作物學(xué)通論論文

1、YUNNAN NORMAL UNIVERSITY作物學(xué)通論作業(yè)專業(yè)：生物科學(xué)姓名：陳明輝學(xué)號(hào)：084120003教師：龍維彪老師水稻育種現(xiàn)狀與展望綜述摘要：作物育種是研究改良作物遺傳性狀，特別是改良經(jīng)濟(jì)性狀，使之更符 合人類生產(chǎn)和生活需要的理論和技術(shù)。因此，作物的育種是密切關(guān)系到人們的生 活的一門技術(shù)。我國50%以上的人口是以稻米為主食，可見，水稻育種的研究和 管理就顯得非常重要了，隨著21世紀(jì)科技的進(jìn)步和普及，對(duì)于水稻的育種目標(biāo) 也并不是簡單的高產(chǎn)，更多的研究是解決水稻優(yōu)質(zhì)和適應(yīng)性問題。有哪些方法是 應(yīng)用到水稻育種中的，本文主要是對(duì)國內(nèi)水稻育種的現(xiàn)狀的綜述。關(guān)鍵詞：水稻育種育種方法科學(xué)技術(shù)正

2、文：早在栽培植物出現(xiàn)之初人類簡單的種植和采收活動(dòng)中，就已寓有作物育（選） 種的萌芽。詩經(jīng)載：“黍稷重穆”，“稙稗菽麥”。稙、稗指播種的早晚， 重穆指成熟的先后?？梢娭袊谥艽研纬刹煌テ诤褪炱诘淖魑锲贩N概念。北 魏齊民要術(shù)按成熟早晚、苗稈高下、收實(shí)多少和米味美惡等記載粟品種凡 86個(gè)。明代的理生玉鏡稻品詳細(xì)描述了嘉靖年間江蘇蘇州地區(qū)的水稻品種， 是中國最早問世的水稻品種志。全清代，授時(shí)通考已分別收錄粟和水稻品種 約500個(gè)和3400多個(gè)。育種，是一個(gè)作物種植的開端。一、幾個(gè)概念作物育種（1）作物育種是研究改良作物遺傳性狀，特別是改良經(jīng)濟(jì)性狀，使之更符 合人類生產(chǎn)和生活需要的理論和技術(shù)。因此它

3、的主要任務(wù)是手機(jī)、整理和創(chuàng)造種 質(zhì)資源，研究作物性狀及其遺傳規(guī)律，研究育種方法和技術(shù)，培育農(nóng)作物新品種， 研究良種繁殖的方法和技術(shù)。（2）育種目標(biāo)：高產(chǎn)，穩(wěn)產(chǎn)，優(yōu)質(zhì)，適應(yīng)性強(qiáng)。（3）作物育種的方法：對(duì)于作物育種最重要的的便是育種技術(shù)方法的應(yīng)用， 作物育種的方法很多，主要有引種、系統(tǒng)育種、雜交育種、雜交優(yōu)勢(shì)利用、誘變 育種和生物技術(shù)等。種子產(chǎn)業(yè)種子產(chǎn)業(yè)是以農(nóng)作物種子為對(duì)象，以為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供具有優(yōu)秀生物學(xué)特性和 優(yōu)良種植特性的商品化種子為目的，通過理由現(xiàn)代生物學(xué)、工程學(xué)手段和農(nóng)業(yè)經(jīng) 濟(jì)學(xué)原理以及其他選帶科技現(xiàn)代成果，按照種子科研、生產(chǎn)、加工、銷售、管理 的全過程所形成的規(guī)模化、規(guī)范化、程序化、系統(tǒng)

4、化的產(chǎn)業(yè)整體。品種（1）品種是人類在一定的生態(tài)條件下，根據(jù)需要所選育的某種作物的群體。 這種群體具有相對(duì)穩(wěn)定的遺傳特性，在生物學(xué)、形態(tài)學(xué)既經(jīng)濟(jì)性狀上有相對(duì)一致 性，而與同一作物的其他群體在特征、特性上有所區(qū)別。（2）特征：品種的穩(wěn)定性，品種具有地區(qū)性，品種特征特性的一致性，品 種利用的時(shí)間性。水稻水稻是一年生禾本科植物，高約1.2米，葉長而扁，圓錐花序由許多小穗組 成。水稻喜高溫、多濕、短日照，對(duì)土壤要求不嚴(yán)，水稻土最好。幼苗發(fā)芽最低 溫度1012C，最適2832C。分蘗期日均20C以上，穗分化適溫30C左右； 低溫使枝梗和穎花分化延長。抽穗適溫2535C。開花最適溫30C左右，低于 20C或

5、高于40C,受精受嚴(yán)重影響。相對(duì)濕度5090%為宜。穗分化全灌漿盛期 是結(jié)實(shí)關(guān)鍵期；營養(yǎng)狀況平衡和高光效的群體，對(duì)提高結(jié)實(shí)率和粒重意義重大。 抽穗結(jié)實(shí)期需大量水分和礦質(zhì)營養(yǎng)；同時(shí)需增強(qiáng)根系活力和延長莖葉功能期。每 形成1千克稻谷約需水500800千克。基于以上基礎(chǔ)概念，水稻育種便可以理解成為是一個(gè)通過各種育種方法，培 育出高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、適應(yīng)性強(qiáng)的水稻品種的過程。二、水稻育種面對(duì)日益嚴(yán)峻的世界糧食安全問題，繼20世紀(jì)80年代日本、國際水稻研究 所實(shí)施水稻超高產(chǎn)育種即超級(jí)稻育種計(jì)劃以后，1996年中國也正式啟動(dòng)了水稻 超高產(chǎn)育種項(xiàng)目。我國水稻超高產(chǎn)育種起步稍晚，但無論是應(yīng)用基礎(chǔ)研究還是育 種實(shí)

6、踐都取得重要進(jìn)展，處于國際領(lǐng)先水平。（一）國外水稻育種國際水稻研究所（IRRI）的水稻育種專家認(rèn)為，當(dāng)前水稻育種面臨著兩個(gè) 方面的挑戰(zhàn)：一是要培育出適于灌溉地區(qū)的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)品種；二是要培育出適于不 良環(huán)境的高產(chǎn)耐逆境品種。為灌溉地區(qū)培育高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)品種未來灌溉稻育種的目標(biāo)主要是提高灌溉稻 的增產(chǎn)潛力和產(chǎn)量的穩(wěn)定性。在熱帶推廣的高產(chǎn)水稻品種，其生產(chǎn)潛力雨季和旱 季分別是6.5t / hm2和10t / hm2。據(jù)估計(jì)，熱帶自然環(huán)境下，水稻在雨季和旱季 的最大生產(chǎn)潛力分別為9.5t / hm2和15.9t / hm2。要使水稻產(chǎn)量有一個(gè)新的突破， 必須開發(fā)新的高產(chǎn)株型；同時(shí)通過雜交水稻育種開發(fā)利用雜種優(yōu)

7、勢(shì)。產(chǎn)量是總十 物質(zhì)（生物產(chǎn)量）和收獲指數(shù)的乘積。現(xiàn)代高產(chǎn)品種的收獲指數(shù)大約是0.5,它 有可能提高到0.6。這些品種在最佳條件下，生物產(chǎn)量約為20t/hm2。如果將生 物產(chǎn)量增加到22t/hm，收獲指數(shù)提高到0.6，就能收獲13t/hm稻谷。IRRI在 1989年就提出了新株型（NewPlant Type，NPT）水稻育種計(jì)劃，后來稱為“超 級(jí)稻（SuperRice）育種。這種新株型不同于現(xiàn)代高產(chǎn)品種，它只有少量的分 蘗且都有效，莖稈強(qiáng)壯，根系發(fā)達(dá)，葉厚色深。由于快速工業(yè)化和勞動(dòng)力短缺， 許多亞洲國家正把水稻移栽改為水稻直播。而分蘗弱、莖稈強(qiáng)的新株型很適于直 播。IRRI在1978年開始雜交

8、水稻的研究。熱帶國家培育的雜交水稻也表現(xiàn)出 15%20%的增產(chǎn)水平。其增產(chǎn)的原因是生物產(chǎn)量提高，谷粒數(shù)增多，千粒重較 大。用現(xiàn)代高產(chǎn)秈稻品種和新株型粳稻品種雜交，其雜合體可增產(chǎn)25%。這種 雜交水稻的產(chǎn)量高達(dá)15t/hm2。因此，株型改變和雜種優(yōu)勢(shì)利用的結(jié)合有望使灌 溉稻的產(chǎn)量增加50%。為不良環(huán)境培育高產(chǎn)耐逆境品種 雨養(yǎng)低地、高地、淹水平地、潮水濕地等 不良環(huán)境，具有水情多變、干旱、淹水、浸水和土壤毒害與缺素等不利因素。為 了培育抗逆境的改良種質(zhì)，以提高這些地區(qū)的水稻產(chǎn)量及其穩(wěn)定性，以滿足21 世紀(jì)對(duì)水稻的需求，IRRI已作出了許多努力，并取得了以下進(jìn)展：勾畫出了 適于各種不良環(huán)境的理想高產(chǎn)

9、株型。對(duì)雨養(yǎng)環(huán)境已有進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，并確定了適 于選擇和鑒定育種材料的代表地區(qū)。在不同國家目標(biāo)環(huán)境下評(píng)價(jià)育種材料的合 作已經(jīng)建立。非生物脅迫的供體已經(jīng)發(fā)現(xiàn)。脅迫性狀的遺傳正在研究。采 用易雄性不育的材料反復(fù)選擇進(jìn)行育種的群體改良法正用于促進(jìn)重組和提高有 利基因的出現(xiàn)頻率。加速世代進(jìn)程（RGA）的技術(shù)正用來對(duì)光周期敏感親本的 選擇雜交。在與耐脅迫親本雜交后，采用花藥培養(yǎng)技術(shù)來獲得加倍的單倍體品 系。此外，IRRI還與各水稻生產(chǎn)國建立合作關(guān)系，共同進(jìn)行水稻育種研究。目 前，正與中國在水稻功能基因組研究、分子育種以及雜交稻和水稻種質(zhì)交換等領(lǐng) 域進(jìn)行合作，重點(diǎn)研究水稻耐鹽基因轉(zhuǎn)育和評(píng)價(jià)、抗稻癭蚊基因克隆，

10、以及在補(bǔ) 充灌溉條件下高產(chǎn)早稻的節(jié)水管理。（二）國內(nèi)水稻育種中國當(dāng)代的水稻育種研究始于1924年的系統(tǒng)育種，經(jīng)過雜交育種，雜種優(yōu)勢(shì) 利用，到目前被廣泛應(yīng)用的分子育種技術(shù)，已形成了比較完備的水稻育種技術(shù)體 系，育種目標(biāo)已由開始的高產(chǎn)育種發(fā)展到目前的品質(zhì)、抗逆性、高產(chǎn)協(xié)調(diào)發(fā)展的 更高目標(biāo)。我國水稻高產(chǎn)和超高產(chǎn)育種大致分為三個(gè)階段，即:矮化育種、雜交稻育種和 超高產(chǎn)（超級(jí)稻）育種，在20世紀(jì)經(jīng)歷了矮化育種和雜交水稻三系配套兩次革命 后,繼續(xù)保持其優(yōu)勢(shì)地位，水稻超高產(chǎn)（超級(jí)稻）育種被認(rèn)為是水稻育種史上的第 三次革命。因此,研究選育水稻優(yōu)質(zhì)和超高產(chǎn)品種，對(duì)保證我國糧食安全和人民生 活水平的提高，都具有重

11、要意義。1.中國水稻育種的現(xiàn)狀（1）常規(guī)稻的超高產(chǎn)育種中國常規(guī)稻的超高產(chǎn)育種一一水稻育種專家黃耀祥院士提出的矮生早長或 叢生早長育種計(jì)劃。主要方法是在矮化、叢化育種的基礎(chǔ)上，90年代提出了早 長育種的新構(gòu)思，使穗數(shù)和穗重在更高的水平上協(xié)調(diào)和統(tǒng)一起來。他認(rèn)為矮生早 長類型水稻的特點(diǎn)應(yīng)是在營養(yǎng)生長前期就長出較長、較厚、較大的葉片和葉鞘， 相應(yīng)地提高了莖稈的粗壯度和葉面積指數(shù)，以利于營養(yǎng)物質(zhì)的大量合成和貯存， 為孕育穗大粒多提供物質(zhì)保證。并育出了一批理想的品種。沈陽農(nóng)學(xué)院楊守仁教 授提出的“理想株型與優(yōu)勢(shì)利用的超高產(chǎn)育種”，即“三好理論。楊守仁教授認(rèn) 為，雜交后代選擇的標(biāo)準(zhǔn)是“植株高矮好，稻穗大小好

12、和分蘗強(qiáng)弱好”的“三好” 理論（好即最適的意思），水稻的產(chǎn)量構(gòu)成因素又簡化為單位面積上的穗數(shù)和穗大 （指平均穗重），穗多與穗大的矛盾用分蘗來調(diào)節(jié)，利用這種理論已育出了一部分 品種。（2）雜交稻的超高產(chǎn)育種雜交水稻的超高產(chǎn)育種一我國國家雜交稻工程技術(shù)研究中心袁隆平院士提 出的三系、二系、一系育種法，把雜交水稻概括地劃分為三個(gè)戰(zhàn)略發(fā)展階段，即 三系法為主的品種間雜種優(yōu)勢(shì)的利用，兩系法為主的亞種間雜種優(yōu)勢(shì)的利用，一 系法邊緣雜種優(yōu)勢(shì)的利用取得了明顯的育種效果，并培育出部分新品種，得以在 國內(nèi)南方稻區(qū)大面積推廣達(dá)2億畝以上，取得了顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。我國著名水稻育種專家謝華安教授（研究員）育出的“II

13、優(yōu)明86”秈稻在云 南省壽原縣，“南方各省超級(jí)稻聯(lián)合區(qū)域試驗(yàn)點(diǎn)”的1.12畝一季畝產(chǎn)達(dá)到1196.5 公斤，超過了印度1974年創(chuàng)造的畝產(chǎn)1184. 8公斤的世界最高單產(chǎn)。四川大學(xué)周開達(dá)教授提出的亞種間垂穗育種他認(rèn)為重穗型品種每株的功能葉面積大于輕穗型品種。單位葉面積的生產(chǎn)能力比較，輕穗型品種高出近 1倍以上，因此重穗型品種更能發(fā)揮功能葉面積的作用。因而他認(rèn)為培育亞種間 重穗型品種的組合，是雜交稻育種超高產(chǎn)的必然選擇。周教授德育的“II優(yōu)6708” 結(jié)合相應(yīng)的配套栽培技術(shù)比其它品種增產(chǎn)10%以上。被稱之為“矮稈水稻之父” 的中國工程院院士黃耀祥先生創(chuàng)立的快速育種新方法組群篩選法進(jìn)行選育 的新品

14、種已經(jīng)問世。我國水稻育種科學(xué)家們經(jīng)過艱苦的努力工作，實(shí)現(xiàn)了水稻每 次育種上的突破，首先是育種技術(shù)與方法的突破，帶來育種材料的突破，也使 產(chǎn)量得到了突破、品質(zhì)得到了突破。創(chuàng)新育種技術(shù)的應(yīng)用雜交育種雜交育種自20世紀(jì)50年代應(yīng)用以來，一直是水稻育種的主要技術(shù)。用該技 術(shù)育成的品種，完成了水稻從高稈變矮稈、常規(guī)變雜交的兩次綠色革命。目前進(jìn) 行的超級(jí)稻品種的選育，雜交育種技術(shù)仍將是主要的育種技術(shù)。雜種優(yōu)勢(shì)利用包括三系法和兩系法。三系法主要是拓展不育系和恢復(fù)系的親本來源，多利 用印水型、紅蓮型不育系。充分利用不同的恢復(fù)系資源和新的誘變手段(如航天 育種等技術(shù))，進(jìn)一步拓展親本基因的遺傳背景，提高雜種優(yōu)勢(shì)

15、的水平。兩系法應(yīng)從以下幾方面進(jìn)行探索：利用水稻亞種間雜種優(yōu)勢(shì)。雙親選用不同亞種的品種，因其遺傳背景差異 較大，存在很多優(yōu)勢(shì)性狀互補(bǔ)。利用廣親和基因，實(shí)現(xiàn)水稻秈亞種和粳亞種之間雜 種優(yōu)勢(shì)利用，注重選擇亞種間雜交稻顯性效應(yīng)、超顯性效應(yīng)和上位性效應(yīng)。利用野生稻有利基因。通過分子標(biāo)記輔助選擇技術(shù)，選育攜帶QTL的相應(yīng) 親本的近等基因系。利用C4基因。利用基因工程技術(shù)將C4作物目標(biāo)基因?qū)胨?，培育轉(zhuǎn)基 因水稻植株,借助雜交及回交技術(shù)培育含C4基因的雜交稻親本材料。利用外源DNA導(dǎo)入技術(shù)，培育超級(jí)雜交水稻親本。按照第一期和第二期超 級(jí)雜交稻選育的技術(shù)路線，繼續(xù)選育適合中國不同生態(tài)條件的超級(jí)雜交稻新組合,

16、 按照產(chǎn)業(yè)化市場(chǎng)需求，豐富和完善超級(jí)雜交稻組合資源。誘變育種化學(xué)誘變是通過利用化學(xué)物質(zhì)浸種或在水稻孕穗期噴施水稻植株，打破原有 品種的基因序列,再輔以其它育種手段，創(chuàng)造新的稻種資源。這是一種有效的育種 方法。物理誘變通過利用核輻射技術(shù)和航天搭載技術(shù)，打破原有的基因序列，也是 一種更安全的育種方法。生物技術(shù)分子育種是目前應(yīng)用越來越廣泛的一項(xiàng)技術(shù)，其主要優(yōu)點(diǎn)是目的性強(qiáng)，控制 的目的性狀準(zhǔn)確，性狀容易被鑒定，從而大大提高育種效率。如華中農(nóng)業(yè)大學(xué)張啟 發(fā)教授將水稻抗白葉枯病基因?qū)肴祷謴?fù)系“明恢63”中，成功轉(zhuǎn)育成抗白葉 枯病的三系恢復(fù)系。其缺陷是育種成本過高,利用其它物種基因選育的品種應(yīng)用 后，對(duì)

17、人類和環(huán)境的影響不可預(yù)測(cè)。因此，該技術(shù)有待進(jìn)一步的研究、探索。分子標(biāo)記輔助育種技術(shù)已日臻成熟。比如，利用SSR技術(shù)標(biāo)記定位基因的準(zhǔn) 確率高，而且隨著技術(shù)的進(jìn)一步完善，其速度和效率越來越高。由詹慶才等發(fā)明的 新的DNA快速提取方法，其DNA提取的時(shí)間比原來的經(jīng)典方法縮短90%以上,且不 需要離心機(jī)等高價(jià)、易耗儀器。這一方法的廣泛應(yīng)用將大幅度降低分子標(biāo)記輔助 育種的成本，提高分子標(biāo)記輔助育種的效率，為分子標(biāo)記輔助育種的普及應(yīng)用提 供條件。三、討論(1)當(dāng)我們的育種方法伴隨增多的同時(shí)也達(dá)到先進(jìn)水平，然而我們的篩選 手段和種子管理機(jī)制是否跟上其發(fā)展步伐。隨著當(dāng)下中國航天事業(yè)的發(fā)展，育種方法也慢慢步入航天化。對(duì)于決定水稻于環(huán)境中表現(xiàn)出高度適應(yīng)性的穩(wěn)定表現(xiàn)型的基因序列， 我們要通過育種方法來改變它，是有一定難度的，著就要求我們要更加精確地掌 握基因組排列規(guī)律和基因組形成規(guī)律這就需要更進(jìn)一步地研究基因序列的變化 規(guī)律和環(huán)境影響。新時(shí)代里面我們對(duì)糧食品質(zhì)的要求更加完美，并不只是停留在高產(chǎn)、 穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)和適應(yīng)性強(qiáng)，對(duì)于一些其他的渴求也是研究的新方向。隨著現(xiàn)代技術(shù)的革新，這些如細(xì)胞融合、轉(zhuǎn)基因等技術(shù)應(yīng)用于水稻的 育種方法是不是會(huì)更加有效呢。對(duì)于水稻的育種的研究是一個(gè)永久不變的課題，對(duì)于育種的整個(gè)過程(程序) 更加要求人們創(chuàng)新認(rèn)真和博學(xué)。本文只是羅列的一