作物育种学总论复习题及答案

作物育种学总论复习题及答案一、名词解释1.作物育种学：是研究选育与繁育作物优良品种的理论和方法的科学，作为作物生产链条的核心上游技术，其核心逻辑是整合遗传学、植物生理学、生态学、分子生物学等多学科理论，定向创造变异、筛选符合生产需求的作物类型，最终为农业生产提供遗传特性稳定、综合性状优良的生产用种，直接支撑作物产量提升、品质改良、抗逆性增强的产业需求。2.品种：是人类在特定的生态条件和经济条件下，根据生产应用需求选育出的作物群体，该群体具有相对稳定的遗传特性，在产量、品质、抗逆性、生育期等关键性状上符合当期的农业生产要求，在特定的种植区域和配套栽培技术下，产量、适应性等性状表现出一致性和稳定性，品种不属于植物分类学的自然单位，而是专门的农业生产资料，必须经过官方审定或者登记之后才能进入生产推广环节。3.有性繁殖：指作物通过雌雄两性配子结合形成合子，由合子进一步发育成完整后代个体的繁殖方式，根据花粉的来源差异，可进一步划分为自花授粉、异花授粉、常异花授粉三种核心类型。4.自花授粉作物：指同一朵花的花粉传递到同一朵花的雌蕊柱头，或者同个植株上的不同花朵之间完成授粉受精的作物类型，其天然异交率通常低于4%，代表作物包括水稻、小麦、大麦、大豆、花生、番茄等。长期自交的遗传特性决定了这类作物的自然群体绝大多数个体为纯合基因型，后代遗传表达高度稳定。5.异花授粉作物：指必须依靠不同植株的雄花提供花粉才能完成正常受精结实的作物类型，其天然异交率普遍高于50%，部分特殊作物的天然异交率可达100%，代表作物包括玉米、黑麦、甘薯、向日葵、苜蓿、大部分十字花科蔬菜等。这类作物自然状态下个体基因型绝大多数为杂合状态，连续多代自交后会出现明显的自交衰退现象，表现为生活力下降、抗逆性减弱、育性降低。6.常异花授粉作物：指同时具备自花授粉和异花授粉能力，天然异交率处于5%-50%区间的作物类型，代表作物包括陆地棉、高粱、甘蓝型油菜、谷子等。这类作物的遗传特性介于自花授粉和异花授粉作物之间，自然种植条件下如果不采取隔离措施，很容易发生异交导致品种群体遗传混杂。7.无性繁殖：指作物不经过两性配子的受精过程，直接依靠母体的营养器官（块根、块茎、匍匐茎、鳞茎等）或者无性繁殖孢子发育形成后代个体的繁殖方式，代表作物包括马铃薯、甘薯、甘蔗、草莓、木薯等。无性繁殖获得的后代个体基因型与母体完全一致，不会发生性状分离，可长期固定杂合基因型的优势表现。8.种质资源：又称遗传资源、基因资源，是所有具备特定种质或者功能基因、可用于作物育种及相关基础研究的各类生物类型的总称，涵盖地方农家品种、现代改良品种、野生近缘物种、人工诱变创造的变异材料、转基因新种质等所有携带可利用基因的生物材料，是所有育种工作开展的核心物质基础。9.核心种质：指从全部种质资源库中筛选出的一小部分代表性材料集合，该集合可以代表整个种质资源库90%以上的遗传多样性，以最小的群体规模和最低的遗传冗余度，最大限度保存全部种质的遗传变异特征，能够大幅降低种质资源保存、评价、利用的工作成本，提升种质资源的利用效率。10.引种：指从境外或者本区域以外的其他生态区域引进新的作物品种、品系或者特异性遗传材料，经过本地的多年多点适应性鉴定试验后，直接在本区域推广种植的育种技术方法，是获得新品种最便捷、见效最快的途径之一。11.光温敏雄性不育：指作物的雄性育性受到光照时长和环境温度的调控，在特定的光温条件下表现为完全雄性不育，可用于杂交制种，在另一套光温条件下表现为雄性可育，能够正常繁殖不育系自身的雄性不育类型，是两系法杂交水稻、杂交小麦利用的核心技术基础。12.选择育种：又称系统育种，指直接从现有作物品种的自然变异群体中选择性状表现优良的变异单株，经过多代的筛选、比较、鉴定试验，最终培育出符合生产需求的新品种的育种方法，不需要人工创造变异环节，是早期作物品种改良最常用的手段。13.纯系学说：由丹麦遗传学家约翰逊提出，核心结论为在自花授粉作物的天然混杂群体中，通过单株选择可以分离出一系列基因型完全纯合的株系，也就是纯系；在遗传组成均一的纯系内部继续进行单株选择，不会创造出新的遗传变异，选择是完全无效的。该学说为自花授粉作物的系统育种方法提供了核心理论支撑。14.杂种优势：指两个遗传性存在明显差异的亲本材料杂交得到的杂种一代，在生长势、生物产量、生活力、抗逆性、实际产量、品质性状等多个维度，综合表现显著优于双亲平均水平甚至超过双亲最优值的遗传现象，是目前作物产量提升最核心的技术路径之一。15.一般配合力：指某一个亲本材料和其他多个遗传背景差异明显的亲本分别杂交后，杂种后代特定性状的平均表现水平，一般配合力的高低由亲本基因组内的基因加性效应决定，能够稳定遗传给后代，是筛选优良杂交亲本的核心指标。16.特殊配合力：指两个特定亲本杂交产生的杂种一代，其特定性状的实际表现值，偏离这两个亲本各自所有杂交组合一般配合力平均表现值的部分，特殊配合力由基因组的显性效应、上位性效应等非加性基因效应决定，是筛选强优势杂交组合的核心依据。17.雄性不育：指作物的雄性器官发育发生遗传变异，不能产生有正常功能的花粉，但是雌性器官发育完全正常，可以接受其他正常植株的花粉完成受精结实的遗传现象，是免去杂交制种过程中人工去雄操作、大幅降低杂交种生产成本的核心种质材料。18.三系配套：是核质互作型雄性不育杂种优势利用的核心技术体系，三个核心系分别为雄性不育系、雄性不育保持系、雄性不育恢复系：不育系自身花粉败育无法自交结实，依靠保持系提供花粉授粉后，后代100%依然保持雄性不育特性，实现不育系的繁殖；不育系依靠恢复系提供花粉授粉后，杂种一代的花粉完全恢复可育性，能够正常结实产生商品粮，实现杂交种的大规模制种。19.远缘杂交：指分类学上属于不同种、属，或者亲缘关系更远的生物类型之间开展的杂交育种工作，比如普通栽培稻和野生稻杂交、普通小麦和小麦族的冰草杂交，能够突破种间的生殖隔离限制，把野生近缘物种的优良抗性、抗逆性基因导入到栽培作物基因组中，大幅拓展栽培作物的遗传基础。20.分子标记辅助育种：利用与控制目标性状的功能基因紧密连锁的DNA分子标记，在育种的早期分离世代直接对单株的基因型进行精准选择，不需要等待作物生长到性状表达的特定阶段，就可以筛选出携带目标基因的个体，大幅提升选择效率、缩短育种周期的现代育种技术。21.品种审定：指由各级农业农村主管部门设立的农作物品种审定委员会，对新选育或者新引进的作物品种，按照国家标准开展连续多年的区域试验、生产试验，对品种的产量水平、适应性、抗病性、品质性状进行综合鉴定，审定通过后发放官方品种审定证书，允许在指定的适宜生态区域内推广应用的行政许可制度。22.品种退化：指已经育成的优良作物品种，在生产上长期种植和种子繁殖过程中，受人为操作、自然变异、生物学混杂等因素影响，逐步丧失原有品种的优良性状、形态典型性和丰产性，表现出产量下降、品质变劣、抗逆性减弱、整齐度降低的现象。23.原种：指由作物品种选育单位直接生产的、遗传特性完全符合该品种典型性、纯度达到99.9%以上、种性最优的首批种子，是后续大田生产用种扩繁的源头基础材料。24.临界日长：指作物从营养生长转入生殖生长、顺利完成开花结实所需的最高或者最低日照长度阈值，长日照作物的开花结实需要日照长度超过临界日长，短日照作物的开花结实需要日照长度短于临界日长。25.群体改良：针对异花授粉作物的杂合遗传特性，通过人工选择、相互杂交、轮回选择等技术手段，持续提升作物基础群体内优良基因的频率，逐步改良群体的综合性状和配合力水平，最终从改良后的群体中选育出更优良的自交系或者培育出综合性状更优群体的育种技术体系。二、核心填空题1.作物的繁殖方式总体划分为有性繁殖和无性繁殖两大类，其中有性繁殖进一步分为自花授粉、异花授粉、常异花授粉三种类型。2.不同繁殖方式作物对应的适宜育种策略存在差异：自花授粉作物最常用的传统育种方法是系统育种和系谱法杂交育种，群体内的纯合品种不需要人工隔离就可以长期保持遗传稳定性；异花授粉作物选育品种必须通过轮回选择改良群体的方法控制自交衰退，优先利用杂种优势培育杂交种；常异花授粉作物的种子生产过程中必须设置合格隔离区，通过定期的去杂去劣和单株提纯维持品种种性。3.按照种质资源的来源属性，可将其划分为四大核心类别，分别是本地地方种质资源、外异地引进种质资源、野生近缘植物种质资源、人工创造的特殊种质资源。4.引种工作开展的核心理论依据是作物光温反应特性规律和生态相似性原则：高温短日性作物从高纬度的北方地区引种到低纬度的南方地区，实际生育期会表现出明显缩短的趋势；低温长日性作物从低纬度的南方地区引种到高纬度的北方地区，实际生育期会表现出明显缩短、提前开花的趋势。5.人工选择的两类最基础方法是单株选择法和混合选择法，其中单株选择法更适合遗传背景纯合的自花授粉作物，能够快速分离出遗传稳定的纯系；混合选择法更适合遗传背景杂合的异花授粉作物，能够在保留群体遗传多样性的前提下定向改良群体综合性状。6.常规杂交育种按照杂交亲本的亲缘关系远近，可划分为品种间杂交育种和远缘杂交育种两类，杂交后代群体的处理最常用的两类经典方法是系谱法和混合法。7.育种实践中测定亲本配合力的三类主流方法是顶交法、双列杂交法、格子方设计法。8.作物雄性不育按照遗传机制可划分为细胞核雄性不育、核质互作型雄性不育两大类型，目前我国大面积推广的杂交水稻、杂交玉米、杂交油菜品种，绝大多数都利用核质互作型雄性不育材料实现三系配套。9.远缘杂交普遍存在三类核心障碍，分别是杂交不亲和性（受精前障碍）、杂种夭亡不育（受精后幼胚发育障碍）、杂种后代性状疯狂分离难以稳定，对应的常规克服技术分别是亲本染色体预先加倍、幼胚离体拯救培养、杂种一代染色体加倍或者连续回交。10.我国现行的作物品种市场准入核心管理制度包括品种审定制度、品种登记制度、植物新品种权保护制度，保障种子质量、防控品种退化的核心技术体系是原种生产和定期品种更新制度。三、核心简答题1.简述作物育种学的核心任务与学科特点作物育种学的核心任务分为两个层面：第一是通过各类育种技术发掘利用自然变异、人工创造定向变异，选育出适配农业生产未来发展需求的优良新品种，不断提升品种的产量潜力、品质水平、抗病虫性、抗逆境能力、养分利用效率，适配现代农业机械化生产、轻简化栽培的产业需求；第二是在优良品种完成审定推广后，建立标准化的良种繁育体系，持续为大田生产提供遗传特性稳定、纯度高、质量优的生产用种，实现良种与良法配套，最大化发挥优良品种的增产增效潜力。该学科的核心特点包括四方面：一是研究对象的复杂性，不同作物的繁殖方式、遗传背景、生长发育特性差异极大，对应的育种技术路线完全不同，无法跨作物直接套用标准化育种流程；二是育种周期长，常规杂交育种从人工配制杂交组合到选育出遗传稳定的新品系，通常需要8-10个世代，加上后续的多年多点区域试验、生产试验，全流程耗时普遍在10年以上，单倍体育种、分子标记辅助育种等新技术可显著缩短育种周期，但依然需要大田多点鉴定环节验证品种适应性；三是实践属性极强，所有实验室阶段获得的变异材料、理论层面的优良基因型，都必须经过不同生态区域、不同栽培条件下的多年大田鉴定，才能明确实际生产应用价值，脱离大田生产场景的育种研究不具备落地性；四是育种目标的动态性，随着农业生产条件升级、消费需求迭代、病虫害种群变异、极端天气频发，育种目标需要持续动态调整，不存在可以永久适配所有生产场景的通用型优良品种。2.试论述种质资源在作物育种工作中的不可替代作用种质资源是所有育种工作开展的核心物质基础，所有育种领域的突破性成就，都依赖于特殊优异种质资源的发掘和利用：我国杂交水稻技术的全球领先，直接得益于1970年在海南野生稻群体中发现的天然雄性不育野生败育株，没有该特殊种质的发掘，核质互作型水稻雄性不育系的选育工作不可能快速完成；上世纪小麦抗锈病品种的大面积推广，核心依托于从普通小麦的野生近缘种长穗偃麦草中发掘的抗条锈病基因。其次，种质资源是破解当前栽培作物遗传基础狭窄问题的核心路径：现代商业育种长期定向选择，使得当前主栽品种的遗传背景越来越单一，大面积种植遗传相似度极高的品种，存在病虫害暴发导致生产绝收的巨大风险，而大量优质的抗逆基因、抗病基因、高品质基因都保留在传统地方农家品种和野生近缘种质资源中，只有系统开展种质资源的鉴定评价，才能把这些有利基因导入现代主栽品种，持续拓展栽培作物的遗传多样性。第三，种质资源是作物基础理论研究的核心材料载体：各类携带特异性状的种质材料是解析作物性状遗传规律、克隆关键功能基因、阐明作物驯化分子机制的核心研究对象，所有分子设计育种的靶标功能基因，都来自于各类种质资源的遗传变异发掘。3.简述引种的基本原则和核心技术流程引种工作必须遵守两大基本原则：一是生态相似性原则，引进品种的原产地生态条件，必须和引种地的生态条件尽可能接近，引种成功的概率才会显著提升；二是引种试验先行原则，绝对不能直接大量引进陌生品种就直接大面积推广，必须经过小面积试验鉴定适应性之后再逐步扩大推广规模。其核心技术流程分为三步：第一是制定科学的引种计划，根据本区域的生产需求，明确目标引种品种的适宜生态类型、产量水平、抗性要求，针对性的从生态相似的区域引进符合目标的品种材料；第二是开展多年多点的适应性鉴定试验，在不同的生态试点连续2-3个世代种植引进的品种，系统测定其生育期、产量、抗性、品质等关键性状，明确其在本地的实际表现和适宜种植区域；第三是开展配套栽培技术研究，明确引进品种最适宜的播期、种植密度、肥水管理方案，实现良种良法配套，充分发挥引进品种的产量潜力。四、核心论述题1.对比分析杂交育种中系谱法和混合法的优缺点及适用场景系谱法是自花授粉作物杂交育种最经典的后代处理方法，操作流程为从杂种分离的F2世代开始，每一个分离世代都严格按照育种目标选择性状优良的单株，当选单株下一代单独种植成株系，通过连续多代的株系比较筛选，直到株系内的性状完全稳定不再分离为止。其核心优点包括：一是全流程有完整的系谱档案记录，可以清晰追溯每一个选择单株的亲缘关系，方便育种家后续根据系谱信息选配遗传背景差异大的亲本配制新的杂交组合；二是早期世代就可以大量淘汰综合性状表现差的株系，大幅缩减后续试验的材料规模，降低田间管理工作量；三是针对遗传力高的质量性状比如抗病性、株高、形态标记等，早代选择的准确性非常高，性状纯合稳定速度快，通常经过4-5代单株选择就可以获得遗传稳定的纯合株系。但系谱法也存在明显缺点：早代选择的单株群体规模有限，很容易丢失大量控制产量、品质这些多基因数量性状的优良等位基因，早代对遗传力低的数量性状选择准确性差，很容易误淘汰携带优良基因的单株，同时单株单株系的种植管理模式工作量大，对试验用地和人力的需求高。系谱法的适用场景主要是以改良少数单基因控制的目标性状为核心的育种项目，比如定向改良主栽品种的抗病性、改良株高实现抗倒伏，是当前我国小麦、常规水稻杂交育种应用最广泛的后代处理方法。混合法的操作流程是在杂种分离的早期世代，完全按照杂交组合为单位，把整个群体的种子混合收获、混合种植，不进行人工单株选择，直到杂种群体的单株个体纯合度达到80%以上、分离比例极低的时候，才启动第一次大规模单株选择。其核心优点包括：早代不进行人工干预选择，最大化保留了杂种群体的遗传变异，不会丢失控制数量性状的优良基因，对产量、品质这类多基因复杂性状的改良效果显著优于系谱法，同时早代混合种植的田间管理操作非常简便，不需要单株收获单株播种，可以容纳更大的群体规模，承载更多的遗传变异。混合法的缺点也很明显：整体育种周期更长，要等到6-7代群体高度纯合之后才开始单株选择，比系谱法的育种周期长2-3年，全程没有系谱记录，无法追溯单株的亲缘关系，后期选配新亲本的时候缺乏参考依据。混合法更适用于以改良产量、抗逆性这类多基因复杂数量性状为核心目标，不需要定向改良少数特定单基因性状的中长期育种项目，也非常适合用于基础育种群体的改良创制工作。2.论述作物品种混杂退化的主要原因及综合防控技术体系作物品种发生混杂退化的原因可以分为五类：第一是机械混杂，是生产上最普遍的混杂原因，在种子收获、脱粒、清选、运输、播种、贮藏全流程中，人为操作不规范，导致不同品种的种子发生相互混杂，直接破坏品种群体的遗传纯度；第二是生物学混杂，异花授粉作物和常异花授粉作物的种子生产过程中，没有设置达到国家标准的隔离区，不同品种之间发生天然异交，导致品种后代群体出现大量杂合个体，完全破坏原有品种的形态典型性和性状一致性；第