作物育种学总论：绪论

1、作物育种学总论作物育种学总论(Crop Breeding) 作物育种学总论作物育种学总论(Crop Breeding) 课程性质：课程性质： 专业课专业课 适用专业：适用专业： 农学农学先修课程：先修课程： 遗传学、生物统计与试验设计、遗传学、生物统计与试验设计、 农业气象学、农业昆虫学、农业气象学、农业昆虫学、 植物病理学、作物栽培学植物病理学、作物栽培学后续课程：后续课程： 作物育种学各论作物育种学各论 （2）种子工程学）种子工程学学学 时：时：48总学分：总学分： 3.0教学目的与要求：教学目的与要求： 作物育种学（作物育种学（1）是农学专业的学位课程之一，是农学专业的学位课程之一，通过

2、本课程并结合通过本课程并结合作物学实验作物学实验课程的学习，使大课程的学习，使大家理解和掌握：家理解和掌握：（1）作物育种目标的制定；作物育种目标的制定；（2）作作物的繁殖方式及遗传特点、各类品种的特性和育种特物的繁殖方式及遗传特点、各类品种的特性和育种特点；点；（3）种质资源的收集、保存、利用和创新的方法；种质资源的收集、保存、利用和创新的方法；（4）各种育种技术的遗传学原理及其应用、现代生物各种育种技术的遗传学原理及其应用、现代生物技术的原理及其在作物育种中的应用；系统地掌握选技术的原理及其在作物育种中的应用；系统地掌握选育农作物优良品种的基本理论和方法，为将来从事作育农作物优良品种的基本

3、理论和方法，为将来从事作物遗传育种工作打下坚实的基础。物遗传育种工作打下坚实的基础。绪绪 论论 教学的基本要求教学的基本要求 （1）了解遗传改良、作物育种对农业生）了解遗传改良、作物育种对农业生产的作用、意义；产的作用、意义； （2）作物育种学的性质、任务、内容；）作物育种学的性质、任务、内容；作物育种学的发展；作物育种学的发展； （3）理解品种的概念、优良品种的作用；）理解品种的概念、优良品种的作用；国内外作物育种的成就及动向。国内外作物育种的成就及动向。第一节第一节 作物进化与遗传改良作物进化与遗传改良一、作物品种的概念一、作物品种的概念二、自然进化和人工进化二、自然进化和人工进化 三、遗

4、传改良在作物生产发展中三、遗传改良在作物生产发展中的作用的作用 作物品种是人类在一定的生态条件和经济作物品种是人类在一定的生态条件和经济条件下，根据生产和生活的需要所选育的一定条件下，根据生产和生活的需要所选育的一定群体，群体，该群体具有相对该群体具有相对稳定稳定的遗传特性，群体的遗传特性，群体内的个体间在生物学、形态学及经济性状上的内的个体间在生物学、形态学及经济性状上的一致性一致性，并与同一作物的其他群体在特征、特，并与同一作物的其他群体在特征、特性上有所性上有所区别（特异性）区别（特异性）。这种群体在这种群体在一定的一定的地区和耕作条件地区和耕作条件下种植，在产量、品质、适应下种植，在产

5、量、品质、适应性等方面性等方面符合生产和生活的需要符合生产和生活的需要。 英语术语英语术语variety兼具变种和品种的兼具变种和品种的含义，为了避免混淆，近年来一般多用含义，为了避免混淆，近年来一般多用cultivar（即（即cultivated variety 栽培品种栽培品种的合成术语）专指品种。所以，的合成术语）专指品种。所以，品种不品种不是植物分类学上的基本单位，而是经济是植物分类学上的基本单位，而是经济上的类别。上的类别。遗传改良在作物生产发展中的作用遗传改良在作物生产发展中的作用1. 创造新的物种、新的栽培作物；创造新的物种、新的栽培作物；2. 现有作物品种的改良。现有作物品种的

6、改良。 优良品种是指在一定地区和耕作条优良品种是指在一定地区和耕作条件下能符合生产发展要求、并具有较高件下能符合生产发展要求、并具有较高经济价值的品种。生产上所谓良种，应经济价值的品种。生产上所谓良种，应包括具有优良包括具有优良品种品质品种品质和优良和优良播种品质播种品质的双重含义。的双重含义。 优良品种在发展生产中的作用主要有：优良品种在发展生产中的作用主要有：(1)提高单位面积产量提高单位面积产量(2)改进农产品的品质改进农产品的品质(3)保持稳产性和产品品质保持稳产性和产品品质(4)扩大作物种植面积扩大作物种植面积 (5)有利于耕作制度的改革、复种指数的有利于耕作制度的改革、复种指数的提

7、高，农业机械化的发展和劳动生产率的提高提高，农业机械化的发展和劳动生产率的提高 墨西哥由于推广种植墨西哥小麦、墨西哥由于推广种植墨西哥小麦、菲律宾推广菲律宾推广IR水稻，而使这两个国家由水稻，而使这两个国家由粮食进口国成为粮食出口国。为此，粮食进口国成为粮食出口国。为此，1970年的诺贝尔和平奖授给了美国的年的诺贝尔和平奖授给了美国的N.E.Borloug，以表彰他在培育墨西哥，以表彰他在培育墨西哥小麦中所作的突出贡献小麦中所作的突出贡献。 Contribution of Plant Breeding to yield Improvement of five major Crops- Crop

8、 Average Grain/per year - Cotton 7kg/ha Maize 92kg/ha Soybean 18.8kg/ha Sorghum 12% Wheat 0.74% -第二节第二节 作物育种学的发展作物育种学的发展一、作物育种学的性质与任务一、作物育种学的性质与任务 作物育种学是研究作物育种学是研究选育与繁育选育与繁育作物作物优良品种的优良品种的理论与方法理论与方法的的科学科学。 基本任务：基本任务： 研究研究育种规律育种规律发掘、研究和利用各种发掘、研究和利用各种种质资源种质资源制定正确的制定正确的育种目标育种目标 通过通过各种育种途径各种育种途径，应用先进的，应用

9、先进的科学技科学技术与手段术与手段，改良农作物品种的遗传素质与改良农作物品种的遗传素质与群体构成群体构成，培育出，培育出高产、稳产、优质高产、稳产、优质的农的农作物作物新品种新品种或或新的类型新的类型。 并且在并且在繁殖与推广繁殖与推广新品种的过程中，新品种的过程中，保持优良品种的种性保持优良品种的种性，提供量足、质优、，提供量足、质优、价廉的生产用种，充分发挥优良品种的价廉的生产用种，充分发挥优良品种的增产作用，促进高产、高效、优质农业增产作用，促进高产、高效、优质农业的发展。的发展。 二、作物育种学的主要内容二、作物育种学的主要内容 . 育种目标的制定以及实现育种目标的策略；育种目标的制定

10、以及实现育种目标的策略； . 种质资源搜集种质资源搜集、保存保存、研究研究、评价评价、利用及创新；利用及创新；. 人工创造变异的途径、方法及技术；人工创造变异的途径、方法及技术；. 人工选择的理论及方法；人工选择的理论及方法； . 主要目标性状的遗传规律、鉴定及选育方法；主要目标性状的遗传规律、鉴定及选育方法； . 杂种优势利用的途径及方法；杂种优势利用的途径及方法；. 育种工作中的田间试验技术；育种工作中的田间试验技术；. 新品种的审定、推广与种子生产技术。新品种的审定、推广与种子生产技术。 作物育种学是作物遗传改良的作物育种学是作物遗传改良的科学科学与艺术与艺术，要通过育种工作，改良作物的

11、，要通过育种工作，改良作物的遗传素质，从而维持和发展人类与其他遗传素质，从而维持和发展人类与其他生物间协调发展的平衡关系，以谋求和生物间协调发展的平衡关系，以谋求和增进人类的福利，促进人类的可持续发增进人类的福利，促进人类的可持续发展。展。 同时，作物育种学是一门同时，作物育种学是一门综合性很强综合性很强的的应用科学应用科学，即人工进化的科学，尤其在现代，即人工进化的科学，尤其在现代育种工作中，育种已由过去单纯的提高产量育种工作中，育种已由过去单纯的提高产量转变为综合性状育种工作，这转变为综合性状育种工作，这必须综合应用必须综合应用多学科的知识多学科的知识，去创造变异，提高鉴定、选，去创造变异

12、，提高鉴定、选择的效率，培育出符合人类需要的新品种或择的效率，培育出符合人类需要的新品种或新作物。新作物。因此，要求育种工作者：因此，要求育种工作者：(1)具有扎实的具有扎实的基础理论知识基础理论知识；(2)了解国内外生产及育种的动态；了解国内外生产及育种的动态；(3)具有具有精湛的育种技巧精湛的育种技巧；(4)拥有拥有丰富的种质资源丰富的种质资源。 在上述基础上，以丰富的想象力，在上述基础上，以丰富的想象力，制定出切实可行的育种目标，以制定出切实可行的育种目标，以坚韧不坚韧不拔的毅力拔的毅力，培育出适合于现代农业需要，培育出适合于现代农业需要的作物新品种。的作物新品种。 三、常规育种的技术特

13、点三、常规育种的技术特点 常规育种的主要任务是提高产量、常规育种的主要任务是提高产量、改进品质和增强抵抗不良环境因素的能改进品质和增强抵抗不良环境因素的能力，如抗病、虫、草害和抗旱、寒、碱力，如抗病、虫、草害和抗旱、寒、碱等。等。常规育种的技术特点常规育种的技术特点 1、综合多个优良基因，同步改、综合多个优良基因，同步改良农作物的产量、品质、抗性水平；良农作物的产量、品质、抗性水平； 2、盲目性较大；、盲目性较大； 3、育种既是科学又是艺术。、育种既是科学又是艺术。 育种工作亦可视为根据人的意志、按预育种工作亦可视为根据人的意志、按预定方向发展的一种生物进化。育种家将由遗定方向发展的一种生物进

14、化。育种家将由遗传物质变异（基因突变、染色体结构变化、传物质变异（基因突变、染色体结构变化、染色体数目变化）以及遗传物质重组所产生染色体数目变化）以及遗传物质重组所产生的各种变异类型中，通过适应型的选择、保的各种变异类型中，通过适应型的选择、保留而培育出符合人类需要的优良作物品种。留而培育出符合人类需要的优良作物品种。常规育种既是一门科学又是一门艺术。常规育种既是一门科学又是一门艺术。 四、作物育种学的发展与分子育种的兴起四、作物育种学的发展与分子育种的兴起（一）作物育种学的发展（一）作物育种学的发展第一阶段：古代，世纪前，育种萌芽时代；第一阶段：古代，世纪前，育种萌芽时代；第二阶段：近代，第

15、二阶段：近代，世纪，育种出苗世纪，育种出苗时代；时代；第三阶段：二十世纪，育种开花结果时代。第三阶段：二十世纪，育种开花结果时代。 在理论方面：遗传学发展迅速，从普通遗传学在理论方面：遗传学发展迅速，从普通遗传学发展出细胞遗传学、分子遗传学、生化遗传学、群发展出细胞遗传学、分子遗传学、生化遗传学、群体遗传学、数量遗传学等分支，同时，生物统计、体遗传学、数量遗传学等分支，同时，生物统计、田间试验的理论与技术逐步完善，生物工程的应用，田间试验的理论与技术逐步完善，生物工程的应用，更为育种工作开拓了广阔的前景，育种工作也由凭更为育种工作开拓了广阔的前景，育种工作也由凭经验与技巧的初级状态发展成为有系

16、统理论与科学经验与技巧的初级状态发展成为有系统理论与科学方法的一门综合应用科学。方法的一门综合应用科学。 1927年美国年美国Hays 等所著的等所著的作物育种作物育种 前苏联于前苏联于1935年出版了年出版了Vavilov著的著的作作物育种的科学基础物育种的科学基础 1942年美国出版了年美国出版了Hayes和和Immer的的作物育种方法作物育种方法，其中译本，其中译本作物育种学作物育种学于于1962年出版。年出版。 美国美国Allard（1960）作物育种原理作物育种原理王绶王绶中国作物育种学中国作物育种学（1936）沈学年主编沈学年主编作物育种学泛论作物育种学泛论（1948） 蔡旭主编蔡

17、旭主编植物遗传育种学植物遗传育种学（第（第1版版 1976，第，第2版版 1988）西北农学院主编西北农学院主编作物育种学作物育种学（1981）潘家驹主编潘家驹主编作物育种学总论作物育种学总论（1997） 现代作物育种的发展动向主要表现在以下现代作物育种的发展动向主要表现在以下几个方面：几个方面： （1）育种目标要求高；）育种目标要求高； （2）种质资源的搜集、保存、研究评价、利）种质资源的搜集、保存、研究评价、利用及创新等一系列工作得到了广泛的重视和加强；用及创新等一系列工作得到了广泛的重视和加强； （3）广泛采用现代技术和仪器；）广泛采用现代技术和仪器； （4）除了传统的育种途径外，大力开

18、拓育种）除了传统的育种途径外，大力开拓育种的新途径和新技术。的新途径和新技术。（二）分子育种的兴起（二）分子育种的兴起 1953年年 Watson和和Crick发现遗传物发现遗传物质质DNA的双螺旋结构的双螺旋结构， Berg（1973）DNA重组成功重组成功 Beachy研究组（研究组（1984）第一个报）第一个报道了将道了将TMV外壳蛋白基因引入烟草外壳蛋白基因引入烟草 基因工程或重组基因工程或重组DNA技术就是按照预先技术就是按照预先设计的生物施工蓝图，把人们需要的甲种生设计的生物施工蓝图，把人们需要的甲种生物的基因（目的基因）转移到需要改造的乙物的基因（目的基因）转移到需要改造的乙种生

19、物的细胞里，使目的基因在那里繁殖和种生物的细胞里，使目的基因在那里繁殖和表达，于是乙种生物的细胞就获得了新性状，表达，于是乙种生物的细胞就获得了新性状，成为新类型。成为新类型。 和常规的育种技术相比，基因工程和常规的育种技术相比，基因工程有三大显著的优点：有三大显著的优点： 1、源于生物的有利基因在人、动物、植、源于生物的有利基因在人、动物、植物、微生物四大系统内可进行随机交换；物、微生物四大系统内可进行随机交换； 2、基因工程可以获得生物的、基因工程可以获得生物的定向变异定向变异； 3、基因工程可使、基因工程可使目的基因目的基因定向定向转移转移。 在植物抗虫性研究方面，已将苏云在植物抗虫性研

20、究方面，已将苏云菌芽孢杆菌的菌芽孢杆菌的Bt杀虫晶体蛋白基因导入杀虫晶体蛋白基因导入棉花、玉米、马铃薯，培育出的转基因棉花、玉米、马铃薯，培育出的转基因抗虫品种对棉铃虫、玉米螟等害虫表现抗虫品种对棉铃虫、玉米螟等害虫表现出高水平的防治效果。出高水平的防治效果。 当然，在应用基因工程技术去改良、当然，在应用基因工程技术去改良、提高农作物产量、品质、抗性，获得综提高农作物产量、品质、抗性，获得综合性状优良的新品种的工作中，合性状优良的新品种的工作中，必须与必须与常规育种相结合常规育种相结合。 第三节第三节 作物育种的成就与展望作物育种的成就与展望一、近代育种的成就一、近代育种的成就 （一）新品种的

21、选育与推广；（一）新品种的选育与推广； （二）种质资源的收集、保存和创新；（二）种质资源的收集、保存和创新； （三）育种新方法及及技术研制和利用（三）育种新方法及及技术研制和利用 （四）目标性状的选育方面：（四）目标性状的选育方面： . 在产量育种上在产量育种上 . 抗病虫育种方面抗病虫育种方面 . 品质育种方面品质育种方面二、作物育种工作的展望二、作物育种工作的展望 （一）种质资源工作有待加强；（一）种质资源工作有待加强； （二）深入开展育种理论与方法的研究（二）深入开展育种理论与方法的研究 ； （三）加强多学科的综合研究和育种单位（三）加强多学科的综合研究和育种单位间的协作；间的协作； （四）种子产业化。（四）种子产业化。 细胞工程细胞工程：培养无性系变异、器官分化、形态：培养无性系变异、器官分化、形态建成、性别控制、培养技术、提高成活率、成苗率、建成、性别控制、培养技术、提高成活率、成苗率、加速定向组建具有特异性状的新品系）。加速定向组建具有特异性状的新品系）。 基因工程基因工程：目的基因的定位、分离、重组、