植物育种概论

植物育种概论曹辰兴131818080158242163绪论一、植物育种学的概念与内容1植物育种学的概念植物育种学(Plantbreeding)是研究选育和繁殖植物优良品种的理论和方法的科学。该学科以遗传学、生态学和进化论为基础理论，综合应用植物学、植物生理与生物化学、植物病理学、农业昆虫学、农业气象学、土壤学、田间实验与生物统计、生物技术、农产品加工学、种子学和农业经济学等学科领域的基本理论知识，采用各种先进的技术，有针对性、有预见性地选育农作物新品种。植物育种学和作物栽培学关系密切，是农作物生产中的两个主要学科，两者联系紧密，不可缺少。植物育种学侧重于从内在遗传特性上改良作物，使其具备高产、优质、多抗等生产潜力，作物栽培学则侧重于探讨改善农作物外在生长环境，使其高产、优质、多抗等生产潜力尽可能得到充分的表现。2植物育种学的任务和方法植物育种学是农作物、果树、蔬菜及观赏植物人工进化的科学，其基本任务是创新植物育种理论与育种技术。根据生产的需要，充分利用各种种质资源，采用适当的育种途径和方法，选育符合生产要求的优良品种，并在生产上推广应用。植物育种学的主要内容：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、研究和创新；作物繁殖方式及其与育种的关系；选择的理论与方法；人工创造变异的途径、方法和技术；杂种优势利用的途径和方法；育种目标性状的遗传、鉴定及选育方法；育种不同阶段的田间实验技术；新品种的审定、推广和繁育等。二、品种的概念和作用1品种、品系及良种（1）株系：田间的一株自然变异株的后代。（2）品系：是育种过程中表现优异的株系。（3）品种（Cultivar）：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的某种栽培植物群体；该群体具有相对稳定的遗传特性和生物学、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它群体在特征、特性上有所区别；在相应地区及耕作条件下种植，在产量、抗性、品质等方面都符合生产发展需要。植物品种一般都具有三个基本要求或属性，即特异性（distinctness）、一致性（uniformity）和稳定性（stability）。品种的优良性和适应性有其时间和地区性。(4)良种：是指在一定时间、一定地区的生产上有发展前途、栽培面积较大的品种。•2品种的作用•（1）提高单位面积产量。•（2）改进产品品质。•（3）提高抗逆性，增强适应性和稳定性。•（4）有利于耕作制度改革，提高复种指数。•（5）扩大作物种植面积。•（6）有利于农业机械化、集约化管理及劳动生产率的提高。三、植物育种的基本途径•1传统育种方法：查、引、选、育•查：调查挖掘现有品种•引：引种对群体而言•选：有性繁殖植物已有变异•无性繁殖植物芽变、突变自然变异•诱变育种对个体而言•育：倍性育种组合育种•杂交育种优势育种创新变异•营养系育种•远缘杂交•2高新技术•(1)太空育种：强辐射、微重力和高真空等太空综合环境因素诱发植物的基因变异。•特点：变异频率高、变异幅度大、有益变异多、稳定性强。•（2）细胞工程：组织器官水平茎尖培养•胚乳培养•胚培养（胚抢救）•叶片培养•细胞水平原生质体的分离、培养与再生•原生质体融合、培养与再生（3）基因工程育种目的基因克隆、鉴定植物表达载体载体转化植株受体植物外原体筛选转基因植株思考题1.植物品种具有哪些属性？2.简述良种可以解决哪些生产问题？3.名词：株系、品系、品种、良种第一章育种目标•第一节植物育种的主要目标性状•育种目标（breedingobjective）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。育种目标是育种工作的依据和指南，如果目标不科学合理，忽高忽低，时左时右，或者不够明确具体，则育种工作必然盲目进行，难以取得成功和突破。一、产量性状高产是植物育种的基本要求，具有丰产潜力的品种是获得高产的物质基础。实践中，高产育种主要涉及株型、产量构成因素和光合效能三类性状。1株型合理株型是高产品种的生育基础和形态特征。株高是株型的一个重要目标，是决定植株抗倒伏能力的主要因素。水稻、小麦矮杆育种（dwarfbreeding）；•棉花合理株型:株型较紧凑，主茎节间稍长，果枝节间较短，果枝与主茎夹角小，叶片中等大小。•苹果：矮化密植，树冠较小、紧凑，节间短，成枝力弱，萌芽力强，易形成短果枝，结果早，高产稳产。•设施黄瓜：叶片较小、厚，叶色浓绿。2产量构成因素一个品种的单位面积产量可以分解成几个不同的产量构成因素。不同作物的产量构成因素不同，但划分的基本原理一致。禾谷类作物产量构成因素为单位面积穗数、穗粒数及粒重；豆类指单位面积株数、每株荚数、每荚粒数及粒重；大白菜指单位面积株数、平均单株重和净菜率。在不同自然、生产条件下，各品种获得高产的群体结构和组成因素不同。各产量构成因素之间相互制约，常有一定程度的负相关，改良其中一个指标时，其它性状往往会变差。但根据育种实践，在保持其它性状基本不变的情况下，定向改良其中单独的指标来提高产量潜力是可以实现的。3光合效能植物产量的干物质，大约90~95%是由光合作用，通过碳同化过程所构成的，生产上的一切增产措施，归根结底，是通过改善光合性能而起作用。高光效品种主要表现为有较强的能力合成糖类和其它营养物质，并将其更多的用于经济产量的形成。株型育种和高光效育种虽是两个不同的概念，但二者之间联系紧密，制定育种目标时，应统筹考虑。二、品质性状随人民生活水平的提高，对优质农产品的要求日益迫切。新育成的品种，不仅应有更高、更稳的产量，而且还应具有更好适应不同需求的产品品质。品质性状分为物理品质和化学品质两大类。物理品质主要指产品的外观、颜色、气味等。化学品质主要指产品的营养成分的构成及含量。三、成熟期生育期早晚在大部分地区和许多作物都是重要的目标性状。我国高纬度的东北、西北地区无霜期短，需选生育期短的早熟品种。蔬菜、果树等园艺产品一般不耐储藏为满足周年供应需求，需早、中、晚熟品种配套。早熟与高产存在一定的矛盾，生产上应根据各地的实际情况选育适宜成熟期的品种。四、对病虫害的抗耐性病虫害的蔓延和危害对植物的产量和品质都有严重影响。生产上一般使用化学药剂，不仅提高了生产成本，而且带来残毒危害、环境污染等问题。抗病虫害育种是育种的主要目标之一，由于不同地区、不同作物的主要危害病虫不同，制定育种目标时要抓住主要矛盾。五、对环境胁迫的抗耐性•植物生长过程中会遇到不同的环境胁迫，包括温度胁迫、水分胁迫、土壤矿物质胁迫、大气污染胁迫及农药胁迫等。对上述的环境胁迫因素的抗耐性，是品种选育的重要目标性状。•如：干旱地区品种的抗旱性，丘陵山区及肥源缺乏地区选育耐瘠薄品种尤为重要，盐碱地区品种的耐盐性。黄瓜、番茄等蔬菜的耐低温、耐高温育种等。六、对设施栽培的适应性近年来我国设施栽培面积不断扩大，主要应用于蔬菜、果树、花卉。设施内环境与露地相比差别很大，对品种的要求很高。要求品种耐低温弱光、耐高湿高温、抗多种病虫害。第二节制定育种目标的一般原则一、国民经济需要和生产发展的前景制定育种目标既要着眼于现实和近期内发展的需要，同时也应尽可能兼顾到长远发展的要求。一个新品种的育成需要许多年时间。因此，制定育种目标时，应在充分估计当前需要的基础，认真研究将来的社会进步与生产发展，考虑到将来国民经济发展和生产发展对品种的需求以增加预见性。•二、农业生产实际与现有品种有待提高和改进的主要性状任何优良的品种均有缺点及不足之处，针对这些不足开展新品种选育，在保持其它优良性状的基础上，将不足之处克服，能更好地满足生产的需要。•三、育种目标落实到具体性状上•制定育种目标时，切忌泛泛提出高产、稳产、优质、多抗等一般化的要求，而必须把这些要求落实到具体性状上，而且应尽可能提出数量化的可以检验的客观指标，使育种目标具有针对性、明确性、具体化和可持续性，同时也可以为育种目标的最后鉴定提供客观的具体标准。四、品种的合理搭配为满足生产上不同条件的需求，品种应合理搭配。如：大白菜包括春白菜、夏白菜、早秋白菜、秋白菜。黄瓜包括露地品种和设施品种等。思考题•1什么是育种目标？•2制定育种目标应考虑哪些主要目标性状？•3如何制定育种目标？第二章种质资源•第一节种质资源的重要性•一、种质资源的概念•种质：是指决定生物遗传性状，并将其遗传信息从亲代传给后代的遗传物质，在遗传上称为基因。•种质资源：遗传育种领域把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。•种质资源又称遗传资源、基因资源、品种资源，其表现形式是不同品种、不同种，甚至不同属、不同科的个体、器官、细胞及染色体片段。二、种质资源的重要性1种质资源是人类生存和国民经济持续发展的物质基础，是一个国家安全的重要组成部分。2种质资源是选育新品种和发展农业生产的物质基础，也是生物学研究的重要材料。没有好资源，育不出好品种。19世纪中叶，欧洲马铃薯晚疫病大流行，几乎毁掉整个欧洲马铃薯产业，从墨西哥引入抗病的野生种杂交育成抗病新品种；20世纪50年代美国大豆孢囊线虫病大发生，从我国引入北京小黑豆育成了抗病品种。三、保护种质资源的迫切性种质资源的多样性包括生态系统多样性、种间多样性和种内遗传多样性三个不同的水平，其中生态系统多样性是种间多样性和种内多样性的前提。现在三个水平上都面临危机。随着人口增加及活动范围的扩大，对资源需求越来越多，对资源的不合理过度开发利用，如砍伐和焚烧森林，过度放牧等逐渐造成生态环境的破坏，大量物种遭到灭顶之灾。据估计，过去2亿年间，大约27年有一种高等植物灭绝，现在的灭绝速度是过去的1000倍。3.4万种植物变得很稀少，可能很快消失，约占植物总数的12.0%，物种的灭绝又加剧环境恶化。随少数优势品种大面积推广，使得越来越多的品种销声匿迹。现代植物育种使新品种的遗传多样性进一步狭窄。品种遗传基础狭窄隐藏严重的生产危机。第二节作物起源中心学说及其发展一、意义作物起源中心：一是指物种多样性中心，二是指一个物种内的遗传变异中心或多样性中心或基因中心。原生起源中心：指最初始的起源地次生起源中心：当作物由原生起源中心向外扩散到一定范围时，在边缘地点又会因作物本身的自交和自然隔离而形成新的隐性基因控制的多样化地区，即此生起源中心或次生基因中心。研究起源中心的意义：了解种质资源的来源、遗传变异程度、分布情况及生态环境，为搜集、研究、利用、保存种质资源提供依据。二、世界作物起源中心1920年，苏联的瓦维洛夫组织大批人员对60多个国家进行考察，采集30万份种质，1926年出版《栽培植物起源》一书，提出了作物起源中心学说，于1935年提出了8个作物起源中心。1970年荷兰的齐文(A.C.Zeven)和苏联的茹考夫斯基（1975年）在瓦维洛夫学说基础上，根据研究结果，将起源中心的范围扩大，增加了四个起源中心，使之能包括所有已经发现的作物基因种类。包括：（1）中国—日本中心；（2）东南亚州中心；（3）澳大利亚中心；（4）印度中心；（5）中亚细亚中心；（6）西亚细亚中心；（7）地中海中心；（8）非洲中心；（9）欧洲—西伯利亚中心；（10）南美中心；（11）中美和墨西哥中心；（12）北美中心。中国起源的作物包括：黍、粟、高粱、裸仁无芒大麦、荞麦、大豆、茶、大麻、苎麻、白菜、芥菜、葱、韭菜、莴笋、丝瓜、茼蒿、芍药、牡丹、菊花、桃、梨、杏、李、中国樱桃、板栗、猕猴桃、山楂、木瓜、柿、荔枝、枣等136种作物。第三节种质资源的类别植物种质资源可以按植物种类的自然属性、来源和育种利用等不同特点进行归类。在实际工作中，往往按其来源进行归类：一、本地种质资源本地种质资源是育种工作最基本的原始材料，包括地方品种、当前推广品种和过时品种。1地方品种：又称农家品种，农家品种虽然因新品种推广而被逐渐淘汰，但适应当地生态环境、人们饮食习惯及抗逆性强、优质等优点，仍具重要育种价值。2本地主栽品种：包括本地育成及外地引进品种，具良好的经济性状及适应性，是育种的基本材料。3过时品种：以前的主栽品种，对育种仍有价值。二、外地种质资源外地种质资源是指从