高級(jí)蔬菜育種學(xué)

1、高級(jí)蔬菜育種學(xué)導(dǎo)論作物育種學(xué)（定義）：是選育和繁育作物新品種的科學(xué)。簡(jiǎn)化為：育種學(xué)就是育種的科學(xué)。完全沒有揭示育種學(xué)的實(shí)質(zhì)和內(nèi)涵。Smith（1966）:Plantbreedingwasastheartandscienceforimprovinggeneticpatternofplantsinrelationtotheireconomicuse.1）育種不僅是一門科學(xué)，而且是一種藝術(shù)。與精密科學(xué)（數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等）不同，它們只是科學(xué)而非藝術(shù)。與繪畫、音樂不同，它們只是藝術(shù)。育種是科學(xué)與藝術(shù)的綜合。園藝、農(nóng)藝本身就包含藝術(shù)成分，因此，育種家不僅需要科學(xué)造詣，也需要有藝術(shù)修養(yǎng)。雖然育種學(xué)科學(xué)的成

2、分日益增多，但由于生物有機(jī)體過于復(fù)雜，未知領(lǐng)域太多，因此，育種成就不僅依賴于科學(xué)，而且也依賴于尚未上升到理論的經(jīng)驗(yàn)，甚至機(jī)遇。如果樹育種中的實(shí)生選種（chanceseedling機(jī)遇實(shí)生苗）；蔬菜育種中的群體不可能包括所有變異類型。2）育種學(xué)的任務(wù)是：改進(jìn)植物的遺傳模式（即基因型），而不是表型。3）強(qiáng)調(diào)育種學(xué)改變植物遺傳模式的目的在于改變那些與經(jīng)濟(jì)用途有關(guān)的遺傳模式，而不是任何遺傳模式。重視育種的實(shí)踐意義及其在生產(chǎn)上的作用。（翻譯）育種學(xué)是一門改進(jìn)植物中與經(jīng)濟(jì)用途有關(guān)的遺傳模式的科學(xué)和藝術(shù)。育種學(xué)的重要性綠色革命目前的成績(jī)幾乎全是靠育種取得的，甚至把“今日農(nóng)業(yè)高效良種”比作“十八世紀(jì)產(chǎn)業(yè)革命的

3、發(fā)動(dòng)機(jī)”。第一代育種：古典育種，僅靠經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行雜交與選擇。第二代育種：基于基礎(chǔ)遺傳學(xué)，如孟德爾、摩爾根遺傳學(xué)基礎(chǔ)進(jìn)行的育種。第三代育種：現(xiàn)代育種技術(shù)。育種家的素質(zhì)：知識(shí)與實(shí)踐：具有現(xiàn)代科學(xué)理論與技術(shù)的淵博的知識(shí)和熟練的技巧。了解掌握發(fā)展動(dòng)態(tài)，生產(chǎn)實(shí)踐中存在的問題，了解國(guó)內(nèi)外育種科學(xué)的現(xiàn)狀和信息。豐富的想象力和創(chuàng)造才干，吃苦精神。才能制定出切實(shí)可行、高瞻遠(yuǎn)矚的育種目標(biāo)和實(shí)施方案，通過艱苦的、創(chuàng)造性的勞動(dòng)加以實(shí)現(xiàn)。第一章抗逆育種第一節(jié)抗寒和耐熱一、低溫傷害和抗寒（一）、低溫傷害及其表現(xiàn)低溫是限制蔬菜種類分布和生產(chǎn)的重要因素。蔬菜在不能忍受的低溫下，常常引起不同程度的傷害：冷害：是作物在生長(zhǎng)季節(jié)內(nèi)，因

4、溫度降到生育所能忍受的低限以下而受害，其本質(zhì)是低溫對(duì)植物體造成的生理損傷。日平均溫度一般為0-10C或15C冷害對(duì)植物造成的傷害程度，除取決于低溫外，還取決于低溫維持時(shí)間的長(zhǎng)短。受冷害后作物形態(tài)上常常無明顯癥狀，不易發(fā)現(xiàn)。主要表現(xiàn)為削弱光合作用，減少養(yǎng)分吸收，影響?zhàn)B分運(yùn)轉(zhuǎn)。苗弱、生長(zhǎng)遲緩、萎蔫、黃化、局部壞死、坐果率低、產(chǎn)量降低和品質(zhì)下降等。凍害是（作用在越冬期間,因（長(zhǎng)期持續(xù)）0C以下低溫而使植物喪失生理活動(dòng)，造成植株受害死亡，取決于0C以下低溫的程度和維持時(shí)間的長(zhǎng)短。凍害對(duì)植株造成傷害的直接表明是葉片甚至整株呈水漬狀或果實(shí)上出現(xiàn)斑點(diǎn)，這些生理損傷的組織往往易受病菌的侵染或造成局部壞死。其原

5、因是低溫引起細(xì)胞膜透性損傷，（二）低溫傷害對(duì)細(xì)胞膜系的影響普遍認(rèn)為低溫逆境引起細(xì)胞膜系結(jié)構(gòu)的破壞是導(dǎo)致植物低溫傷害的根本原因，植物細(xì)胞膜在低溫下由膜液晶狀態(tài)轉(zhuǎn)變成膠狀態(tài)（相變），膜收縮，引起細(xì)胞膜透性的降低和酶系功能的改變，導(dǎo)致植物細(xì)胞代謝的變化和功能紊亂。低溫造成的傷害與膜系中膜脂質(zhì)分子排序的變化相關(guān)，而膜脂質(zhì)分子的排序變化發(fā)生在能引起低溫逆境的一段溫度范圍內(nèi)（Blum,1988）。抗寒植物一般具有較高的膜脂不飽和度，即油酸、亞油酸和亞麻酸在總脂肪酸中比例較高，可在較低溫度下保持流動(dòng)性，維持正常的生理功能。這種膜脂不胞和既有遺傳穩(wěn)定的一面，也有隨溫度降低或誘導(dǎo)的一面（Blum,1988）。因

6、此，不能將膜系中不飽和脂肪酸含量高低作為衡量抗寒的唯一標(biāo)準(zhǔn)。低溫首先降低了膜的流動(dòng)性，從而影響ATP酶與底物結(jié)合的構(gòu)型變化，使其活性降低或失活，從而使細(xì)胞對(duì)物質(zhì)的主動(dòng)吸收與運(yùn)輸功能降低，物質(zhì)之被動(dòng)運(yùn)輸和滲透增加，導(dǎo)致細(xì)胞膨壓?jiǎn)适В麅?nèi)溶質(zhì)外滲。其細(xì)胞滲漏程度常被認(rèn)為是膜傷害或變性的重要標(biāo)志，因而可以作為植物抗寒能力的可靠指標(biāo)，水漬狀是低溫傷害外部形態(tài)指標(biāo)。*低溫膜相變（膜脂不飽和度）、ATP酶活性降低或失活主動(dòng)吸收與運(yùn)輸功能降低、被動(dòng)運(yùn)輸和滲透增加（細(xì)胞滲漏程度開細(xì)胞膨壓?jiǎn)适?，胞?nèi)溶質(zhì)外滲。（三）蛋白質(zhì)與植物抗寒低溫引起植物細(xì)胞蛋白質(zhì)的變化，主要表現(xiàn)在可溶性蛋白和酶類的變化，造成膜破壞是因?yàn)橹?/p>

7、物在逆境中產(chǎn)生氧的自由基，使膜過氧化作用所致。黃瓜經(jīng)零上低溫處理之后，抗寒性強(qiáng)的品種比抗寒性差的品種過氧化物酶同工酶的譜帶一般多出13條，因而抗寒性也必然受遺傳機(jī)理所控制和決定，抗寒植物對(duì)不良低溫條件有較強(qiáng)的抗性，是其在長(zhǎng)期的進(jìn)化過程中適應(yīng)低溫條件而形成的，至于短時(shí)間的低溫處理（如鍛煉）所引起的抗寒性變化，則很可能是在轉(zhuǎn)錄和翻譯水平上的生物化學(xué)變化起決定作用。*產(chǎn)生氧的自由基氧自由基清除系統(tǒng)的酶類（四）冷調(diào)節(jié)基因與抗寒性低溫和外源ABA處理均能引起植物內(nèi)源ABA水平的提高（劉祖祺等，1993）,經(jīng)2C處理的馬鈴薯，耐寒品種葉片內(nèi)源ABA水平暫性大幅度提高，總可溶性蛋白含量增加，抗寒性逐漸增強(qiáng)，

8、而不抗寒品種則沒有這些變化。此外，低溫和外源ABA均能誘導(dǎo)野生型擬南芥屬A.thaliana的抗寒力，對(duì)ABA缺陷型進(jìn)行低溫鍛煉，未能誘其抗寒性，但加ABA后即可提高抗寒性（Gilnour等1991）。于是人們希望研究這種冷誘導(dǎo)基因（cold-rehulatedgeneCoR基因）的存在。低溫鍛煉使植物基因表達(dá)發(fā)生改變，并有新的蛋白質(zhì)合成推測(cè)植物抗寒可能與抗旱有著共同的分子基礎(chǔ)。還不能確定CoR基因是否直接參與植物抗寒性的提高，（但它們與抗寒性是有關(guān)的，抗寒性是由多種特異的數(shù)量性狀抗寒基因調(diào)控的，而不是單基因?？购虮磉_(dá)后，合成的新蛋白質(zhì)，一些可能直接參與抗寒性的提高，如穩(wěn)定膜結(jié)構(gòu)及形成胞液

9、的過冷卻，另外許多可能是酶，它們導(dǎo)致代謝途徑的改變，進(jìn)一步合成新的適應(yīng)抗寒力提高的物質(zhì)。二、高溫傷害和耐熱（一）高溫傷害及其表現(xiàn)如熱害（hotdanage）、日灼（sunscald）等，熱害是過高的溫度對(duì)蔬菜作物生產(chǎn)造成的損害。光合效率降低，而呼吸作用增強(qiáng)，還可使細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)凝聚變性，細(xì)胞膜透性喪失，植物的組織受到損傷。日灼是強(qiáng)烈的太陽輻射引起的植株果實(shí)傷害。有夏季日灼和冬季日灼兩種類型。夏季日灼是高溫干旱的天氣條件下，由于水分供應(yīng)不足，植株的蒸騰作用減弱，在灼熱的陽光下，因向陽面劇烈增溫而遭受傷害。冬季日灼是隆冬或早春白天的強(qiáng)烈日輻射而劇烈變溫引起的傷害。遭受高溫傷害的植株其葉片出現(xiàn)死斑，葉

10、色變褐、變黃；鮮果燒傷甚至整果實(shí)死亡；出現(xiàn)雄性不育、花序或子房脫落等異?，F(xiàn)象。高溫對(duì)植物的傷害是復(fù)雜的多方面的，歸納起來有間接傷害和直接傷害兩個(gè)方面，高溫下植物體內(nèi)存在由氧自由基引發(fā)的膜脂過氧化作用（Levitt,1972）,短短時(shí)高溫處理活性氧清除物質(zhì)如過氧化物酶活性和抗壞血酸含量顯著下降，延長(zhǎng)處理時(shí)間，膜透性迅速增大，而丙二醛（MDA）含量在此之前已經(jīng)增大。在高于植物正常生長(zhǎng)溫度812C的溫度下，植物體內(nèi)會(huì)合成一些新蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)稱之為熱激蛋白。第二節(jié)抗旱和耐鹽一、水分虧缺傷害與抗旱（一）水分虧缺傷害及其表現(xiàn)水分虧缺（plantwaterdeficit）傷害是由于長(zhǎng)期無降水或降水顯著偏

11、少，以及無水灌溉或灌不足即干旱，使蔬菜生產(chǎn)所需水分得不到滿足而對(duì)植株正常生長(zhǎng)發(fā)育造成損傷的現(xiàn)象。一般表現(xiàn)為出苗不齊、萎蔫、生長(zhǎng)滯緩、落果，嚴(yán)重的導(dǎo)致植株死。分土壤干旱和大氣干旱兩種。在高溫、低溫并有風(fēng)的條件下形成的大氣干旱稱干熱風(fēng)，它使植株蒸騰作用加強(qiáng)，在根系吸水力不能適應(yīng)時(shí)導(dǎo)致植株水分收支失調(diào)，影響或中斷光合作用，破壞細(xì)胞的透性，影響植株體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的輸送，嚴(yán)重時(shí)引起體內(nèi)蛋白質(zhì)分解及有毒中間代謝物質(zhì)積累過高，使植株死亡。植物的水分狀況是由吸收與蒸騰兩方面決定的，水分不足時(shí)，植物細(xì)胞失去膨脹壓，光合作用降低，代謝作用減弱；嚴(yán)重缺水時(shí)，代謝紊亂，植株死亡。暫時(shí)萎蔫，永久萎蔫。水分虧缺和鹽漬在一定

12、意義上同屬于滲透脅迫。某些植物通過自身細(xì)胞的滲透調(diào)節(jié)作用表現(xiàn)出抗外界脅迫的能力。參與滲透調(diào)節(jié)的物質(zhì)有無機(jī)離子和有機(jī)溶質(zhì)，與抗?jié)B透脅迫有關(guān)的基因有（1）滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)運(yùn)輸?shù)鞍谆颍缇幋a高親和鉀的滲透誘導(dǎo)系統(tǒng)的三個(gè)協(xié)同誘導(dǎo)基因（kdpABC）及其下游的二個(gè)調(diào)節(jié)基因kdpDE；（2）滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)合成酶基因，如脯氨酸是參與滲透調(diào)節(jié)的有機(jī)溶質(zhì)，它的合成涉及谷氨酸激酶、谷氨酰磷酸還原酶、吡咯啉一5羧酸還原酶,編碼這三個(gè)酶的基因分別為proBproAproC；滲透脅迫誘導(dǎo)蛋白基因,無論在干旱或鹽漬情況下,都能在誘導(dǎo)出一些逆境蛋白,如干旱誘導(dǎo)玉米中的Hsp70和大豆中的HsP27(湯章成1992)滲透調(diào)節(jié)的主

13、要作用是維持細(xì)胞膨壓,由于滲透調(diào)節(jié)是植物抗旱的重要生理機(jī)制之一,因此提高作物滲透調(diào)節(jié)能力就成了抗旱育種的一種手段。把滲透調(diào)節(jié)應(yīng)用于育種的可能性已在多種作物上發(fā)現(xiàn)滲透調(diào)節(jié)的遺傳變異滲透調(diào)節(jié)由單基因或少數(shù)幾個(gè)基因控制,這為應(yīng)用常規(guī)育種或生物技術(shù)方法進(jìn)行滲透調(diào)節(jié)改良提供了方便。滲透調(diào)節(jié)的簡(jiǎn)便測(cè)定技術(shù)逐步完善?；究梢钥隙B透調(diào)節(jié)對(duì)提高產(chǎn)量是有益的。二、鹽害與耐鹽一般而言,水溶性鹽類含量達(dá)到土壤重量的0.6%時(shí)即為鹽土。完全因自然因素形成的鹽土稱原生鹽土。因人類的不合理澆灌,如大水漫灌、排水受阻、渠道滲漏,以及澆灌水深入土體中的積鹽層或用鹽分過多的水進(jìn)行澆灌等由此形成的鹽土稱次生鹽土。鹽害的根本原因是

14、土壤溶液的滲透壓高于植物組織液的滲透壓,使植物難以從土壤中吸取必需的水分和養(yǎng)分,導(dǎo)致發(fā)生生理干旱、生長(zhǎng)不良甚至死亡。Tal等，1983提出的鹽害假說，其要點(diǎn)：新葉生長(zhǎng)速率減慢是植物對(duì)鹽漬響應(yīng)最敏感的生理過程,生長(zhǎng)減慢的程度與根際滲透壓呈正比；鹽漬條件下，無排鹽結(jié)構(gòu)的植物，由于蒸騰作用，地上部分鹽分不斷積累，造成葉片含鹽量過高，老葉死亡。其死亡的時(shí)間主要取決于根際的鹽濃度、根系拒鹽能力以及影響蒸騰速率的環(huán)境條件；當(dāng)葉片死亡率大于生長(zhǎng)速率時(shí)，單株葉面積下降，貯存的碳水化合物越來越少，不能滿足生長(zhǎng)和代謝活動(dòng)的需要導(dǎo)致植株死亡。提高植物耐鹽性的基本原則是增加新葉生長(zhǎng)速率，提高葉片耐鹽閾值，降低地上部鹽

15、分濃度，增加葉片光合效率。吸鹽型植物主要是通過細(xì)胞層次的區(qū)隔化作用，使鹽分積累在液泡中，細(xì)胞質(zhì)中的有機(jī)物和K+、Mg2+、PO3-等維持滲透平衡，易引起離子毒害。淡土植物多是拒鹽型植物，避免離4子脅迫，但又可能導(dǎo)致滲透脅迫。調(diào)節(jié)植物體內(nèi)鹽分的運(yùn)輸和分配是耐鹽機(jī)理的基本組成部分，膜結(jié)構(gòu)和功能的完整性是控制離子運(yùn)輸和分配的主導(dǎo)因素，膜系統(tǒng)是植物鹽害的主要部位。第三節(jié)抗逆育種方法一、抗逆種質(zhì)資源的搜集和抗逆性鑒定抗逆種質(zhì)資源是進(jìn)行抗逆育種的基礎(chǔ)。有效的基因源、準(zhǔn)確有效的鑒定，則直接影響抗逆育種的速度和成效。抗逆種質(zhì)資源的搜集品種資源保藏機(jī)構(gòu)和易形成抗逆基因庫的地區(qū)進(jìn)行。植物由于長(zhǎng)期處于不同生態(tài)環(huán)境而

16、具有不同的抗逆性?？梢詮牟煌艿貐^(qū)的馬鈴薯中找到不耐冷種、耐用冷種和耐寒種。通常野生種的抗逆性比栽培種要強(qiáng)?？鼓嫘澡b定作物的抗逆性是指作物在逆境條件下所具有的適應(yīng)性和抵抗能力，按作物抗逆能力大小進(jìn)行篩選、評(píng)價(jià)的過程。1、抗逆鑒定方法。主要有田間鑒定、人工模擬逆境鑒定和實(shí)驗(yàn)鑒定三類。田間鑒定法是以自然逆境條件鑒定，根據(jù)作物生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)期又可分為芽期鑒定、苗期鑒定成株期鑒定等。該法受環(huán)境條件的影響很大，結(jié)果重演性差，所需時(shí)間長(zhǎng)，工作量大，但方法簡(jiǎn)單，又有產(chǎn)量等結(jié)果，易為育種工作者接受。人工模擬逆境鑒定法是需要一定的設(shè)施條件，難以大批量進(jìn)行，但各試驗(yàn)參數(shù)易控制，易于分析，試驗(yàn)結(jié)果比較可靠。實(shí)驗(yàn)室鑒定

17、法是在對(duì)各作物在逆境條件下反映出來的生理系列化指標(biāo)與抗逆性關(guān)系有較深入的研究，并提出較為成熟的鑒定指標(biāo)的情況下，能在較短時(shí)間內(nèi)對(duì)大量供試材料進(jìn)行測(cè)定，且結(jié)果易定量分析，也比較可靠，但需要一定的儀器和實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地。2、抗逆性鑒定指標(biāo)可分為形態(tài)指標(biāo)、生理生化指標(biāo)等。由于抗逆性的復(fù)雜性，選用多個(gè)相關(guān)指標(biāo)組成的綜合性抗逆鑒定指標(biāo)來評(píng)價(jià)所鑒定的材料。形態(tài)指標(biāo)主要是對(duì)與抗逆性有關(guān)的植株形態(tài)和產(chǎn)量等直觀性狀進(jìn)行鑒定，經(jīng)等級(jí)確定之后，作為抗逆性的鑒定指標(biāo)。生理生化指標(biāo)眾多，如滲透調(diào)節(jié)能力、膜透性變化、膜組分差異、膜保護(hù)系統(tǒng)。二、傳統(tǒng)的抗逆育種方法常常通過雜交重組定向改造一些原本就很優(yōu)良只是在抗逆性等方面有缺陷的品

18、種，有時(shí)更多地采用雜種優(yōu)勢(shì)育種來選看抗逆性強(qiáng)、產(chǎn)量穩(wěn)定、品質(zhì)保持較好的品種。（一）選種與雜交育種番茄（1526C以外為逆境）單性結(jié)實(shí)性狀為隱性遺傳等，且通常情況下抗病性較差，生長(zhǎng)勢(shì)稍弱，以這些抗逆資源作為原始材料進(jìn)行雜交育種。大白菜結(jié)球期15-20C以外為逆境，大白菜耐熱性是由單隱性基因控制的。野生種質(zhì)資源往往比栽培種有較強(qiáng)的抗逆性。（二）雜種優(yōu)勢(shì)育種三、應(yīng)用生物技術(shù)培育抗逆品種傳統(tǒng)育種方法的缺點(diǎn)：（1）可利用的能穩(wěn)定遺傳的抗逆基因庫狹窄或缺乏，（2）許多微效多基因選擇困難，（3）基因型差異難以確定，（4）測(cè)定的方法欠精確，（5）外源基因引入表達(dá)困難，使得抗逆育種進(jìn)展和成效一直不大。突變即可自

19、發(fā)可可誘發(fā)，變體頻率一般為10-5-10-8，誘變劑處理可增至10-3，但一般認(rèn)為突變的方向不能控制。應(yīng)用轉(zhuǎn)基因技術(shù)培育抗逆品種，最突出的首要推抗除草劑品種的培育。第二章繁殖生物學(xué)蔬菜繁殖生物學(xué)是研究蔬菜有性過程的一門科學(xué)。它包含了胚胎學(xué)、生殖生理學(xué)、生物化學(xué)、遺傳學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、發(fā)育生物學(xué)和分子生物學(xué)等內(nèi)容。第一節(jié)花的形成和抽苔一、花芽分化（一）花芽分化的概念，花芽分化是指植物的莖端分生組織分化為花序原基或小花原基的現(xiàn)象。它是植物營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)轉(zhuǎn)向生殖生長(zhǎng)的最初形態(tài)標(biāo)志。（二）花芽分化的過程，莖尖頂端稍有伸長(zhǎng)，基部加寬，呈圓錐形。分生組織發(fā)生相應(yīng)的變化。莖尖頂端在細(xì)胞內(nèi)部活動(dòng)變化的基礎(chǔ)上，花萼、花

20、冠、雄蕊群和雌蕊群逐漸開始發(fā)生?；ㄑ扛鞑糠值姆只樞?，通常由外向內(nèi)地進(jìn)行?；ㄐ虻姆只c花相似，自外向內(nèi)地進(jìn)行小花的分化。（三）影響花芽分化的外界因素1溫度：李森科提出春化作用現(xiàn)象。低溫春化處理。植物對(duì)春化處理產(chǎn)生反應(yīng)的時(shí)期與年齡有關(guān)。種子感應(yīng)型（seedvernalizationtype）,如有蘿卜、白菜、蕪菁、蕪菜等。植株感應(yīng)型（greenplantvernalizatilntvpe）如藍(lán)類、蔥蒜類，胡蘿卜、芹菜等。植株感應(yīng)型對(duì)溫度感應(yīng)的程度由苗齡和苗的大小而定，而苗株大小比苗齡長(zhǎng)短更重要。感應(yīng)部位在植株生長(zhǎng)點(diǎn)幼細(xì)胞。2日照：（1）長(zhǎng)日植物（2）短日植物（3）中間植物（4）中日性植物（5）長(zhǎng)

21、短日性植物。日照感應(yīng)部位是以完全展開來的成熟葉最敏感。光周期對(duì)植物成花的作用通過光敏素調(diào)節(jié)。3營(yíng)養(yǎng)氮和磷素充足，花芽分化早，花芽數(shù)多。鉀、磷對(duì)花和花序發(fā)育的作用依植物而異。4植物激素低濃度生長(zhǎng)素對(duì)于低溫感應(yīng)植物的花芽分化有促進(jìn)作用，赤霉素可抑制短植物的花芽分化。二、抽苔（一）抽苔的概念抽苔是指葉菜類、根菜類、鱗莖類等二年生蔬菜在花芽分化后，由花芽發(fā)育起來，從葉叢中伸出花莖的現(xiàn)象，它是進(jìn)入生殖生長(zhǎng)的形態(tài)標(biāo)志。1氣候因素2栽培條件3植物激素三、成花的內(nèi)在因素（一）核酸和蛋白質(zhì)開花過程是基因在環(huán)境條件作用下時(shí)空表達(dá)的結(jié)果，涉及到蛋白質(zhì)和核酸的代謝等過程（二）淀粉（三）類激素第二節(jié)性別分化一、性別分化

22、的概念性別分化就是雄蕊或雌蕊的發(fā)生。性別分化決定雌雄器官的發(fā)育程序，影響繁殖器官的發(fā)生和發(fā)育。根據(jù)每一植物種類所含花的類型多少可將植物的開花系統(tǒng)分為兩種：一種是單開化系統(tǒng)是指單一的兩性花類型的植物開花系統(tǒng)，如番茄、辣椒、白菜、菜豆等。另一種是多態(tài)開花系統(tǒng)，主要指花的類型有兩種或兩種以上的植物開花系統(tǒng)。該系統(tǒng)有雌雄異株和雌雄同株植物兩類。高等植物的性別分化一般是指雌雄異株和雌雄同株植物。雌雄異株植物性別分化比較簡(jiǎn)單。雌雄同株植物由于不同性別的花在同一植株上發(fā)生，性別分化程序的表達(dá)與調(diào)控的研究比較復(fù)雜。二、性別分化過程黃瓜雌、雄分化初期表現(xiàn)為兩性花那樣發(fā)育。無論雌花或雄花都完全一樣?？喙嫌桌僭?天

23、之內(nèi)尚處于兩性期，性別沒有明顯分化，從7天開始雌、雄花開始明顯分化，瓜類植物的性別分化過程中一般要經(jīng)過一個(gè)兩性期，先形成雄蕊原基，接著再現(xiàn)雌蕊原基，之后就按照雌或雄的不同分化程序分化。三、外界因素的影響（一）溫度在日平均溫度比較接近的情況下，晝夜溫差較大時(shí)，對(duì)雌花的形成可能是有利的。黃瓜晝溫25C,日長(zhǎng)8小時(shí)，夜溫13-15C的條件下，為雌花形成的適宜溫度。（二）日照黃瓜有許多品種能夠在短日照條件下，促進(jìn)其雌花發(fā)生。短日照處理不可短于8小時(shí)。南瓜、絲瓜、苦瓜等均是短日照作物。甜瓜在每天12小時(shí)的日照條件下，可加速雌花發(fā)生說明溫度的影響較日照長(zhǎng)短影響大。有試驗(yàn)認(rèn)為，日照長(zhǎng)度決定花芽的產(chǎn)生，而溫度

24、則決定花芽分化的趨向，特別是夜間低溫有利于雌花的分化。另外，日照強(qiáng)度也影響黃瓜雌花形成，（三）植物激素硝酸銀、赤霉素可誘導(dǎo)黃瓜產(chǎn)生雄花，乙烯利可誘導(dǎo)產(chǎn)生雌花。赤霉素（25%-100ppm）對(duì)苦瓜有較明顯的促雌作用，矮壯素有促雄效果。（四）其它氮肥多，會(huì)延遲雌花出現(xiàn)。在細(xì)幼苗期完全保留子葉的黃瓜雌性系植株，無雄花產(chǎn)生，把子葉全摘除時(shí)植株產(chǎn)生雄花。苦瓜進(jìn)行摘葉處理，使植株雌花數(shù)增加和雌雄比值顯著提高。嫁接能把砧木性型表現(xiàn)能力傳給接穗。反過來，接穗對(duì)砧木也有影響。四、性分化內(nèi)在因素（一）遺傳基因1、雌雄同株具有G遺傳基因，雄花兩性花同株具有g(shù)遺傳基因，2、形態(tài)變化速度受多基因控制3、主基因Acr具有

25、顯著地促進(jìn)形態(tài)變化的功能。再者，雌花數(shù)、雄花數(shù)、出現(xiàn)節(jié)位、雌雄比值品種間有差異。（二）內(nèi)源激素黃瓜莖尖內(nèi)源激素測(cè)定，內(nèi)源赤霉素（三）核酸和蛋白質(zhì)苦瓜在性別尚未確定的幼蕾中產(chǎn)生雄蕊的組織部位RNA和蛋白質(zhì)。如果向雄花方向發(fā)育，雄蕊原基及以后的發(fā)育過程中RNA和蛋白質(zhì)含量始終均顯著高于雌蕊原其部位的RNA和蛋白質(zhì)含量。如果向雌花方向發(fā)育，雄蕊原基組織的RNA，蛋白質(zhì)含量急劇下降。伴隨雌蕊的發(fā)育，雌蕊原基及其以后發(fā)育過程中RNA、蛋白質(zhì)的含量不斷上升，顯著高于相應(yīng)時(shí)期的雄蕊原基含量。五、性分化的雜種種子生產(chǎn)例如甜瓜雜交種子生產(chǎn)。第三節(jié)授粉受精一、授粉蔬菜授粉有自花授粉、異花授粉及其常異交授粉等方式。

26、（一）自花授粉成熟的花粉粒傳授到同一朵花的雌蕊柱頭上，或是同一植株異花之間進(jìn)行授粉的過程，稱為自花授粉。（二）異花授粉一朵花的花粉粒傳到不同植株的花朵上進(jìn)行授粉的過程稱為異花授粉。人工輔助授粉。（三）常異交授粉以自花授粉為主，但有相當(dāng)高的異花授粉率，一般自然異交率在5%-50%，稱為常異交授粉。常異交授粉蔬菜一般是雌、雄同花；雌、雄蕊不等長(zhǎng)或成熟不一致以及雌蕊外露等，易于接受外來的花粉而異交。風(fēng)媒花花小而多；花粉粒多，且小而輕；柱頭常呈羽狀。蟲媒花，花冠大而鮮艷，有蜜腺和特殊的芳香氣味；雄蕊花粉粒較大，外壁粗糙且有花紋和粘性，花粉粒含有豐富的蛋白質(zhì)、糖等，可供昆蟲采食。受精是指雄配子與雌配子的

27、融合?；ǚ墼谥^上萌發(fā)和長(zhǎng)出花粉管；花粉管通過花柱；花粉管進(jìn)入配囊和配子融合。雙受精是被子植物共有的特征。（一）花粉粒萌發(fā)和花粉管生長(zhǎng)，花期噴硼可提高種子的產(chǎn)量和質(zhì)量?；ǚ壑械拿敢彩腔ǚ勖劝l(fā)的重要因素?；ǚ酃苁且蕾嚻淠┒松L(zhǎng)的，稱為“帽區(qū)?；ǚ酃荛_始突出前，高爾基體活躍，它產(chǎn)生很多大形的分泌小泡，帶頭多種酶及果膠質(zhì)等造壁的建成，花粉管伸出后，在角質(zhì)要不酶、果膠酶等的作用下，花粉管穿過柱頭乳突的已被侵蝕的角質(zhì)膜，經(jīng)乳突的果膠質(zhì)一纖維壁，向下進(jìn)入柱頭組織的細(xì)胞隙，向花柱生長(zhǎng)。（二）花粉管進(jìn)入柱頭1開放型；花柱有中空的管道，花粉管沿著花柱道表面分泌的粘液通行。2閉合型；花粉管通過實(shí)心的花柱有不同途徑

28、，常在引導(dǎo)組織細(xì)胞間隙的分泌物中生長(zhǎng)，有由直徑較小的細(xì)胞排列成的中央軸，通過中央軸的間隙或是從細(xì)胞壁與細(xì)胞質(zhì)膜之間穿過。3半開放型或半封閉型；23層腺細(xì)胞組成退化引導(dǎo)組織?；ǚ酃茉诨ㄖ邢蚯吧L(zhǎng)，除消耗自身所帶的貯藏物質(zhì)外，并大量地從花柱道或引導(dǎo)組織的分泌物中吸取糖類及肌醇等，用于花粉管的生長(zhǎng)和新壁的合成。蔬菜作物的柱頭生活力，一般能維持一天到數(shù)天。（三）受精的選擇性花粉粒間相識(shí)別，親和的花粉粒能萌發(fā)，可完成受精作用，卵細(xì)胞總是選擇遺傳上適合的精細(xì)胞受精，克服自交不孕及遠(yuǎn)緣雜交的不利受精選擇的方向，（五）雙受精和多精入卵三、外界環(huán)境條件對(duì)授粉受精的影響（一）溫度（二）濕度花期天氣干旱，柱頭干枯

29、（三）土壤營(yíng)養(yǎng)第四節(jié)自交不親和性一、概念及系統(tǒng)植株在花期，以同株或同一純合自交系的花粉授粉，不能在柱頭上發(fā)芽，或者發(fā)芽后花粉管不能穿透柱頭，或者穿透柱頭后花粉管在花柱上不能繼續(xù)延伸，或者花粉管到達(dá)胚囊后精細(xì)胞和卵細(xì)胞不能結(jié)合，從而不能結(jié)子或結(jié)子率極低的現(xiàn)象稱自交不親和性。自交不親和系統(tǒng)（SI）有異型自交不親和（HIS）和同型自交不親和（HOMSI）二類，后者又有抱子體型（SSI）和配子體型（GSI）自交不親和兩類。（一）配子體自交不親和系統(tǒng)（gametophyticincompatibilitysystem）,大多具有二核型花粉（binucleaticgrains）。它們自交不親和性體現(xiàn)在雌雄

30、配子間的相互抑制作用。配子體系統(tǒng)的柱頭是濕潤(rùn)型。（二）抱子體自并不親和系統(tǒng)大多為三核型花粉壁上成分與雌蕊柱頭上柱頭毛或乳突細(xì)胞，即二倍體細(xì)胞之間關(guān)系?；ǚ勰馨l(fā)芽，但卻不能進(jìn)入柱頭。抱子體系統(tǒng)柱頭是干燥型。二、自交不親和遺傳和生理生化機(jī)制（一）自交不親和的細(xì)胞學(xué)，配子體不親和與抱子體不親和區(qū)別在于S因子產(chǎn)生不親和性物質(zhì)或其前體的時(shí)期不同。抱子體不親和性是在花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂后期（II）由共同細(xì)胞質(zhì)分離成四個(gè)小抱子之前,s基因發(fā)揮作用；配子體不親和性則是在產(chǎn)生四分體的細(xì)胞分裂之后，S基因發(fā)揮作用。花粉形成中細(xì)胞質(zhì)分裂類型在決定自交不親和性的類型上是重要的。花粉母細(xì)胞有兩種分裂類型，即同時(shí)型和連續(xù)型

31、兩種。在同時(shí)型分裂種類中，當(dāng)花粉母細(xì)胞中的核較早發(fā)生作用時(shí)，就會(huì)形成三核型花粉，并表現(xiàn)孢子體不親和性；當(dāng)核發(fā)生作用較晚時(shí)，就會(huì)成為雙核型花粉，表現(xiàn)配子體不親和性。在連續(xù)型分裂種類中，當(dāng)核較早發(fā)生作用而成三核型花粉時(shí)，三核型花粉不表現(xiàn)孢子體不親和性，而表現(xiàn)配子體不親和性，當(dāng)花粉母細(xì)胞形成雙核型花粉時(shí)，表現(xiàn)配子體不親和性。（二）自交不親和的遺傳學(xué)，大多數(shù)經(jīng)濟(jì)作物的自交不親和性是受一位點(diǎn)的系列復(fù)等位基因所控制。1、配子體自交不親和系統(tǒng)，當(dāng)花粉所帶的S基因與雌蕊所帶基因相同時(shí)，就表現(xiàn)不親和。假定雌蕊的基因型為S1S2，這時(shí)具有S1或S2基因型的花粉均不能與之受精。S1S1（早）XSS（）組合中只有s花

32、粉可以受精而其反交SS（早）XSS即表現(xiàn)為不親和性1221211花粉不能與SS2的母體受精。2、抱子體自交不親和系統(tǒng)當(dāng)產(chǎn)生花粉的父本個(gè)體具有與母本相同的S等位基因時(shí)，則表現(xiàn)不親和。不親和性一般是受一個(gè)位點(diǎn)上的復(fù)等位基因控制，但也受二個(gè)位點(diǎn)上的基因控制，并具有兩種遺傳體系；主基因體系與多基因體系。主基因遺傳體系的自交不親和性是一個(gè)位點(diǎn)或兩個(gè)位點(diǎn)上的復(fù)等位基因所控制。多基因遺傳體系是指控制自交不親和性的主基因能否起作用，它取決于由多基因構(gòu)成的遺傳前景這種遺傳體系的自交不親和系可以通過連續(xù)多代選擇自交結(jié)實(shí)率非常低的后代而獲得。自交不親和性只有在花期存在，而蕾期能表現(xiàn)自交親和。3、自交不親和的生理生化

33、特點(diǎn)，自交不親和性是由柱頭乳突細(xì)胞和花粉或花粉管間的相互作用造成的。即角質(zhì)層是自交不親和植株自交后阻止花粉管長(zhǎng)入障礙?；ㄖ蛑^特異多肽的作用在于活化一組花粉管生長(zhǎng)所必需的基因；花粉特異多肽的作用在于使柱頭特異多肽失活，阻止花粉管生長(zhǎng)。雙方具有S基因時(shí)，在雙方基因產(chǎn)物的相互作用下產(chǎn)生一些物質(zhì)能抑制花粉的萌發(fā)和花粉管的伸長(zhǎng)。抱子體SSI和配子體GSI系統(tǒng)的特殊糖蛋白SLSG的分子性質(zhì)有明顯差異。三、自交不親和系的繁殖一般用蕾期授粉方法來繁殖自交不親和系。可采用花期授粉方法克服自交不親性，以提高結(jié)籽率。（一）控制環(huán)境條件高濕度可加快花粉萌發(fā)，有利于花粉管伸長(zhǎng)，用提高空氣內(nèi)的CO2濃度達(dá)到3.63%

34、-5.9%的方法,能使甘藍(lán)自交不親和指數(shù)從對(duì)照0.2提高到10。（二）鹽水處理，用5%NaCI水溶液在甘藍(lán)花期每隔23天噴1次，克服甘藍(lán)自并不親和性，大大提高結(jié)實(shí)指數(shù)。（三）花粉和柱頭處理，用蛋白質(zhì)合成干擾劑放線菌素酮、放線菌素D處理花粉，或用1%-5%的丙酮清洗花粉，或用a射線或y射線處理花粉等，都有克服自交不親和性的效果。第五節(jié)雄性不育雄性不育是植物中普遍存在的一種自然現(xiàn)象。一、雄性不育的種類從遺傳學(xué)角度來看可分成遺傳性不育和非遺傳性不育兩種。不育性的遺傳特點(diǎn)。分成三種類型1、細(xì)胞核雄性不育2、細(xì)胞質(zhì)雄性不育3、細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)互作雄性不育。二、雄性不育生殖生物學(xué)特性（一）不育的雄性器官形態(tài)

35、特征根據(jù)雄蕊形態(tài)特征和特性，不育性的表現(xiàn)型可分成以下幾種；1、結(jié)構(gòu)性雄性不育，兩種表現(xiàn)型（1）花藥缺失，雄蕊退化或畸形，（2）有花藥，無花粉粒花藥不完全發(fā)育2、小孢子發(fā)生性雄性不育。雄蕊外觀正常，有極少花粉，其發(fā)育不正常，無生活力，稱“花粉敗育”3、功能性不育。雄蕊和花粉均正常。但花藥堅(jiān)韌，不能散粉或遲熟，遲裂藥?；虼迫锂愰L(zhǎng)，或雄蕊異長(zhǎng)，無法自花授粉也稱部位不育。4、產(chǎn)雌性，雌雄同株異花植物如瓜類，它只產(chǎn)生雌花，雄花退化，或早期脫落，也稱雌性化。不育系的花一般比正?？捎ㄐ?，花器形態(tài)比較復(fù)雜。（二）雄性不育的雄蕊及花粉敗育的細(xì)胞學(xué)雄性器官的敗育時(shí)期和方式可分為兩種類型；I型為抱子體敗育型?；ㄋ?/p>

36、發(fā)育過程中，無抱原細(xì)胞分化，不形成藥室，也無花粉母細(xì)胞和小孢子產(chǎn)生；II型為配子體敗育型，花藥有0數(shù)個(gè)不等藥室分化，也存在花粉母細(xì)胞和小抱子的發(fā)生，但花粉發(fā)育過程每個(gè)時(shí)期都有存在退化現(xiàn)象。敗育現(xiàn)象有的發(fā)生在花粉母細(xì)胞進(jìn)行減數(shù)分裂的前后。如染色體不能配對(duì)、多價(jià)染色體和一價(jià)染色體的形成等都與異常減數(shù)分裂有關(guān)。倍數(shù)性和易位（50%不育）大蔥雄性不育的花粉敗育發(fā)生在小孢子發(fā)育到單核中期開始敗育。同一作物，不同雄性不育系其花粉敗育時(shí)期有可能是不同的。在番茄不育系中，不同的MS基因會(huì)產(chǎn)生不同時(shí)期的敗育行為。（三）雄性不育生理生化特性1、蛋白質(zhì)和氨基酸，存在所有必需的氨基酸，游離氨基酸含量與花粉的可育性及花

37、粉生長(zhǎng)都有有密切的關(guān)系。正?；ǚ鄣囊粋€(gè)重要特征是富含脯氨酸，花器中脯氨酸缺乏也可能是引起不育的一個(gè)重要原因。不育系中蛋白質(zhì)含量及種類同其相應(yīng)保持系差異，可能是引起不育的原因之一。2、ATP和酶的特異性。ATP是生物體進(jìn)行代謝活動(dòng)的直接能源，其含量多少會(huì)影響體內(nèi)一系列反應(yīng)，不育系中缺乏ATP，引起代謝活動(dòng)的能量失調(diào)進(jìn)而導(dǎo)致花藥不育。在酶的種類及酶譜組成方面也存在差異。3、植物激素，激素含量的異常導(dǎo)致了IAA和ZT（玉米素）虧損，從而導(dǎo)致小抱子敗育和不育基因的表達(dá)。4、線粒體DNA和葉綠體DNA，蘿卜雄性不育性對(duì)溫度敏感，有黃化現(xiàn)象和葉綠素缺乏現(xiàn)象。從這些生理生化特性來看，蘿卜的雄性不育性可能與葉

38、綠體功能體系有關(guān)。（四）雄性不育對(duì)生態(tài)環(huán)境的敏感性雄性不育對(duì)溫度的反應(yīng)有兩種；（1）不育性不受溫度影響（2）溫度敏感型。發(fā)現(xiàn)洋蔥雄性不育在夏秋間有明顯差異，低溫時(shí)可育率提高。此外，光照，光強(qiáng)和光質(zhì)與育性轉(zhuǎn)換也存在一定影響。光敏核不育水稻的基本特性是長(zhǎng)日照誘導(dǎo)不育，短日誘導(dǎo)可育。（五）雄性不育的植株表現(xiàn)不育株與正?？捎晗啾龋廴锊煌?，其它花器特性、對(duì)有的蔬菜沒有差別。對(duì)有蔬菜卻有很大差別。在辣椒CA452T群體中，不育株?duì)I養(yǎng)過旺，葉子又綠又大，植株矮化。R1蘿卜不育具有R1胞質(zhì)的甘藍(lán)雄性不育系R1cc存在以下幾方面的障礙；（1）難以找到育性恢復(fù)源。（2）在10-12C以下溫條件下，該不育系

39、表現(xiàn)嚴(yán)重的苗期心葉黃化現(xiàn)象。（3）花蕾嚴(yán)重?cái)∮?。?）密腺退化。（5）雌蕊育性不正常（6）花期遲，使與可育株花期不遇。第六節(jié)種子的形成一、種子的種類和結(jié)構(gòu)植物學(xué)的種子由受精的胚株發(fā)育而成，農(nóng)業(yè)上所說的種子，不僅是植物學(xué)上的種子而且還包括植物學(xué)的上的果實(shí)。果實(shí)是由子房發(fā)育而成。卵細(xì)胞受精后表現(xiàn)有明顯的極性，然后進(jìn)行不均等分裂，這些過程對(duì)胚細(xì)胞的分化和發(fā)育起著重要作用。討論題：1、如何解釋育種學(xué)中的機(jī)遇問題。2、果樹等營(yíng)養(yǎng)器官繁殖的作物與蔬菜等種子繁殖的作物育種的區(qū)別。3、育種學(xué)為何強(qiáng)調(diào)實(shí)踐的重要性。4、轉(zhuǎn)基因等現(xiàn)代育種的親本選擇。5、標(biāo)記性狀、雄性不育等性狀的利用問題。第三章空間育種研究進(jìn)展一、

40、空間環(huán)境的主要特征微重力和沒有晝夜變化的生物節(jié)奏。此外，還有艙外重離子輻射，超真空與超凈環(huán)境。對(duì)植物的研究證明空間條件尤其是高能離了具有強(qiáng)烈的致變作用，導(dǎo)致細(xì)胞死亡，突變、惡性轉(zhuǎn)化，而且在微重力條件下輻射的誘變作用將會(huì)加強(qiáng)，利用高空氣球或返回式衛(wèi)星搭載植物材料，由于受到各種空間誘變因素的作用，植物材料后代會(huì)出現(xiàn)各種變異。航天育種是近幾年發(fā)展起來的一項(xiàng)植物高科技育種新技術(shù)。1、空間微重力未及地球重力十分之一的微重力是影響飛行生物生長(zhǎng)發(fā)育的重要因素。2、空間輻射空間輻射環(huán)境的幾種主要成分，如質(zhì)子、高能重離子，與物質(zhì)作用時(shí)由于它們經(jīng)跡結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，對(duì)生物細(xì)胞內(nèi)靶分子DNA的化學(xué)損傷也有其特色?？臻g輻射

41、主要導(dǎo)致生物系統(tǒng)遺傳物質(zhì)的損傷，諸如突變、腫瘤形成，染色體畸變，細(xì)胞失活，發(fā)育異常等。重離子輻身生物學(xué)研究的結(jié)果表明，此類的離子能更有效的導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)遺傳物質(zhì)DNA分子的雙鏈斷裂，其中非直接性斷裂所占的比率較高，從而對(duì)細(xì)胞有更強(qiáng)的殺傷及致突變和致癌變能力。3、空間輻射和微重力環(huán)境的復(fù)合效應(yīng)?？臻g飛行環(huán)境中的諸因素常會(huì)同時(shí)對(duì)生物樣本產(chǎn)生影響。大麥和小麥空間飛行后，染色體結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，表現(xiàn)在花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂中，經(jīng)空間處理的種子當(dāng)代出現(xiàn)更多的染色體橋和落后的染色體，并且染色體的數(shù)目也出現(xiàn)了異常。對(duì)空間輻射及微重力環(huán)境兩者間有協(xié)同作用。但由于系統(tǒng)的復(fù)雜及實(shí)驗(yàn)條件的難以控制，不同的材料，不同的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

42、往往得出不完全一致的結(jié)果。二、空間誘變的生物學(xué)效應(yīng)1、誘變對(duì)形態(tài)學(xué)性狀的影響經(jīng)空間處理的植物種子回收后，地面種植的后代在形態(tài)學(xué)上發(fā)生了料為顯著的變異，水稻在sp2代中，分蘗數(shù)、穗長(zhǎng)、穗粒數(shù)，粒型，千料重等農(nóng)藝性狀發(fā)生了變異。番茄SP幼苗生長(zhǎng)旺盛，主根增長(zhǎng)，花期提前，株高增多，抗病性增加等，大麥和小麥莖加粗并有矮化現(xiàn)象，且分蘗增多。2、誘變對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的影響對(duì)原生質(zhì)體再生植株過程的研究發(fā)現(xiàn)，在微重力狀態(tài)下，原生質(zhì)體的細(xì)胞壁合成延緩，細(xì)胞聚集體中的細(xì)胞數(shù)量少，纖維素合成速率較低而果膠酶合成速率較高，單糖合成多糖的過程中也有些輕微變化，重力因素影響細(xì)胞壁的合成，并進(jìn)而影響植株發(fā)育。3、空間誘變對(duì)細(xì)

43、胞亞顯微結(jié)構(gòu)的影響對(duì)于植物根部平衡石的影響。植物向重性的感受部位是根冠和莖頂端，重力刺激被傳到生長(zhǎng)部位，植物就產(chǎn)生了向重性的生長(zhǎng)。平衡石即在根冠中柱細(xì)胞中的造粉體。造粉體具有較大的比重，有感受重力的能力。空間誘變對(duì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)的改變，呈現(xiàn)出的細(xì)胞壁和細(xì)胞器的變化是逆境條件下植物發(fā)生的變化。微重力條件對(duì)植物起到了脅迫作用。細(xì)胞呈現(xiàn)出不適應(yīng)性，甚至出現(xiàn)了細(xì)胞迅速衰老的變化。葉綠體片層結(jié)構(gòu)扭曲，斷裂，邊緣模糊，線粒體邊緣模糊，內(nèi)含物溢出以及嵴不明顯。細(xì)胞壁收縮，呈現(xiàn)多角形式，折皺形，說明細(xì)胞壁及細(xì)胞器在重力條件下形成了一定模式，一旦失去了重力，細(xì)胞壁及細(xì)胞內(nèi)含物的排列順序也受到了干擾，呈現(xiàn)出無序的狀態(tài)。

44、4、空間誘變植物生理生化特性的影響光合特性的變化，幼芽的干重降低了25%,而02釋放量水平不受顯著影響。微重力條件下植株葉的光補(bǔ)償點(diǎn)提高了約33%，可能是由于葉的暗呼吸速率提高造成的。對(duì)細(xì)胞中鈣水平及分布的影響。鈣離子作為第二信使參與了微重力作用下引起的植物細(xì)胞的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，鈣離子的分布與重力作用有顯著的相關(guān)性，重力作用對(duì)鈣離子吸收，分布和運(yùn)轉(zhuǎn)均有重要影響，種子活力的變化空間飛行可提高番茄種子活力和促進(jìn)初期生長(zhǎng)，這與其提高種子及幼苗體內(nèi)活性氧防御酶系統(tǒng)的活性，增強(qiáng)種子抗菌素氧化能力和延緩種子衰老有關(guān)?？臻g誘變對(duì)于蛋白質(zhì)的影響，不同作物對(duì)空間處理的生物學(xué)反應(yīng)不同，微重力不足以改變蛋白質(zhì)肽鏈的構(gòu)象及

45、與蛋白質(zhì)分子聯(lián)系較強(qiáng)的溶劑分子的結(jié)合狀況，但微重力可能改善與蛋白質(zhì)分子聯(lián)系較弱的有序水分子結(jié)構(gòu)。微重力改進(jìn)蛋白質(zhì)晶體質(zhì)量的機(jī)理。三、開展空間誘變育種的研究空間誘變育種在農(nóng)作物育種中的應(yīng)用水稻誘變獲得了早秈新品系V5025及晚秈新品系V5121,二者具有早熟，大穗，結(jié)實(shí)高，大粒，優(yōu)質(zhì)，豐產(chǎn)和抗菌素病的特點(diǎn)。綠豆種子長(zhǎng)莢型突變系，莢長(zhǎng)16cm長(zhǎng)莢種子粒數(shù)為1519粒?？臻g誘變育種在蔬菜類作物種的應(yīng)用，獲得優(yōu)良的番茄新品系TF873，果型大，VC含量高，早熟，抗菌素病蟲害及風(fēng)味俱佳等優(yōu)良特性的太空椒87-2。對(duì)經(jīng)過空間處理過的作物進(jìn)行形態(tài)學(xué)，細(xì)胞學(xué)，生理學(xué)及分子生物學(xué)方面的研究，有助于深入了解空間各

46、種復(fù)雜因素對(duì)植物作用的重量生化和分子機(jī)理以及各誘變因素間的相互作用?？臻g誘變育種和其他的育種方法相比，具有其獨(dú)特性（綜合性）。第四章分子標(biāo)記在植物遺傳育種中的應(yīng)用原理及現(xiàn)狀對(duì)目標(biāo)性狀（如豐產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗逆等）的選擇是新品種選育過程的中心環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的育種方法主要是根據(jù)植物在田間的表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)和選擇。表型性狀不僅取決于遺傳組成，也受控于環(huán)境條件，有時(shí)環(huán)境條件的影響可遮蓋植株在基因型上的差異，特別是對(duì)受多基因控制的數(shù)量性狀的選擇，更難做到準(zhǔn)確。傳統(tǒng)的育種方法仍存在周期長(zhǎng)，預(yù)見性差，工作量大，工作效率低等問題，隨著遺傳標(biāo)記來進(jìn)行輔助選擇，可提高選擇效果。新技術(shù)與傳統(tǒng)方法相結(jié)合，有可能解決目前育種中一些重

47、要環(huán)節(jié)上的主要難題，從而大大加速育種工作進(jìn)程。1、應(yīng)用分子標(biāo)記構(gòu)建基因組圖譜基因組圖譜是遺傳研究的重要內(nèi)容，又是種質(zhì)資源，育種及基因克隆等許多應(yīng)用研究的理論依據(jù)和基礎(chǔ)?；蚪M圖譜包括以染色體重組交換為基礎(chǔ)的遺傳圖譜和以DNA的核苷酸序列為基礎(chǔ)的物理圖譜。物理圖譜是反映基因組DNA中基因或標(biāo)記間的實(shí)際距離的圖譜?？稍诓煌?guī)模和水平上進(jìn)行繪制，如低分辨水平的顯微鏡下染色體染色譜帶；較高分辨水平的限制性酶切圖譜；最高分辨水平的某一作物的基因組全序列。遺傳學(xué)家利用形態(tài)標(biāo)記，生化標(biāo)記和傳統(tǒng)的細(xì)胞遺傳學(xué)方法，為構(gòu)建各種主要作物的遺傳圖譜進(jìn)行了大量工作，并取得了一定的進(jìn)展，但是由于形態(tài)標(biāo)記和生化標(biāo)記數(shù)目少，

48、除極少數(shù)作物（如玉米、番茄）外，在分子標(biāo)記出現(xiàn)之前，大多數(shù)作物還沒有一個(gè)較為完整的遺傳連鎖圖，極大地限制了遺傳學(xué)理論研究和應(yīng)用研究的進(jìn)展。目前主要農(nóng)作物、果樹、蔬菜等的RFLP、RAPD遺傳圖譜已相繼建立。利用分子標(biāo)記構(gòu)建遺傳圖譜的理論基礎(chǔ)是染色體的交換與重組，兩點(diǎn)測(cè)驗(yàn)和三點(diǎn)測(cè)驗(yàn)是其基本程序。由于作圖群體的不斷增大和標(biāo)記數(shù)量的日益擴(kuò)增，如今的遺傳圖譜構(gòu)建已不得不計(jì)算機(jī)化了。遺傳圖譜構(gòu)建過程主要包括：1、選擇和建立適合的作圖群體2、確立遺傳連鎖群3、基因排序和遺傳距離的確定。具體方法以分子標(biāo)記篩選DNA序列差異較大而又不影響后代育性的材料作為親本，用具有多態(tài)性的分子標(biāo)記（雙親在等位區(qū)段表現(xiàn)不同的

49、帶型）檢測(cè)該雙親的分離群體（如f2代群體、回交、重組自交系、加倍單倍體等）單株DNA。2標(biāo)記圖譜應(yīng)是一個(gè)飽和連鎖圖譜，即在所有染色體上每間隔1020個(gè)交換單位或更近就有一個(gè)標(biāo)記，使任何經(jīng)典基因（包括數(shù)量性狀基因）都包含在分子標(biāo)記內(nèi)，可見分子標(biāo)記連鎖圖本身對(duì)植物育種沒有用處，只有當(dāng)它與目標(biāo)性狀結(jié)合起來，才能發(fā)揮作用，必須把分子標(biāo)記連鎖圖與染色體對(duì)應(yīng)，如果將分子標(biāo)記與已知染色體的同工酶標(biāo)記、形態(tài)標(biāo)記同時(shí)作圖，根據(jù)分子標(biāo)記與它們的連鎖，很容易得到分子標(biāo)記連鎖的對(duì)應(yīng)染色體，利用非整倍體如缺體、單體、三體或易位系，代換系等材料，也是將分子標(biāo)記連鎖群與特定染色體對(duì)應(yīng)常用的方法。2、應(yīng)用分子標(biāo)記定位基因基因

50、定位就是將具有某一表型性狀的基因定位于分子標(biāo)記連鎖圖中，實(shí)現(xiàn)分子連鎖圖與經(jīng)典連鎖圖的整合。質(zhì)量性狀基因的定位尋找與該目標(biāo)基因緊密連鎖的分子標(biāo)記即可，連鎖的緊密程度越高，結(jié)果就越可靠。尋找與目標(biāo)性狀連鎖的分子標(biāo)記的有效方法可通過近等基因系。NIL是指通過多次回交篩選得到的、品系差異主要在于某一目標(biāo)性狀的品系。經(jīng)多代回交后得到的是除目標(biāo)基因及其鄰近區(qū)域外，已失去了供體其它基因型的品系，這個(gè)品質(zhì)與輪回親本就構(gòu)成了一對(duì)近等基因系。近等基因系定位的原理正是鑒別和導(dǎo)入與目標(biāo)基因連鎖的分子標(biāo)記。在沒有近等基因系可利用的情況下，集團(tuán)分離分析法（分離群體分組分析法）也是篩選多態(tài)性標(biāo)記的有效方法。F2分成抗和不抗

51、兩群Fl代抗性Fl代抗性F2個(gè)體（F1自交）不抗抗性A0-00B0000C0000D00-00用一個(gè)引物對(duì)兩個(gè)親本、Fl、F2個(gè)體及按抗性分成的兩個(gè)群體進(jìn)行RAPD分析圖數(shù)量性狀基因的定位數(shù)量遺傳學(xué)家曾用經(jīng)典的形態(tài)學(xué)和細(xì)胞學(xué)標(biāo)記法來研究與標(biāo)記相連鎖的個(gè)別數(shù)量性狀，試圖定位數(shù)量性狀基因，由于這些標(biāo)記數(shù)量太少以及技術(shù)上的局限性，極大地限制了對(duì)數(shù)量性狀基因位點(diǎn)的深入研究。1、單標(biāo)記定位法2、區(qū)間作圖法3、復(fù)合區(qū)間作圖法分子標(biāo)記在種質(zhì)資源研究上的應(yīng)用種質(zhì)資源是發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和開展育種工作的物質(zhì)基礎(chǔ)，種質(zhì)資源的研究工作包括搜集、保存、鑒定和利用等一系列工作。分子標(biāo)記在種質(zhì)資源的鑒定、保存和利用研究中主要有

52、以下幾方面的用途。1）繪制品種（品系）的指紋圖譜；2）種質(zhì)資源的遺傳多樣性及分類研究；3）種質(zhì)資源的鑒定和選擇。31繪制品種（品系）的指紋圖譜指紋圖譜是鑒別品種、品系（含雜交親本、自交系）的有力工具，它具有迅速、準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，分子標(biāo)記在植物遺傳育種中的應(yīng)用指紋圖譜技術(shù)主要應(yīng)滿足兩方面的要求，第一是分辨率高，多態(tài)性強(qiáng)，第二是重復(fù)性要強(qiáng)，即穩(wěn)定可靠。作物品種指紋圖譜目前主要有兩類型，一類是蛋白質(zhì)電泳指紋圖，其中包括同工酶和貯藏蛋白（如谷蛋白、醇溶蛋白）。另一類DNA指紋圖譜。DNA指紋的應(yīng)用主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面1）品種鑒定和種子純度鑒定。尤其適于品種間有遺傳差異而品種內(nèi)一致的分析材料，例如無性繁殖

53、的大多數(shù)果樹的品種鑒定，即使是關(guān)系密切的品種也易借助DNA指紋將其區(qū)別開來。2）知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)。UPOV（世界植物品種保護(hù)聯(lián)盟）已交其列為鑒定植物品種真?zhèn)蔚氖侄危乙训玫接N者們的共識(shí)，指紋圖譜會(huì)充分應(yīng)用于品種產(chǎn)權(quán)保護(hù)中去；3）種質(zhì)資源的篩選和保存。指紋技術(shù)在篩選和保存種質(zhì)材料及保證遺傳類型多樣性等方面可能起重要作用?？梢员苊庠谫Y源保存中經(jīng)常發(fā)生的重復(fù)、混淆、避免同名異物和同物異名等現(xiàn)象。32種質(zhì)資源的遺傳多樣性及分類研究分子標(biāo)記是檢測(cè)種質(zhì)資源遺傳多樣性的有效工具，主要用于以下4方面的研究：1）研究種質(zhì)資源考察時(shí)取樣量的大小，取樣點(diǎn)的選擇；2）保護(hù)種質(zhì)資源遺傳完整性的最小繁種群體和最小繁種量的確

54、定；3）核心種質(zhì)篩選；4）種質(zhì)資源（含親本材料）的分類。321種質(zhì)資源遺傳多樣性的評(píng)價(jià)。經(jīng)典的種質(zhì)資源評(píng)價(jià)主要是依據(jù)對(duì)表型性狀的觀察進(jìn)行的，對(duì)質(zhì)量性狀而言，比較容易選到具有目標(biāo)性狀的單株或群體。改良數(shù)量性狀而利用的種質(zhì)一般不是單株，而往往是群體，描述群體特征常用性狀平均數(shù)，方差、變異系數(shù)等指標(biāo)作遺傳多樣性分析。分子標(biāo)記特別是共顯性分子標(biāo)記，可以提示整個(gè)基因組的變異，并分離出各種等位基因，等位基因數(shù)、多態(tài)位點(diǎn)比例等。等位基因平均數(shù)、雜合度、平均雜合度等，這些都是描述群體遺傳多樣性的指標(biāo)。只有那些遺傳多樣性比較豐富的群體，才有較大的利用價(jià)值。322種質(zhì)資源的分類。對(duì)種質(zhì)資源的分類，經(jīng)典的方法主要是

55、根據(jù)表型來進(jìn)行的，即使輔之以生理和生態(tài)指標(biāo)，由于廣泛的引種，基因重組，使得分類較為粗糙，分子標(biāo)記結(jié)合經(jīng)典分類，可大提高分類的準(zhǔn)確性。分子標(biāo)記可計(jì)算自交系間的遺傳距離。Smith用RFLPs數(shù)據(jù)計(jì)算GS（遺傳相似）和MRD（遺傳距離），使同工酶無法區(qū)分的雜交種B73/LA51和LH119/LH51區(qū)分開來，并發(fā)現(xiàn)兩者有94.7%的相同譜帶，用MRD作指標(biāo)進(jìn)行聚類或主成分分析，能很好地將眾多的自交系分成若干組，并證明組間配組雜交具有較大優(yōu)勢(shì)，組內(nèi)配組優(yōu)勢(shì)不強(qiáng)。分子標(biāo)記在輔助選擇中的應(yīng)用目標(biāo)基因與分子標(biāo)記緊密連鎖為利用分子標(biāo)記間接選擇提供了方便，簡(jiǎn)稱分子標(biāo)記輔助選擇，將給傳統(tǒng)的育種研究帶來革命性的變

56、化41有利基因的轉(zhuǎn)移為改善某品種的某一性狀，常用的方法是以此品種作輪回親本，以具有目的性狀基因的另一品系為供體，經(jīng)多次回交。在回交育種過程中，隨著有利基因的導(dǎo)入，與有利基因連鎖的不利基因（或染色體片段）也會(huì)隨之導(dǎo)入，成為“連鎖累贅。利用與目的基因緊密連鎖的DNA標(biāo)記，可以直接選擇在目的基因附近發(fā)生重組的個(gè)體，從而避免或顯著減少連鎖累贅，提高選擇效率。如要把外源種質(zhì)優(yōu)良的隱性性狀通過回交導(dǎo)入另一品種，經(jīng)典方法是回交一次，自交一次，以分離出雙隱性個(gè)體，再與輪回親本回交，用分子標(biāo)記則可選擇只含目標(biāo)性狀的雜合體進(jìn)行下一輪回交，省去自交，可大大縮短育種年限（AA,Aa）。另一方面，分子標(biāo)記也可用于對(duì)整個(gè)

57、基因組的選擇。在每一次選擇目標(biāo)基因的同時(shí)，要求基因組的其余部分盡可能與有利的親本（如回交育種中的輪回親本）一致。在個(gè)體數(shù)為100的群體中，以100個(gè)RELPs標(biāo)記輔助選擇，只要三代就可使后代的基因型回復(fù)到輪回親本的99.2%,而隨機(jī)挑選則需要7代才能達(dá)到,從而大縮短了育種時(shí)間.（50%，75%，87.5%，93.75%，96.875%，98%）農(nóng)作物有許多基因的表型是相同的,在這種情況下,經(jīng)典的遺傳學(xué)研究就無法區(qū)別不同的基因，采用DNA標(biāo)記的方法，先在不同的親本中將基因定位，然后通過雜交或回交將不同的基因轉(zhuǎn)移到一個(gè)品種中,通過檢測(cè)與不同基因連鎖的分子標(biāo)記來判斷生物體是否含有某一基因，以幫助選擇

58、，這樣，實(shí)際上將表型的檢測(cè)轉(zhuǎn)換成了基因型的檢測(cè)，目前，國(guó)際水稻研究所已將抗稻瘟病基因Pi-l,Pi-2和pi4精細(xì)定位,并建成了分別具有這3個(gè)基因等位基因系，他們準(zhǔn)備通過兩兩雜交以獲得含有所有這3年基因的新品系，考察這些基因累加以后的表現(xiàn)，分子標(biāo)記對(duì)單個(gè)基因性狀的選擇，通常是從有目標(biāo)性狀差異的一對(duì)親本雜交的F2開始.分子標(biāo)記與目標(biāo)基因距離越近，目標(biāo)基因被選到的可能性越大.對(duì)多基因控制的數(shù)量性狀選擇比對(duì)單個(gè)基因控制的質(zhì)量性狀選擇復(fù)雜得多，借助分子標(biāo)記間接選擇QTL取決于：1）QTL的精確定位，它依賴于分子標(biāo)記連鎖圖的飽和程度及對(duì)QTL的準(zhǔn)確度量；2）環(huán)境對(duì)QTL的影響，有些QTL表現(xiàn)在不同地點(diǎn)、

59、時(shí)間不同，必須采用多點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較。3）基因型對(duì)QTL的影響。4）選擇效率與性狀遺傳率成反比。應(yīng)用分子標(biāo)記克隆基因克隆基因是遺傳標(biāo)記和基因組作圖最重要的應(yīng)用之一。許多重要基因只有在克隆后，才能加深對(duì)其基本功能的了解并對(duì)其實(shí)施修飾以創(chuàng)造新的表型，以及實(shí)現(xiàn)其在不同品種或物種間的轉(zhuǎn)移。6、分子標(biāo)記在雜種優(yōu)勢(shì)研究中的應(yīng)用雜種優(yōu)勢(shì)可顯著地提高農(nóng)作物產(chǎn)量和改善品質(zhì)，顯性假說和超顯性假說被廣大遺傳育種工作者所接受，兩種假說都有認(rèn)為雙親的遺傳差異和F的高度雜合性是雜種優(yōu)勢(shì)產(chǎn)生的基礎(chǔ)。因而能夠檢測(cè)作物基因組遺傳差異的分子標(biāo)記技術(shù)，為雜種優(yōu)勢(shì)的預(yù)測(cè)提供了強(qiáng)有力的工具。利用分子標(biāo)記，能夠在整個(gè)基因組范圍內(nèi)對(duì)大量

60、親本材料間的遺傳距離進(jìn)行估測(cè)，并在此基礎(chǔ)上有效地預(yù)測(cè)具的強(qiáng)優(yōu)勢(shì)的組合。但是有些研究結(jié)果表明，分子標(biāo)記遺傳距離與雜種優(yōu)勢(shì)間的相關(guān)性較小，難以預(yù)測(cè)雜種優(yōu)勢(shì)。原因有：1）標(biāo)記位點(diǎn)未能更好地覆蓋整個(gè)基因組；2）大多數(shù)標(biāo)記座位的等位基因可能與雜種優(yōu)勢(shì)相關(guān)不密切；3）存在上位性。如果用許多標(biāo)記分析，又有可能混入一些對(duì)雜種優(yōu)勢(shì)無關(guān)的位點(diǎn)，給分析帶來干擾。利用高密度分子標(biāo)記圖譜研究雜種優(yōu)勢(shì)時(shí)，先檢測(cè)與雜種優(yōu)勢(shì)表達(dá)有關(guān)的座位，然后用這些座位的雜合性來預(yù)測(cè)雜種優(yōu)勢(shì)，可能是一條有希望的途徑。7、分子標(biāo)記在雜交育種上的應(yīng)用雜交育種仍是目前植物育種的重要技術(shù)之一，而雜交親本的選配是雜交育種的關(guān)鍵步驟。測(cè)定親本的遺傳距離