作物育种学v绪论绪论作物进化与遗传改良作物进化与遗传改良作物育种与农业生产作物育种与农业生产作物育种学的内容和主要育种方法作物育种学的内容和主要育种方法作物育种的成就与未来作物育种的成就与未来v7%的耕地面积v25%的粮食总产v22%的人口食粮粮食安全问题非常突出粮食安全问题非常突出q人口增长q耕地刚性减少q生活水平提高出路：出路：依靠科技进步依靠科技进步（品种改良（品种改良+ +栽培技栽培技术提高）术提高），提高单产和总产，促进农业，提高单产和总产，促进农业持续稳定发展持续稳定发展一、作物进化与遗传改良一、作物进化与遗传改良q现有的各种作物都是从野生植物演变而来的，现有的各种作物都是从野生植物演变而来的，演变发展的过程称为进化过程。演变发展的过程称为进化过程。普通野生稻普通野生稻栽培水稻栽培水稻一、作物进化与遗传改良一、作物进化与遗传改良q生物进化的三个基本因素变异：子代与亲代不同变异：子代与亲代不同遗传：子代与亲代相同或相似遗传：子代与亲代相同或相似选择：决定生物进化的方向选择：决定生物进化的方向q自然进化和人工进化自然进化和人工进化自然进化：自然进化：自然变异和自然选择的进化。生物适应的自然变异和自然选择的进化。生物适应的需要。需要。人工进化：人工进化：人工创造变异并进行人工选择的进化。适人工创造变异并进行人工选择的进化。适应人类发展生产的需要。应人类发展生产的需要。v作物育种就是对作物进行遗传改良。现代的作物品种作物育种就是对作物进行遗传改良。现代的作物品种是在自然选择基础上的人工选择，是人工进化的产物。是在自然选择基础上的人工选择，是人工进化的产物。二、二、 作物育种与农业生产作物育种与农业生产q作物育种学的任务作物育种学的任务1、定义：、定义： 研究作物优良品种的选育及其繁殖的理论与方法的科学研究作物优良品种的选育及其繁殖的理论与方法的科学2、任务：、任务：选育作物优良新品种，实现品种良种化。选育作物优良新品种，实现品种良种化。生产又多又好的优质种子（良种），实现种子标准化。生产又多又好的优质种子（良种），实现种子标准化。 二、二、 作物育种与农业生产作物育种与农业生产1.作物品种的概念作物品种的概念1、定义：、定义： 一定的生态和经济条件下，根据人类的需要选育的一定的生态和经济条件下，根据人类的需要选育的植物群体植物群体，具有具有相对稳定相对稳定的遗传特性，在生物学、形态学和性状上的的遗传特性，在生物学、形态学和性状上的相相对一致性对一致性，又与其它群体有所区别；在一定地区和一定的栽，又与其它群体有所区别；在一定地区和一定的栽培条件下，在产量、品质、抗性和适应性等方面培条件下，在产量、品质、抗性和适应性等方面符合生产的符合生产的要求要求。2、内涵：、内涵： 新颖性、特异性、稳定性、一致性、经济性、适应性。即：新颖性、特异性、稳定性、一致性、经济性、适应性。即： DUS: Distinction, Uniformity, Stability VCU: Value for Cultivated Use二、二、 作物育种与农业生产作物育种与农业生产3、特点：、特点：是人工进化的产物是人工进化的产物不是植物学分类单位不是植物学分类单位是重要的农业生产资料是重要的农业生产资料品种的利用具有地区适应性品种的利用具有地区适应性品种的利用有时间性。品种的利用有时间性。二、二、 作物育种与农业生产作物育种与农业生产q作物品种的类型作物品种的类型1、按起源分：、按起源分： 农家品种农家品种改良品种改良品种2、按遗传特点分：、按遗传特点分：自交系品种，又称纯系品种：自交系品种，又称纯系品种：连续多代自交连续多代自交+选择。基因型纯合。选择。基因型纯合。杂交种品种：杂交种品种：利用利用F1的杂种优势。基因型高度杂合。的杂种优势。基因型高度杂合。群体品种：群体品种：遗传基础比较复杂，类型较多。包括；异交作物的自遗传基础比较复杂，类型较多。包括；异交作物的自由授粉品种和综合品种以及自交作物的杂交合成品种和多系品种由授粉品种和综合品种以及自交作物的杂交合成品种和多系品种。无性系品种：无性系品种：无性繁殖植物的品种。基因型由母本决定，表型与无性繁殖植物的品种。基因型由母本决定，表型与母本相同。母本相同。二、二、 作物育种与农业生产作物育种与农业生产q作物优良品种的作用作物优良品种的作用1、提高单位面积产量：、提高单位面积产量：是是作物优良品种的根本作用。作物优良品种的根本作用。 年份年份 产量产量（t/hm2） 平均年递增率平均年递增率英国小麦英国小麦 1750 1 1850 1.7 0.53 1950 2.7 0.46 1990 7 2.30我国水稻我国水稻 1950 1.9 2000 6.23 2.6 小麦小麦 1949 0.64 1996 3.93 3.83 近代作物增产速度明显加快近代作物增产速度明显加快 。增产因素：增产因素：品种改良品种改良（育种）（育种）+ +栽培技术改进。栽培技术改进。二、二、 作物育种与农业生产作物育种与农业生产品种改良与栽培技术改进对作物增产的贡献品种改良与栽培技术改进对作物增产的贡献 遗传学著名公式遗传学著名公式 P G E GE表现型表现型 基因型基因型 环境环境 基因型与环境互作基因型与环境互作产量产量 品品 种种 栽培栽培 良种良种+良法良法品质等品质等 （内因）（内因） （外因）（外因） 二、二、 作物育种与农业生产作物育种与农业生产 作物育种和栽培对作物产量提高的作物育种和栽培对作物产量提高的都很重要都很重要 ，但贡献率在变化：但贡献率在变化： 过去过去 栽培育种栽培育种 现在现在 约各占约各占50 未来未来 育种栽培育种栽培 原因：原因：现代育种水平提高很快，如生物技术的应用现代育种水平提高很快，如生物技术的应用 栽培技术提高相对较难：栽培技术提高相对较难： 病虫草防治、施肥等栽培措施已经基本完善病虫草防治、施肥等栽培措施已经基本完善 这些技术本身也在被作物育种所取代：这些技术本身也在被作物育种所取代： 如抗病、抗虫、抗除草剂的转基因品种培育如抗病、抗虫、抗除草剂的转基因品种培育二、二、 作物育种与农业生产作物育种与农业生产q作物优良品种的作用作物优良品种的作用2 、 改进产品品质改进产品品质3 、 增强抗病（生物）、抗逆性（环境），保持稳产增强抗病（生物）、抗逆性（环境），保持稳产4 、 扩大栽培区域（生育期缩短、扩大栽培区域（生育期缩短、抗逆性增强等抗逆性增强等）5 、 适应先进的农业生产技术（机械化，大棚）适应先进的农业生产技术（机械化，大棚）6、 利于耕作制度的改良，提高复种指数利于耕作制度的改良，提高复种指数三、作物育种学的内容和主要育种方法q作物育种学的内容（基本环节）作物育种学的内容（基本环节） 确立育种目标确立育种目标 种质资源收集、保存、研究、利用及创新种质资源收集、保存、研究、利用及创新 创造变异群体（诱变、杂交、转化）创造变异群体（诱变、杂交、转化） 鉴定优良基因型（常规技术鉴定优良基因型（常规技术+ +新技术，如，新技术，如，MASMAS） 品种试验示范（区试、审定）品种试验示范（区试、审定） 新品种推广应用（种子开发）新品种推广应用（种子开发）三、作物育种学的内容和主要育种方法q作物育种的主要方法作物育种的主要方法引种（引种（包括：引种驯化等包括：引种驯化等）系统育种系统育种(纯系育种纯系育种)杂交育种，杂交育种，包括：回交、远缘杂交等包括：回交、远缘杂交等杂种优势利用：杂种优势利用：人工去雄、化学杀雄、自交不亲和人工去雄、化学杀雄、自交不亲和 、雄性不育（雄性不育（CMS、GMS）诱变育种：诱变育种：理化因素、太空射线（航天育种）理化因素、太空射线（航天育种）生物技术育种生物技术育种: 细胞技术、染色体技术、分子育种细胞技术、染色体技术、分子育种（基因工程、分子标记辅助育种技术，简称（基因工程、分子标记辅助育种技术，简称MAS）表型鉴定表型鉴定分子检测分子检测什么是分子标记辅助选择？什么是分子标记辅助选择？什么是分子标记辅助选择？什么是分子标记辅助选择？四、作物育种的成就与未来四、作物育种的成就与未来q成就：成就：v新品种的选育与推广方面：新品种的选育与推广方面：选育了大批作物新品种并大面选育了大批作物新品种并大面积推广应用积推广应用。20世纪世纪60年代：年代：绿色革命绿色革命，水稻、玉米、小麦矮化育种。，水稻、玉米、小麦矮化育种。单产增产单产增产15%以上。以水稻为例：以上。以水稻为例：1956我国广东南特号我国广东南特号矮脚南特（矮脚南特（sd-1） 1959杂交育成杂交育成广场矮广场矮1966IRRI通过低脚乌尖与 Peta 杂交育成IR8 低脚乌尖原产于中国台湾及福建，它现在几乎是世界所有国家矮杆水稻品种的祖先。四、作物育种的成就与未来四、作物育种的成就与未来q成就：成就：20世世纪纪70年年代代，雄雄性性不不育育基基因因的的发发现现及及利利用用第第二二次绿色革命次绿色革命。又使单产增产。又使单产增产15%以上。以上。1964袁隆平开创我国水稻杂优利用“杂交水稻之父” 1970李必湖发现野败不育株（ CMS， WA）使之成 为现实 1973年石明松发现光温敏核不育基因（PGMS），实现了两系法杂交水稻的利用四、作物育种的成就与未来四、作物育种的成就与未来q成就：成就：不断破单产记录不断破单产记录优优6号：号： 2004年创单产1219.9 kg新世界记录。优优28： 2005年 创单产1229.97kg世界新记录。优优4886：2006年亩产1279.7kg又刷新记录。四、作物育种的成就与未来四、作物育种的成就与未来q成就：成就：v种质资源的收集、保存方面种质资源的收集、保存方面20世纪世纪50年代，进行全国农作物地方品种大收集。年代，进行全国农作物地方品种大收集。70年代年代末至末至80年代初又补充征集。共收集了近年代初又补充征集。共收集了近 30 万份。万份。 近近20年来，从年来，从72个国家和国际组织引进个国家和国际组织引进78种作物种质种作物种质 2 万万余份，包括甜菊、多种蔬菜等一些新作物和新类型。余份，包括甜菊、多种蔬菜等一些新作物和新类型。通过征集、考察收集和国外引种，目前我国共获得作物通过征集、考察收集和国外引种，目前我国共获得作物种质资源近种质资源近 38万份。从数量上仅次于美国，踞世界第二位。万份。从数量上仅次于美国，踞世界第二位。但保存的材料但保存的材料 80% 以上是原产中国的。以上是原产中国的。 通过对收集材料的初步分析，明确了一系列科学问题。通过对收集材料的初步分析，明确了一系列科学问题。建立了国家种质库建立了国家种质库丰富多样的作物种质资源保存保存180种作物种作物33.2万份种质万份种质国家种质库外景国家种质库外景国家种质库内景国家种质库内景国家种质库库体国家种质库库体长期库：长期库：-182，RH50%。 30-70 年中期库：中期库：-42， RH 50%，10-20年四、作物育种的成就与未来四、作物育种的成就与未来q成就：成就：v育种新设备、新技术应用方面育种新设备、新技术应用方面利用人工气候箱开展水稻科学研究利用人工气候箱开展水稻科学研究四、作物育种的成就与未来四、作物育种的成就与未来l全世界进入田间试验的转基因植物已超过全世界进入田间试验的转基因植物已超过500多种多种l世界各国批准的转基因作物近世界各国批准的转基因作物近90种：种： 主要作物为大豆主要作物为大豆54、玉米、玉米28、棉花、棉花9%、油菜、油菜9% 其它，番茄、马铃薯、木瓜、番木瓜等其它，番茄、马铃薯、木瓜、番木瓜等 抗性转基因品种占绝大多数抗性转基因品种占绝大多数 抗除草剂（抗除草剂（71%）、抗虫（）、抗虫（28%）、双抗（）、双抗（1%） 提高品质性状（提高品质性状（1%）四、作物育种的成就与未来四、作物育种的成就与未来 我国的农业基因工程研究于我国的农业基因工程研究于80年代初期后开始年代初期后开始启动。并于启动。并于80年代中期开始将生物技术列入国家年代中期开始将生物技术列入国家高技术发展计划，即高技术发展计划，即863计划。计划。 我国正在研究的转基因植物种类达我国正在研究的转基因植物种类达47种，涉及种，涉及各类基因各类基因103个。目前在我国有个。目前在我国有6种转基因植物被种转基因植物被批准进行商品化生产。包括：转基因耐贮藏番茄，批准进行商品化生产。包括：转基因耐贮藏番茄，转查尔酮合成酶基因矮牵牛、抗病毒甜椒、抗病转查尔酮合成酶基因矮牵牛、抗病毒甜椒、抗病毒番茄，抗虫棉花等。毒番茄，抗虫棉花等。四、作物育种的成就与未来q未来：未来：作物育种学对粮食增产、保障粮食安全、提高人类生作物育种学对粮食增产、保障粮食安全、提高人类生活质量仍将继续做出不可替代的作用。只要有种植业活质量仍将继续做出不可替代的作用。只要有种植业的存在，就离不开作物育种的存在，就离不开作物育种作物育种目标提高，将更加多元化作物育种目标提高，将更加多元化种质资源的搜集、保存、研究、利用和创新将更加受种质资源的搜集、保存、研究、利用和创新将更加受到重视。到重视。 物种界限被打破，实现遗传物质大交流物种界限被打破，实现遗传物质大交流传统育种技术与现代生物技术紧密结合，现代生物技传统育种技术与现代生物技术紧密结合，现代生物技术在未来的作物育种中将发挥关键的作用术在未来的作物育种中将发挥关键的作用四、作物育种的成就与未来 传统遗传学：种瓜得瓜种瓜得瓜 种豆得豆种豆得豆 现代育种学： 种豆得瓜？！种豆得瓜？！ 科学家+设计师+艺术家=育种家! ?复习思考题复习思考题1、什么叫品种？试说明优良品种应具备的条件。2、良种在农业生产中的地位和作用。3、谈谈对作物育种学的认识。 课外阅读参考书课外阅读参考书1、北京农业大学。1989。植物育种学。北京：北京农业大学出版社2、西北农业大学。1981。作物育种学。北京：农业出版社3、潘家驹。1994。作物育种学总论。北京：农业出版社4、Fehr W.R.,1987. Principles of Cultivar Development. Vpl.I: Theory and Techniques. New York: Macmillan Pub.Co.