作物育种学各论

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1、作物育种学各论 教 案 农学 遗传育种 植物保护等专业用 教师 ：罗 春 梅2 第一章 水 稻 育 种 计划学时：2学时 属累计学时：12学时 教学重点：育种学的概念；育种计划的内容；我国水稻育种简史和成就 及发展动态；水稻育种目标及主要性状的遗传。 教学难点：水稻育种目标及主要性状的遗传。 教学过程： 绪 论 一、作物育种学概念 作物育种学是研究选育优良品种的理论与技术的科学。其任务：研究改 良遗传性状的基本规律，搜集创造和研究育种资源，培育优良品种以及生产优 良种子，实现品种良种化，种子标准化，充分发挥优良品种的增产性能。 二、育种计划的内容 （一）确定所要选育的品种类型 根据作物繁殖方式

2、，品种类型可分为 4类： 1、无性繁殖系群体 包括三类：使用非种子的植株其它部分繁 殖个体，使用无融合生殖获得的种子；组织培养。 2、近交家系群体 包括家系品种及多系品种。 3、异交群体 包括异交作物的自由授粉群体品种、综合品 种及自交作物的杂交合成群体。一般不称品种。 4、杂种品种群体 主要指 F 1 代杂种品种。 大多数作物通过有性繁殖方式生产种子，通常自花授粉植物采用家系品 种，经“三系”配套可以使用杂种品种。异花授粉作物使用天然异花授粉品种 或杂种品种。 （二）明确选育目标性状与要求 育种目标就是对新品种性状上的具体要求，也就是在一定的自然、栽培 和经济条件下，要选育的品种应该具有那些

3、优良的特征特性。 通常一个作物的育种目标包括：产量、品质、生育期、抗逆能力、抗病 虫性、遗传与环境互作特性等。有了明确的育种目标，才能有目的的搜集原始 材料，有计划地选用亲本，恰当地确定育种方法、选择方向及选择标准。可见， 育种目标是育种工作的依据和指南。 （三）筹措育种性状遗传变异的来源及育种群体的创造 育种的实质就是要发现或创造优于现有良种的变异个体，通过育种手段 把这个变异个体鉴定、选择出来，扩大繁殖形成品种。 创造变异的方法：自然变异的群体；常规杂交，如：单交、三交、3 复交、回交等；远缘杂交；人工诱变（物理因素和化学因素） ；单倍体 育种；转基因技术等。 （四）提出所拟采用的育种途径

4、、方法、技术与策略 育种途径包括了系统育种、杂交育种、诱变育种、倍性育种、遗传工程 等。每一种育种途径有其相应的育种方法，如：围绕杂交育种的方法有各种亲 本组配方法、杂种后代选择处理方法、轮回选择方法等。一种育种方法的实施 又由多种育种技术支持。如诱导性状变异的技术、性状在田间或实验室鉴定的 技术、试验资料的计算机处理技术、异地加代繁殖技术、杂种种子生产技术等。 育种家把改良原有品种获得新品种的一个育种周期，称为育种进度。育 种进度是育种计划所采作的育种途径、方法、技术的综合反应。最佳的育种途 径、方法、技术可以缩短育种周期，提高育种进度。 第一章 水稻育种 第一节 国内外水稻育种概况 一、我

5、国水稻育种简史 经历了两个重要时期： 1、品种的整理和评选利用（1949年1950年） 2、矮化育种和杂交稻育种（1960年以后） 我国的水稻育种已有两次突破，第一次是在上世纪 60年代初矮化育种 的成功，把水稻产量提高了 2030%，亩产可超过 500kg；第二次是 70年代 中期杂交水稻的研究，水稻产量在矮秆良种的基础上又增长了 20%左右，每 亩可超过 600kg。从 1976年到 2002年，杂交水稻累计种植面积 40多亿亩， 增产粮食 4亿多吨。 二、我国水稻育种的主要成就 1、水稻品种高产稳产水平持续提高； 50年代每公顷平均为 2461.5kg, 80年代上升到 5007kg,提

6、高了 1.03倍。品 种的高产稳产素质对产量的提高起着决定作用。 2、对稻种资源的收集、整理、保存和研究利用，促进了育种研究的发展； 迄今为止，稻种资源估计有 5万份，从 70年代开始，我国就对稻种资源进 行了进化、分类、生理、遗传、病理、昆虫、生化、品质等多学科综合基础研 究，提高了资源利用的水平。为实现高产优质多抗的育种目标奠定了基础。 3、育种方法和技术齐全先进 品种间杂交育种和杂种优势利用是我国水稻育种的主要途径。 籼粳亚种间杂交育种及其在杂交稻育种中研究应用取得进展4 诱变育种已成为我国水稻育种方法的重要组成部分 我国水稻矮化和株型育种，籼稻杂种优势利用和粳稻花药培养等，在世 界水稻

7、育种中占独特的重要地位。 三、国内外水稻育种发展动态及趋向 我国水稻育种的发展趋向： 我国的水稻育种正酝酿着第三次突破，即以利用水稻亚种间杂种优势为 主的超级稻，亩产可达800kg。湖南省已连续几年百亩示范片亩产超过 800kg。对于未来水稻的增产能力，以袁隆平为首的育种家，通过生物技术培 育的新品种，已经取得了进展。利用DNA技术，杂交稻在试验田的产量潜力为 900kg左右。目前，已经提出了第三期超级杂交稻育种的计划，即到2010年 实现大面积示范亩产900kg。 从育种科学的角度，将常规育种手段与分子育 种技术结合起来，取得新的、更大的第四次突破，是大有希望的。 世界最新水稻育种技术发展动

8、态 （一）高产水稻育种研究 现代生物技术是培育高产水稻的重要手段之一，中国的杂交水稻为粮食 增产作出了重要贡献。目前，中国杂交水稻年种植面积占水稻种植总面积的 51，产量约占水稻总产的 60，中国亚种间杂交稻一般比品种间杂交稻具 有20以上的增产潜力。利用水稻亚种间杂种优势是现阶段战略重点，二系 法杂交水稻研究已取得突破性进展。从长远而言，利用无融合生殖选育的一系 法杂交稻是很有前途的，从其理论和技术方面已有了一定基础。目前，中国的 “超级稻“、“工程杂交稻“或转基因杂交稻的研究成果及其转化于生产实践，将 会为中国粮食增产做出更多更大贡献。 （二）抗虫水稻育种研究 美国康乃尔大学研究人员从马铃

9、薯中获得一种抗虫基因，经修饰后使之 在水稻内获得有效表达，即合成一种蛋白质可干扰包括螟虫在内的若干害虫 （幼虫）的进食。这一成果为创建新型抗虫转基因水稻奠定了基础，预计经数 年后，这种“抗虫工程稻“种子商业化，将有可能使世界稻谷增产50，为农 民提供含抗虫基因的“工程稻“种子是大有希望的。 （三）抗病水稻育种研究 病害也是稻谷减产的重要因素之一。国外曾报道，1975至1990年间 11到30的稻谷植物染上稻瘟病菌（一种真菌病原）致使作物颗粒无收， 美国研究人员发现一种酵母信息素可以阻止稻瘟病菌感染植株，该信息素遏止 真菌的特定细胞-附着胞（即真菌孢子的一员）的生长，它是侵染稻谷宿主细 胞引发病

10、害的关键因素。这样，“信息素“可直接应用于稻株防病，不过其生产5 成本高，而活力持续时间短。因此，有可能通过遗传工程技术培育含信息素的 植株。也有发现植株叶面附生微生物可产生信息素，需做进一步研究。基因技 术控制稻谷病害是研究方向之一，国际水稻研究所已通过分子标记辅助选择将 种不同抗稻瘟病基因累加到同一水稻品种，获得广谱抗稻瘟病材料，是构建 抗病转基因作物的研究方向，预计5年内将实现这种抗病转基因稻作的目标。 （四）耐盐水稻育种研究 这项研究的目的在于：1、使新型耐盐性水稻能适应盐碱地种植。2、在 淡水短缺情况下可充分利用海水浇灌。在国外已有耐盐番茄、甜瓜和大麦等作 物的报道，英国苏萨克斯大学

11、培育的耐盐水稻能在大田中旺盛生长，但必须看 到于大田中调节盐含量的复杂性。耐盐性稻谷基因工程研究在英国颇为活跃， 研究人员利用耐盐水稻的基因植入水稻，培育出耐盐性水稻，能吸收少量盐分， 并能贮存于细胞中不影响作物生长，预计要经8代繁殖后（即8个收获期）的 种子才能用于商业化推广应用。这种“工程稻“一方面能在荒废的盐碱地得以利 用，另一方面可以逐渐吸收土壤中的盐碱成分，从而改良土壤。 （五）抗灾水稻育种研究 涝灾、风灾对水稻生产是个威胁，为了防止涝灾、风灾以及杂草对水稻 作物的危害，其基础研究或应用研究均取得可喜进展。国际水稻研究所人员从 产量低的耐淹水稻中找到一种耐淹的基因，将其移入到高产热带

12、水稻中，终于 培育出耐水淹的水稻品系，其产量比高产热带水稻产量还要高。该“工程稻“在 淹没情况下仍能存活，这期间田间杂草则被淹死。该研究所还培育出另一种耐 涝水稻新品种，在泰国试种有可能比现有水稻产量提高3到4倍。 （六）改良稻米品质的研究 八十年代中期美国成功地培育出高蛋白质玉米转基因植株，种子蛋白质 含量达40到45，可与大豆媲美。与此同时，还培育出比普通水稻高10 蛋白质含量和赖氨酸含量较高的水稻新品中。在中国，为改良米质，湖南师范 大学研究人员将野燕麦导入水稻，选育出“麦-稻“新品种，经多年的培 育，该品种具有丰产性、米质优、熟期适当以及株叶型适度等特点，在湖南扩 种后，新稻种供不应求

13、。为使稻米具有更好的保健食疗，美国加州一家应用植 物公司第一次用基因工程技术构建一种能产生人体蛋白的水稻，即稻米含有一 种抗胰蛋白酶的人体蛋白，此酶蛋白可用于治疗肝病引发出血之功效，收获的 “工程水稻“种子可以发芽继续繁殖，扩大再生产。人们把这种源于“工程水稻“ 的种子称为“功能性稻米“，作为主食为保健食疗开辟最经济的途径。 第二节能 水稻育种目标及主要性状的遗传6 一、确定育种目标的依据 1、农业生产发展的情况和趋向 如：人口增长、耕地减少，使提高水稻单产成为制定育种目标的重要内 容。 2、稻作的气候生态环境和耕作栽培制度 如：我省属于热带亚热带高原湿润季风气候，稻作主要分布于海拔 1900

14、m 以下，最高可达 2700m，稻作垂直分布明显，近距离之间的气候生态 差异大。云南南部有双季稻，一年可三熟，品种属于早籼和晚籼或晚粳。其余 以一季稻二熟制为主，品种属一季中籼和中粳稻，籼粳稻并存，品种类型复杂， 是我国陆稻分布较多的稻区。这种气候生态环境的复杂性，就要求育种目标在 品种类型上要具有多样性。 3、水稻生产的限制因素 如：我省稻区的制约因素有稻瘟病、白叶枯病、黄矮病、稻瘿蚊、三化 螟、二化螟和低温冷害等，有些地区水资源紧缺，容易遭受干旱。品种要求要 有抗病虫性、耐旱性、耐淹性。 1、社会需要和人民生活习惯等 如：我省是多民族聚集的地区，须选育高产而适应人民生活传统需要的 品种，如

15、糯米、紫米和软米。 二、主要性状的遗传 围绕主产、优质、多抗和适应性强的育种目标，研究有关性状的遗传对 育种资源的选用和创造，对提高选择效率和达到育种的目标，有重要意义。 （一）产量性状 每株穗数（或单位面积穗数） ，每穗粒数和千粒重（g）是稻种的主要产 量性状。产量性状都属于数量遗传性状，主要受基因加性效应控制，遗传力低， 容易受环境影响。 产量性状在品种间差异明显，每个产量性状均受到有关特性的制约。如： 穗数受分蘖力和成穗率影响。穗数与分蘖力成正相关，一般半矮杆的品种分 蘖力较强，穗数较多，遗传力也较高。 每穗粒数与穗长，着粒密度与穗分枝特性有关系。遗传研究表明：多 粒对少粒，密穗对散穗呈

16、部分显性，即采用相对性状的品种杂交，F 1 代呈中 间型偏向多粒密穗稍多。 栽培品种的千粒重多介于 2030g之间。千粒重受粒形大小和灌浆充 实度的影响。粒重大对粒重小是部分显性，F 1 代呈中间型偏向粒重大的多； 粒重遗传受母性效应影响，在杂交组合中宜将粒重大的品种作母本；粒重与粒7 长、粒宽和粒厚呈显著正相关；粒重与籽粒在成熟过程中灌浆充实度有关。 大量研究表明，每穗粒数对产量的作用最大，影响水稻产量的因素为每 穗实粒数千粒重每株穗数。在超高产株型设计中，应加入粒重指标。 （二）株型性状 产量性状的遗传非常复杂，不仅受穗数，每穗粒数和千粒重影响，还与 株型性状有关。 株型性状包括株高、分蘖集散性、叶片角度及着生姿态等。现代高产品 种多属于半矮杆（90110cm） 、紧凑型品种。紧凑型表现为冠层叶直立或半 直立，夹角较小，有效蘖较紧凑，地上部基部节间较密集。紧凑型对松散型表 现为隐性。故紧凑型在早