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1、作物育种学总论作物育种学总论 Crop Breeding北京农学院北京农学院 陈学珍陈学珍9/27/20241绪绪 论论9/27/20242作物生产的发展和作物生产的发展和作物生产的发展和作物生产的发展和产量水平的提高产量水平的提高产量水平的提高产量水平的提高改良作物的改良作物的改良作物的改良作物的遗传特性遗传特性遗传特性遗传特性改善作物的改善作物的改善作物的改善作物的生长条件生长条件生长条件生长条件 两个相互结合两个相互结合两个相互结合两个相互结合的途径的途径的途径的途径本课程将全面系统地介绍作物育种本课程将全面系统地介绍作物育种本课程将全面系统地介绍作物育种本课程将全面系统地介绍作物育种的
2、基本原理和方法的基本原理和方法的基本原理和方法的基本原理和方法作物育种学作物育种学作物育种学作物育种学作物栽培学作物栽培学作物栽培学作物栽培学9/27/20243举世公认的伟大成就举世公认的伟大成就新中国建立以来新中国建立以来我国粮食保持着我国粮食保持着7%的年增长速度的年增长速度以世界以世界7%的耕地的耕地生产了生产了24%的粮食的粮食养活了养活了22%的人口的人口9/27/20244人均粮食占有量人均粮食占有量人均粮食占有量人均粮食占有量300kg年年温饱水平的低限温饱水平的低限400kg年年温饱略有剩余温饱略有剩余- -小康小康500kg年以上年以上充足富裕的水平充足富裕的水平人均粮食占
3、有量人均粮食占有量人均粮食占有量人均粮食占有量人均粮食占有量人均粮食占有量人均粮食占有量人均粮食占有量发达国家人均粮食占有量为发达国家人均粮食占有量为750kg发展中国家的人均粮食占有量为发展中国家的人均粮食占有量为250kg450kg年年中等的水平中等的水平人均粮食占有量人均粮食占有量人均粮食占有量人均粮食占有量9/27/20245n我国到我国到2030年人口将至年人口将至16亿，人民生活水平应达亿，人民生活水平应达到小康到小康中等水平，需要有中等水平，需要有6.47.2亿吨粮食，即亿吨粮食，即需从目前的需从目前的4.9亿吨净增粮食亿吨净增粮食1.52.3亿吨，也就亿吨，也就是到是到2030
4、年要比目前的单产水平提高年要比目前的单产水平提高55%以上，以上，而产品也要提高而产品也要提高60%以上。目前，我国粮食生产以上。目前，我国粮食生产水平基数已很高，在现有农业科技水平上，单产水平基数已很高，在现有农业科技水平上，单产增长举步维艰。增长举步维艰。9/27/20246我国粮食人均年占有量由我国粮食人均年占有量由1996年的年的414kg下降到下降到2003年的年的333kg，低于世界人均，低于世界人均400kg的粮食安全标准。的粮食安全标准。9/27/20247从全球看，联合国从全球看，联合国粮农组织粮农组织2002年年10月月15日发表的报告日发表的报告指出，全世界有指出，全世界
5、有8.4 亿人吃不饱饭，亿人吃不饱饭，每天有每天有 2.5万人口万人口直接或间接死于饥直接或间接死于饥饿，其中饿，其中23是儿是儿童。童。 世界粮食安全状况世界粮食安全状况9/27/20248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、新品种的要求也愈来愈高。解决这一突出矛盾的根本业生产、新品种的要求也愈来愈高。解决这一突出矛盾的根本出路在于依靠科学技术，保证世界农业的持续稳定发展。出路在于依靠科学技术，保证世界农业的持续稳定发展。9/27/20249第一节第一节 作物进化与遗传改良作物进化与遗传改良一、作物品种的概念一、
6、作物品种的概念二、自然进化与人工进化二、自然进化与人工进化三、遗传改良在作物生产发展中的作用三、遗传改良在作物生产发展中的作用9/27/202410n一、作物品种的概念一、作物品种的概念n作物品种作物品种（variety）是人类在一定的生态条件和经济）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作物的一定群条件下，根据人类的需要所选育的某种作物的一定群体；这种群体具有相对稳定性的遗传特性，在生物学、体；这种群体具有相对稳定性的遗传特性，在生物学、形态学及经济性状上的相对一致性，与同一作物的其形态学及经济性状上的相对一致性，与同一作物的其他群体在特征、特性上有所区别；这种群体在
7、相应地他群体在特征、特性上有所区别；这种群体在相应地区和耕作条件下种植，在产量、抗性、品质等方面都区和耕作条件下种植，在产量、抗性、品质等方面都能符合生产发展的需要。能符合生产发展的需要。n作物品种是人工进化的、人工选择的，即育种的产物，作物品种是人工进化的、人工选择的，即育种的产物，是重要的农业生产资料。是重要的农业生产资料。在植物分类学上，作物品种在植物分类学上，作物品种属于一定的种及亚种，但不同于分类学上的变种。属于一定的种及亚种，但不同于分类学上的变种。9/27/202411英文术语英文术语英文术语英文术语varietvariety y兼具变种和品种的含义兼具变种和品种的含义兼具变种和
8、品种的含义兼具变种和品种的含义cultivarcultivar cultivated variety cultivated variety栽培品种的合成术语栽培品种的合成术语栽培品种的合成术语栽培品种的合成术语专指品种，以有别于变种专指品种，以有别于变种专指品种，以有别于变种专指品种，以有别于变种品种的特点：品种的特点： （1）品种是经济上的类别，具有突出的、符合生）品种是经济上的类别，具有突出的、符合生产需要的经济性状；产需要的经济性状； （2）品种的利用具有时间性；）品种的利用具有时间性； （3）品种的利用具有区域性。）品种的利用具有区域性。品种与良种的区别：品种与良种的区别：良种是品种的
9、播种材料。良种是品种的播种材料。9/27/202412二、自然进化与人工进化二、自然进化与人工进化n现有的各种各样植物都是从原始植物演变而来现有的各种各样植物都是从原始植物演变而来的；现有各种作物，属于栽培植物，都是从野的；现有各种作物，属于栽培植物，都是从野生植物演变而来的。这种演变发展的过程称为生植物演变而来的。这种演变发展的过程称为进化过程。进化过程。9/27/202413变变异异自自 然然 界界人工创造人工创造遗传遗传特性特性人工选择人工选择新品种新品种或或物种物种所有生物的进化决定于三个基本因素所有生物的进化决定于三个基本因素即变异、遗传和选择即变异、遗传和选择遗传变异是进化的内因和
10、基础，选择决定进化的发展方向遗传变异是进化的内因和基础，选择决定进化的发展方向遗传变异是进化的内因和基础，选择决定进化的发展方向遗传变异是进化的内因和基础，选择决定进化的发展方向9/27/202414n1. 变异变异 n自然变异：自然突变、天然异交自然变异：自然突变、天然异交 n人工创造变异：（人工杂交；人工诱变；生物技术）人工创造变异：（人工杂交；人工诱变；生物技术）n2. 选择选择n自然选择：有利于自身生存自然选择：有利于自身生存 适应性适应性 n人工选择：符合人类需要人工选择：符合人类需要 经济性状经济性状n现代作物品种是在自然选择基础上人工选择的产物现代作物品种是在自然选择基础上人工选
11、择的产物9/27/202415野生植物野生植物野生植物野生植物漫长的自然选择和人工选择漫长的自然选择和人工选择经驯化成为作物经驯化成为作物经驯化成为作物经驯化成为作物从古老的原始地方品种从古老的原始地方品种从古老的原始地方品种从古老的原始地方品种经不断选育经不断选育现代品种现代品种9/27/202416作物育种实际上就是作物的人工进化，是适当利用作物育种实际上就是作物的人工进化，是适当利用自然进化的人工进化，其进程远比自然进化为快。自然进化的人工进化，其进程远比自然进化为快。9/27/202417野生小麦野生小麦野生小麦野生小麦栽培小麦栽培小麦栽培小麦栽培小麦野生稻野生稻野生稻野生稻栽培稻栽培
12、稻栽培稻栽培稻栽培大麦栽培大麦栽培大麦栽培大麦野生大麦野生大麦野生大麦野生大麦9/27/202418野生棉野生棉栽培棉栽培棉9/27/202419新中国成立以来先后培育出新中国成立以来先后培育出新中国成立以来先后培育出新中国成立以来先后培育出4141种种种种作物的作物的作物的作物的50005000多个新品种、新组合多个新品种、新组合多个新品种、新组合多个新品种、新组合我国农作物品种更换了我国农作物品种更换了我国农作物品种更换了我国农作物品种更换了4 45 5次次次次每更换一次增产每更换一次增产每更换一次增产每更换一次增产10%30%10%30%三、遗传改良在作物生产发展中的作用三、遗传改良在作
13、物生产发展中的作用n遗传改良就是作物品种改良。遗传改良就是作物品种改良。n在作物生产中，新品种的应用、增施肥料、防治在作物生产中，新品种的应用、增施肥料、防治病虫害和改善管理等方面，品种的作用最大。病虫害和改善管理等方面，品种的作用最大。n新品种的应用在提高作物产量方面占新品种的应用在提高作物产量方面占40%。9/27/202420水稻水稻单季单季单季单季双季双季双季双季高秆高秆高秆高秆矮秆矮秆矮秆矮秆常规稻常规稻常规稻常规稻杂交稻杂交稻杂交稻杂交稻品种改良品种改良已推广杂交水稻累计达已推广杂交水稻累计达已推广杂交水稻累计达已推广杂交水稻累计达 2.33 2.33亿亿亿亿 hm hm2 2增产
14、粮食达增产粮食达增产粮食达增产粮食达30003000多亿多亿多亿多亿 kg kg矮秆种质的矮秆种质的矮秆种质的矮秆种质的鉴定及利用鉴定及利用鉴定及利用鉴定及利用水稻矮脚南特水稻矮脚南特水稻矮脚南特水稻矮脚南特水稻低脚乌尖水稻低脚乌尖水稻低脚乌尖水稻低脚乌尖小麦农林小麦农林小麦农林小麦农林1010号号号号第一次绿色革命第一次绿色革命9/27/202421n优良品种优良品种是指在一定地区和耕作条件下能符合生产发展是指在一定地区和耕作条件下能符合生产发展要求，并具有较高经济价值的品种。要求，并具有较高经济价值的品种。n生产上所谓良种，生产上所谓良种，应包括具有优良品种品质和优良播种应包括具有优良品种
15、品质和优良播种品质的双重含义。优良品种在发展农业生产中的作用：品质的双重含义。优良品种在发展农业生产中的作用： n1. 提高单位面积产量提高单位面积产量 n2. 改进产品品质改进产品品质n3. 保持稳产性和产品品质保持稳产性和产品品质n4. 扩大作物种植面积扩大作物种植面积 n5. 有利于耕作制度的改良、复种指数的提高、农业机有利于耕作制度的改良、复种指数的提高、农业机械化的发展及劳动生产率的提高械化的发展及劳动生产率的提高 9/27/2024229/27/202423n作物育种学的概念：作物育种学的概念：是研究选育及繁殖作物优良是研究选育及繁殖作物优良品种的理论与方法的科学。品种的理论与方法
16、的科学。n基本任务：基本任务：研究育种规律；培育新品种，实现品研究育种规律；培育新品种，实现品种良种化；繁育良种，实现种子标准化。种良种化；繁育良种，实现种子标准化。n性质：性质：人工进化的科学；综合性的应用学科；实人工进化的科学；综合性的应用学科；实践性强。践性强。n作物育种学与作物栽培学有着密切的联系，是作作物育种学与作物栽培学有着密切的联系，是作物生产科学的两个不可偏缺的主要学科。物生产科学的两个不可偏缺的主要学科。一、作物育种学的性质和任务一、作物育种学的性质和任务9/27/202424二、作物育种学的主要内容二、作物育种学的主要内容n育种目标的制订及实现目标的相应策略；育种目标的制订
17、及实现目标的相应策略；n种质资源的搜集、保存、研究评价、利用及创新；种质资源的搜集、保存、研究评价、利用及创新；n选择的理论与方法；选择的理论与方法；n人工创新变异的途径、方法及技术；人工创新变异的途径、方法及技术；n杂种优势利用的途径与方法；杂种优势利用的途径与方法；n目标性状的遗传、鉴定及选育方法；目标性状的遗传、鉴定及选育方法；n作物育种各阶段的田间实验技术；作物育种各阶段的田间实验技术；n新品种的审定、推广和种子生产。新品种的审定、推广和种子生产。9/27/202425n三、常规育种的技术特点三、常规育种的技术特点n常规育种的主要任务常规育种的主要任务n（1）提高产量）提高产量n（2）
18、改进品质）改进品质n（3）增强抗逆性）增强抗逆性n常规育种的特点常规育种的特点n（1）综合多个优良基因，同步改良农作物的产量、）综合多个优良基因，同步改良农作物的产量、品质、抗性水平品质、抗性水平n（2）盲目性较大）盲目性较大n（3）育种既是科学又是艺术）育种既是科学又是艺术9/27/202426四、作物育种学的发展与分子育种的兴起四、作物育种学的发展与分子育种的兴起（一）作物育种学的发展（一）作物育种学的发展1927 Hayes &Garber （美）作物育种（美）作物育种1935 Vavilov （苏）（苏） 植物育种的科学基础植物育种的科学基础1942 Hayes&Immer（美）美）
19、植物育种方法植物育种方法1960 Allard（美）美） 作物育种原理作物育种原理1936 王绶（中）王绶（中） 中国作物育种学中国作物育种学1948 沈学年（中）沈学年（中） 作物育种学泛论作物育种学泛论1976 蔡旭蔡旭 （中）（中） 植物遗传育种学植物遗传育种学1981 西北农学院西北农学院 作物育种学作物育种学9/27/202427育种目标要求育种目标要求不断提高不断提高种质资源工作种质资源工作得到广泛的重视得到广泛的重视测试手段测试手段逐步完善逐步完善开拓育种的新开拓育种的新途径和新技术途径和新技术现代作物育种现代作物育种的发展动向的发展动向增产潜力、抗耐性、增产潜力、抗耐性、适应性
20、、产品品质、适应性、产品品质、适应机械操作适应机械操作搜集、保存、研究搜集、保存、研究评价、利用及创新评价、利用及创新目标性状进行微量、目标性状进行微量、快速、精确的鉴定方法快速、精确的鉴定方法人工诱变育种、倍性育种人工诱变育种、倍性育种远缘杂交育种、细胞工程远缘杂交育种、细胞工程染色体工程、基因工程染色体工程、基因工程9/27/202428（二）分子育种的兴起（二）分子育种的兴起n1953年年 WatsonCrick发现遗传物质脱氧核糖核发现遗传物质脱氧核糖核酸的双螺旋结构，分子生物学的新时代。酸的双螺旋结构，分子生物学的新时代。n1973年年 Berg DNA重组成功，生物技术和生物工重组
21、成功，生物技术和生物工程阶段；定向改造生物的新阶段。程阶段；定向改造生物的新阶段。n植物基因工程在育种上应用最重要的突破是在抗植物基因工程在育种上应用最重要的突破是在抗逆性育种方面。逆性育种方面。nBeachy 研究组将研究组将TMV外壳蛋白基因引入烟草，转外壳蛋白基因引入烟草，转基因抗性育种。基因抗性育种。9/27/202429苏云金芽孢杆菌的苏云金芽孢杆菌的BtBt杀虫晶体蛋白基因杀虫晶体蛋白基因转基因抗虫品种对棉铃虫、玉米螟转基因抗虫品种对棉铃虫、玉米螟等害虫表现出高水平的防治效果等害虫表现出高水平的防治效果在植物在植物在植物在植物抗虫性方面抗虫性方面抗虫性方面抗虫性方面棉花、玉米棉花、
22、玉米棉花、玉米棉花、玉米马铃薯等马铃薯等马铃薯等马铃薯等和常规的育种技术和常规的育种技术相比，基因工程有相比，基因工程有三大显著的优点三大显著的优点1源于生物的有利基因在人、动物、植源于生物的有利基因在人、动物、植物、微生物四大系统内可进行随机交换物、微生物四大系统内可进行随机交换2可以获得生物的定向变异可以获得生物的定向变异3是使个别目的基因转移的技术是使个别目的基因转移的技术9/27/202430第三节第三节 作物育种的成就与展望作物育种的成就与展望9/27/202431n一、近代育种的成就一、近代育种的成就n主要表现在以下四个方面主要表现在以下四个方面n（一）新品种的选育与推广（一）新品
23、种的选育与推广n（二）种质资源的收集、保存和创新（二）种质资源的收集、保存和创新n（三）育种新方法及技术研制和利用（三）育种新方法及技术研制和利用n（四）目标性状的选育方面（四）目标性状的选育方面n二、作物育种工作的展望二、作物育种工作的展望n（一）种质资源工作上有待进一步加强（一）种质资源工作上有待进一步加强n（二）深入开展育种理论与方法的研究（二）深入开展育种理论与方法的研究n（三）加强多学科的综合研究和育种单位间的协作（三）加强多学科的综合研究和育种单位间的协作n（四）种子产业化（四）种子产业化9/27/202432 思考题思考题n1.1.生物进化的基本因素生物进化的基本因素n2.2.遗传改良在作物生产发展中的作用遗传改良在作物生产发展中的作用n3.3.作物育种学的概念、基本任务和主要内容作物育种学的概念、基本任务和主要内容n4.4.作物品种的概念、优良品种的概念作物品种的概念、优良品种的概念n5.5.作物优良品种在发展农业生产中的作用作物优良品种在发展农业生产中的作用9/27/202433
