生物类型总称为种质资源。二、种质资源的重要性1、种质资源的多样性选育新品种和发展农业生产的物质基础人类赖以生存2、种质资源的拥有数量3、育种的突破性进展找到有关键性基因的资源。三、保护种质资源的迫切性大约每10天有1种高等植物灭绝人类依赖少数几种植物，使遗传多样性进一步狭窄。如美国所有大豆品种克追溯到我国东北地区的12份原始材料。第二节种质资源的类别一、本地种质资源是育种工作中最基本的原始材料，地方品种、本地主栽品种、过时品种1）地方品种特点：（1）缺点产品数量或
10、质量不符合市场需要（2）优点对当地不利条件有特殊适应性，适合当地的特殊习惯2)本地主栽品种具有良好的经济性状，是育种的基本材料。3）过时品种是选择改良的好材料二、外地种质资源反映各自原产地的自然和栽培特点，具有不同的生物学、经济学和遗传性状，是改良本地品种的重要材料。三、野生种质资源顽强的抗逆性，对不良条件的高度适应性，独特的品质等，是培育新品种的宝贵材料。四、人工创造的种质资源是培育新品种或进行有关理论研究的珍贵资源材料。第三节种质资源的保存指利用天然或人工创造的适宜环境保存种质资源目的：保持资源数量（遗传多样性）、生活力、遗传变异性1、种植保存每隔一定时间（15年）种植一次种质资源就地种植
11、保存在植物原来自然生态系统中种植迁地种植保存在植物原来自然生长地以外的地方种植注意：在种植过程中应尽可能避免或减少天然杂交和人为混杂2、贮藏保存将种质资源保存在种质资源库中（干燥种子）库类型温度湿度（%）数量（万）年数任务短期库20（1015）45（5060）1025临时贮存应用材料分发种子：研究、鉴定、育种中期库4（0-10）45（60、种子含水量常规品种自交系3.同种作物的不同发育期对辐射敏感性有差异乳熟期蜡熟期完熟期；萌动种子休眠种子。4.不同组织和器官的敏感性有差异与含水量有关，含水多敏感（三）植物的诱变剂量半致死剂量（LD50）照射后植株能开花结实存活50%的剂量。临界剂量照射后植株
12、成活率40%的剂量。常用此剂量。四、辐射处理的主要方法（一）外照射辐射源从外部对被照射物（种子、植株）进行照射处理。1. 种子照射2. 植株照射3. 营养器官照射4. 花粉子房照射5. 其他植物器官组织的照射（二）内照射将辐射源引入到试材内部的照射叫内照射。浸泡法、注入法、施入法、合成法（三） 间接照射对材料培养环境进行辐射，使培养基或培养液中的水分子发生电离，产生强活性基因，再将试材引入进行培养。较适用于微生物诱变育种中应用。五、化学诱变(一)化学诱变剂的种类1.烷化剂类有一个或多个活性烷基，可转移到一个电子密度较高的分子上，置换DNA或RNA结构中的H原子。主要包括：芥子气类，环氧乙烷、次
13、乙亚胺、环氧丙烷等2.核酸碱基类似物能与DNA结合，在DNA复制时，使碱基配对错误诱变。5-溴尿嘧啶、5-氟尿嘧啶等3.简单的有机物乙酸、甲醛、乳酸、氨基甲酸乙酯等对不同生物个体，组织或细胞有一定专一性。4.简单的无机化合物氨、双氧水、硫酸铜、亚硝酸等使DNA复制紊乱。5.抗生素链霉黑素、丝裂霉素C等抗生素对DNA核酸酶有破坏作用，影响DNA合成及分解的有序性。6.生物碱秋水仙素、石蒜碱等影响有丝分裂过程，阻止纺锤丝和赤道板形成，使细胞分裂中期异常停止，抑制rRNA合成及导致染色体畸变等。（二）常见处理方法1.浸渍法2.注入法3.涂抹法和滴液法4.熏蒸法5.施入法第三节植物的空间技术育种一、植
14、物空间技术育种的概念和特点利用返回式卫星或高空气球等所能达到的空间环境对植物（种子）的诱变作用产生有益变异，在地面选育新种质、新材料，培育新品种的植物育种技术，也叫太空育种或航天育种。特点：具有变异广，变异易稳定的特点，多个优良性状相结合等。二、空间诱变的生物学效应1.SP1（空间诱变第一代）许多表型变异属环境引起的生物学适应，随世代增加而逐渐消失2.空间环境对多数植物种子有促进效应，表现在生长发育加快和产量提高上3.空间飞行对植物基本生物过程没有影响，但对植物生命活动及生长具有多方面及重要的影响4.SP2（空间诱变第二代）绝大多数变异性状，都能得到充分表现，群体出现强烈广谱分离，单株间差异明
15、显，是选择的关键世代三、空间技术育成品种的安全性问题较安全1.加速生物变异过程2.基因没有改变，没有增加外来基因3.返回种子食用安全，没有放射性第九章 作物良种繁育第一节品种区域化鉴定、稳定性和适应性分析一、品种区域试验（一）区域试验的组织体系1.省级区域试验是由省级种子管理部门与同级农业研究部门共同负责，在全省范围内进行多点联合试验2.国家级区域试验是由全国种子管理部门和同级农业研究部门共同负责，在全国范围内挑选生态条件和生产条件比较接近的跨省的较大农业区内进行联合试验（二）品种区域试验的任务1.客观鉴定新品种（系）的主要特征、特性2.确定各地适宜推广的优良品种3.为优良品种划定最适宜的推广
16、地区4.了解新品种的适宜栽培技术二、生产试验和栽培试验小株作物1亩；大株作物2-3亩。栽培试验，密度、播期、肥水、收获时期等。视具体情况选择1-3项。三、品种的适应性和稳定性分析1.品种的适应性是指植物品种对环境的适应范围和在一定范围内的适应程度2.品种的稳定性是指品种能调节其自身的遗传型或表现型状态以适应环境的变化，由此使其在不同地区、年份的生产力保持相对稳定的能力。如品种与环境的交互作用极为显著，表明该品种对某些特定环境具有很好的适应性，但对其他环境表现为不适应或很不适应；如交互作用不显著，则表明该品种适应性强。宜于推广的范围广。第二节良种繁育一、良种繁育的意义和任务1.意义：是育种工作的
17、继续、是良种推广的前提，可迅速生产优质足量种子，加快品种的推广速度，保持品种的优良种性，延迟品种在生产上的使用寿命。2.任务：品种更换和品种更新二、良种繁育的程序和体系育种家种子（原原种）：育种家育成的遗传性状稳定的品种或亲本的最初一批种子，用于进一步繁殖原种种子。原种（Basicseed）：用育种家种子繁殖的第一代至第三代，或按原种生产技术规程生产的达到原种质量标准的种子。用于进一步繁殖良种种子。良种（Certifiedseed）：用常规种原种繁殖的第一代至第三代种子，供大面积生产使用的种子。三、品种的混杂退化和防杂保纯（一）品种混杂退化的现象品种退化：品种在产量和品质方面生产力降低或丧失的
18、一种现象。品种混杂：品种里混有非本品种的个体，造成品种纯度降低的现象。（二）品种混杂退化的原因1.机械混杂品种在种植过程中，从播种到收获、脱粒、运输、储藏等各个环节，都有可能发生机械混杂。留种地块连作时，因前茬作物的自然落粒，施用未腐熟的农家肥料等也会引起机械混杂。2.生物学混杂在种子生产田中某些植株与机械混杂进的异品种植株、本品种的退化株或邻近种植的其他品种发生自然杂交（又称“串粉”）后，不仅“迁入”了新的基因，而且产生了新基因型。3.遗传变化和自然变异有些新育成品种在推广之初，本身在微效多基因上还存在着杂合性（剩余变异），由于它们的分离重组而引起品种混杂退化。防止措施是在尚未稳定的群体中选
19、株自交，使之达到纯合，增加品种群体中个体的遗传稳定性。基因总数很多，频发突变（以特有频率频频发生），又有选择上的优势，对群体基因型频率改变有效应。4.栽培技术不良和选择不适当5.遗传漂移小群体采种中6.病毒感染病毒是引起马铃薯退化的主要原因，马铃薯病毒传染媒介是蚜虫，在高纬度（如黑龙江）高海拔（如五台山）地区无传媒生存，马铃薯不感病毒，因而不退化，这些地方可作为马铃薯繁种基地。（三）品种混杂退化的防止措施1.严格种子繁育规则，防止机械混杂2.严格隔离，防止生物学混杂防止制种繁殖田在开花期间的自然杂交，是减少生物学混杂的主要突击。3.去杂去劣，正确选择及时，彻底，最好在生长发育的不同时期分次进行
20、。4.选用或创造适合种性的生育条件如高寒地带繁殖马铃薯5.用优质种苗定期更新生产用种第十章 作物抗病育种第一节抗病育种的意义和特点一、抗病性的概念广义的抗病性：某一作物品种不感染或不发生某一病害，或发生病害，但程度较轻，或产量损失较小。狭义的抗病性：当作物遭到病害侵袭后，能够产生一种能动地反映，去战胜病原菌，或减轻其为害。二、抗病育种意义与作用1.选育和推广抗病虫品种，可以起到保产的作用。2.与其它防治措施相比，选育抗病品种经济有效，简单易行，效果稳定，而且不污染环境，不会造成人、畜中毒。三、抗病育种的特点与高产、优质育种相比，具有以下特点：了解作物本身的遗传特性；了解病原菌的遗传特性；了解作
21、物和寄生物之间的相互作用；了解作物和寄生物对环境的敏感性。第二节品种的抗病性及其鉴定一、病原菌致病性的遗传与变异1.病原菌的致病性：病原菌危害寄主引起寄主病变的能力。在抗病育种中:病原菌侵染某一特定品种，并在其上生长、繁殖的能力。致病性常表现在毒性和侵染力两个方面：毒性：病原菌能克服某一品种的专化抗病基因，侵染这个品种的能力。侵染力：病原菌在侵染寄主的前提下，病原菌在寄主中生长繁殖的速度和强度。2.病原菌的生理小种（毒性小种）植物病理学上，把种内或变种内由一种生物型或一群生物型所有组成的能侵染某个特定作物品种的病原菌群体称为生理小种。3.生理小种的鉴定与鉴别寄主：用一套抗病能力不同的作物品种来
22、区分，这套品种成为鉴别寄主。对鉴定寄主的要求：鉴别力强，病症反应稳定，具有不同的抗病基因，是有代表性的纯系品种。4.生理小种的消长优势小种：小种分化明显的病原菌群体，它是由若干毒性不同的小种组成，其中比例较大的小种，称为优势小种。其余的为次要小种。优势小种和次要小种的消长：随着作物品种、自然、栽培条件而变化。当生产上大面积推广某一品种时，就会对当时的病原菌群体产生一种选择压力，这种压力筛选的结果，造成生理小种组成比重发生变化。感染这个品种的生理小种就逐渐繁殖，积累，传播，数量逐渐增大，成为优势小种，因此，这个品种就成为这个生理小种的哺育品种。而原来的优势小种，由于失去了最优的寄主条件，就转为次
23、要小种。当感染哺育品种的小种上升到绝对优势时，这个品种就会丧失抗病性。二、作物抗病性的类别、机制1.作物抗病性的类别a、从抗性的表现时期:全生育期抗病性、苗期抗病性、成株期抗病性。b、从抗性机能：生物学抗病性、形态和组织结构抗病性、生理生化抗病性。c、从表现形式:避病、耐病、抗病、感病。d、从抗性程度:免疫、高抗、中抗、中感、高感。e、从抗性的遗传：主效基因（单基因、寡基因）抗性；微效基因（多基因）抗性。f、从病原菌小种专化性或特异性:小种专化性抗性、小种非专化性抗性。g、从寄主与小种的关系:垂直抗性、水平抗性。2.抗病性的机制（1）避病：感病品种由于某些原因不能受到病原菌的侵袭，未发病。（2
24、）抗病抗侵入：当病原菌侵入寄主前，寄主可以凭借某种障碍，阻止病原菌侵入，或侵入后难以建立寄主关系。抗扩展：当病原菌侵入寄主体内后，会遇到寄主的抑制，难以扩展。（3）耐病（tolerance）当一个品种对某一病害充分感染时，产量损失较小。耐病性不会因小种变异而丧失，但种植耐病品种，会繁殖出大量菌源，对邻近地区会造成一定威胁。主要表现：潜育期长，病斑少而小，病斑扩展慢，产孢量低。3.垂直抗病性和水平抗病性（1）抗性的特点垂直抗病性（小种特异性抗病性，小种专化性抗病性）：对于某些生理小种高度抵抗，对另一些生理小种高度感染。即同一寄主品种对同一病菌的不同生理小种具有“特异”反应或“专化”反应。水平抗病
25、性（小种非特异性抗病性，小种非专化性抗病性）：对不同生理小种没有专化反应或特异反应，对各种生理小种的反应大体在一个水平上波动。（2）抗性的表现形式垂直抗病性：往往是过敏性坏死型，反应表现明显，易于识别。水平抗病性：过敏性坏死以外的多种抗性，表现不突出，大多为中度水平。（3）抗性的作用垂直抗病性：使病原菌无法寄生或发展。水平抗病性：减缓病害发展速度，推迟发病高峰来临的时间。（4）抗性的遗传垂直抗病性：单基因或少数基因决定质量遗传。水平抗病性：受微效多基因决定的数量遗传。（5）抗性的利用垂直抗病性：易于识别利用，但容易丧失抗性。水平抗病性：不易识别利用，但抗性稳定。第三节抗病品种的选育一、抗源收集
26、1.从本地区、本国生产上用过的品种或正在推广的品种中收集。2.从作物起源中心及病害常发区去收集，从抗病育种工作较好国家或地区去收集。3.从育种的后代材料筛选鉴定。4.从近缘种属植物中去收集。二、抗病品种选育方法1.引种2.选择育种3.杂交育种抗病育种亲本选配（1）在利用垂直抗性的抗源时，一般力求选用抗病程度最高的作为抗病亲本。（2）抗病亲本的抗性稳定，能抗较多的生理小种。（3）抗病性受少数基因控制，最好选用与当时推广品种抗源不同的品种。（4）在优良抗源中,优先使用农艺性状好的品种，避免有害性状的链锁。（5）为了综合多个不同的主效抗性基因于一体，实现多项育种目标要求，可采用复合杂交方法。4.回交法5.轮回选择及双列选择交配法选育由多基因控制的、抗多种病害的品种异花授粉作物可采用轮回选择法。自花授粉作物可采用双列选择交配法。6.远缘杂交7.诱变育种8.生物技术-