(完整版)作物育种学总论复习题及答案

(完整版)作物育种学总论复习题及答案名词解释1.作物育种学：是研究选育及繁殖作物优良品种的理论与方法的综合性应用学科，属于人工进化的核心技术体系，以遗传学为核心理论基础，融合植物生态学、植物生理学、植物病理学、生物统计学、农业气象学等多学科知识，最终目标是为农业生产提供兼具高产、优质、多抗、适配性的作物品种，支撑粮食安全与农业可持续发展。2.育种目标：指在特定的自然生态条件、耕作栽培体系与产业经济需求下，对计划选育的新品种提出的全部性状量化指标，涵盖生物学性状（生育期、抗逆性、适应性等）和经济学性状（产量、品质、市场适配性等）两大维度，是全部育种工作的核心导向。3.绿色革命：20世纪60年代兴起的全球性粮食增产技术变革，核心是通过矮化抗倒、高产品种选育，配套水肥一体化栽培技术，大幅提升小麦、水稻、玉米三大主粮的单产水平，代表性成果包括国际玉米小麦改良中心选育的半矮秆小麦品种、中国自主培育的矮秆水稻品种广场矮等，直接推动全球粮食总产量在20年间提升1倍以上，缓解了世界人口爆炸带来的粮食危机。4.种质资源：也称遗传资源，泛指一切具有特定种质或基因、可用于育种、栽培及相关生物学研究的各类生物材料，包括地方品种、改良品种、野生近缘种、人工创制的突变体等，是作物育种的核心物质基础。5.作物起源中心：由瓦维洛夫提出，指野生植物最先被人类驯化栽培、或是栽培作物遗传多样性最富集的区域，这类区域集中分布了大量作物的野生祖先种、近缘种和地方特有品种，是种质资源收集保护的核心靶点。6.生态适应性：作物品种对特定区域的光照、温度、降水、土壤肥力、病虫害发生规律等生态环境条件的适应能力，是决定品种能否在特定区域正常生长、发挥产量潜力的核心属性。7.引种：指从外地区或国外引进新的作物品种、种质材料，经过适应性鉴定试验后，直接在本地推广种植或者作为育种原始材料间接利用的育种环节，是最简便、见效最快的品种改良途径之一。8.驯化：人类通过长期的定向选择，将野生植物逐步改造为适应栽培环境、满足人类生产需求的栽培作物的过程，是农业起源阶段最核心的作物改良活动。9.选择育种：又称系统育种，是直接从现有作物品种的自然变异群体中，选出符合育种目标的优良变异单株，经过后代连续鉴定、选择和比较，最终育成新品种的育种方法，是自花授粉作物最传统的育种手段之一。10.纯系学说：由丹麦遗传学家约翰逊通过菜豆试验提出，核心内容是：自花授粉作物的纯合基因型个体自交多代后产生的后代群体为纯系，纯系内部不同个体间的表型差异是环境变异导致的，不存在可遗传的变异，因此在纯系内部进行选择是无效的，只有在基因型异质的自然变异群体中选择才能获得可稳定遗传的新类型。11.杂交育种：指通过两个或两个以上基因型不同的亲本进行人工杂交，创造遗传变异丰富的异质后代群体，在后续世代中通过定向选择和鉴定，培育出兼具多个亲本优良性状的新品种的育种方法，是目前应用最广泛、育种成效最突出的常规育种技术。12.配合力：指某一个亲本与其他若干个亲本杂交后，其杂种后代的表现优劣程度，是衡量亲本杂交利用价值的核心指标，分为一般配合力和特殊配合力两类。其中一般配合力指一个亲本和多个杂交通常亲本杂交后，杂种后代性状表现的平均水平，由亲本的加性效应基因决定；特殊配合力指两个特定亲本杂交后，杂种后代的性状表现偏离其两个亲本一般配合力平均值的程度，由基因的非加性效应（显性、超显性、上位性）决定。13.杂种优势：指两个基因型存在显著差异的亲本杂交产生的F1代，在生长势、产量、品质、抗逆性等多个性状上显著优于双亲，甚至优于最优亲本的生物学现象，是现代农业大幅提升作物单产的核心技术路径。14.三系配套：是核质互作型雄性不育系配制杂交种的核心体系，三系分别指雄性不育系（自身花粉完全不育，雌蕊正常可育，作为杂交母本不用去雄）、保持系（与不育系杂交后代依然保持雄性不育特性，用于繁殖不育系种子）、恢复系（与不育系杂交后F1代花粉恢复可育性，同时表现强杂种优势，作为杂交父本），三系相互配合即可大规模生产高纯度的杂交种。15.两系杂交种：指利用光温敏雄性不育系配制的杂交种，光温敏不育系的育性受光照长度和温度条件调控，在特定的长日高温环境下表现完全雄性不育，可用于配制杂交种；在短日低温环境下表现完全可育，可实现自身繁殖，不需要专门的保持系，大幅简化了杂交种的制种程序，配组自由度远高于三系杂交体系。16.诱变育种：指利用物理诱变因素（γ射线、X射线、离子束、空间诱变等）或者化学诱变剂（EMS、NaN3等）处理作物种子、植株或愈伤组织，诱导其基因组发生高频率的基因突变，从变异群体中筛选出符合育种目标的优良突变体，进而培育成新品种的育种技术，对于改良单一不良性状效率极高。17.远缘杂交：指植物分类学上不同种、属甚至亲缘关系更远的物种之间进行的杂交，能够突破种间的生殖隔离，将野生近缘物种的优异抗逆、抗病基因导入栽培作物，大幅拓展栽培作物的遗传基础。18.多倍体育种：指通过人工诱导，使作物的染色体组数目发生加倍，获得同源多倍体或者异源多倍体新类型，利用多倍体器官巨大、抗逆性强、代谢产物含量高的特点培育新品种的技术，目前已经成功培育出三倍体无籽西瓜、异源八倍体小黑麦等商业化品种。19.轮回选择：是群体改良的核心技术，通过从基础群体中选择优良单株，相互之间进行异交授粉，合成新一轮的改良群体，通过多轮反复的选择-互交-选择流程，不断富集群体中的优良基因，提升群体整体的一般配合力和综合性状，同时保持群体较高的遗传多样性，为育种工作源源不断提供优良的种质材料。20.分子标记辅助育种：指利用与目标性状基因紧密连锁的DNA分子标记，在作物苗期甚至种子阶段就对个体的基因型进行精准筛选，无需等到植株成熟后鉴定表型，大幅提升选择效率和准确性的育种技术，能够有效克服传统表型选择受环境影响大、选择周期长的缺陷。21.品种审定：指由农业农村主管部门组织的国家或省级品种审定委员会，对新育成或者新引进的作物品种的丰产性、稳产性、适应性、抗性、品质等核心性状进行为期2-3年的区域试验和生产试验鉴定，对符合标准的品种发放审定证书，准许其在指定的适宜生态区域内推广种植的行政许可制度，是品种进入市场前的核心准入环节。22.原种：指由品种选育单位提供的育种家种子作为种源，经过严格的提纯复壮、按照标准技术规程生产出来的，遗传纯度达到品种标准、性状完全符合品种典型性的最高等级的种子，是后续大规模生产大田用种的基础种源。核心考点填空题1.作物育种的三大核心任务分别是：选育满足生产需求的优良新品种、繁殖优良品种的高质量生产用种、构建配套技术体系推进新品种的大面积推广应用。2.现代农业对作物品种的四大基本要求为高产、优质、多抗、适应性强，部分机械化生产区域还将适配轻简化栽培、适合机械籽粒收获作为核心改良目标。3.种质资源按照来源和属性可划分为四大类：本地地方种质资源、外地引进种质资源、野生近缘物种资源、人工创制的特殊种质资源。4.瓦维洛夫提出的全球作物起源中心共8个，其中中国-东亚中心是世界上最早、遗传多样性最丰富的作物起源中心，起源的代表性作物包括水稻、大豆、粟、荞麦、白菜等。5.引种的两大核心理论基础分别是生态相似性原理和德国学者迈伊尔提出的气候相似论，即两个区域的温度、光照、降水等核心气候因子相似性越高，引种成功的概率越大。6.低温长日性作物（小麦、油菜、大麦等）从高纬度区域向低纬度区域引种，普遍表现为生育期显著延长，甚至无法正常完成光照阶段诱导、不能抽穗结实；从低纬度向高纬度引种则生育期大幅缩短，抗寒性下降，容易遭遇冻害。7.高温短日性作物（水稻、玉米、大豆等）从低纬度向高纬度引种，生育期延长，营养体生长量增大，在正常成熟的前提下产量潜力会有所提升；从高纬度向低纬度引种则生育期大幅缩短，营养生长不足，产量显著下降。8.选择的两大基本类型为自然选择和人工选择，自然选择的核心方向是提升物种的环境适应性，人工选择的核心方向是满足人类的生产和消费需求，二者共同作用推动作物品种的持续进化。9.杂交育种的两大核心类型分别是组合育种和超亲育种，组合育种主要通过基因的累加效应，将双亲的优良性状聚合到同一个个体中；超亲育种主要通过微效多基因的聚合积累，选育出在产量、品质等数量性状上显著超过双亲的超亲类型。10.杂交育种的后代处理最常用的三类方法分别是系谱法、混合法和单子传代法，其中系谱法适合育种经验丰富的团队对质量性状和遗传力高的数量性状进行精准选择，混合法适合处理遗传力低的产量性状，在早代保留足够大的群体规模避免优良基因丢失。11.作物杂种优势利用的三个必备条件为：一是双亲的遗传差异足够大，F1代能够表现出显著的杂种优势；二是选育出配合力高、综合性状优良的亲本自交系；三是具备简便高效的制种技术体系，能够低成本大规模生产高纯度的杂交种种子。12.诱变育种的三个显著特点分别是：突变频率远高于自然突变，突变范围广，能够有效改良单一不良性状；多为点突变，一般不会改变品种的其他优良性状；变异方向难以精准预判，需要处理足够大的诱变群体才能筛选到目标变异。13.远缘杂交普遍存在三大困难：一是杂交不亲和，雌雄配子无法正常受精形成合子；二是杂种夭亡、不育，即使获得受精卵也无法发育成正常可育的杂种植株；三是杂种后代疯狂分离，遗传稳定性差，需要经过多代选择才能获得稳定的材料。14.抗病性按照抗性的遗传模式可划分为垂直抗性和水平抗性两类，垂直抗性由单主效基因控制，抗性强但容易被新的病害小种突破，丧失抗性；水平抗性由多个微效基因共同控制，抗性水平中等但广谱持久，不会因为病原菌小种变异快速丧失。15.品种权是知识产权的重要组成部分，指完成育种的单位或者个人对其授权品种享有排他的独占权，未经品种权所有人许可，任何单位和个人不得为商业目的生产或者销售该授权品种的繁殖材料。核心考点简答题1.简述制定作物育种目标需遵循的基本原则。答：第一，坚持针对性原则，紧密对接当前生产中的突出问题，同时兼顾未来3-5年的产业发展趋势，比如黄淮麦区近年赤霉病爆发频率逐年提升，就需要把中抗以上赤霉病作为核心改良目标，而不是仍然沿用20年前以高产为唯一目标的育种思路；第二，坚持性状量化原则，所有育种目标都要拆解为可测定、可筛选的具体量化指标，不能模糊表述为“高产”“优质”，要明确设定新品种比当地主栽对照品种增产5%以上、籽粒容重≥790g/L、赤霉病病穗率≤10%等可落地的筛选指标；第三，坚持主次分明原则，不能同时对10个以上的性状进行改良，要集中资源重点突破2-3个核心短板性状，在保留现有主栽品种全部优良性状的基础上针对性改良缺陷，避免出现“改了一个缺点丢了十个优点”的问题；第四，坚持适配性原则，充分考虑作物本身的繁殖特性和生态区域的资源禀赋，比如适合机械化收获的玉米品种需要选育出籽粒脱水速率快、茎秆硬度高的类型，而山区种植的玉米品种则需要重点提升抗旱耐瘠薄能力。2.为什么说种质资源是作物育种的核心物质基础？答：首先，所有的育种创新都建立在种质资源携带的遗传变异基础上，没有可利用的优良变异，再先进的育种技术也无法培育出突破性的新品种；其次，农业史上所有的重大育种突破，都依赖于关键核心种质的发掘利用，比如全球水稻杂种优势利用的成功，完全得益于1970年袁隆平团队在海南野生稻中发现的野败型雄性不育种质，矮化绿色革命的实现，也完全依赖于水稻矮秆基因sd1、小麦矮秆基因Rht1等特殊种质的发掘；第三，种质资源是应对未来农业风险的战略储备，随着全球气候变化，极端天气事件频发、新的病虫害小种不断出现，栽培作物的遗传基础已经高度同质化，很多新的抗性基因都只能从野生近缘种质资源中发掘，比如水稻抗白叶枯病的广谱抗性基因Xa21就是从非洲野生稻中筛选得到的；第四，丰富的种质资源是培育多元化品种、保障农业生态安全的核心基础，单一遗传背景的品种大面积推广很容易导致病害大流行，丰富的种质资源可以支撑不同熟期、不同抗性、不同用途的多元化品种培育，避免农业生产的遗传同质化风险。3.简述引种的完整工作程序。答：第一，前置准备阶段，提前调研拟引进种质的原产地生态条件、性状表现，结合本地的生态缺陷和育种需求制定明确的引种计划，确定引进的作物类型、性状指标，避免盲目引种；第二，严格检疫环节，所有引进的种质材料必须经过海关检疫和国内指定隔离检疫圃的至少1个生长周期的隔离试种，一旦发现检疫性的病虫害、恶性杂草，必须第一时间销毁，防止危险性外来生物入侵本地农业生态系统；第三，初级观察试验阶段，将所有引进的材料小面积种植在本地试验田，全程观察其生育期、抗逆性、主要农艺性状的表现，初步筛选出适应性表现良好的株系；第四，品比试验阶段，将初筛得到的优良材料连续开展2-3年的小区对比试验，以当地主栽品种为对照，精准测定其产量、品质、抗性等核心指标，淘汰表现不如对照的材料；第五，区域试验和生产示范阶段，通过品比试验的材料推荐参加省级或者国家级的区域试验，在多个不同生态区多点鉴定其适应性和稳产性，同时开展大面积的生产示范试验，验证其在大田生产条件下的表现，完成全部程序、通过品种审定后才能面向大面积推广应用。4.简述杂交育种亲本选配的核心原则。答：第一，双亲要具备较多的优点，缺点少且容易改良，双亲的性状优缺点能够互补，避免两个亲本同时存在同一个严重的缺陷性状，比如两个亲本都高感赤霉病，其后代群体中筛选出高抗赤霉病单株的概率几乎为零；第二，优先选用当地推广的优良主栽品种作为核心亲本，这类亲本已经高度适配本地的生态和生产条件，用它作为亲本配置的杂交组合，后代更容易筛选出适应性好的优良类型；第三，选择生态类型或者亲缘关系差异较大的亲本进行杂交，双亲的遗传背景差异越大，后代的遗传变异类型越丰富，越容易筛选出超亲的优良变异单株；第四，选择一般配合力高的亲本，只有双亲的一般配合力都高，才更容易在后代中聚合更多的优良加性效应基因，选育出综合性状优良的新品种。5.简述远缘杂交不育的主要克服途径。答：第一，染色体加倍法，将远缘杂交获得的不育F1代的染色体数目人工加倍，形成异源多倍体，让来自两个不同物种的同源染色体能够正常配对减数分裂，恢复育性，小黑麦就是通过这种方法培育成功的；第二，回交法，用其中一个亲本的花粉给不育的远缘杂种F1代授粉，通过回交逐步恢复杂种的育性，同时逐步置换掉不利的野生基因组片段；第三，幼胚离体培养技术，远缘杂交的受精卵经常在发育早期就停止分化、胚乳衰败，在授粉后10-20天左右将未成熟的幼胚剥离出来，放到人工配制的培养基上进行离体培养，直接获得杂种植株，有效克服杂种夭亡的问题；第四，桥梁亲本法，先让两个亲缘关系相对较近的物种杂交，获得的中间杂种再和第三个目标亲本进行杂交，通过桥梁亲本的适配性克服远缘杂交的不亲和障碍。核心考点论述题1.以黄淮冬麦区小麦育种为例，论述如何制定适配当前生产需求的系统育种方案。答：黄淮冬麦区是我国最大的小麦主产区，种植面积占全国小麦总种植面积的60%以上，近年生产上面临的核心问题包括赤霉病爆发频率持续上升、主栽品种同质化严重、适配优质强筋需求的品种占比不足、品种抗倒性差难以适配机械化收获、后期干热风胁迫频发导致产量不稳，据此制定的完整育种方案如下：首先明确量化的育种目标：品种为半冬性，株高控制在75-80cm，茎秆弹性好抗倒伏，成熟期比当前主栽对照品种济麦22早2天，适配机械化籽粒收获，落粒性适中；病害抗性指标要求高抗条锈病，中抗白粉病，赤霉病抗性达到中抗以上水平，避免大流行年份大幅减产；产量指标要求大面积示范产量稳定在650kg/亩以上，比对照品种增产5%以上；品质指标要求籽粒容重≥790g/L，粗蛋白含量≥14%，面团稳定时间≥15min，达到国家强筋小麦一级标准，满足面包加工产业的需求。其次进行种质资源的精准筛选：以当前黄淮麦区产量潜力最高、适应性最好的主栽品种济麦22作为核心受体亲本，保留其高产和广适的全部优良性状；导入江苏地区的抗赤霉病核心种质苏麦3号的改良后代，引入抗赤霉病主效基因Fhb1；导入优质强筋种质师栾02-1，引入控制优质亚基的1Dx5+1Dy10基因；导入携带来自野生二粒小麦的抗条锈病新基因Yr26的改良种质，补充新的抗源避免现有抗源失效。然后配置复交杂交组合，采用（济麦22/抗赤霉病种质//优质强筋种质）的三交组合模式，F1代种植1000株，全部淘汰假杂种，F2代扩大群体规模种植2万株，在苗期利用分子标记对Fhb1、1Dx5+1Dy10等目标基因进行初步的基因型筛选，淘汰不含目标基因的个体，开花期选择农艺性状优良的单株，收获后利用近红外光谱仪快速测定品质性状，淘汰品质不达标的单株。F3代种植成株系，全部种植在江苏淮南赤霉病重发病圃中，在自然接种的条件下筛选赤霉病发病轻的株系，淘汰发病严重的株系。F4代对筛选得到的优良株系进行产量初比试验，同时对条锈病抗性进行人工接种鉴定，淘汰抗性差、产量低的株系。F5-F6代将稳定的优良株系进入初级品比试验，连续2年测定产量、品质、抗性的综合表现，筛选出表现最优的3-5个品系推荐参加河南省区域试验和国家黄淮冬麦区南片区域试验，经过2年区域试验和1年生产试验，所有指标全部达标后通过品种审定，后续配套优化的轻简化栽培技术规程，同步开展原种生产和大面积推广工作，最终培育出符合当前生产需求的突破性小麦新品种。2.论述当前作物育种面临的核心挑战，以及现代生物技术如何赋能育种创新破解相关瓶颈。答：当前全球作物育种领域面临三大核心挑战：第一是主栽品种的遗传基础持续狭窄，全球主要作物的育成品种亲缘关系高度趋同，比如我国杂交水稻的亲本种质大部分集中在少数几个骨干恢复系和不育系类群中，遗传多样性不足，抗源单一，一旦出现新的病原菌小种或者极端胁迫，很容易出现大面积品种抗性丧失、大幅减产的风险；第二是育种周期长效率低，传统常规育种依赖表型选择，选育一个性状