作物育种学各论复习题及答案

作物育种学各论复习题及答案一、名词解释（作物育种学各论专属考点，共计15题）1.水稻三系配套：是指实现水稻杂种优势规模化利用的核心技术体系，由细胞质雄性不育系（A）、保持系（B）、恢复系（R）三类遗传特性稳定的材料共同组成，不育系的花粉败育特性可被保持系100%稳定维持，同时不育系与恢复系杂交可获得100%正常可育的杂种一代，三者农艺性状相互匹配即可实现杂交种子的规模化制种与生产应用。2.广亲和基因：是水稻籼粳亚种间杂种优势利用的核心特异基因，目前已定位的主效广亲和基因以S5n为代表，该等位基因可使籼型母本与粳型父本杂交、粳型母本与籼型父本杂交的杂种一代小穗育性稳定达到80%以上，克服籼粳亚种间自然存在的杂种半不育障碍，是培育籼粳交超级稻的核心遗传资源。3.光温敏核不育系：是水稻两系法杂种优势利用的核心材料，该类不育系的花粉育性受细胞核内的隐性光温敏不育基因控制，在特定的光周期（长日照≥14h）、温度（≥23.5℃）条件下表现为完全花粉败育，可作为母本制备杂交种子；在短日照、低于临界温度条件下恢复花粉可育性，可自行繁殖不育系种子，无需保持系参与，大幅简化杂交稻制种流程。4.矮败小麦：是我国小麦育种领域自主创制的特异轮回选择工具材料，该材料的细胞核内同时携带显性雄性不育基因Ms2和显性矮秆标记基因Rht10，后代中所有表现矮秆的植株均为花粉完全败育的不育株，高秆植株均为正常可育株，无需人工去雄即可开展大规模抗源、优质源的群体轮回选择，大幅提升小麦群体改良的选择效率。5.小麦抗赤霉病Fhb1主效基因：是目前已克隆的抗赤霉病效应最大、应用最广的主效显性基因，源自我国地方抗源品种苏麦3号，携带该基因的小麦品种对赤霉病的抗扩展性发病级别可稳定控制在2级以下，相比不含该基因的材料病粒率降低70%以上，是我国长江中下游、黄淮南部麦区抗赤霉病育种的核心目标导入基因。6.玉米Mo17类群自交系：是我国玉米种质资源改良过程中形成的核心杂种优势群类群，源自美国引入的Lancaster种质，代表自交系为Mo17，该类群自交系一般表现为株型清秀、根系发达、抗逆性强、籽粒品质优良，与国内唐四平头类群、旅大红骨类群、Reid类群均存在强杂种优势，是我国上世纪80-90年代杂交玉米品种的核心骨干自交系类群，当前仍在青贮玉米、高油玉米专用品种选育中广泛应用。7.玉米细胞质小斑病分类体系：是针对玉米小斑病病原菌致病型分化的专用分类标准，根据不同细胞质背景下玉米对小斑病的抗性差异，将玉米细胞质划分为T群、C群、S群、N群四大类，其中T群细胞质对T型小斑病病原菌小种高度敏感，曾引发上世纪70年代美国玉米大规模病害流行，当前我国商业化玉米品种选育已完全淘汰T群不育细胞质，优先选用N群普通细胞质保障品种抗病安全性。8.棉花芽黄标记性状：是陆地棉细胞核隐性单基因控制的幼叶黄化标记性状，携带该纯合基因的棉花材料在苗期1-3叶期新生叶片表现为明显黄化，4叶期后自动恢复正常绿色，该性状可作为指示性状应用于棉花杂种优势利用的不育系纯度快速鉴定，在苗期即可剔除假杂种，大幅降低杂交棉纯度检测的人工成本。9.低酚棉品种：是指棉花籽粒中色素腺体密度显著低于常规品种的专用棉花品种，其棉籽仁中游离棉酚含量低于0.02%，符合国家饲料卫生标准，棉籽可直接作为蛋白质饲料饲喂畜禽，实现棉籽资源的高效利用，我国当前低酚棉品种选育已同步实现抗虫、高产、低酚性状的聚合，部分品种皮棉产量达到常规推广品种的95%以上水平。10.陆海渐渗系：是陆地棉与海岛棉通过种间杂交、连续回交、分子标记辅助选择培育的特异育种材料，该类材料的染色体组中导入了1%-5%的海岛棉优异基因组片段，可在保留陆地棉高产、广适应性特性的基础上，同步聚合海岛棉的长纤维、高强度、高细度特性，是培育优质陆地棉品种的核心中间材料。11.波里马细胞质雄性不育系：是我国油菜育种家傅廷栋院士1972年在甘蓝型油菜品种波里马群体中发现的第一个有实用价值的油菜细胞质雄性不育类型，该不育系的花粉育性受温度影响的临界范围宽，不育性稳定，恢复源广泛，是当前国内外甘蓝型油菜杂交种选育中应用占比超过70%的核心不育细胞质类型。12.双低油菜育种标准：是我国甘蓝型优质油菜的强制性品质指标，要求育成品种的油菜籽饼中芥酸相对含量低于1%，饼粕中硫代葡萄糖苷总含量低于30μmol/g，该指标下的菜籽油营养价值可与橄榄油媲美，饼粕可直接作为食用植物蛋白来源或畜禽精饲料，大幅提升油菜生产的经济效益。13.油菜机械化收获专用品种：是针对我国冬油菜产区全程机械化生产需求选育的专属品种类型，要求品种具备株型紧凑、茎秆韧性强抗倒伏、角果不易开裂（抗裂角指数≥0.7）、成熟后植株熟相一致、角果层集中在距地面20cm以上高度等特性，机收损失率可控制在8%以内，解决传统油菜品种机收损失大的产业痛点。14.籽粒直收玉米品种：是针对我国黄淮海、东北春玉米产区籽粒机械直收需求选育的专用品种，要求品种生理成熟后籽粒脱水速率快，收获期籽粒含水量低于25%，茎秆直立性强抗倒伏，苞叶松紧适中，破碎率低于5%，无需后续人工晾晒即可直接进入粮食仓储体系，大幅降低玉米生产的人工成本。15.小麦节水高产品种：是针对我国黄淮海北部、华北麦区雨养农业条件选育的专用小麦品种，要求在全生育期仅灌溉1水（底墒水）的条件下，亩产量稳定达到500kg以上，水分利用效率高于2kg/m³，抗旱性达到1级，同时配套抗穗发芽、抗干热风特性，是我国小麦种植结构调整中节本增效的核心品种类型。二、填空题（核心基础考点）1.我国当前水稻年种植面积稳定在3000万公顷左右，年总产2.1亿吨以上，其中籼稻种植面积占比约68%，主要分布在南方15个省份，粳稻种植面积占比约32%，主要分布在东北三省、长江中下游粳稻区。我国杂交水稻年种植面积占水稻总种植面积的50%以上，累计推广应用杂交水稻增产稻谷超过6000亿公斤。2.小麦是我国第二大口粮作物，年种植面积约2300万公顷，年总产1.35亿吨以上，根据生态区类型可划分为黄淮海南片冬麦区、黄淮海北片冬麦区、长江中下游冬麦区、东北春麦区、西北春麦区五大优势产区，其中黄淮海冬麦区小麦总产量占全国小麦总产的60%以上，是我国最大的小麦生产区域。3.玉米是我国第一大粮食作物，年种植面积突破4200万公顷，年总产2.7亿吨以上，当前我国玉米生产中99%以上的推广品种为单交种，核心杂种优势群划分为改良Reid群、兰卡斯特群、唐四平头群、旅大红骨群、热带亚热带导入群五大类群，群间组合的杂种优势利用效率可达到15%-20%。4.我国棉花年种植面积稳定在300万公顷左右，年皮棉总产550万吨以上，三大主产区为西北内陆棉区、黄河流域棉区、长江流域棉区，其中西北内陆棉区年皮棉总产占全国总产的86%以上，是我国最大的棉花生产基地，当前我国自育转基因抗虫棉品种种植覆盖率已达到100%，品种产量水平显著优于国外引进品种。5.油菜是我国第一大油料作物，年种植面积约670万公顷，年菜籽总产1400万吨以上，其中冬油菜种植面积占全国油菜总种植面积的90%，主要分布在长江流域冬油菜区，春油菜占比10%，主要分布在青海、内蒙古等西北高海拔区域，当前我国油菜品种双低合格率已达到95%以上，杂交品种种植占比超过70%。6.水稻两系法育种相较于三系法的核心优势包括：不存在恢保关系限制，90%以上的常规水稻品种均可作为恢复系配制强优势组合，配组自由；不育系繁殖程序简单，无需与保持系杂交制种，大幅降低不育系混杂退化风险；杂种一代细胞质来源多样化，避免单一细胞质引发的大规模病害流行风险。7.小麦杂交种优势利用当前已实现小规模产业化应用，生产上应用的核心不育系统为化学杀雄不育系统，该系统无需培育专门的三系材料，通过在小麦孕穗期喷施特定浓度的化学杀雄剂即可诱导母本植株完全花粉败育，父本正常授粉获得杂交种子，组合选育周期短，可快速匹配市场需求的强优势组合。8.玉米抗虫转基因品种当前已在我国东北、西北产区实现商业化推广，携带的抗虫基因为Bt-Cry1Ab基因，可高效防控玉米螟、桃蛀螟等鳞翅目害虫，虫害防控效果达到95%以上，减少农药使用量80%，平均增产10%以上，显著提升玉米生产的节本增效水平。9.棉花品种选育中针对黄萎病的抗性改良是当前核心攻关方向，黄萎病作为土传维管束病害，被称为棉花的“癌症”，我国当前已选育出中植棉系列、新陆中系列等抗黄萎病品种，病区种植后黄萎病发病株率可控制在10%以下，产量损失率低于5%。10.油菜杂种优势利用除细胞质雄性不育途径外，还包括细胞核雄性不育途径、自交不亲和途径、化学杀雄途径三大类，其中细胞核雄性不育途径的不育系不育性完全稳定，不存在温光敏化的育性波动风险，杂交种纯度可稳定达到100%，是油菜超高产育种的重点攻关方向。三、简答题（高频考点）1.简述水稻三系配套体系中三类核心育种材料的选育标准。答：一是细胞质雄性不育系的选育标准：要求群体花粉败育率达到100%，自交结实率为0，不育性稳定，在不同生态种植区域连续种植3代以上未出现可育花粉；开花习性优良，开花时间集中，柱头外露率达到30%以上，异交结实率不低于50%；农艺性状整齐一致，无明显不良性状，配合力水平达到当前骨干不育系的同等水平；稻米品质符合国家二级优质米以上标准，抗当地2种以上主要水稻病害。二是保持系的选育标准：花粉量充足，花药大且饱满，开花性状优良，与对应不育系杂交后后代的花粉败育率持续保持100%；农艺性状与对应不育系高度一致，生育期、株叶形态、产量性状无明显差异，自身繁殖产量高；配合力水平优良，无不良胞质连锁累赘。三是恢复系的选育标准：恢复力强，与不育系配制的杂种一代结实率稳定达到85%以上，恢复度100%无分离；配合力突出，杂种一代产量优势比当地主栽常规品种增产15%以上；农艺性状优良，株叶形态好，穗大粒多，花粉量大，制种产量高；稻米品质、抗性水平符合生产需求，恢复性受环境条件影响小。2.简述小麦品种抗赤霉病改良的核心技术流程。答：小麦抗赤霉病改良已形成成熟的标准化技术流程，第一步是抗源基础群体构建，聚合苏麦3号、望水白、宁7840等携带Fhb1等主效抗赤霉病基因的核心抗源，与当地高产主栽品种进行杂交，搭建抗逆改良基础群体；第二步是分子标记辅助前景选择，在杂交后代苗期通过Fhb1功能分子标记进行检测，快速筛选携带纯合抗赤霉病主效基因的单株，淘汰不含目标基因的单株，降低田间接种鉴定工作量；第三步是大田人工接种表型鉴定，在小麦开花期采用单花滴注法接种赤霉病病原菌，接种后7天调查病小穗数，21天调查病粒率，筛选病穗率低于10%、病粒率低于5%的抗病单株，同步进行抗扩展性、抗毒素积累特性鉴定；第四步是后代产量、品质性状的系统选择，在高世代对选育株系的产量潜力、抗病性、籽粒加工品质、面条蒸煮品质进行多点鉴定，淘汰产量低于对照品种10%以上的株系；第五步是多年多点抗性验证，在不同赤霉病重病区进行连续3年以上的抗性鉴定，确保品种在不同生态区均表现稳定的赤霉病抗性，最终进入区域试验。3.简述玉米二环系选育的技术路径及优势。答：玉米二环系选育是当前选育优良自交系的主流技术路径，具体是选用两个遗传背景差异大、属于不同杂种优势群的优良单交种作为基础材料，比如用Reid群优良单交种与Lancaster群优良单交种杂交构建基础选系群体，之后从群体中选择优良单株，连续自交6-7代，结合配合力测定筛选出遗传稳定的优良自交系，也就是二环系。该技术路径的核心优势包括：一是作为基础材料的两个单交种均经过育种家的前期改良，聚合了大量的有利基因，遗传基础优良，筛选出高配合力自交系的概率显著高于从普通农家种群体选系；二是可快速聚合不同杂种优势群的优良性状，针对性改良现有骨干自交系的特定缺陷，比如改良自交系的抗病性、脱水速率、株型等性状，育种周期相比常规群体改良缩短2-3年；三是选育出的二环系亲缘关系清晰，可直接匹配现有的杂种优势模式，快速组配出强优势杂交种，当前我国推广的玉米杂交种中70%以上的骨干自交系都是通过二环系技术路径选育获得。4.简述棉花陆海种间杂交育种的主要障碍及克服方法。答：陆地棉与海岛棉种间杂交是聚合海岛棉优质特性的核心途径，育种过程中存在三大障碍：一是杂交受精前障碍，陆海种间杂交的花粉管在母本花柱内生长受阻，受精率低，常规授粉方式下结实率不足10%；二是杂种一代胚发育障碍，杂交获得的幼胚发育至20天左右即出现败育，无法正常成熟；三是杂种后代疯狂分离，性状遗传不稳定，育种周期长，优异性状与不良性状连锁累赘严重。对应的克服方法：针对杂交不亲和障碍，采用提前授粉、重复授粉、激素涂抹柱头的方法，提升杂交受精率；针对幼胚败育障碍，采用胚拯救离体培养技术，在幼胚发育15-20天左右剥离幼胚在专用培养基上进行培养，获得可正常生长的杂种植株；针对后代分离与连锁累赘问题，采用陆地棉背景的连续回交技术，结合全基因组分子标记辅助选择，快速筛选仅携带目标优质基因渐渗片段的单株，在回交3代后即可获得性状稳定的陆海渐渗系，育种周期从常规的10年以上缩短至4-5年，大幅提升育种效率。四、论述题（高分综合考点）1.结合我国水稻主产区生产需求，论述当前籼粳亚种间杂种优势利用的核心瓶颈问题及破解技术方案。答：籼粳亚种间的杂种优势幅度比常规籼籼交、粳粳交杂种优势高20%-30%，是当前水稻超高产育种的核心攻关方向，目前已育成甬优系列、浙优系列等大面积推广的籼粳交超级稻品种，最高亩产突破1200公斤，但实际育种与生产应用过程中仍存在四大核心瓶颈：一是杂种一代自然不育，籼粳亚种间存在多个生殖不育位点的互作效应，杂种一代小穗育性普遍低于60%，无法正常生产应用；二是生育期超亲晚熟，籼粳亚种分别携带不同的感光性显性基因，杂种一代感光性叠加后导致生育期比当地主栽品种晚熟10-15天，无法匹配当地稻作生产茬口；三是株高超亲易倒伏，籼粳亚种的株高增效基因在杂种一代聚合后，株高普遍超过130cm，后期极易发生倒伏，产量损失严重；四是籽粒充实度差，籼粳交杂种的灌浆速率前快后慢，弱势粒灌浆不充分，糙米率低于75%，米质不达标。针对上述瓶颈问题，当前已形成体系化的破解技术方案：第一，全面导入广亲和主效基因，通过分子标记辅助选择将S5n、S7n、S8n等多个广亲和基因聚合到不育系与恢复系遗传背景中，确保杂种一代的小穗育性稳定达到85%以上，完全克服亚种间的生殖不育障碍；第二，精准导入显性早熟等位基因，将Ehd1、Ef1等生育期调控基因导入育种材料，在保留杂种优势的基础上把生育期调控到当地主栽品种的适宜范围内，解决超亲晚熟问题；第三，利用半矮秆等位基因统筹株型性状，选用携带sd1-d等位变异的粳型亲本配组，将杂种一代株高控制在110cm左右，基部节间壁厚≥1.2mm，抗倒性达到1级水平，从株型层面解决倒伏风险；第四，导入籽粒充实度调控主效QTL，通过基因组选择技术聚合调控籽粒灌浆速率的有利基因，确保弱势粒灌浆速率提升30%以上，籽粒充实度达到95%以上，米质达到国家优质米二级以上标准。目前该技术体系培育的籼粳交品种已在浙江、福建等省份累计推广超过100万公顷，平均每亩增产100公斤以上，实现了超高产与优质、抗逆性状的协同改良。2.论述我国黄淮海冬麦区高产高效小麦品种选育的目标性状体系构建思路。答：黄淮海冬麦区是我国最大的小麦生产区域，光温资源匹配好，土地生产力水平高，但生产中同时面临冬春季低温冻害、后期干热风危害、条锈病白粉病赤霉病多种病害并发、水