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1、作物育种作物育种3 3种质资源（种质资源（4 4学时）学时）作物育种变异变异遗传遗传选选择择种质种质资源资源第一节 种质资源的作用和类别一、种质资源的含义： 广义地讲，植物中可用于育种栽培或其它生物学研究的各种植物类型及品种，都可称作种质资源。 种质资源（Germplasm Resources） 遗传资源 (Genetic Resources) 基因资源 (Gene Resources) 基因库 (Gene Pool or Gene Bank)二、种质资源工作的重要性1. 种质资源是育种工作的物质基础 不同种质资源具有丰富的变异穗穗分分枝枝小小麦麦普普 通通 小小 麦麦普通野生稻亚洲栽培稻(O
2、. rufipogon Griff.)(Oryza sativa L.)2. 稀有特异种质对育种成效具有决定性的作用日本发展矮秆小麦已有较长历史。1873年在明治政府服务的一个美国农业顾问写了一个报告，报告中主要一段大意说:使小麦矮秆已成为日本人的一种艺术。小麦的茎秆很少高过5060cm，穗子短而重，不管施用肥料怎样多都不会使植株长得更高，但是麦穗的长度则因此而增加。即使在最肥沃的土地上，小麦植株从来不会倒伏。日本矮秆品种之一，命名为“不倒翁”(Daruma)，1) 水稻籼稻矮源“低脚乌尖”与小麦矮源“农林10号”对“绿色革命”的贡献。他的后代：农林10号, 种子从日本引到美国，然后传到墨西哥
3、成为现代小麦育种中的重要步骤。Norin 10 helped developing countries, such as India and Pakistan, to increase the productivity of their crops from approximately 60% during the Green Revolution.Norman Borlaug (right) in a field of improved tall wheat. Note that these traditional varieties come nearly to shoulder heig
4、ht. (Photo credit: CIMMYT) This photo, ostensibly just showing two men in a wheat field, is in fact a dramatic representation of the spread of high-yielding, green revolution wheats around the world. (Photo credit: CIMMYT) * * 绿色革命绿色革命 2020世纪世纪6060年代中期在发展中国家兴起，以年代中期在发展中国家兴起，以采用农作物高产良种为中心的一场技术革采用农作物高
5、产良种为中心的一场技术革命，其主要内容是大规模地推广矮秆、半命，其主要内容是大规模地推广矮秆、半矮秆、抗倒伏、产量高、适应性广的小麦矮秆、抗倒伏、产量高、适应性广的小麦和水稻等作物优良品种，并配合灌溉、施和水稻等作物优良品种，并配合灌溉、施肥等技术的改进。这一农业技术革命使农肥等技术的改进。这一农业技术革命使农业取得了革命性的进展，因而被誉为业取得了革命性的进展，因而被誉为“绿绿色革命色革命”。 墨西哥从墨西哥从19601960年推广矮秆小麦，在短年推广矮秆小麦，在短短短3 3年时间达到了占种植面积的年时间达到了占种植面积的95%95%，总产接近总产接近200200万吨万吨 ，比，比19441
6、944年提高年提高5 5倍，倍，并部分出口。并部分出口。 印度实施绿色革命发展战略，印度实施绿色革命发展战略，19661966年年从墨西哥引进高产小麦新品种，同时从墨西哥引进高产小麦新品种，同时增加了化肥、灌溉、农机等投入，至增加了化肥、灌溉、农机等投入，至19801980年促使粮食总产量从年促使粮食总产量从72357235万吨增万吨增到到1.51.5万吨，翻了一翻，由粮食进口国万吨，翻了一翻，由粮食进口国变为粮食出口国。变为粮食出口国。世界人口世界人口世界人口世界人口人均耕地人均耕地人均耕地人均耕地谷物总产谷物总产谷物总产谷物总产上世纪初上世纪初上世纪初上世纪初16161616亿亿亿亿0.5
7、6 hm0.56 hm0.56 hm0.56 hm2 2 2 25.335.335.335.33亿吨亿吨亿吨亿吨1987198719871987年年年年50505050亿亿亿亿0.29 hm0.29 hm0.29 hm0.29 hm2 2 2 218.818.818.818.8亿吨亿吨亿吨亿吨绿色革命带来的变化绿色革命带来的变化诺曼博洛格（Norman Borlaug）美国著名农业科学家、植物病理学家、遗传育种专家。1914年-2009年 1970年获得诺贝尔和平奖 培育出丰产、抗锈小麦品种 1986年创立世界粮食奖基金会 1996年成为中国工程院外籍院士 在墨西哥工作期间，博洛格培育出丰产、
8、抗锈小麦品种，成功培育出抗病、耐肥、高产、适应性广的半矮秆小麦，使小麦产量大幅提高。 博洛格时年71岁，致力于提高非洲国家粮食产量 1986年，博洛格创立世界粮食奖基金会，每年鼓励一名在世界粮食领域作出突出贡献者，奖金25万美元 2）矮败与杂种优势利用中国中国: : 杂交玉米杂交玉米: : 占总播种面积的占总播种面积的90%90%以上；以上； 杂交水稻：每杂交水稻：每年增产稻谷年增产稻谷130130亿公斤；杂交油菜：累计增产亿公斤；杂交油菜：累计增产7070亿公斤亿公斤世界世界: : 利用杂种优势利用杂种优势, ,年增产粮食年增产粮食80008000万吨万吨l坚信作物杂种优势的存在，发现天然的
9、杂交稻植株 ：怀疑“无性杂交”学说l杂交水稻“野败”雄性不育的发现，使我国及世界杂交水稻生产取得巨大成就“我梦见我们种的水稻，长得跟高粱一样高，穗子像扫把那么长，颗粒像花生米那么大，我和助手们就坐在稻穗下面乘凉”骨干亲本“洛夫林10号”-罗马尼亚3) 小麦1BL/1RS易位系与世界小麦抗锈病育种在黑麦的1R染色体上，具有抗病和高产基因等基因。自上世纪80年代以来，我国小麦的主栽品种约70%含有1B/1R易位系；占全国播种面积80%以上 BRBRBB BL /RS易位系对小麦产量的影响 抗源间接提高产量 抗条锈病基因Yr9 抗叶锈病基因Lr26 抗秆锈病基因Sr31 抗白粉病基因Pm8和Pm17
10、 抗虫基因(Green bug ） 丰产源直接提高产量 提高产量和环境适应性的基因 提高养分的吸收（耐高肥水） 延长生育期 增加穗数， 提高穗粒数和千粒重 3. 新的育种目标能否实现决定于所拥有的种质资源野生资源传统品种现代品种问题：遗传多样性相对比较窄l“巧妇难为无米之炊”Progress in the yield potential of rice 特殊的育种目标需要特异种质玉米粗缩病小麦赤霉病4. 种质资源是生物学理论研究的重要基础材料a)O. rufipogonO. sativab)普通野生稻栽培稻水稻驯化过程中生长习性的变异c)d)NipponbareBAC(OSJNBb0050B0
11、7)pr2pr3pr4 pr5pr7pr8pr9564271623381781kbR=R=RM298RM481GenomicconstructspPROG1-1pPROG1-2pTCKChr7RM5711RM427PROG1RM2989314110RM481 RM4098abcdprog1YJCWRBAC(YJ0710308) pr1 pr6e克隆野生稻匍匐生长基因克隆野生稻匍匐生长基因PROG1TL:TL:PROG1PROG1转转基因植株基因植株CL:CL:对照植株对照植株NPBNSBGNPGYP(g)lTLCLTL9TL9CL5ijk000栽培稻栽培稻a)元江野生稻元江野生稻c)b)水稻株
12、型的演化东乡野生稻东乡野生稻d)e)f)匍匐生长匍匐生长直立生长直立生长倾斜生长倾斜生长如果大量种质资源流失1906年，一个新西兰人到中国旅行时，从湖北武昌带回野生猕猴桃种子，1934年开始商业化栽培，现在以“基维果”为名畅销世界。第二节 种质资源的类别、特点及其利用价值习惯划分本地种质资源（地方品种或农家品种、选育品种）外地种质资源 野生植物资源 人工创造的种质资源本地种质资源 特点：对当地生态条件有良好的适特点：对当地生态条件有良好的适应性、丰产性。往往作为杂交育种的应性、丰产性。往往作为杂交育种的骨干亲本。骨干亲本。外地品种资源 特点：本地品种不具有的重要遗传 特性。丰产、抗病、优质。美
13、国大豆主要产区曾因孢囊线虫病害美国大豆主要产区曾因孢囊线虫病害, ,使生产频于绝境使生产频于绝境, ,在数千份大豆品种中只找到一个抗病的材料（北京黑），在数千份大豆品种中只找到一个抗病的材料（北京黑），用它育成了许多抗病品种，才使生产得以恢复。用它育成了许多抗病品种，才使生产得以恢复。野生植物资源 特点：独特的抗逆性（抗病虫、旱寒、盐碱等）。叶折叠，抗叶跳虫、棉铃虫、卷叶虫、红蜘蛛等。抗角斑病，纤维细，拉力强，苞叶窄，收花杂质少。异常棉人工创造的种质资源人工创造的原始材料比未经改造的材料有所提高，类型丰富，而且日新月异，各有特长，往往更符合现代育种工作需要。特点：特异基因或基因组合的新作物。糯
14、麦、糯麦、蓝糯、紫糯糯、紫糯 Harlan 和Dewet（1971）建议把基因库分为三类：初级基因库（GP-1）：杂种可育、染色体配对良好（种内各种材料）次级基因库（GP-2）：杂交不实、杂种不育（种间材料和近缘野生种）三级基因库（GP-3）：种间以上材料第三节 作物起源（中心学说）一、瓦维洛夫的作物起源中心学说苏联植物育种学家和遗传学家(1887-1943)种质资源收集：收集的品种资源达20万份以上，成为世界上作物标准品种贮存和育种的重要基地。瓦维洛夫的贡献到了1936年，全苏联有15以上的耕地(约2000万公顷土地)种上了瓦维洛夫考察队带回来的小麦、大麦、燕麦、玉米；有一半以上的棉田种上了
15、他们从国外引进的棉花新品种。1936年苏联蔬菜有一半是栽培所从世界各地运来的良种。高梁、大麻、果树和亚热带作物的新品种也开始推广。许多在旧俄时代不为人所知的植物，如绿豆、芝麻，桐树等也引进到苏联来了。遗传理论研究：l提出了世界 12个栽培植物起源中心提出了一个假说：栽培植物的起源中心应是其野生亲缘种显示最大适应性的地区。这个结论写入了栽培植物起源变异、免疫和繁育一书中。l植物遗传变异中的同源系列、定律生物界的门捷列夫他是公认的对植物种群研究作出最大贡献的学者之一他是公认的对植物种群研究作出最大贡献的学者之一他是公认的对植物种群研究作出最大贡献的学者之一他是公认的对植物种群研究作出最大贡献的学者
16、之一我们可以走向烈火，可以被焚烧， 但我们决不放弃自已的信念。 尼依瓦维洛夫 苏联政治斗争的牺牲品：坚持孟德尔的基于基因的遗传学说圣彼得堡瓦维洛夫生理与栽培研究所1 1、基因中心或变异多样性中心、基因中心或变异多样性中心（Center of diversityCenter of diversity）1 1）基因多样性）基因多样性2 2）显性基因频率高）显性基因频率高作物起源中心学说的内容作物起源中心：遗传类型有很大的多样性而且比较集中、具有地区特有变种性状和近缘野生种类型的地区2、最初始的起源地称为原生起源中心（primary origin center）1）有野生祖先2）有原始特有类型3）有明显有遗传多样性4）有大量的显性基因3、遗传变异性的同源系列规律4、根据驯化的来源，将作物分为原生作物和次生作物二、瓦维洛夫的作物起源中心1.1.中国起源中心（东亚中心）中国起源中心（东亚中心） 即中国地区。即中国地区。原产物种为原产物种为136136个，其中有个，其中有1111种作物，包括水稻、大豆、黍、裸粒燕麦、种作物，包括水稻、大豆、黍、裸粒燕麦、元棱大麦、红豆、茶等。元棱大麦、红豆、茶等。
