作物育種學(xué)總論-緒論

作物育種學(xué)總論

CropBreeding北京農(nóng)學(xué)院陳學(xué)珍80799117cxz56@126.com8/16/20241緒論8/16/20242作物生產(chǎn)的發(fā)展和產(chǎn)量水平的提高改良作物的遺傳特性改善作物的生長(zhǎng)條件兩個(gè)相互結(jié)合的途徑本課程將全面系統(tǒng)地介紹作物育種的基本原理和方法作物育種學(xué)作物栽培學(xué)8/16/20243舉世公認(rèn)的偉大成就新中國(guó)建立以來(lái)我國(guó)糧食保持著7%的年增長(zhǎng)速度以世界7%的耕地生產(chǎn)了24%的糧食養(yǎng)活了22%的人口8/16/20244人均糧食占有量300kg／年溫飽水平的低限400kg／年溫飽略有剩余-小康500kg／年以上充足富裕的水平人均糧食占有量人均糧食占有量發(fā)達(dá)國(guó)家人均糧食占有量為750kg發(fā)展中國(guó)家的人均糧食占有量為250kg450kg／年中等的水平人均糧食占有量8/16/20245我國(guó)到2030年人口將至16億，人民生活水平應(yīng)達(dá)到小康—中等水平，需要有6.4～7.2億噸糧食，即需從目前的4.9億噸凈增糧食1.5～2.3億噸，也就是到2030年要比目前的單產(chǎn)水平提高55%以上，而產(chǎn)品也要提高60%以上。目前，我國(guó)糧食生產(chǎn)水平基數(shù)已很高，在現(xiàn)有農(nóng)業(yè)科技水平上，單產(chǎn)增長(zhǎng)舉步維艱。8/16/20246我國(guó)糧食人均年占有量由1996年的414kg下降到2003年的333kg，低于世界人均400kg的糧食安全標(biāo)準(zhǔn)。8/16/20247從全球看，聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織2002年10月15日發(fā)表的報(bào)告指出，全世界有8.4億人吃不飽飯，每天有2.5萬(wàn)人口直接或間接死于饑餓，其中2／3是兒童。

世界糧食安全狀況8/16/20248世界人口的迅猛增加，尤其是發(fā)展中國(guó)家人口增加的壓力對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、新品種的要求也愈來(lái)愈高。解決這一突出矛盾的根本出路在于依靠科學(xué)技術(shù)，保證世界農(nóng)業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。8/16/20249第一節(jié)作物進(jìn)化與遺傳改良一、作物品種的概念二、自然進(jìn)化與人工進(jìn)化三、遺傳改良在作物生產(chǎn)發(fā)展中的作用8/16/202410一、作物品種的概念作物品種（variety）是人類(lèi)在一定的生態(tài)條件和經(jīng)濟(jì)條件下，根據(jù)人類(lèi)的需要所選育的某種作物的一定群體；這種群體具有相對(duì)穩(wěn)定性的遺傳特性，在生物學(xué)、形態(tài)學(xué)及經(jīng)濟(jì)性狀上的相對(duì)一致性，與同一作物的其他群體在特征、特性上有所區(qū)別；這種群體在相應(yīng)地區(qū)和耕作條件下種植，在產(chǎn)量、抗性、品質(zhì)等方面都能符合生產(chǎn)發(fā)展的需要。作物品種是人工進(jìn)化的、人工選擇的，即育種的產(chǎn)物，是重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料。在植物分類(lèi)學(xué)上，作物品種屬于一定的種及亞種，但不同于分類(lèi)學(xué)上的變種。8/16/202411英文術(shù)語(yǔ)variety兼具變種和品種的含義cultivar

cultivatedvariety栽培品種的合成術(shù)語(yǔ)專(zhuān)指品種，以有別于變種品種的特點(diǎn)：（1）品種是經(jīng)濟(jì)上的類(lèi)別，具有突出的、符合生產(chǎn)需要的經(jīng)濟(jì)性狀；（2）品種的利用具有時(shí)間性；（3）品種的利用具有區(qū)域性。品種與良種的區(qū)別：良種是品種的播種材料。8/16/202412二、自然進(jìn)化與人工進(jìn)化現(xiàn)有的各種各樣植物都是從原始植物演變而來(lái)的；現(xiàn)有各種作物，屬于栽培植物，都是從野生植物演變而來(lái)的。這種演變發(fā)展的過(guò)程稱(chēng)為進(jìn)化過(guò)程。8/16/202413變異自然界人工創(chuàng)造遺傳特性人工選擇新品種或物種所有生物的進(jìn)化決定于三個(gè)基本因素即變異、遺傳和選擇遺傳變異是進(jìn)化的內(nèi)因和基礎(chǔ)，選擇決定進(jìn)化的發(fā)展方向8/16/2024141.變異自然變異：自然突變、天然異交人工創(chuàng)造變異：（人工雜交；人工誘變；生物技術(shù)）2.選擇自然選擇：有利于自身生存——適應(yīng)性人工選擇：符合人類(lèi)需要——經(jīng)濟(jì)性狀現(xiàn)代作物品種是在自然選擇基礎(chǔ)上人工選擇的產(chǎn)物8/16/202415野生植物漫長(zhǎng)的自然選擇和人工選擇經(jīng)馴化成為作物從古老的原始地方品種經(jīng)不斷選育現(xiàn)代品種8/16/202416作物育種實(shí)際上就是作物的人工進(jìn)化，是適當(dāng)利用自然進(jìn)化的人工進(jìn)化，其進(jìn)程遠(yuǎn)比自然進(jìn)化為快。8/16/202417野生小麥栽培小麥野生稻栽培稻栽培大麥野生大麥8/16/202418野生棉栽培棉8/16/202419新中國(guó)成立以來(lái)先后培育出41種作物的5000多個(gè)新品種、新組合我國(guó)農(nóng)作物品種更換了4～5次每更換一次增產(chǎn)10%~30%三、遺傳改良在作物生產(chǎn)發(fā)展中的作用遺傳改良就是作物品種改良。在作物生產(chǎn)中，新品種的應(yīng)用、增施肥料、防治病蟲(chóng)害和改善管理等方面，品種的作用最大。新品種的應(yīng)用在提高作物產(chǎn)量方面占40%。8/16/202420水稻單季雙季高稈矮稈常規(guī)稻雜交稻品種改良已推廣雜交水稻累計(jì)達(dá)2.33億hm2增產(chǎn)糧食達(dá)3000多億kg矮稈種質(zhì)的鑒定及利用水稻矮腳南特水稻低腳烏尖小麥農(nóng)林10號(hào)第一次綠色革命8/16/202421優(yōu)良品種是指在一定地區(qū)和耕作條件下能符合生產(chǎn)發(fā)展要求，并具有較高經(jīng)濟(jì)價(jià)值的品種。生產(chǎn)上所謂良種，應(yīng)包括具有優(yōu)良品種品質(zhì)和優(yōu)良播種品質(zhì)的雙重含義。優(yōu)良品種在發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的作用：

1.提高單位面積產(chǎn)量2.改進(jìn)產(chǎn)品品質(zhì)3.保持穩(wěn)產(chǎn)性和產(chǎn)品品質(zhì)4.擴(kuò)大作物種植面積5.有利于耕作制度的改良、復(fù)種指數(shù)的提高、農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展及勞動(dòng)生產(chǎn)率的提高

8/16/202422第二節(jié)作物育種學(xué)的發(fā)展8/16/202423作物育種學(xué)的概念：是研究選育及繁殖作物優(yōu)良品種的理論與方法的科學(xué)。基本任務(wù)：研究育種規(guī)律；培育新品種，實(shí)現(xiàn)品種良種化；繁育良種，實(shí)現(xiàn)種子標(biāo)準(zhǔn)化。性質(zhì)：人工進(jìn)化的科學(xué)；綜合性的應(yīng)用學(xué)科；實(shí)踐性強(qiáng)。作物育種學(xué)與作物栽培學(xué)有著密切的聯(lián)系，是作物生產(chǎn)科學(xué)的兩個(gè)不可偏缺的主要學(xué)科。一、作物育種學(xué)的性質(zhì)和任務(wù)8/16/202424二、作物育種學(xué)的主要內(nèi)容育種目標(biāo)的制訂及實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的相應(yīng)策略；種質(zhì)資源的搜集、保存、研究評(píng)價(jià)、利用及創(chuàng)新；選擇的理論與方法；人工創(chuàng)新變異的途徑、方法及技術(shù)；雜種優(yōu)勢(shì)利用的途徑與方法；目標(biāo)性狀的遺傳、鑒定及選育方法；作物育種各階段的田間實(shí)驗(yàn)技術(shù)；新品種的審定、推廣和種子生產(chǎn)。8/16/202425三、常規(guī)育種的技術(shù)特點(diǎn)常規(guī)育種的主要任務(wù)（1）提高產(chǎn)量（2）改進(jìn)品質(zhì)（3）增強(qiáng)抗逆性常規(guī)育種的特點(diǎn)（1）綜合多個(gè)優(yōu)良基因，同步改良農(nóng)作物的產(chǎn)量、品質(zhì)、抗性水平（2）盲目性較大（3）育種既是科學(xué)又是藝術(shù)8/16/202426四、作物育種學(xué)的發(fā)展與分子育種的興起（一）作物育種學(xué)的發(fā)展1927Hayes&Garber（美）《作物育種》1935Vavilov

（蘇）《植物育種的科學(xué)基礎(chǔ)》1942Hayes&Immer（美）《植物育種方法》1960Allard（美）

《作物育種原理》1936王綬（中）《中國(guó)作物育種學(xué)》1948沈?qū)W年（中）《作物育種學(xué)泛論》1976蔡旭（中）《植物遺傳育種學(xué)》1981西北農(nóng)學(xué)院《作物育種學(xué)》8/16/202427育種目標(biāo)要求不斷提高種質(zhì)資源工作得到廣泛的重視測(cè)試手段逐步完善開(kāi)拓育種的新途徑和新技術(shù)現(xiàn)代作物育種的發(fā)展動(dòng)向增產(chǎn)潛力、抗耐性、適應(yīng)性、產(chǎn)品品質(zhì)、適應(yīng)機(jī)械操作搜集、保存、研究評(píng)價(jià)、利用及創(chuàng)新目標(biāo)性狀進(jìn)行微量、快速、精確的鑒定方法人工誘變育種、倍性育種遠(yuǎn)緣雜交育種、細(xì)胞工程染色體工程、基因工程8/16/202428（二）分子育種的興起1953年

Watson＆Crick發(fā)現(xiàn)遺傳物質(zhì)脫氧核糖核酸的雙螺旋結(jié)構(gòu)，分子生物學(xué)的新時(shí)代。1973年

BergDNA重組成功，生物技術(shù)和生物工程階段；定向改造生物的新階段。植物基因工程在育種上應(yīng)用最重要的突破是在抗逆性育種方面。Beachy

研究組將TMV外殼蛋白基因引入煙草，轉(zhuǎn)基因抗性育種。8/16/202429蘇云金芽孢桿菌的Bt殺蟲(chóng)晶體蛋白基因轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)品種對(duì)棉鈴蟲(chóng)、玉米螟等害蟲(chóng)表現(xiàn)出高水平的防治效果在植物抗蟲(chóng)性方面棉花、玉米馬鈴薯等和常規(guī)的育種技術(shù)相比，基因工程有三大顯著的優(yōu)點(diǎn)1．源于生物的有利基因在人、動(dòng)物、植物、微生物四大系統(tǒng)內(nèi)可進(jìn)行隨機(jī)交換2．可以獲得生物的定向變異3．是使個(gè)別目的基因轉(zhuǎn)移的技術(shù)8/16/202430第三節(jié)

作物育種的成就與展望8/16/202431一、近代育種的成就主要表現(xiàn)在以下四個(gè)方面（一）新品種的選育與推廣（二）種質(zhì)資源的收集、保存和創(chuàng)新（三）育種新方法及技術(shù)研制和利用（四）目標(biāo)性狀的選育方面