《植物育种学》课件

植物育种学欢迎大家学习植物育种学课程本课程是农学和生物科学专业的核心课程，将系统介绍植物育种的理论基础、技术方法和应用实践植物育种学是研究如何通过人工选择和遗传改良来培育新品种的科学，在保障国家粮食安全、提高农业生产效率和应对气候变化等方面具有重要战略意义植物育种学发展简史早期育种阶段（公元前9000年-18世纪）人类在种植农作物的过程中，通过经验积累开展了无意识选择，驯化了小麦、水稻等重要农作物科学育种启蒙期（19世纪-20世纪初）孟德尔遗传学奠定了现代育种的理论基础，开始有目的地选择和杂交现代育种高速发展期（20世纪中后期）杂种优势利用、矮秆基因发现促成绿色革命，大幅提高了全球粮食产量分子育种时代（20世纪末至今）植物遗传改良的意义保障粮食安全提高作物产量和稳产性增强抗逆性提高抗病虫害和环境胁迫能力改善品质提升营养价值和加工品质促进可持续农业减少化肥农药使用，适应气候变化植物基本遗传学原理遗传物质变异来源DNA是遗传信息的载体，由脱氧核糖、磷酸和碱基组成基因突变是遗传变异的基础，可通过碱基替换、缺失、插基因是DNA上控制生物性状的功能片段，通过转录和翻译入等方式产生过程表达染色体结构变异（如易位、倒位）和数目变异（如多倍体）在细胞核中，DNA以染色体形式存在植物的染色体数目是育种中重要的变异类型，多倍体在作物育种中应用广泛因物种而异，如水稻，小麦2n=242n=42基因的分离与组合规律孟德尔第一定律（分离律）孟德尔第二定律（自由组合律）相对性状的一对等位基因在控制不同性状的基因对在遗配子形成时彼此分离，分别传时相互独立，自由组合进入不同的配子中F2代表现型比例为3:1，基因型比例两对基因杂交F2代表现型比为1:2:1例为9:3:3:1实际应用案例在水稻育种中，通过对米质、株型、抗病性等性状的分离规律分析，可预测杂交后代的性状分布，提高选择效率连锁与交换连锁现象交叉互换位于同一染色体上的基因通常会减数分裂过程中，同源染色体之一起遗传，遵循连锁遗传规律间的交叉互换打破了连锁，产生连锁程度与基因间的物理距离成新的基因组合交换频率越高，正比，距离越近，连锁越紧密基因重组机会越多遗传图谱构建通过分析连锁基因的重组率，可计算基因间的图距，构建遗传连锁图1%的重组率通常定义为1个图距单位cM多基因遗传基础数量性状环境影响由多基因控制，呈连续分布，如产量、株受环境因素显著影响，表现型变异大高统计分析遗传力性状表现通常呈正态分布，需用统计方法遗传变异占表型变异的比例，反映选择效分析率数量性状是现代育种中最关注的目标，如作物产量、品质、抗逆性等这类性状通常由多个基因共同控制，每个基因贡献较小的效应，且易受环境影响遗传率是评价数量性状遗传程度的重要参数，高遗传率意味着表型受遗传因素影响更大，选择效果更好种质资源的概念与类型野生种质地方品种自然生态系统中的野生近缘种，如野生农民长期种植选择形成的品种，适应性稻、野生大豆等，具有丰富的抗逆基因强，遗传多样性丰富特异材料育成品种携带特定基因的材料，如突变体、细胞现代育种方法培育的高产稳产品种，生4质雄性不育系等产表现优良中国是世界上作物起源中心之一，拥有丰富的植物种质资源目前，中国国家作物种质库保存了多万份种质资源，为育50种提供了宝贵的遗传材料其中，水稻收集保存了万多份，小麦万多份，大豆万多份1043种质资源收集保护资源调查与收集针对重点区域、濒危资源开展系统调查和采集，记录详细护照数据种子库保存将种子干燥至适宜含水量，在-18℃低温条件下长期保存，定期更新离体保存对无性繁殖作物采用组织培养方法保存，如马铃薯、甘薯等圃地保存建立种质资源圃，对木本作物和难以保存的种质进行活体保存中国高度重视种质资源保护工作，建立了以国家作物种质库为核心、中期库和圃地保存相结合的保护体系目前，我国种质资源收集区域已覆盖全国各生态区域，重点针对传统农业区和生物多样性热点地区开展收集工作，成效显著种质创新与利用远缘杂交人工诱变基因工程利用野生种与栽培种杂交，将野生种的优利用物理（如辐射）或化学（如EMS）利用分子生物学技术将目标基因直接导入良基因（如抗病性、抗逆性）导入栽培种诱变剂处理种子或植株，诱导DNA突变，受体植物中，创造常规育种难以获得的新如利用野生稻培育抗稻瘟病新品种，有效创造新变异我国通过诱变育种获得了一种质如Bt抗虫棉、抗除草剂大豆等转解决了生产中的病害问题批优良品种，如矮败小麦、早粳水稻等基因作物在全球范围内广泛应用自然选择与人工选择自然选择环境因素驱动，适应性提高，过程缓慢人工选择人为干预定向，目标性状改良，速度较快现代育种选择科学理论指导，多技术结合，效率极高自然选择是达尔文进化论的核心，在漫长的进化过程中，环境因素对物种产生选择压力，适应环境的个体存活并繁殖后代，使种群逐渐适应环境这一过程虽然有效但速度极慢，可能需要数千年甚至更长时间表型选择方法选择方法适用条件优缺点应用案例单株选择自交作物分离群体操作简单，效率较小麦纯系选育低群体选择异交作物改良选择压力适中，遗玉米综合群体改良传增益稳定系谱选择杂交后代选择选择准确度高，工水稻品种选育作量大回交选择导入优良基因目标性状明确，背抗病基因导入景恢复好表型选择是传统育种的核心方法，通过对植物外部形态、生理特性、产量品质等表型性状进行评价和选择，获得理想类型选择方法的选择依赖于作物的繁殖方式、目标性状的遗传特性以及育种目标杂交育种原理2F115-30%亲本选配杂种优势增产效应选择具有互补优势的亲本进行杂交杂交一代表现优于双亲的现象杂交水稻比常规品种增产幅度杂交育种是现代育种的主要方法之一，通过两个或多个亲本间的杂交，重组双亲的优良基因，创造新的基因组合，选育性状优良的新品种杂交育种的核心是利用杂种优势，即杂交后代在产量、抗性等方面表现优于亲本的现象杂交育种步骤后代选择杂交操作亲本选择包括去雄（去除母本花药）和授粉（将父本花粉涂抹于母根据育种目标选择具有互补优势的亲本，考虑亲缘关系、本柱头）两个关键步骤不同作物有特定的杂交技术，如农艺性状表现及配合力等因素理想的亲本组合应当在主水稻需在抽穗期进行，玉米则在雌穗抽丝期操作要农艺性状上互补，遗传距离适中自交不亲和性胞质遗传机制自交不亲和性是植物避免自花授粉的遗传机制，确保异花授粉，维持遗传多样性这种机制由S基因复合体控制，当花粉与具有相同S等位基因的柱头接触时，花粉管生长受阻育种应用自交不亲和性在杂种种子生产中具有重要价值，可用于构建无需去雄的杂交制种体系通过利用自交不亲和系作为母本，可大幅降低杂交种生产成本，提高杂交种纯度分子机制研究现代分子生物学技术已鉴定出多种控制自交不亲和性的基因，如十字花科SRK/SCR系统、茄科S-RNase系统等这些研究为定向改良自交不亲和性提供了理论基础。