作物育种学

《作物育种学》课程学习总结姓名：谢桂兰班级：农学201302学号：201366151.课程内容综述经过本学期的学习,让我对作物育种学这门学科有了初步的接触与了解,使我初步掌握了作物新品种选育的基本方法和原理的理论知识,为今后进行作物品种选育工作奠定了一定基础。本书全面的介绍了作物育种目标，种质资源，育种方法（包括引种与选择育种，杂交育种，回交育种，诱变育种，远缘杂交育种，倍性育种，杂种优势利用，生物技术在育种中的应用等），主要目标性状（包括抗病虫，抗逆性）的育种方法和原理和种子生产等作物新品种选育全过程中涉及的主要工作内容。本文将从以下几个方面来对这门课程进行介绍。1.1作物育种学的性质和任务作物育种学是以遗传学理论为基础，综合运用其他学科的知识，研究选育和繁育农作物优良品种的理论和方法的科学，是人们在长期生产活动和科学实验中总结和发展起来的一门理论和实践紧密结合的科学。其基本任务是在研究掌握作物性状遗传变异规律的基础上，发掘、研究和利用各有关作物资源；并根据各地区的育种目标和原有品种基础，采取适当的育种途径和方法，选育适于该地区生产发展需要的高产、稳产、优质、抗病虫害及环境胁迫、生育期适当、适应性较广的优良品种或杂种以及新作物；此外在其繁殖、推广过程中，保持和提高其种性，提供数量多、质量好、成本低的生产用种，促进高产、优质、高效农业的发展。1.2作物育种学的主要内容和特点作物育种学的主要内容有：育种目标的制定及实现目标的相应策略；种质资源的搜集、保存、研究评价、利用及创新；选择的理论与方法；人工创造变异的途径、方法及技术；杂种优势利用的途径与方法；目标性状的遗传、鉴定及选育方法；作物育种各阶段的田间实验技术；新品种的鉴定、推广和种子生产。主要特点有：1.以作物育种原理，育种方法和重要目标性状选育为核心，体现“一个基础（作物育种的基本理论和方法为基础），三个结合（传统育种理论，分子遗传学，数量遗传学和细胞遗传学理论与现代育种实践的有机结合；传统育种经验与现代育种技术的结合：教学内容与科研发展的结合）”的特点。2.既注重基础性，又具有前沿和前瞻性的特点。众所周知，农业是国民经济的基础，随着人民生活逐步向小康迈进，人们消费水平的不断提高，对农产品的需求将由单纯的数量目标转向量，质和多样化的多重目标。而且，世界人口的迅猛增加，尤其是发展中国家人口增加的压力对农业生产和作物新品种的要求愈来愈高。解决这一突出矛盾的根本出路在于依靠科学技术，以保证世界农业的持续稳定发展。所以我国需要加快发展作物生产，提高作物生产水平，通过作物的遗传改良和作物生长条件的改善互相结合来实现。而前者就属于作物育种学所研究的内容。本书主要的主要内容如下综述：1.2.1育种目标的制定及实现目标的相应策略作物育种的主要目标包括高产，优质，稳产，生育期适宜，适应机械化需要。其中高产是所有作物育种的基本目标，优质是我国主要育种目标之一，稳产是优良品种的重要条件，生育期的适宜与否决定着品种的种植地区，从而间接决定作物产量，适应机械化需要能使育种地区更好的管理。为了培育出好的生产用种，育种家首先要制定作物育种目标的原则及实现目标的相应策略，制定原则需要遵循以下几点：1.立足当前，展望未来，富有预见性2.突出重点，分清主次，抓住主要矛盾3.目标明确具体，性状指标落实4.必须面向特定的生态地区和栽培条件。1.2.2种质资源的收集、保存、研究评价、利用及创新种质资源的收集，保存，研究评价，利用及创新是一项非常重要的工作，因为种质资源是现代育种的物质基础，是生物学理论研究的重要基础材料；稀有特异种质对育种成效具有决定性作用；新的育种目标能否实现决定于所拥有的种质资源。发掘、收集、保存种质资源是一项紧迫性的任务，因为实现新的育种目标必须有丰富的种质资源；为满足人类需求，必须不断发展新作物；避免新品种遗传基础的贫乏，克服遗传脆弱性。种质资源的收集方法主要有直接考察收集、征集、交换和转引。保存种质资源的目的是维持样本的一定数量与保持各样本的生活力及原有的遗传变异性。它的研究内容包括性状、特性的鉴定与评价及细胞学鉴定等。1.2.3选择的理论与方法育种者在进行选择育种之前需要先进行引种工作的实施，所谓引种是指从外地或外国引进新植物、新作物、新品种品系以及供研究的各种遗传资源材料。引进适宜栽培的作物，能丰富我国的作物种类及种质资源类型，引进综合性状好、适应性强作物优良品种可有效地提高我国的作物产量和品质，并迅速产生巨大经济效益。然后通过系统选择育种或者混合选择育种法对现有品种群体中出现的自然变异进行性状鉴定、选择并通过品系比较试验、区域试验和生产试验培育农作物新品种，从而达到选择的目的：增大某种性状的变异程度；使多个性状得到综合改良；选择的方向在某种程度上还影响后代产生变异的性质和范围。1.2.4人工创造变异的途径、方法及技术人工创造变异的育种方法主要有杂交育种、回交育种、诱变育种、远缘杂交育种、倍性育种等。1.2.4.1杂交育种杂交育种是指用基因型不同的个体为亲本，通过有性杂交，使符合育种目标的性状在杂种后代中组合在一起经过对杂种后代的选择和培育，创造新品种的方法。杂交育种的杂交方式主要有单交或成对杂交以及复交，它是影响杂交育种成效的重要因素之一，并决定杂种后代的变异程度。进行杂交技术时，需要调节作物的开花期，使亲本间花期相遇，再控制授粉，保证用作母本的材料防止自花授粉和天然异花授粉，最后是授粉后的管理，要在杂交穗或花序下挂牌，标明父母本名称，授粉后及时检查。1.2.4.2回交育种回交育种指两品种杂交后，以杂种回交于亲本之一，从回交后代中选择特定植株仍回交于该亲本，如此连续进行若干次，再经自交选择育成新品种的方法。利用回交育种时要注重亲本的选择、回交后代的选择、回交的次数以及回交所需的植株数。它最大的优点是应用回交育种法进行品种改良时，通过杂种于轮回亲本多次回交可对育：种群体的遗传变异进行较大程度的控制，使其按照确定的方向发展。既可保持轮回亲本的基本性状，又增添了非轮回亲本特定的目标性状。而局限性便是回交育成的品种仅仅是在原品种的个别缺点上有所改良，而大多数性状上没有多大提高，如果轮回亲本选择的不恰当，则回交改良的品种往往不能适应农业生产发展的要求。1.2.4.3诱变育种诱变育种是利用理化因素诱发变异，再通过选择而培育新品种的育种方法。目前利用植物辐射诱变育种不但育成了大量植物新品种，还提供了大量优异的种质资源，这些对我国的育种工作都是极为重要的。现阶段主要有化学诱变剂处理法、物理诱变处理法及生物因素诱变法。利用诱变进行育种的优点主要有：1.能提高突变率，扩大突变普2.能有效地改变个别性状3.性状稳定快，缩短育种年限。相应它的缺点便是有利突变不多；很难出现性状好的突变；突变的性质和方向不定。1.2.4.4远缘杂交育种远缘杂交是指不同种、属或亲缘关系更远的植物类型间所进行的杂交。远缘杂交可分为种间杂交和属间杂交。目前随着农业生产的发展，品种间杂交难以完全满足育种目标，所以远缘杂交已收到广泛的重视，并成为各项育种技术相互渗透、综合的结合点。利用远缘杂交育种能培育新品种和种质系、创造植物新类型、创造一染色体体系、诱导单倍体、利用杂种优势以及研究生物的进化。但是也会出现一些问题，比如杂交不亲合，交配不易成功；杂种易夭亡，幼苗发育不全，易中途死亡；杂种结实率低，甚至完全不育；杂种后代强烈分离，分离范围广，时间长，中间类型不稳定。1.2.4.5倍性育种倍性育种是以人工诱发植物染色体数目发生变异后所产生的遗传效应为根据的育种技术。主要包括单倍体育种和多倍体育种。多倍体又分为同源多倍体和异源多倍体，育种者可利用物理因素、化学因素以及生物因素诱导产生多倍体。由于多倍体在作物育种上具有能诱导同源、异源多倍体；克服远缘杂交不孕性、不实性；创造远缘杂交中间材料等作用，使其成为育种家们追求的目标。利用单倍体进行育种可以缩短育种年限,克服远缘杂交的不亲合性,提高诱变育种的效率,合成育种新材料。相应的单倍体育种也存在一些问题，比如它受基因型限制，诱导频率差异等。1.2.5生物技术在育种中的应用1.2.5.1细胞工程与作物育种植物细胞工程是以植物组织和细胞培养技术为基础发展起来的一门学科，细胞工程与作物遗传改良有着密切关系，利用细胞工程技术已培育出一些大面积推广的品种。目前利用细胞工程技术可以实现体细胞克隆变异、单倍体细胞培养、幼胚培养与远缘杂交育种、人工种子的生产等。1.2.5.2转基因技术与作物育种作物转基因育种就是根据育种目标，从供体生物中分离目的基因，经DNA重组与遗传转化或直接运载进入受体生物，经过筛选获得稳定表达的遗传工程体，并经过田间试验与大田选择育成转基因新品种或种质资源。现有转基因育种的程序主要有以下步骤：转基因作物育种目标的制定；转基因作物育种方法的确定及转基因植物的获得；转基因作物品种的选育与产业化。目前常用的转基因方法主要有载体介导转移系统法和外源基因直接导入法。与常规育种技术相比，转基因育种在技术上具备很多优势，比如转基因育种技术体系的建立使可利用的基因资源大大括宽；转基因技术为培育高产、优质、高抗，适应各种不良环境条件的优良品种提供了崭新的育种途径；利用转基因技术可以对植物的育种目标性状单基因甚至多基因进行定向改造；利用转基因技术可以大大提高选择效率，加快育种进程。1.2.5.3分子标记辅助选择育种传统育种主要依赖对植株的表现型选择。而分子标记辅助选择育种（MAS）在作物遗传图谱构建、重要农艺性状基因的标记定位、种质资源的遗传多样性分析、品种指纹图谱及纯度鉴定等方面得到广泛应用，因此受到人们重视。根据技术特性，分子标记可分为3大类，分别是：以分子杂交为基础的DNA标记技术，主要有RELP标记；以聚合酶链式反应为基础的各种DNA指纹技术；SNP,CASP。MAS育种的方法主要有MAS回交育种、、MAS聚合育种、MAS的群体改良法。进行MAS育种时，要注意目标基因的标记筛选及提高分子标记的筛选效率。1.2.6杂种优势利用的途径与方法杂种优势是生物界的一种普遍现象，一般是指杂种在生长势、生活力、抗逆性、繁殖力、适应性、产量、品质等方面优于其亲本的现象。高粱是常异花授粉作物中最早成功利用杂种优势的作物，水稻是自花授粉作物中利用杂种优势迄今为止最为成功的作物。杂种优势的表现特性主要有普遍性、复杂性、衰退性。到目前为止，利用作物杂种优势的方法主要有以下几种：1.人工去雄生产杂种种子2.利用标志性状生产杂生产种种子3.化学杀雄生产杂种种子4.利用自交不亲合性生产杂种种子5.F2剩余杂种优势的利用6.雄性不育性利用。1.2.7目标性状的遗传、鉴定及选育方法1.2.7.1抗病虫育种在实际育种工作中，无论是杂交育种，还是选择育种，抗病虫选育一般都是与高产、优质育种工作结合在一起同时进行的。具有良好抗病虫特性的高产、优质品种在生产上才能有推广利用价值。作物抗病虫性的类别和机制虽然有多种多样，但主要由其遗传的物质基础----基因所制约，作物抗病虫性的遗传与其他性状一致，有的是由主效基因控制，有的由微效基因控制，也有的由细胞质基因控制。作物抗病虫性的鉴定方法主要有田间鉴定和室内鉴定。而选育抗病虫品种的方法有引种、选择育种法、杂交选育法、回交转育法、远缘杂交、诱变育种、生物技术育种、多系品种、轮回选择及双列选择交配法等。总之，作物抗病虫育种是一项非常重要的工作，选育抗病虫品种可以保证作物高产、稳产、优质；降低农药使用量、减少环境污染；有利于食物安全，避免人畜中毒；投入少，效果好，安全可靠。1.2.7.2抗逆性育种作物在生长发育过程中会受到不良的环境胁迫或影响，作物对环境胁迫的抗耐性称为抗逆性。而利用作物本身的遗传特性而培育在逆境条件下能保持相对稳定的产量以及应有产品品质的新品种，称为抗逆性育种。目前应用于生产上的抗逆性育种主要有抗旱性育种、耐盐性育种、抗寒育种、耐铝性育种、耐湿性育种。不同植物、不同作物以及同一种作物的不同品种类型，对各种环境胁迫因素，都存在着不同程度的抗耐性，为抗逆性育种提供了可能。抗逆