农学院作物育种学讲义纲要_考试复习专用.doc

作物育种学概要2007育种学品种：是在一定生态条件、经济条件和栽培条件下，按照人类的需要，经人工选育而产生的某一作物的某种群体（类型）；具有相对稳定的遗传基础，相对一致的形态特征、生物学特性和经济性状，并具备一定条件下的生产力和经济价值。（品种三性：稳定性，特异性，一致性）作物育种学：是研究选育和繁育作物优良品种的理论与方法的科学。基本任务：研究育种规律，创造优良品种，生产又多又好的品种，实现品种良种化，种子标准化，充分发挥优良品种的增产作用。育种目标1 高产 2 2 稳产（1）抗病虫性；（2）对不良气候、土壤条件的抗性或耐性。3 优质4 适应机械化操作的要求（1）株型：要求整齐一致；（2）抗倒折，结穗结荚部位适中；（3）成熟期一致（如棉花吐絮快，目前水快），不易落粒，落穗。牧草育种的主要时间目标性状：1丰产性：干草产量；种子产量；再生性牧草及饲料在刈割后恢复生长的能力；多刈性一个生长季节内牧草可以刈割并形成经济产量的次数；密度和分枝能力 ；株型。2、品质：营养成分；适口性：家畜采食时的喜好程度；消化率；有素有害成分。3抗性：抗寒、耐旱、耐热；抗病；抗虫；耐盐碱；耐践踏和耐牧。4其他目标：适于牧草轮作；适合改良沙化、退化草地；具有较强的水土保持能力；耐除草剂；适于机械化作业。制订育种目标的一般原则一立足当前，展望未来，富有预见性。二突出重点，分清主次，抓住主要矛盾。三明确具体，性状指标落实。四必须面向特定的生态地区和栽培条件。 作物的繁殖方式：1 有性繁殖： 自花授粉；异花授粉； 常异花授粉。2 无性繁殖作物：营养体繁殖，无融合生殖。 作物的品种类型：1 自交系品种：自交系品种，又称纯系品种。由多代自交导致基因型的分离和纯合而成。包括自花授粉作物、常异花授粉作物的自交系品种和异花授粉作物的自交系。在隔离授粉条件下，可连续多代自交留种，不需每年购买种子。2 杂交种品种：由自交系或纯系品种杂交而成的F1代。基因型高度杂合，但群体中不同个体的基因型相对一致，因而植株生长整齐、杂种优势明显，表现出很高的生产力。但F2代发生分离，生产力明显下降，因此，杂交种子只能利用一年。自交的遗传效应：（1）基因型与表现型的相对一致性。（2）遗传行为的相对稳定性。（3）适于自花授粉，基本上没有自交衰退现象。（4）自交不是绝对的，仍有很少的异交或异花授粉，同时还会发生基因突变。异交的遗传效应：（）基因型的复杂性和杂合性导致了表型的多样性。（）遗传行为的不稳定性。（）异花授粉作物自交衰退严重。种质资源：一切具有一定种质或基因的生物类型总称为种质资源。种质资源是用以培育新品种的原始材料，即育种材料，是新品种选育的遗传基础。按种质资源的来源分类：本地种质资源；外地种质资源； 野生植物资源；人工创造的种质资源。按亲缘关系划分：初级基因库；次级基因库；三级基因库。种质资源的保存：种植保存；贮藏保存；试管保存；基因文库技术；利用保存。引种驯化：收集和引进种质资源，在人工的选择培育下，使野生种成为栽培种，使外地的品种成为本地品种的措施和过程。1、低温长日性作物的引种规律高纬度地区品种，引种到低纬度地区种植，由于该地冬季温度高和春季的日照短，不能满足低温和长日照，表现生育期延迟、营养器官加大、不能开花结实。低纬度地区品种，引种到高纬度地区种植，由于该地区冬季温度低和光照长，表现生育期缩短、植株矮小、产量低、春季可能冻害。冬播区春性品种引到春播区春播：早熟、高产春播区春性品种引到冬播区冬播：迟熟、冻害（视品种和引种地情况）2、高温短日性作物的引种规律（1）原产低纬度的品种：春播（次生生态型）、夏播（原始生态型）和秋播春播品种（感温） ：引到高纬度地区春播种植，由于温度低，表现生育期延长、营养器官增大。但只要积温满足，可以获得高产。而长光照对发育影响小。 夏播品种（感光）：引到高纬度地区种植，由于光照长， 不能满足对短光照的要求，表现植株高大、迟熟、后期可能冻害。（2）原产于高纬度地区的品种（感温） ：引种到低纬度地区种植，由于高温高，容易满足温度要求，表现生育期缩短、营养器官变小、产量低。（3）原产于高海拔地区的品种（感温）：引到同纬度平原，早熟低产。引种环节1、明确的目标和要求：当地生产急需的品种，有针对性的引。2、先试后引：引种试验。3、植物检疫。4、引种与选择相结合；引种与繁种相结合；引种与栽培相结合。选择育种：是直接利用自然变异,通过单株选择和后代比较试验培育新品种的育种途径。作物品种自然变异的原因 （1）自然异交：引起基因重组（2）自然变异: 基因或染色体变异（3）新育成品种内的剩余变异（彷徨变异）杂交育种：利用不同遗传基础和优良性状的亲本，通过有性杂交的方法，创造出新的遗传变异，选出优点多于亲本，缺点少于亲本，并能稳定遗传的新品种的育种方法叫杂交育种法。一般指品种间杂交。而变种或亚种以上杂交称远缘杂交。 单交（成对交）1、概念：就是两个亲本，一为母本，一为父本的成对杂交，用AB或A/B表示。3、要求：两亲的综合性状都比较好，优点多，缺点少，且能互补，性状总体基本上符合育种目标要求。2 复交1、概念：最少由三个以上亲本组成的杂交称复交。2、组配原则：（1）育种目标要求综合性状优良的骨干亲本（农艺亲本）在杂交后代的遗传比重较大；（2）某些提供个别优良性状的亲本（供体亲本），使其在后代的遗传比重较小，使不好的，不需要的性状表现不出来。3、复交方式（1）三交（AB）C（可表示为：A/B/C）。假如A是骨干亲本，这种组配方式就不合理。骨干亲本应在最后杂交。应为（BC）A或A（BC）（2）双交：四个亲本两两杂交，其F1再进行杂交的方式叫双交。（AB）（CD）（可表示为：A/B/C/D）。其后代的遗传比重各占1/4，这种情况下，4个亲本的优劣无轻重之分。每亲本综合性状好，每亲本各有需要的特征特性。如果我们希望其中某一亲本的遗传比重大，就应考虑采用：（AB）（AC）。应把骨干亲本放在最后一次杂交。骨干亲本的遗传比生不应少于1/2，而应高些。上述（AB）C与（AC）（BC）在核遗传组成上是一样的，但在选择进程和效果上，两者有以下差别：a双交方式的复交亲本是F1，因此在复交F1中就有可能出现综合三个亲本性状的类型。而三交方式的复交亲本只有一个是单交F1，另一个是品种，要在复交的F2中才有可能出现综合三个亲本性状的类型。因此，二者的选择进程相差一年；b双交方式的两个单交后代都可同时进行选择，而在三交方式只有一个单交后代可进行选择，但由于三交方式的骨干亲本放在最后，这样，单交后代的选择就没有意义。例如：（华北672辛石麦）（早熟1号华北672）。华北672是骨干亲本，可对两单交后代进行选择。但对（辛石麦早熟1号）由于其不是骨干亲本，后代选择没有意义。C 双交方式的两个单交亲本可以在F1或F2，F3进行复交，比较灵活机动，而三交方式则主要在F1进行杂交，否则将延长育种年限。（3）四交：（AB）CD依此类推在有五交、六交遗传组成：1/8，1/8，1/4，1/2（AD）（BD） 要比四交好F1（CD） 节省时间1/4，1/2（同上述双交与单交一样） 1 系谱法概念：对杂交组合后代，从开始分离的世代开始（单交指F2代，复交指F1代）采用连续多代的单株选择法，一直到育成优良的稳定的系统为止。用这样的方法育成的品系或品种可追溯它的历史亲缘关系，故称为系谱法。1、F1的处理（1）群体特点，种植管理：按组合分小区均匀点播或单本植，邻近种植相应的亲本品种为对照品种，以利淘汰其杂种；给予良好的栽培管理，以多数种子来扩大F2代的群体。（2）工作任务：观察性状的显隐性，淘汰假杂种及表现不良的杂交组合。生育期间要记载目标性状表现以及出现的特殊性状；观察有无杂种优势。单交F1不作选择，但复交F1进行选择。（3）收获：每组合混收，混合脱粒，记好组合名称，贴上标签。复交F1进行选择的，则应分单株收获，记好组合名称、株号。2、F2（或复交F1）代的处理（1）群体特点：出现变种变异和分离，是分离最强烈的世代。植株高矮不一。（2）种植管理：按组合分区播种，均匀点播或单本植，并种植对照种和亲本品种。加强田间管理。使每个单株得到充分的发育，性状得到充分的表现，并应注意水肥管理的一致性，以保证单株选择的可靠性。F2群体的数量可根据育种目标，杂交方式，组合优劣和目标性状的遗传特点而定。若育种目标的要求面广，如抗病、早熟，则应扩大群体，采用多品种复交的要比单交群体大；优良组合的群体要大；表现不良，但又不宜淘汰的组合宜少；目标性状是数量性状的宜大，是质量性状的可小。一般单交F2代：水稻，小麦每组合最少要种2000株，多的5-6千株，甚至过万株。群体过小，变幅小，难以选到极端的有利基因型，但又不宜过大，过大因栽培条件难于一致，不易鉴定出来。（3）工作任务：从优良的杂交组合中选优良的单株，并继续淘汰不良的杂交组合。选择是F2代的工作重点，如何进行选择？a根据遗传动态选株：认真详细地观察记载，并根据遗传知识推断性状的遗传动态。如F2某性状与亲本相同的个体（称同亲型个体）比较多，则可以推断这种性状的基因数目必然比较少，纯合的个体比较多，后代分离的多样性较小，变幅不可能太大。这样的性状可在F2进行选择。若性状的同亲型个体不多，后代的变异类型必然多，选择的有效性也就降低。b根据性状的遗传规律选株：不同性状早期选择的效果不同，质量性状早期选择有效，简单的数量性状早期选择效果次之，复杂的数量性状早期选择不可靠，效果不好，据此确定早代选择与否。如早熟性，早代的遗传力较高，早代选择有一定作用（是简单的数量性状），而每株穗数F2的遗传力较低，早代选择效果差。由于复杂数量性状早代选择的效果不如后期世代的效果好，故产量性状在早期世代不宜选择过严，应放宽选择标准。c坚持优中选优的原则：在优良的组合系统中选优株，效果较好。孤立地选效果不好。在同一世代中，单纯根据单株优劣选择可靠性差，在优系中选效果次之；在优良系统群中选择优株的可靠性高。总之，对F2的选择可概括为：对同亲型个体可提高选择标准，非同亲型个体放宽选择标准；质量性状可提高选择标准，数量性状宜放宽选择标准；简单的数量性状（遗传力较多的）可提高选择标准，复杂的数量性状（遗传力低）宜放宽选择标准；优良的杂交组合多选，一般的宜少选，不良的组合可淘汰不作选择。一般选5%或5%的单株，视具体情况而定。（4）收获：入选单株分株收获，稻、麦等有分蘖作物应连根拨起。属同一组合的单株捆成一捆并标明行号，除棉花等经济作物因特殊需要进行必要的考种外，一般只需进行一些简单的观察，如粒色、籽粒硬度，饱满度等，并淘汰明显不良的单株。当选单株进行系谱编号，按组合、世代顺序，如：A-3-5-2（A表示组合，3表示世代）一直编到性状稳定为止。3、F3代（1）特点：株行（系）间的差异较大，而株系间的差异比F2小，也有极少数株行表现一致，但仍然是分离世代。（2）种植管理：首先按组合，再按单株种成小区成为株行（系），均匀点播或单本植，并按排对照和亲本品种。（3）工作任务：选择优良株行（系）中的优良单株。首先应根据组合、株系的优劣选择，在此基础上选择优良单株，选择的可靠性比F2提高。可根据生育期、抗病性、抗逆性及产量因素等性状的综合表现选株。选择的数量：在优良的株系内一般选3-5个更优良的单株，不优良的株系淘汰。F2是大量和大幅度分离的世代，F3是继续分离，一些重要性状开始形成的世代。对F2、F3代的选择是一个关键性的世代，应十分认真对待。（4）收获：当选单株仍单收单脱，室内考种，进行系谱编号。若有个别株系已基本整齐一致，表现又特殊优异，在选择优株之后，可将其植株混收，下年提升的产量比较试验。4、F4及以后的分离世代：（1）特点：F4分离更少了，开始形成系统群。系统群是指从F3代一个株系中所选择的若干单株所组成的F4株系，系统群内的株系称为姊妹系。其外部形态，丰产性能等差异不大，但不同系统群之间的差异较大。（2）工作任务：工作重点已从选择单株开始转移到选择优良一致的株系。对F4代以后的材料可作几种处理：a突出优良而且稳定的系可以作为一个群体来处理，越级提升到产量试验中；b系统群的姊妹系之间的性状稳定一致，而且符合育种目标的，可将其混合在一起来处理，升级到产量试验，并加快种子繁殖。c多数性状符合要求，还有少数若干性状分离的系，继续选择优良单株，直到纯合为止。（4）收获：同F32 混合法3衍生系统法4.单籽传法 杂交育种程序1.1 原始材料圃和亲本圃1.2 选种圃1.3 鉴定圃1.4 品（系）比较试验1.5 区域试验全国全省统一方案、多年多点的试验是：区域试验、生产试验。回交育种：在两个亲本杂交的基础上，将其杂交后代再与亲本之一进行连续多次的杂交的育种方法。对于轮回亲本的选择：（1）综合性状优良，具有良好的丰产性和适应性，只有个别需要改造的缺点。对于非轮回亲本的选择：（1）目标性状突出，因为目标性状在新的遗传背景下有可能被削弱；（2）需要转育的性状最好为单基因、显性、遗传力高和易于鉴定。当然，隐性性状也可以转育，但转育的时间较长。（3）除了需要转育的目标性状外，其它性状不必作为选择的重要标准。 回交育种方法与程序2.1 单个目标性状的导入2.1.1 显性单基因性状的回交转育由于需要转育的目标性状是显性，在回交后代中易于表现和鉴定，因此回交转育的程序简单，转育时间大大缩短。如oh43综合性状好，不抗大斑病；H84对大斑病免疫，由一对显性基因（HtHt）控制，回交的程序是：H840h43HtHththtF1 Hthtoh43B1F1 （1/2Htht,1/2htht）选抗大斑病的单株继续回交B2F1B6F1B6F2B6F3一般回交4-6代，直到形态性状象oh43并抗大斑病时为止，最后进行自交使目标基因纯合，最后一次自交是为了进行后代鉴定（B6F3）。2.1.2 隐性单基因性状的回交转育由于需转移的目标性状是隐性，在轮回亲本的基因背景下无法鉴定出来，这种情况下可采用两种方法处理：（1）每次回交后自交一代，从中选择具有需要转移的目标性状的优良单株，继续回交；（2）接连进行再回交，但回交的株数要多一些，并且在每一回交植株上留一、两个自交穗子，在下一代中，凡自交后代在转育性状上发生了分离的，其相应的回应后代就可以继续回交。如 dd DD (矮系) （高系）Dd（高）1DD：2Dd:1ddDDDd选矮化单株回交与自交相间进行或回交与自交同时进行。3 回交次数1、与非轮回亲本的性状是否与轮回亲本相似有关；2、与转育性状的基因数目及其是否与不良基因连锁有关；3、与后代是否分离明显，易于鉴别有关；4、与要求轮回亲本表现的程度有关。回交后代纯合体的比率（%）=（1-）n杂种优势：是指两个性状不同的亲本杂交产生 的杂种 , 在生长势、生活力、繁殖力、适应性以及产量、品质等性状方面超过其双亲的现象。 利用杂种优势的途径1、利用人工去雄杂交制种：自然授粉，如玉米；人工授粉：如烟草2、利用雄性不育系和恢复系制种：不育系恢复系，田间采取特殊的种植方式。玉米、高梁、小麦、甜菜、油菜都有雄性不育。3、利用自交不亲和性制种：如油菜4、利用化学杀雄剂去雄：常用药剂有：二氯丙烷、稻脚青，乙烯利。杂种优势利用的基本条件：（一）强优势的杂交组合 1、满足品种三条件，即DUS（特异性、一致性、稳定性）2、强优势：配合力、亲本性状 （二）异交结实率高 大批量生产杂交种 低成本生产杂交种 （尤其自花、常异花授粉作物）（三）亲本繁殖与杂交制种技术简单易行可靠 亲本繁殖（产量与纯度） 杂交种种子生产（质量与产量）诱变育种：利用物理或化学等因素诱导植物发生变异，并从中进行新品种的选育称为诱变育种。外照射：指被照射的种子或植株所受的辐射来自外部某一辐射源。内照射：是将辐射源引入被照射种子或植株某器官内部。急性照射：是指短期内受到的大剂量照射。慢性照射：是在长时间内进行低剂量率的缓慢照射。作物抗病机制：抗侵入；抗扩展；避病；耐病。 如何使作物抗病性持久？1 抗源轮换2 抗源聚集3 选用水平抗病性品种4 注意品种搭配5利用综合品种品种审定：是法律规定的、新品种育成或新品种引进在推广之前政府主管部门对作物品种管理的一项规范措施，以审查其能否推广及其推广范围。品种混杂、退化原因及其防止1 机械混杂 为防止机械混杂应严格遵守各种作物的良种繁育制度，收、晒、管、育苗、移栽等各个环节要严格保关。2 生物学混杂 防止生物学混杂的基本方法是隔离与选择。隔离不外空间隔离与时间隔离两种，关于选择方法另有介绍。3 不良环境及栽培技术 良种的性状表现还与环境条件密切有关。要使优良品种充分发挥作用，必须使它生长在良好的条件下。如环境条件恶劣，品种为了生存，会适应这种恶劣条件，退回到原始状态或丧失某些优良性状。如水稻在生育后期遇上低温，谷粒就变小；成熟期遇高温，糯性就降低；种在冷水、碱水、深水或瘦地上，会出现红米等。又如在干旱、虫害较严重的棉田，会出现叶面多毛的棉株。这种类型往往成熟晚，吐絮不畅，纤维短，衣分低。在土质差、栽培粗放的棉田，容易出现和保留种子小，出苗快，种子上短绒少，棉铃小，吐絮早的棉株。大丽花，唐菖蒲喜冷凉环境，如栽培在南方湿热地区，往往生长不良，花序变短，花朵变小；又如耐荫花卉种植在阳光过强的地方，花卉品质大大降低。久而久之，这些变异类型会逐渐增多而引起品种群体中基因频率和基因型频率的变化。防止的方法是适地、适时播种，并给予良好的栽培条件。4 选择作用 5 基因突变和适应性变异防止措施是，在尚未稳定的群体中继续选株自交，使之达到纯合，增加品种群体中个体的遗传稳定性。然后从自交株系中选株混合，建立一个优良且整齐一致的基础群体，并从中选择多个自交株系，混合繁殖，达到遗传平衡。在良种繁育中，避免因采种个体较少，发生随机漂移，改变群体遗传组成。对于发生劣变的植物应及时拔除。5