第4章 引種與選擇育種.ppt

第四章引種與選擇育種 引進國外或外地的品種或種為我所用是作物育種的一種重要手段 利用作物品種的自然變異進行選擇育種 是作物育種最基本 簡易 快速而有效的途徑 本章的重點 掌握引種和選擇育種的基本理論 引種的方法和程序 熟悉選擇的基本方法 選擇育種的基本程序 授課內(nèi)容一 引種及其作用二 引種的理論與引種規(guī)律三 引種的基本方法與步驟四 選擇育種 一 引種及其作用 一 基本概念1 引種 廣義引種 指從外地 不同生態(tài)區(qū) 或外國引進新植物 新作物 新品種以及各種遺傳資源材料 狹義引種 指從外地或國外引進作物新品種 系 通過適應性試驗 直接在本地區(qū) 或本國 推廣種植的一種育種手段 如果沒有特指 本章所指的引種均為狹義引種 即生產(chǎn)性引種 它是重要的育種途徑之一 不過應遵循有關法律規(guī)章 目前各省對引種均有相關規(guī)定 如 福建省農(nóng)作物種子管理條例 2007年7月26日通過 2007年10月1日實施 第十四條申請引種相鄰省審定通過的主要農(nóng)作物品種的單位和個人 應當向省人民政府農(nóng)業(yè)行政主管部門提出申請 相鄰省是指浙江 江西 廣東 從非相鄰省引種主要農(nóng)作物品種的 按主要農(nóng)作物品種審定管理的規(guī)定執(zhí)行 2 調(diào)種 指從外地大批量地調(diào)進本地推廣品種的種子 調(diào)種是種子工作的環(huán)節(jié) 無需試種 引種是育種手段 需經(jīng)試驗與批準 3 馴化 指使 動 植物通過人工培育逐漸適應與原產(chǎn)地顯著不同的生態(tài)環(huán)境條件的過程 包括野生植物 栽培植物 外地 外國 植物 本地植物 因此從國外引種帶有馴化的內(nèi)涵 二 引種的作用1 引進新作物 擴大作物的種植范圍 原產(chǎn)地的作物種類有限 引種是作物傳播的主要途徑 我國4 5的蔬菜種類從國外引進 2 引進新品種 擴大新品種的推廣范圍3 引進新種質(zhì) 豐富引進地的作物類型和種質(zhì)資源 二 引種的理論與引種規(guī)律 一 引種的理論 氣候相似論引種 甜蜜的夢想 為了減少引種的盲目性 增加預見性 20世紀初 1906年 德國林學家邁爾 H Mayr 提出氣候相似論 該理論的要點是 原產(chǎn)地與引進地之間 影響作物生產(chǎn)的主要氣候生態(tài)因子應盡可能相似 才有可能引種成功 氣候生態(tài)因子 如光照 溫度 雨量等 該理論是一種 順應自然 的引種方式 即生態(tài)適應 二 有關概念1 生態(tài)因子 指在作物生長的空間里 對作物的生長發(fā)育有明顯影響 并被作物所適應的生態(tài)因子 如氣候生態(tài)因子 土壤生態(tài)因子 生物生態(tài)因子等 2 生態(tài)環(huán)境 各種生態(tài)因子相互影響 相互制約構成一個統(tǒng)一的復合體 共同對作物的生長發(fā)育發(fā)生影響 這樣的復合體稱為生態(tài)環(huán)境 3 生態(tài)適應 生態(tài)環(huán)境因地 因時而異 不同作物 不同品種對不同的生態(tài)環(huán)境有不同的反應 作物對一定生態(tài)環(huán)境表現(xiàn)為生長發(fā)育正常 稱為生態(tài)適應 育種中最重要的是生育期適應 4 生態(tài)地區(qū) 對于一種作物具有大致相同的生態(tài)環(huán)境的地區(qū) 一般而言 在一定的地區(qū)范圍內(nèi) 生態(tài)環(huán)境大致相同 5 生態(tài)類型 生態(tài)型 一種作物中對一定的生態(tài)地區(qū)具有最大的遺傳適應性的品種或類型 這是自然與人工選擇的結果 生態(tài)類型相似的品種 也必然具有相似的適應性 根據(jù)決定作物生態(tài)型的主要生態(tài)因子 作物生態(tài)型一般可分為以下三種 氣候生態(tài)型 是指在一定的氣候因子 如光照 溫度 濕度等條件下所形成的生態(tài)型 如 水稻的早稻和晚稻 粳稻和秈稻 不同亞種 均為不同的生態(tài)型 前者是受光照影響的季節(jié)氣候生態(tài)型 早稻對光長要求不高 但晚稻只有在短日照下才能抽穗 后者則主要是受溫度影響的地理氣候生態(tài)型 又如 小麥的生態(tài)型有 冬性型 0 7 C 30 70d 半冬性型 0 7 C 20 30d 春性型 南方小麥 溫州以南 0 15 C 5 15d 春麥型 高原小麥 基本無需低溫春化 土壤生態(tài)型 是在一定的土壤理化特性 含水量 含鹽量 pH值以及土壤微生物的影響下形成的 如大豆不同結莢習性的品種類型 水稻和旱稻等 共棲生態(tài)型 是和生物因子相互影響 共處于一個環(huán)境中所形成的生態(tài)型 例如我國江淮流域氣候溫和 濕度大 小麥條銹病發(fā)生較重 經(jīng)過長期的自然選擇和人工選擇 形成了一些耐小麥條銹的品種 三 緯度 海拔與作物生長特性的關系1 緯度 海拔與氣候因子的關系 1 春分 秋分緯度 日照長度 溫度 雨量 2 秋分 春分緯度 日照長度 溫度 雨量 3 海拔 溫度 海拔每 100m 溫度大約 0 6 C2 緯度與作物發(fā)育特性 系統(tǒng)發(fā)育 的關系 1 短日照作物 起源于低緯度地區(qū) 喜溫 喜濕 發(fā)育需要短日照 如水稻 大豆 玉米等 2 長日照作物 起源于高緯度地區(qū) 發(fā)育需要低溫 長日照 如小麥 大麥 甜菜等 3 中日性作物 對日照長度要求不嚴格 3 氣候因子與作物生長特性的關系 1 短日照作物 日照長度 溫度 生長期縮短 反之則延長 2 長日照作物 發(fā)育需要低溫春化 生長要求長日照 日照 l2h 四 作物引種實例綜合以上分析 為了提高引種成功的幾率 必須綜合考慮作物品種的生長發(fā)育特性 引種目的以及原產(chǎn)地與引進地的氣候生態(tài)條件 一般地說 緯度相近的東西地區(qū)間引種比經(jīng)度相近而緯度不同的南北地區(qū)之間引種具有較大成功的可能性 因為同緯度地區(qū)氣候相似 接受太陽輻射能量與日照長度 溫度 雨量是相似的 1 水稻引種水稻屬喜溫 喜濕的短日照作物 南種北引 緯度 日照長度 溫度 生育期延長 甚至不能抽穗 所以一般宜引種對光溫反應遲鈍的早熟或中熟品種 北種南引 緯度 日照長度 溫度 幼穗分化提早 抽穗提前 生育期縮短 植株變矮 分蘗減少 穗短粒少 產(chǎn)量下降 因此宜引種原產(chǎn)地生育期長的品種 不同海拔間引種 若緯度相同 由高海拔引入低海拔地區(qū) 表現(xiàn)生育期縮短 但植株可能比原產(chǎn)地高大 繁茂性增強 除溫度原因外 可能與減少了紫外線的抑制作用有關 相反 原產(chǎn)低海拔地區(qū)的品種 引到高海拔地區(qū) 植株矮小 生育期延長 注意 各種作物品種一般都有適宜種植的海拔高度 2 其它作物的引種 1 黃麻 紅麻引種黃麻 紅麻均屬喜溫 短日照作物 但它們的經(jīng)濟產(chǎn)品 收獲目的物 是麻皮而不是種子 南麻北種 北種南繁 2 小麥引種小麥屬長日照作物 生長需要長日照 發(fā)育要求低溫 生態(tài)型較多 引種的緯度跨度不能太大 3 大豆引種大豆也是典型的喜溫 短日照作物 與水稻相似 早熟型品種對短日照反應弱 遲熟型品種 對短日照反應強 光照縮短能大大加速花芽的分化與花部器官的形成 并促進豆莢生長與成熟 三 引種的基本方法與步驟1 根據(jù)引種的目的確定品種類型即應根據(jù)當?shù)氐纳鷳B(tài)條件 生產(chǎn)需要 市場需求引進相應的優(yōu)良品種類型 2 收集作物 品種的有關信息包括品種的選育歷史 生態(tài)類型 品種的溫光反應特性以及原產(chǎn)地的自然條件和耕作制度等 可到產(chǎn)地現(xiàn)場進行考察收集 也可向產(chǎn)地征集或向有關單位轉(zhuǎn)引 但都必須附帶有關的資料 3 引種材料檢疫與隔離種植 引種是病蟲 雜草等有害入侵的主要途徑 有些可能是災難性的 因此 必須嚴格檢疫與隔離種植觀察 水葫蘆 Eichhorniacrassipes Mart Solms Laub 水葫蘆1901年作為一種花卉引入我國 50 60年代作為豬飼料推廣種植 后逸為野生 最終出現(xiàn)今天幾乎不可收拾的局面 如今 水葫蘆在珠江水系 太湖水系等全國多個水域都已經(jīng)泛濫成災 水葫蘆既是外來生物入侵造成災難的一個例子 也是沒有摸清生物品種特性盲目引種推廣造成災難的例子 水葫蘆圍困水口電站 水葫蘆阻礙長江水道 大米草 S anglica 是我國60 80年代分別從英美等國引進的用于保護灘涂的植物 寧德市65 9萬畝灘涂被大米草占領了11萬畝 大米草成了灘涂生物的天敵 蟹類 彈涂魚等無處藏身 珍貴的海產(chǎn)資源白白流失 同時它還影響紅樹林生長和繁殖 堵塞航道 引發(fā)赤潮 造成的經(jīng)濟損失不可估量 大米草與紅樹林爭奪生存空間 福壽螺 AmpullariagigasSpix 1只雌性水稻福壽螺1年可繁殖幼螺32 5萬余只 繁殖力極強 危害特點 孵化后不久即開始嚙食水稻等水生植物 尤喜幼嫩部分 水稻插秧后至曬田前是主要受害期 它咬剪水稻主蘗及有效分蘗 致有效穗減少而造成減產(chǎn) 4 引種試驗引進材料經(jīng)過檢疫合格后 必須在本地試種 一般分兩步進行 1 觀察試驗對初引進的品種材料 先在小面積上進行試種觀察 以當?shù)卮硇缘牧挤N為對照 進行包括生育期 產(chǎn)量性狀 產(chǎn)品品質(zhì)及其抗性等的系統(tǒng)比較觀察鑒定 對于符合要求的品種 選留提升參加品種比較 2 品種比較試驗和區(qū)域試驗經(jīng)過1 2年觀察試驗 將表現(xiàn)優(yōu)良的品種參加試驗面積較大的 有重復的品種比較試驗 得出更精確的結果 對品種比較試驗中表現(xiàn)突出的品種可申請參加區(qū)域試驗 多點試驗 進入品種審定程序 5 栽培試驗對確定引入的品種應進行栽培試驗 以實現(xiàn)良種良法配套 四 選擇育種 一 選擇的基本方法1 選擇的意義 1 定義 選擇是指從自然和人工創(chuàng)造的變異群體中 采用合適的技術 挑選符合育種目標的基因型 并使目標性狀穩(wěn)定遺傳下去的過程 本節(jié)中的選擇專指人工選擇 2 意義選擇是育種工作的主要技術環(huán)節(jié) 整個育種過程實質(zhì)上就是選擇的過程 通過定向選擇 可實現(xiàn)有利基因的累加效應 出現(xiàn)新的變異 選擇也是良種繁育的重要技術環(huán)節(jié)即典型性選擇 2 選擇的基本方法 1 個體水平選擇的基本方法 本節(jié)內(nèi)容 單株選擇法一次單株選擇法多次單株選擇法混合選擇法一次混合選擇法多次混合選擇法 2 細胞水平選擇的基本方法單細胞培養(yǎng) 誘變單細胞無性系篩選 3 分子水平選擇的基本方法分子標記輔助選擇 個體水平選擇的基本方法單株選擇法從原始變異群體中根據(jù)育種目標要求選擇優(yōu)良單株 分別收獲 保存 下一年 分別種植成株系 鑒定 淘汰不良株系的過程 株系 一個單株繁殖的后代群體 特點有系譜可查比較準確地確定性狀較麻煩應用于自花 常異花和無性繁殖作物中 一次單株選擇法 多次單株選擇法 自花授粉作物或常異花授粉作物育種中與良種繁殖中常采用一次單株選擇法 水稻南特號 南特16 矮腳南特 1934 1943 1956 豐產(chǎn) 早 豐 早 豐 適應性強耐肥耐肥 矮無性繁殖作物進行有性雜交時先采用一次單株選擇法 再進行無性繁殖 利用雜種優(yōu)勢 自花授粉作物的雜交后代的分離群體的處理及異花授粉作物的自交系選育用多次單株選擇法 混合選擇法在原始群體中 將一定數(shù)量的生育期 株高等性狀較一致的單株混合收獲 保存 下一年度混合種植 并設對照 比較鑒定 去劣留優(yōu) 特點方法較簡便無系譜可查準確性較差 一次混合選擇法 多次混合選擇法 一次混合選擇法 適用于自花 常異花和異花作物的良種繁育 地方品種的純化提高 多次混合選擇法 多用在異花授粉作物的品種改良上 其他選擇法 改良混合選擇法 先單后混 先混后單 集團混合選擇法 輪回選擇法常由于群體改良一粒傳選擇法簡稱SSD法 SingleSeedDescent 常用于構建遺傳群體 二 純系育種1 作物品種群體的遺傳變異來源 1 生物學混雜 天然雜交 基因重組作物品種在繁殖推廣和引種過程中 不可避免地會發(fā)生異交 即使是自花授粉作物 其異交率也有 4 常異花和異花授粉作物的異交率則更高 一個品種與不同基因型的品種或類型互交后 必然引起基因重組 而出現(xiàn)遺傳變異 2 自然突變作物品種在多年的繁殖和種植過程中發(fā)生自然突變 從不同生態(tài)地區(qū)引種中時常出現(xiàn)遺傳變異 只要所發(fā)生的變異有價值 就應不失時機地加以選擇利用 3 新育成品種的繼續(xù)分離有些品種育成時 有的性狀并未達到真正的純合程度 以至在推廣后仍然出現(xiàn)性狀分離現(xiàn)象 其中有價值的變異也應注意研究利用 2 純系育種 1 純系學說 純系育種的理論基礎純系學說 purelinetheory 丹麥植物學家約翰遜 Johansson W L 1903年提出 其主要論點是 A 在自花授粉作物的混雜群體中 通過單株選擇 可以分離出不同的純系 表明選擇有效 B 在同一純系內(nèi)繼續(xù)選擇是無效的因為同一純系內(nèi)各個體的基因型是相同的 同一純系內(nèi)的性狀變異是受環(huán)境因素影響的 不能真實遺傳 2 純系育種定義 純系育種是指從自然變異群體中通過單株選擇來培育新品種的育種方法 也稱系統(tǒng)育種 選擇育種的實質(zhì) 就是利用自然變異 進行優(yōu)中選優(yōu) 連續(xù)選優(yōu) 使品種不斷得到改良和提高 斯字棉2B系統(tǒng)育種徐州209系統(tǒng)育種生育期提早 霜前花增加徐州1818系統(tǒng)育種徐州58系統(tǒng)育種衣分增加纖維強度增加3 5g徐州142豐產(chǎn)性好 產(chǎn)量增加10 以上 二 選擇育種的特點 1 優(yōu)點 簡單易行 育種年限短 能保持原品種對當?shù)厣鷳B(tài)條件適應性 2 缺點 不能有目的的創(chuàng)造變異 有利變異少 選擇率不高 應用連續(xù)個體選擇時 容易導致遺傳基礎貧乏 對復雜的條件適應能力差 改進提高的潛力有限 育種技術與程序育種材料 變異群體 的確定當家品種 優(yōu)點多 種植面積大 異交 突變機率高 外引品種 生態(tài)類型不同 易產(chǎn)生自然變異 高代材料 半成品 不穩(wěn)定 易分離 根據(jù)育種目標要求 選擇優(yōu)良變異個體從大田中選擇符合育種目標的變異個體 經(jīng)室內(nèi)復選 淘汰不良個體 保留優(yōu)良個體分別脫粒 并記錄其特點和編號 選擇策略 揚長不如避短 在保持原品種綜合性狀優(yōu)良的基礎上 克服原品種存在的主要缺點 區(qū)分選擇育種的選株與良種繁育的選株選擇育種的選株 主要選擇新類型 良種繁育的選株 符合原品種典型性狀 選擇的目標 群體越大 數(shù)量越多 成功可能性越大 選株數(shù)量的多少主要取決于兩方面 選擇群體的大小和選株的數(shù)量 選擇對象的變異程度 選擇者對品種的特征特性的熟悉程度和觀察鑒別能力 選擇條件和時間 條件要均勻一致 保持良好的生產(chǎn)條件 以避免環(huán)境因素的干擾 選擇時 要區(qū)分遺傳變異和環(huán)境變異環(huán)境因素引起的變異是