育种学总论第0章绪论.ppt

16:34,1,主讲教师：刘超 联系方式15927385355 L 教学网站： /kech/zwyz/ht/sjjxViewInfo.asp?id=309,作物育种学总论,植物科学技术学院 国家油菜工程中心,2,16:34,主要内容及考核方式,包括绪论及19章，共32个授课学时 考试成绩（80%）：期末考试，总分100分 平时成绩（20%）：出勤(10%)，作业(10%) 作业：结合作物育种学某一专题，查阅相关中英文文献，写一篇综述（包括摘要、正文及相关参考文献；严禁抄袭）。 注明姓名、学号、班级等个人信息,16:34,3,主要参考文献,植物育种的现代基础（P.B.Vos主编，刘秉华等译，农业出版社） 作物育种学（西北农学院主编，1981，农业出版社） 植物遗传育种学（1988， 蔡旭主编，科学出版社） 作物育种学总论（1994，潘家驹主编，农业出版社） 作物育种学总论（2003，张天真主编，中国农业出版社） 作物育种原理（2009，杨光圣、员海燕主编，科学出版社）,16:34,4,作物育种学家面临的几个挑战,世界粮食安全问题 环境污染 加入WTO（机遇与挑战并存）,16:34,5,人口增长与粮食短缺,16:34,6,50%以上的食物来源于几种禾谷类作物； 40%以上来源于水稻和小麦,16:34,7,农业环境污染,农业自身污染：农药、化肥、农业废弃物、畜禽粪便 外源污染：工业污染排放、城市垃圾,当前以及未来相当长一段时间内，我国农业环境污染的加剧将制约粮食生产能力和品质的提高，威胁粮食安全,16:34,8,加入WTO对我国农业的机遇,改善我国农业的国际竞争环境 进一步推动我国农业的对外开放 促进我国农业产业结构的调整 使我国能够掌握参与制订国际农业贸易新规则的主动权,农业管理体制将受到较大挑战 农业经营主体缺乏竞争能力 国内农产品面临严峻冲击（大豆、玉米、小麦、植物油、肉类产品）,加入WTO对我国农业的挑战,16:34,9,应对挑战的解决途径,发展作物生产，提高农作物生产水平,作物育种学,作物遗传改良,作物栽培学,作物生长条件的改善,16:34,10,绪 论,第一节 作物进化与遗传改良 第二节 作物育种学的发展 第三节 作物育种的成就与展望,16:34,11,第一节：作物进化与遗传改良,一、作物品种的概念及特点 二、自然进化与人工进化 三、遗传改良在作物生产发展中的作用,16:34,12,作物品种（cultivar）：人类在一定的生态条件和经济条件下，根据自己的需要所选育的某种作物的一定群体，其具有DUS性。 具有与同一作物的其他群体在特征、特性上有所区别（特异性，distinctness） 在生物学，形态学及经济性状上的相对一致性(一致性, uniformity) 相对稳定的遗传特性(稳定性，stability),一、作物品种的概念及特点,16:34,13,品种包括纯系品种、杂种品种、综合品种、无性系品种等 品种是重要的农业生产资料 品种不是植物分类的单位 品种具有区域性 品种具有时间性 经过省级或国家农作物品种审定委员会审定后，新品系才能取得品种资格,16:34,14,作物进化： 从野生植物演变成现有的各种作物（栽培植物）的过程，其决定于三个因素（遗传、变异、选择），它包含自然进化和人工进化。 自然进化：发生了变异的植物，经过自然选择过程，适应自然条件的保留下来，不适应的就被淘汰掉。这种进化过程为自然进化过程（自然变异和自然选择的进化）。 人工进化：人类为发展生产的需要，人工创造变异并进行人工选择的进化，其中也包括有意识地利用自然变异及自然选择的作用。,二、自然进化与人工进化,16:34,15,自然进化与人工进化的区别,16:34,16,三、遗传改良在作物生产发展中的作用,1.提高作物增产潜力，提高单位面积产量 2.改进作物品质 3.增强作物对病虫害和环境胁迫的抗耐性，保证作物稳产、优质 4.提高作物品种的适应性，扩大其种植区域和种植面积 5.选育株型、熟期适当的作物品种，有利于耕作制度的改良等,16:34,17,世界主要农作物单产的变化图,16:34,18,一、作物育种学的性质和任务 1 作物育种学的概念 2 作物育种学的任务 二、作物育种学的主要内容 三、常规育种的技术特点 四、作物育种学的发展与分子育种的兴起 1 作物育种学的发展 2 分子育种的兴起,第二节 作物育种学的发展,16:34,19,1 作物育种学的概念： 研究选育和繁殖农作物优良品种的理论与方法的科学, 是作物人工进化的科学，是一门以遗传学、进化论为主要基础的综合性应用基础科学。,一、作物育种学的性质和任务,16:34,20,涉及的内容有植物学、植物生态学、植物生理学、农业昆虫学、农业气象学、生物统计与试验设计、生物技术、农产品加工学等领域的知识与研究方法。,16:34,21,植物病理学 农业昆虫学,植物生理学 生物化学,植物生态学,种子学,统计学,土壤学 植物营养学,植物学,遗传学,性状鉴定,亲缘关系,抗病虫机理,性状表达的生理生化基础,田间试验设计与生物统计,品种生态区划,抗逆性基因型与环境,性状遗传规律,种子标准化,农产品加工,作物品质,生物技术,方法与技术革新,作物育种学,作物栽培学农业气象学,品种栽培管理,种子学,生物技术,农产品加工,种子学,生物技术,植物生态学,农产品加工,种子学,生物技术,作物栽培学农业气象学,植物生态学,农产品加工,种子学,生物技术,植物病理学 农业昆虫学,作物栽培学农业气象学,植物生态学,农产品加工,种子学,生物技术,植物生理学 生物化学,植物病理学 农业昆虫学,作物栽培学农业气象学,植物生态学,农产品加工,种子学,生物技术,遗传学,植物生理学 生物化学,植物病理学 农业昆虫学,作物栽培学农业气象学,植物生态学,农产品加工,种子学,生物技术,植物学,遗传学,植物生理学 生物化学,植物病理学 农业昆虫学,作物栽培学农业气象学,植物生态学,农产品加工,种子学,生物技术,土壤学 植物营养学,植物学,遗传学,植物生理学 生物化学,植物病理学 农业昆虫学,作物栽培学农业气象学,植物生态学,农产品加工,种子学,生物技术,统计学,土壤学 植物营养学,植物学,遗传学,植物生理学 生物化学,植物病理学 农业昆虫学,作物栽培学农业气象学,植物生态学,农产品加工,种子学,生物技术,16:34,22,2 作物育种学的任务,发掘、研究和利用各有关作物种质资源； 选育适于该地区生产发展需要的高产、稳产、优质、抗逆、熟期适当和适应性强的优良品种、杂交种以及新作物； 提供数量多、质量好、成本低的生产用种；并在推广新品种的过程中，不断地保持和提高其种性，实现生产用种良种化和种子质量标准化，实现农业生产的持续稳定发展。,16:34,23,二、作物育种学的主要内容,1.育种目标的制订及实现目标的相应策略 2.种质资源的搜集、保存、研究评价、利用及创新 3.选择的理论与方法，人工创造变异的途径、方法及技术 4.杂种优势利用的途径与方法 5.目标性状的遗传、鉴定及选育方法 6.作物育种各阶段的田间试验技术 7.新品种的审定推广和种子生产,16:34,24,三、常规育种的技术特点,综合多个优良基因，同步改良农作物的产量、品质、抗性水平（杂交育种） 盲目性较大（遗传机制不明） 育种既是科学又是艺术,16:34,25,四、作物育种学的发展与分子育种的兴起,16:34,26,1、作物育种学的发展,初级阶段：凭借经验和技巧进行选择 早期作物育种理论的探索：作物育种学成为一门具有系统理论与科学方法的应用科学 现代作物育种：开辟了一些育种新途径和新技术 分子育种：基因工程与分子标记技术的应用,16:34,27,通过长期自然选择和人工选择，野生植物逐渐脱离野生状态形成作物，并为人类提供足够的食物，人类社会进入农业时代,远古时代的作物育种,16:34,28,野生稻和栽培稻,16:34,29,野生一粒小麦和栽培普通小麦,16:34,30,多年生野生大麦和栽培大麦,16:34,31,作物育种理论的探索,作物育种（Hayes & Garber, 1927）美国 植物育种的科学基础（Vavilov, 1935）前苏联 植物育种方法（Hayes & Immer, 1942, 1955）美国 作物育种原理（Allard, 1960）美国 中国作物育种学（王绶，1936） 作物育种学总论（沈学年，1948） 植物遗传育种学（蔡旭主编，1976、1988） 作物育种学（西北农学院主编，1981） 作物育种学总论（潘家驹主编，1994） 作物育种学总论（张天真主编，2003）,16:34,32,2 分子育种的兴起,1953年Watson & Crick发现脱氧核糖核酸(DNA)的双螺旋结构，开创了分子生物学的新时代 1973年Berg成功实现DNA重组，分子生物学走向应用 植物分子标记和转基因技术的成熟使得分子育种成为可能,目前，利用分子标记和基因工程技术对农作物进行改造已成为一个研究热点,16:34,33,基因工程技术的优点,源于生物的有利基因在人、动物、植物和微生物内可随意进行交换 基因工程可以获得生物的定向变异 基因工程转移个别目的基因，对作物品种改良的速度快,16:34,34,分子标记辅助选择的优点,利用与目标基因紧密连锁的分子标记快速有效地选择含有目标基因的单株（前景选择）； 进行全基因组选择，从而快速选出与轮回亲本基因型接近的单株，减少回交和测交次数，缩短育种周期（背景选择）； 不受季节、空间的限制；,16:34,35,第三节 作物育种的成就与展望,一、近（现）代育种的成就 （一）农作物新品种的选育与推广 （二）作物种质资源的研究与利用 （三）作物育种新方法：杂种优势利用 （四）生物技术在育种中的应用 二、作物育种工作的展望,16:34,36,（一）农作物新品种的选育与推广,1 第一次绿色革命 20世纪60年代中期在发展中国家兴起，以采用农作物高产良种为中心的一场技术革命，其主要内容是大规模地推广矮秆、半矮秆、抗倒伏、产量高、适应性广的小麦和水稻等作物优良品种，并配合灌溉、施肥等技术的改进。这一农业技术革命使农业取得了革命性的进展，因而被誉为“绿色革命”。,16:34,37,墨西哥从1960年推广半矮秆小麦，在短短3年时间达到了占种植面积的95%，总产接近200万吨 ，比1944年提高5倍，并部分出口。 印度实施绿色革命发展战略，1966年从墨西哥引进高产小麦新品种，同时增加了化肥、灌溉、农机等投入，至1980年促使粮食总产量从7235万吨增到1.5亿吨，翻了一番，由粮食进口国变为粮食出口国。,绿色革命的成就,16:34,38,绿色革命,矮化的水稻和小麦的优点： 耐肥、抗倒伏、提高了收获指数，显著增加了作物的产量；而且也有利于机械化收获。,Norman Borlaug 1970 Nobel Peace Prize,16:34,39,水稻绿色革命基因sd1 小麦绿色革命基因Rht-B1b和Rht-D1b 赤霉素的生物合成途径和信号转导途径相关,(Hedden, 2003),低脚乌尖 乌尖 Calrose76 Calrose,绿色革命,16:34,40,2 第二次绿色革命,杂种优势在水稻、玉米、油菜等作物中的利用,16:34,41,（二）作物种质资源的研究与利用,作物种质资源的收集 作物种质资源的研究与利用,16:34,42,作物种质资源的收集,1996年，全世界已建立1300多座种质库，收集保存的作物种质资源达610万份（含部分重复） 2004年，中国收集保存达37万份，仅次于美国(/cgris.html),16:34,43,16:34,44,国家种质库贮存的作物种质资源,(卢新雄和陈晓玲，2003),16:34,45,花椰菜,结球甘蓝,球茎甘蓝,羽衣甘蓝,青花菜,16:34,46,作物种质资源的研究与利用,初步特性鉴定与整理 遗传多样性分析与核心种质构建 作物种质资源利用与创新研究： 常规杂交与回交育种；群体改良与轮回选择；远缘杂交；植物细胞融合；植物基因工程；诱变(神七等),16:34,47,（三）作物育种新方法：杂种优势利用,16:34,48,杂交玉米的研究,1876-1882年Beal开展玉米品种间杂交 1900-1908年East & Shull培育玉米自交系和单交种 1916-1918年Jones培育出双交种，为杂交种子生产开辟了新途径 1920-1925 Henry Wallace培育出有名的玉米杂交种Copper cross,16:34,49,杂交水稻的研究,1964年，袁隆平在安江农校发现水稻雄性不育株，杂交水稻研究迈开第一步； 1970年，李必湖在海南发现“野败”雄性不育，为籼型杂交稻“三系”配套奠定基础； 1973年，石明松在湖北仙桃发现“农垦58S”光敏不育系，为杂交稻由“三系” 向“两系”过渡创造了条件。,16:34,50,中国是世界上第一个成功地利用水稻杂种优势的国家。杂交水稻的培育成功及其大面积应用是水稻育种史上一个划时代的里程碑，它不仅大幅度提高水稻产量，而且丰富了水稻遗传育种和高产栽培的理论与实践。 它的发展历程，从育种方法上来说，由三系法到两系法，最后可能到一系法, 程序上由繁到简。从提高杂种优势水平来说，从品种间杂种优势利用到亚种间杂种优势利用，最后到远缘杂种优势利用，优势将会越来越强。,16:34,51,16:34,52,汕优63（珍汕97A/明恢63）：1984-2003年推广面积达9亿多亩，谢华安1982年育成，被誉为杂交水稻之母。,16:34,53,16:34,54,杂交稻三系 两系 一系？,无融合生殖（一系） 无融合生殖是以种子的形式进行无性生殖，它可以使世代更迭，但不改变基因，后代遗传结构与母本相同。因此，通过这种生殖方式，可以将杂种一代的优势固定下