作物育种学绪论精讲

1、 内内 容容 l作物育种学的内容和任务作物育种学的内容和任务 l作物育种学发展作物育种学发展 l品种的概念和作用品种的概念和作用 l我国作物育种的成就我国作物育种的成就 l如何学习作物育种学？如何学习作物育种学？ 现代农作物生产的主要投入要素现代农作物生产的主要投入要素 当今世界提高粮食产量的主要因素当今世界提高粮食产量的主要因素 是什么？是什么？ 水、肥、病虫害控制、水、肥、病虫害控制、品种品种 外因和内因外因和内因 l 水 l 肥 作物增产的环境因素作物增产的环境因素 l 病虫害 品种品种 作物本身的遗传潜力作物本身的遗传潜力 1. 作物育种学的内容和任务作物育种学的内容和任务 1.1 什

2、么是作物育种？ l作物育种学是以研究作物经济性状遗传改作物育种学是以研究作物经济性状遗传改 良为目的的应用基础学科良为目的的应用基础学科, ,是研究选育和是研究选育和 繁殖农作物优良品种的理论与技术的科学繁殖农作物优良品种的理论与技术的科学 （研究选育和繁育新品种理论与技术的科（研究选育和繁育新品种理论与技术的科 学）。学）。 lCrop breeding is the art and science of changing heredity of crops to improve their economic utility to man. 1.2 作物育种的主要任务 l发掘发掘, ,研究和

3、利用各有关作物种质资源；研究和利用各有关作物种质资源； l选育适于不同地区生产发展需要的高产、稳选育适于不同地区生产发展需要的高产、稳 产、优质、抗逆、熟期适当、适应性强的优产、优质、抗逆、熟期适当、适应性强的优 良品种、杂交种以及新作物；良品种、杂交种以及新作物； l提供数量多提供数量多, ,质量好质量好, ,成本低的生产用种；并成本低的生产用种；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，种子质量标其种性，实现生产用种良种化，种子质量标 准化，实现农业生产的持续稳定发展。准化，实现农业生产的持续稳定发展。 1.3 作物育种的

4、主要内容 l育种目标的制订及实现目标的相应策略育种目标的制订及实现目标的相应策略 l种质资源的搜集种质资源的搜集, ,保存保存, ,研究评价研究评价, ,利用及创新利用及创新 l选择的理论与方法，人工创造变异的途径选择的理论与方法，人工创造变异的途径, ,方方 法及技术法及技术 l杂种优势利用的途径与方法杂种优势利用的途径与方法 l目标性状的遗传、鉴定及选育方法目标性状的遗传、鉴定及选育方法 l作物育种各阶段的田间试验技术作物育种各阶段的田间试验技术 l新品种的审定、推广和种子繁育等新品种的审定、推广和种子繁育等 1.4 作物育种的意义作物育种的意义 l到到20302030年，我国粮食单产要求

5、比现在年，我国粮食单产要求比现在 （290290公斤公斤/ /亩）提高亩）提高45%45%50%50%。要求全国。要求全国 主要农作物品种更换主要农作物品种更换4 45 5次。次。 l提高作物产量的诸项农业技术措施提高作物产量的诸项农业技术措施( (如品如品 种，肥料，灌溉，栽培技术等种，肥料，灌溉，栽培技术等) )中，良种中，良种 的贡献占的贡献占30% - 60%30% - 60%。我国目前只占。我国目前只占30%30% 左右。从作物生产成本上看，种子的成本左右。从作物生产成本上看，种子的成本 投入只占投入只占5-10%5-10%左右。左右。 1.4 作物育种的意义作物育种的意义 l选育和

6、推广农作物良种是从根本上改善农产品选育和推广农作物良种是从根本上改善农产品 品质的有效途径。品质的有效途径。 成绩：成绩：“双低双低”油菜，高油玉米油菜，高油玉米， 问题：南方早籼，优质小麦问题：南方早籼，优质小麦 l选育和推广农作物良种还是增强作物抗病虫能选育和推广农作物良种还是增强作物抗病虫能 力和抗逆性、减少产量损失，并进一步提高对力和抗逆性、减少产量损失，并进一步提高对 养分资源利用效率的有效途径。养分资源利用效率的有效途径。 l每年因病虫草鼠害造成的产量损失达每年因病虫草鼠害造成的产量损失达10%10%以上以上 ( (棉铃虫，玉米病毒病，小麦纹枯病等棉铃虫，玉米病毒病，小麦纹枯病等)

7、 )旱、涝、旱、涝、 盐碱地占全国耕地面积的一半以上我国磷肥、盐碱地占全国耕地面积的一半以上我国磷肥、 钾肥资源十分短缺钾肥资源十分短缺 1.4 作物育种的意义作物育种的意义 l育种材料和方法上的创新及应用能够带育种材料和方法上的创新及应用能够带 动育种水平上的突破。动育种水平上的突破。 “矮孟牛矮孟牛”，1B/1R1B/1R小麦亲本，水稻小麦亲本，水稻“野野 败败”不育系，玉米不育系，玉米Mo17Mo17自交系自交系 杂种优势利用杂种优势利用2020世纪农业上的世纪农业上的 “曼哈顿工程曼哈顿工程” l造就现代种子企业的核心关键技术造就现代种子企业的核心关键技术 隆平高科隆平高科 登海种业登

8、海种业 四倍体小麦（四倍体小麦（AABBAABB，AAGGAAGG）HMW-GSHMW-GS的的SDS-PAGESDS-PAGE图谱图谱 1-7 1-7 为四倍体小麦（染色体组为为四倍体小麦（染色体组为AABBAABB） 8-158-15为提莫菲维小麦（染色体组为为提莫菲维小麦（染色体组为AAGGAAGG） 袁隆平农业高科技股份有限公司（隆平高科）紧紧围绕袁隆平农业高科技股份有限公司（隆平高科）紧紧围绕 新时期农业产业优化升级和可持续发展战略要求，遵循新时期农业产业优化升级和可持续发展战略要求，遵循 “创造无限、惠及人类创造无限、惠及人类”的经营理念，致力于杂交水稻、的经营理念，致力于杂交水稻

9、、 杂交辣椒、杂交棉花、杂交玉米、杂交油菜和优质西甜瓜、杂交辣椒、杂交棉花、杂交玉米、杂交油菜和优质西甜瓜、 蔬菜新品种（组合）的选育创新、快速扩繁和推广销售。蔬菜新品种（组合）的选育创新、快速扩繁和推广销售。 截止截止20112011年底，总资产达到年底，总资产达到1818亿，销售收入突破亿，销售收入突破1212亿元。亿元。 山东登海种业股份有限公司是著名的玉米育种和山东登海种业股份有限公司是著名的玉米育种和 栽培专家李登海研究员创建的农业高科技企业。栽培专家李登海研究员创建的农业高科技企业。 公司注册公司注册 资本资本88008800万元，万元，20052005年年4 4月月1818日，公

10、司向社会公众发行股票日，公司向社会公众发行股票 22002200万股，在深圳证券交易所中小企业板成功上市。万股，在深圳证券交易所中小企业板成功上市。 杂交玉米之父身价超杂交玉米之父身价超1111亿（亿（2005-04-202005-04-20） 随着登海种业前日在中小板的上市，李登海，这位与世界随着登海种业前日在中小板的上市，李登海，这位与世界 “杂交水稻之父杂交水稻之父”袁隆平并称为袁隆平并称为“南袁北李南袁北李”的的“杂交玉米之父杂交玉米之父” 第一次被资本市场衡量出身价，并以超过第一次被资本市场衡量出身价，并以超过1111亿的纸上财富，超过袁隆平。亿的纸上财富，超过袁隆平。 据悉，作为中

11、小板和询价发行以来的第一高价发行股，据悉，作为中小板和询价发行以来的第一高价发行股， 登海种业前日上市后最高攀至登海种业前日上市后最高攀至25.7625.76元，元， 全天成交均价全天成交均价24.3624.36元，收盘元，收盘23.9123.91元。仅以收盘价计算，元。仅以收盘价计算， 李登海的纸上财富已达到李登海的纸上财富已达到11.8411.84亿元。亿元。 2. 作物育种学发展作物育种学发展 人类的祖先对植物个体进行选择人类的祖先对植物个体进行选择 通过长期自然选择和人工选择，野生植物逐渐通过长期自然选择和人工选择，野生植物逐渐 形成作物，并为人类提供足够的食物形成作物，并为人类提供足

12、够的食物 选择和杂交等与进化的关系（选择和杂交等与进化的关系（1859-1876） 达尔文达尔文在在物种起源物种起源 （18591859）和）和植物界异植物界异 花受精和自花受精的效花受精和自花受精的效 应应（18761876）中所阐明）中所阐明 的选择和杂交等与进化的选择和杂交等与进化 的关系，对以后的育种的关系，对以后的育种 工作有深刻影响工作有深刻影响 孟德尔定律的重新发现（孟德尔定律的重新发现（20世纪初）世纪初） 孟德尔孟德尔定律的重新发现，使植物定律的重新发现，使植物 育种进入一个新的阶段。育种进入一个新的阶段。 约翰逊的纯系学说（约翰逊的纯系学说（1903） 约翰逊约翰逊的纯系学

13、说不仅为纯系育种奠定的纯系学说不仅为纯系育种奠定 了理论基础，也为区分遗传变异和环境了理论基础，也为区分遗传变异和环境 变异提供了有力的论据。变异提供了有力的论据。 绿色革命绿色革命 2020世纪世纪6060年代中期在发展中国家兴年代中期在发展中国家兴 起的，以采用农作物高产良种为中心的一起的，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。这一农业技术灌溉、施肥等技

14、术的改进。这一农业技术 革命使农业取得了革命性的进展，因而被革命使农业取得了革命性的进展，因而被 誉为誉为“第一次绿色革命第一次绿色革命”。 墨西哥从墨西哥从19601960年推广矮秆小麦，在短短年推广矮秆小麦，在短短3 3 年时间达到了占种植面积的年时间达到了占种植面积的95%95%，总产接近，总产接近 200200万吨万吨 ，比，比19441944年提高年提高5 5倍，并部分出口。倍，并部分出口。 印度实施绿色革命发展战略，印度实施绿色革命发展战略，19661966年从墨西年从墨西 哥引进高产小麦新品种，同时增加了化肥、灌哥引进高产小麦新品种，同时增加了化肥、灌 溉、农机等投入，至溉、农机

15、等投入，至19801980年促使粮食总产量年促使粮食总产量 从从72357235万吨增到万吨增到1.51.5万吨，翻了一翻，由粮食万吨，翻了一翻，由粮食 进口国变为粮食出口国。进口国变为粮食出口国。 年份年份70年代年代80年代末年代末 亩产量亩产量135公斤公斤221公斤公斤 增长率增长率63% 推广绿色革命国家的水稻亩产量变化推广绿色革命国家的水稻亩产量变化 到到19951995年，发展中国家种植小麦年，发展中国家种植小麦1 1亿亿hmhm2 2， 其中其中60%60%采用绿色革命的研究成果。采用绿色革命的研究成果。 世界人口世界人口人均耕地人均耕地谷物总产谷物总产 上世纪初上世纪初16亿

16、亿0.56 hm25.33亿吨亿吨 1987年年50亿亿0.29 hm218.8亿吨亿吨 绿色革命带来的变化绿色革命带来的变化 19851985年至年至19871987年间人均占有粮食由年间人均占有粮食由 246246公斤增至公斤增至380380公斤。公斤。19601960年至年至19851985年年 期间粮食增长率达期间粮食增长率达2.6%2.6%，高于人口增长，高于人口增长 率。率。 杂交水稻杂交水稻 l19641964年，袁隆平在安江农校稻田发现水稻雄性年，袁隆平在安江农校稻田发现水稻雄性 不育株，为杂交水稻研究迈开了第一步；不育株，为杂交水稻研究迈开了第一步； l19701970年，袁

17、隆平的助手李必湖在海南发现了年，袁隆平的助手李必湖在海南发现了 “野败野败”，为实现籼型杂交稻，为实现籼型杂交稻“三系三系”配套立配套立 了大功；了大功； l19871987年李必湖的助手邓华凤发现了年李必湖的助手邓华凤发现了“安农安农S S1 1 光敏不育系光敏不育系”，为杂交稻由，为杂交稻由“三系法三系法”过渡到过渡到 “两系法两系法”，为实现籼粳亚种间杂交优势利用，为实现籼粳亚种间杂交优势利用 创造了重要条件。创造了重要条件。 生物技术与育种生物技术与育种 19831983年第一例转基因植物问世。年第一例转基因植物问世。 19981998 年，全球转基因作物的种植面积达到年，全球转基因作

18、物的种植面积达到 27802780万公顷，万公顷，19991999年增至年增至39903990万公顷。万公顷。 19991999年美国年美国60%60%以上的大豆已为转基因以上的大豆已为转基因 大豆，转基因棉花占全美植棉面积的大豆，转基因棉花占全美植棉面积的 30%-50%30%-50%，转基因玉米占玉米总面积的，转基因玉米占玉米总面积的 33%33%，其中抗除草剂大豆、抗虫玉米、抗，其中抗除草剂大豆、抗虫玉米、抗 虫棉花为大宗产品。抗虫棉主要为单价虫棉花为大宗产品。抗虫棉主要为单价 （BtBt）抗虫棉和双价（）抗虫棉和双价（Bt/CpTIBt/CpTI）抗虫棉）抗虫棉 3. 品种的概念和作用

19、品种的概念和作用 l品种（品种（cultivarcultivar）：）： 人类在一定的生态条件和经济条件下，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某种根据自己的需要所选育的某种作物的某种 群体；该群体具有相对稳定的遗传特性。群体；该群体具有相对稳定的遗传特性。 即该群体在生物学，形态学及经济性状上即该群体在生物学，形态学及经济性状上 是相对一致的，并以此与同一作物的其他是相对一致的，并以此与同一作物的其他 群体相区别。这种群体在相应地区和耕作群体相区别。这种群体在相应地区和耕作 条件下种植，在产量，抗性，品质等方面条件下种植，在产量，抗性，品质等方面 都能符合生产

20、发展的需要。都能符合生产发展的需要。 3.1 作物品种的概念作物品种的概念 l品种是重要的农业生产资料品种是重要的农业生产资料 l品种不是植物分类的单位品种不是植物分类的单位 l品种具有区域性品种具有区域性 l品种具有时间性品种具有时间性 l特异性（特异性（distinctness） l一致性（一致性（uniformity） l稳定性（稳定性（stability） 简称作物品种的简称作物品种的“DUSDUS” 3.2 作物品种的三个基本要求或属性作物品种的三个基本要求或属性 3.3 优良品种在农业生产上的作用优良品种在农业生产上的作用 l大幅度提高单位面积产量大幅度提高单位面积产量 l从根本上

21、改善农产品品质从根本上改善农产品品质 l减轻和避免自然灾害的损失减轻和避免自然灾害的损失 l扩大作物的种植地区扩大作物的种植地区 l促进耕作制度改革和复种指数提高促进耕作制度改革和复种指数提高 l促进农业机械化发展，提高劳动生产率促进农业机械化发展，提高劳动生产率 l提高农业生产的经济效益提高农业生产的经济效益 4. 我国作物育种的成就我国作物育种的成就 4.1我国作物育种工作的主要成就我国作物育种工作的主要成就 l搜集、保存了大量品种资源，并进行了初搜集、保存了大量品种资源，并进行了初 步鉴定，研究和利用步鉴定，研究和利用 l选育出一大批农作物新品种选育出一大批农作物新品种 l大力普及、推广

22、良种，产生了巨大的经济大力普及、推广良种，产生了巨大的经济 效益效益 l逐步建立和健全了主要作物的品种区域试逐步建立和健全了主要作物的品种区域试 验、品种审定和良种繁育体系验、品种审定和良种繁育体系 水稻育种成就：水稻育种成就： l三系法杂交水稻的研究三系法杂交水稻的研究 l两系法杂交水稻的研究两系法杂交水稻的研究 l超级育种研究超级育种研究 玉米育种成就：玉米育种成就： l 种质的开拓创新种质的开拓创新 l 转基因工程转基因工程 小麦育种主要成就：小麦育种主要成就： l种质资源的创新种质资源的创新 l小麦杂种优势的利用小麦杂种优势的利用 l优质、高产、高效小麦新品种的选育优质、高产、高效小麦

23、新品种的选育 杂交玉米杂交玉米 杂交旱稻杂交旱稻 转基因抗虫棉与抗虫杨树转基因抗虫棉与抗虫杨树 转基因大豆与烟草转基因大豆与烟草 对育种工作者提出的挑战对育种工作者提出的挑战 l现代作物品种要适应现代栽培条件的要求现代作物品种要适应现代栽培条件的要求 l现代作物品种要适应现代化收获的要求现代作物品种要适应现代化收获的要求 l现代作物品种要抗逆境现代作物品种要抗逆境 l现代作物品种要优质现代作物品种要优质 今后展望今后展望 l进一步加强品种资源工作进一步加强品种资源工作 l积极开展育种理论方法的研究积极开展育种理论方法的研究 l以常规育种为基础，积极探索新的育种途以常规育种为基础，积极探索新的育

24、种途 径和技术径和技术 l加强育种策略研究，改革育种机构、体制。加强育种策略研究，改革育种机构、体制。 扩大育种规模，改进育种手段，增加应变扩大育种规模，改进育种手段，增加应变 能力，加速新品种选育能力，加速新品种选育 l进一步健全、完善区域试验、品种审定及进一步健全、完善区域试验、品种审定及 良种繁育体系和制度，加强种子立法工作良种繁育体系和制度，加强种子立法工作 l改变重量轻质的观念，把量中求质放在重改变重量轻质的观念，把量中求质放在重 要的地位要的地位 l加强基础研究，引进高新技术加强基础研究，引进高新技术 5、如何学习作物育种学？、如何学习作物育种学？ 作物育种作物育种 变异变异 遗传

25、遗传 选择选择 变变 异异 自然变异 人工创造的变异 l引种引种（拿来主义）（拿来主义） l选择育种选择育种（靠天吃饭）（靠天吃饭） l杂交育种杂交育种（自力更生）（自力更生） l杂种优势利用杂种优势利用 l诱变育种诱变育种 l倍性育种倍性育种 l远缘杂交育种远缘杂交育种 根据变异的来源不同形成了不同的育种方法根据变异的来源不同形成了不同的育种方法 利用链霉素诱变获得小麦不育系利用链霉素诱变获得小麦不育系 可育穗可育穗 不育穗不育穗 细胞工程细胞工程 l细胞和组织培养（细胞工程）细胞和组织培养（细胞工程） l原生质体培养及体细胞杂交原生质体培养及体细胞杂交 （细胞工程）（细胞工程） l染色体操

26、作（染色体工程）染色体操作（染色体工程） l重组重组DNADNA及转基因技术（基因及转基因技术（基因 工程）工程） 根据变异的来源不同形成了不同的育种方法根据变异的来源不同形成了不同的育种方法 l质量性状遗传（简单）质量性状遗传（简单） l数量性状遗传（复杂）数量性状遗传（复杂） l细胞核遗传细胞核遗传 l细胞质遗传细胞质遗传 遗遗 传传 l表现型（形态）水平选择表现型（形态）水平选择 l生理生化、蛋白质水平选择生理生化、蛋白质水平选择 l染色体水平选择染色体水平选择 l细胞水平选择细胞水平选择 l基因水平选择（分子标记）基因水平选择（分子标记） 选选 择择 讲课提纲讲课提纲 l第一部分第一部

27、分 育种目标和育种资源育种目标和育种资源 l第二部分第二部分 育种方法和途径育种方法和途径 选择育种，引种，杂交育种，轮回选择，选择育种，引种，杂交育种，轮回选择， 辐射育种，杂种优势种利用，辐射育种，杂种优势种利用， 单倍体与多倍体育种，远缘杂交单倍体与多倍体育种，远缘杂交 讲课提纲讲课提纲 l第三部分第三部分 品种审定品种审定, ,种子推广种子推广 育种家育种家 权利保护权利保护 1.2 作物育种的主要任务 l发掘发掘, ,研究和利用各有关作物种质资源；研究和利用各有关作物种质资源； l选育适于不同地区生产发展需要的高产、稳选育适于不同地区生产发展需要的高产、稳 产、优质、抗逆、熟期适当、

28、适应性强的优产、优质、抗逆、熟期适当、适应性强的优 良品种、杂交种以及新作物；良品种、杂交种以及新作物； l提供数量多提供数量多, ,质量好质量好, ,成本低的生产用种；并成本低的生产用种；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，种子质量标其种性，实现生产用种良种化，种子质量标 准化，实现农业生产的持续稳定发展。准化，实现农业生产的持续稳定发展。 1.4 作物育种的意义作物育种的意义 l育种材料和方法上的创新及应用能够带育种材料和方法上的创新及应用能够带 动育种水平上的突破。动育种水平上的突破。 “矮孟牛矮孟牛”，1B/1R

29、1B/1R小麦亲本，水稻小麦亲本，水稻“野野 败败”不育系，玉米不育系，玉米Mo17Mo17自交系自交系 杂种优势利用杂种优势利用2020世纪农业上的世纪农业上的 “曼哈顿工程曼哈顿工程” l造就现代种子企业的核心关键技术造就现代种子企业的核心关键技术 隆平高科隆平高科 登海种业登海种业 四倍体小麦（四倍体小麦（AABBAABB，AAGGAAGG）HMW-GSHMW-GS的的SDS-PAGESDS-PAGE图谱图谱 1-7 1-7 为四倍体小麦（染色体组为为四倍体小麦（染色体组为AABBAABB） 8-158-15为提莫菲维小麦（染色体组为为提莫菲维小麦（染色体组为AAGGAAGG） 袁隆平农业高科技股份有限公司（隆平高科）紧紧围绕袁隆平农业高科技股份有限公司（隆平高科）紧紧围绕 新时期农业产业优化升级和可持续发展战略要求，遵循新时期农业产业优化升级和可持续发展战略要求，遵循 “创造无限、惠及人类创造无限、惠及人类”的经营理念，致力于杂交水稻、的经营理念，致力于杂交水稻、 杂交辣椒、杂交棉花、杂交玉米、杂交油菜和优质西甜