园艺植物育种

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1、第四节园艺植物育种,园艺植物育种学的研究内容,概念：植物育种学是研究如何选育植物新品种和繁育良种的科学。确切、全面和深刻的定义是：Plant breeding was defined by Smith（1966） as the art and science for improving genetic pattern of plants in relation to their economic use 。,（一）既是科学，又是艺术（特别是园艺），甚至有机遇（chance） 如果树中的“机遇实生苗”（chance seedling）； （二）育种学的任务是“改进植物的遗传模式（genetic

2、pattern）” 即基因型（genotype），而非表现型（phenotype）； （三）强调植物育种学改变植物的遗传模式的目的在于改变那些与经济用途（economic use）有关的遗传模式，而不是任何模式，故强调育种的实践意义和在生产上的作用，即现在理解的科学技术转化为生产力。,How to understand this concept？,袁隆平毕业于西南农学院农学系,中国工程院院士 获得8项国际奖 2001年获国家最高科学技术奖（500万元） “隆平高科”在深圳证券交易所挂牌上市 2004被评为感动中国人物,研究内容,选育园艺植物新品种和繁育良种。新品种选育从自然界现有变异中选择优良

3、类型，育成新品种；通过各种途径改变植物的遗传性，应用比较精确的鉴定方法，创造新品种；创造分类学上的新物种或类型。良种繁育研究如何迅速繁育新品种的种子和种苗，加速新品种的推广，扩大经济效益；及研究在生产中，如何防止品种退化，不断提高种性的科学。,园艺植物育种学是一门综合性的科学技术,理论基础主要是遗传物质行为的知识，育种者必须对植物性状的遗传规律和机制有全面的了解。同时，园艺植物育种学以自身的科学实践不断补充、修正和发展遗传学，是一门创造性的科学，运用多种理论和技术对生物的遗传性进行有效地管理、控制和改造。,生态系统多样性,多种多样的彩叶草,一、园艺植物的繁殖习性、品种类别与育种特点,根据园艺植

4、物的繁殖习性 将其分为： 自花授粉植物：天然异交率在5%以内； 异花授粉植物：天然异交率在50%以上； 常异花授粉植物：天然异交率达5-50%,第五节 育种目标和种质资源,自花授粉植物： 番茄、莴苣、茼蒿；三色堇、紫罗兰、凤仙花、金盏菊等。 常异花授粉植物： 指以自花授粉为主，但也发生部分异花授粉的植物。 例如：蚕豆、茄子、辣椒、黄秋葵；翠菊、牡丹、莲；棉花及高梁等作物。,异花授粉植物：天然异交率在50%以上 雌蕊以接受其它花朵的花粉、接受其他植株、品种的花粉为主。特点： 1）雌雄异株：菠菜、芦笋、银杏、猕猴桃、山葡萄、杨、柳、苏铁、红豆杉、罗汉松、南洋杉。 2）雌雄同株异花：葫芦科植物（甜瓜

5、除外）、甜玉米、醉蝶花、核桃、板栗、榛、松、柏、杉。,游戏目的,选优汰劣防杂保纯,一、育种目标,制定切实可行的,育种目标,征集、评价、利用,种质资源,研究、掌握,性状遗传规律及变异多样性,采用适当的,育种途径和方法,审 定,新品种,良种繁育,育种计划制定流程图,玩法,育种学实质,自然界,人工创造,人工选择,新品种 或 物种,园艺植物主要育种目标,1.丰产 2. 优质 3. 不同成熟期（花期） 4. 抗多种病虫害 5. 适应性广、抗逆性强 6. 适于机械化耕作和收获，适应商品生产 7. 节约生产成本,节约能源、耐贮藏运输等。,育种目标,概 念,育种目标,目标性状,育种目标,目标性状,育种目标,目

6、标性状,主要育种目标,目标性状,1、高产稳产,2、优 质,3、适应性强,4、抗病虫害和除草剂,5、不同成熟期,6、适于机械化生产,1、产量性状,2、品质性状,3、适应性,4、对病虫害和除草剂的抗耐性,5、成熟期,6、对机械化生产的适宜性,恭喜！,恭喜！,人,植物,人,人,植物,植物,产 量,生物产量,经济产量,经济系数,单位 面积,可利用部分的收获量,生物产量,经济产量,=,产量的构成因素,前期产量,坐果率,单株结果数,单果重,品质,是产品能满足一定需要特征特性的总和,感官品质,营养品质,加工品质,内质,外质,风味、香气、肉质,大小、形状、色泽,蔬菜,果品,Vc、矿质元素、有机酸、蛋白质、氨基

7、酸,水果糖分、干果淀粉和特殊化学成分,品 质,适应性,抗病虫害和除草剂,不同的成熟期,花 期,结果期,采收期,果实生长发育速度,环境的适应性,注：花卉植物的成熟期指开花的早晚和延续时间,熟性,适宜机械化生产,株型紧凑,秆壮不倒,成熟期一致,果实耐机械压力，果皮有韧性,主要特点与,多样性,主要特点,高效性,季节性,兼用性,制定原则,育种目标制定原则,满足生产与市场的需要,经济效益、社会效益、生态效益兼顾,实现的可能性,近期需要与长远利益兼顾,处理好目标性状与非目标性状之间的关系,二、种质资源 种质资源的定义,种质（germplasm）：指决定生物性状遗传（种性），并将其遗传信息从亲代传递给后代的

8、遗传物质，也称为基因。,种质库（germplasm pool）：指以种为单位的群体内的全部遗传物质，它有许多个体的不同基因所组成。又称基因库。,种质资源（germplasm resource）具有种质并能繁殖的生物体的统称。或遗传资源或基因资源。,种质资源包括：栽培种、野生种及近缘种，人工创造的种质材料。 蕴藏种质的主要材料是：植株 、种子，根、茎、叶、芽等无性繁殖器官和营养器官，及愈伤组织、分生组织、花粉、合子、细胞、原生质体、以及染色体和核酸片段等。,种质资源的类别：,本地种质资源、外地种质资源、野生种质资源和人工创造的种质资源。,种质资源的作用与现状,种质资源的作用 种质资源是地球生命的

9、基础。 是人类赖以生存和发展的基础，是最为宝贵的自然财富。 是利用和改良生物的物质基础，是育种的原始材料及生命科学研究的基础材料。,一个基因或者一个物种可以影响一个国家的有关的经济发展；一个优良的生态群落的建立可以改善一个地区的环境。 实例： 野生稻雄性败育基因 矮杆基因（绿色革命）野生马铃薯抗晚疫病基因,提供各种工业原料、医药品，在娱乐、旅游业中也起着重要作用。 拥有种质资源的数量和质量，以及对其研究的程度是决定育种效果的重要条件，也是衡量一个国家或研究单位育种水平的重要标志。,种质资源的现状与存在问题,发展理念的误区造成种质资源的遗传侵蚀 人类对品种良种化和遗传一致性的要求，使传统的品种被

10、改良品种所取代，并使之加速灭绝。减少了种质资源遗传多样性。 更大的一致性倾向或遗传单一性增加了主要作物对流行性病虫害潜在的遗传脆弱性。,地质史上已发生过5次自然大灭绝 (Wilson,1989)原因： 地质变化和大灾变； 地球又一次进入大灭绝时期，当代物种灭绝速度比自然灭绝速度快1000倍(Wilson,1989) ！ 有花植物中约有510的物种处于受威胁或濒危之中（陈心启等,1998） 1个物种灭绝可能影响到几十个物种 的生存。,生物多样性保育的紧迫性,人类对资源的需求日趋增长，逐渐造成生态环境的破坏和生物资源流失。 大量砍伐和焚烧森林，过度放牧，使大量野生动物、植物失去栖生、繁衍的场所。,

11、人类活动及现代科技的发展对种质资源的影响,城市、工矿的发展占用了大量的绿地，使土壤、水源和大气的污染。植被的破坏加剧了生态环境的恶化，反过来又导致了生物资源的进一步流失，形成了恶性循环。 现代科技的迅猛发展产生了某些负面的影响。农业机械的广泛应用，使不适应现代机械要求的品种有逐步消失的危险;化学肥料和农药的大规模使用，造成大量种质资源减少,用飞机喷撒农药，使野生资源也受到损失;生物工程的安全性等。,种质资源的类型和特点,按其来源分类,种质资源的类别：,本地的种质资源 外地的种质资源 野生的种质资源 人工创造的种质资源,种质资源的类型和特点,按其来源分类 亲缘关系分类,种质资源的类别：,植物学分

12、类：科、属、种,种质资源的类型和特点,按其来源分类 亲缘关系分类 育种实用性分类,种质资源的类别：,现代优良品种或高产品种、主要商品品种、次要品种、具有特长的、过时类型、育种材料、突变体、原始类型、野草类和野生种十类。,种质资源的类型和特点,按其来源分类 亲缘关系分类 育种实用性分类 生态类型分类、用途分类,种质资源的类别：,地方品种、主栽品种、原始栽培类型、野生近缘种和育种材料,种质资源的类型及性质来分类,地方品种,指那些在局部地区内栽培的品种，或古老的农家品种 是长期自然选择和人工选择的结果。特定的适应性和抗逆性强 适合当地特殊的饮食或观赏消费习惯和栽培习惯 大多没有经过现代育种技术的改良

13、。,有些材料虽有明显缺点，但往往具有某些罕见的特性，以及具备一些在目前看来虽然并不重要的特殊经济价值 往往因优良新品种的推广而被淘汰（特别是过时的或极为零星分散的品种）是最重要的，具极大遗传价值和育种潜力的种质资源。,主栽品种,经由现代育种技术改良过的品种，或称改良品种。 遗传多样性较地方品种单一，即基因库较狭窄。 适应当前新的消费习惯和生产方式。 具有较好的丰产性和较广的适应性及抗逆性。但外地或外国引入的品种对本国（地）的特殊气候条件的适应性差于本国（地）的主栽品种 它们是育种的基本材料。,原始栽培类型,具有原始农业性状的类型。是现代栽培作物的原始种或参与种，是经数千年的发展而产生的。 不少

14、原始栽培类型已经绝灭。现今往往要在人们不容易到达的地区才能搜集到。 基因库丰富，对本地区的气候条件适应性更强。 是难得的育种材料。,野生种及近缘种,野生种是生物进化长期自然选择的的结果 栽培作物近缘种是介于栽培和野生类型之间的不同程度的过渡类型是先人人工选择的成果。 具备生物多样性,常带有作物所缺少的某些抗逆基因，在育种上往往作为抗源资源加以利用。,在生产上有些野生近缘种也作为嫁接砧木加以利用。 由于人类对生态环境的不断干扰和破坏，很多野生近缘种已从开垦地上退走，有些种已濒于灭绝。 它的生物科学及植物育种的源泉。,人工育种材料,各种育种途径的中间材料。如这种材料可以是杂种后代、物理化学诱变育成

15、的突变体，人工诱变的多倍体、体细胞融合材料、远缘杂交材料、转基因材料等等，有人称之为育种中间材料。 虽然它们具有某些缺点，而不能成为新的品种，但因具有一些明显的优良性状，仍不失为一种优良的亲本或种质资源。 这类材料，因育种工作的不断发展会日益增加，这样会大大丰富种质资源的遗传多样性。,园艺作物的起源和进化,19201940年间，苏联瓦维洛夫考察队跨亚、欧、非、美洲60多个国家，180次，搜集了25万余份植物材料； 于1935年发表了育种的理论基础一书，提出栽培植物起源中心学说，并首次绘制了栽培植物起源中心图。,作物起源中心学说,瓦维洛夫的作物起源中心学说 基因中心或变异多样性中心 （Cente

16、r of diversity） 1、基因多样性 2、显性基因频率高 “遗传变异性的同源系列规律” 根据驯化的来源，将作物分为原生作物 和次生作物。,在一定的生态环境中，在相近植物的遗传变异性中出现平行现象。即同源平行变异律（law of parallel variation）。同源平行变异律在作物选育和引种中有重要的指导意义。,1,2,3,4,5,6,7,8,瓦维洛夫的作物起源中心,8A,8B,作物起源中心的主要内容,提出主要世界作物八大起源中心（center of origin of crops） ，及其地理分布和植物种类和特点。 作物起源中心有两个主要特征即基因的多样性和显性基因的频率较高，又名为基因中心或变异多样化中心,作物起源中心的主要内容,最初始的起源地称为初生起源中心（primary origin center）往往是作物显性性状和最大遗传多样性的聚集地区。 作物由初生起源中心地向外扩散到一定范围时，在边缘地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，即为次生起源中心（secondary origin center）。常常具有可利用价值的性状，如种子、果实增大等。,