西瓜育种教学课件

西瓜育种教学课件目录西瓜育种基础知识育种技术方法介绍西瓜的起源、分类、营养价值及生物学特性，建立西瓜育种的基详解传统与现代育种技术，包括杂交育种、选择育种、分子标记辅助础理论框架选择等方法无籽西瓜育种案例遗传学原理在育种中的应用剖析无籽西瓜的育种全过程，包括三倍体技术与四倍体诱导等关键技解析西瓜遗传基础、分子标记技术及其在改良品种中的实际应用术病虫害抗性育种市场需求与未来趋势探讨主要病虫害防治策略，介绍抗病育种的技术路径与成功案例第一章西瓜育种基础知识西瓜简介西瓜（Citrullus lanatus）是葫芦科（Cucurbitaceae）一年生蔓生草本植物，原产于非洲热带和亚热带地区西瓜具有悠久的栽培历史，早在公元前2000年的古埃及就有栽培记录起源与分布•主要起源中心南部非洲（包括纳米比亚、博茨瓦纳等地区）•次生起源中心中国（历史栽培超过1000年）•全球主要栽培区中国、中东地区（土耳其、伊朗）、美国南部、非洲北部、印度、日本以及南欧地区中国是世界上最大的西瓜生产国，年产量超过7000万吨，约占全球总产量的60%以上江苏、山东、河南、新疆等省区是国内主要种植区域西瓜全球栽培分布示意西瓜的分类现代植物分类学将西瓜归为葫芦科（Cucurbitaceae）、西瓜属（Citrullus）根据形态特征和用途，西瓜可分为以下几种主要类型甜瓤型香瓜型型Egusi学名C.lanatus var.lanatus学名C.lanatus var.citroides学名C.lanatus subsp.mucosospermus•最常见的栽培类型•又称猪瓜或饲料瓜•主要在西非栽培•果肉甜美多汁，颜色多为红色•果肉淡白或淡黄，味道淡或微苦•种子大而厚，富含油脂和蛋白质•种子颜色多样（黑、褐、红、白等）•主要用作家畜饲料•主要收获种子而非果肉•果实大小和形状变异丰富•在育种中作为抗病源基因材料•种子可榨油、制作调味品•中国主栽品种多属此类•抗旱性较强，适应性广•在育种中可作为营养改良材料现代分子分类研究近年来，通过DNA分析和分子系统学研究，科学家进一步细化了西瓜的分类系统，识别出更多的亚种和变种这些研究为理解西瓜的进化历史和遗传多样性提供了重要依据，也为育种工作提供了科学指导西瓜的营养价值微量营养素西瓜因其丰富的水分和适中的营养成分，成为夏季消暑解渴的理想水果西瓜不仅口感甜美，还含有多种对人体健康有益的营养物质基础营养成分（每克可食用部分）维生素A43μg（视黄醇当量），有助于视力健康100维生素C

8.1mg，具有抗氧化作用番茄红素4532μg，强效抗氧化剂营养成分含量占推荐摄入量比例钾112mg，维持电解质平衡水分

91.45克-镁10mg，有助于肌肉功能健康益处能量30千卡

1.5%碳水化合物

7.55克

2.5%含水量高，有助于补充水分和预防脱水糖分

6.2克-番茄红素具有抗氧化作用，可能降低某些癌症风险低热量，是减肥期间的理想零食膳食纤维

0.4克

1.6%含有瓜氨酸，有助于促进血液循环蛋白质

0.61克

1.2%富含电解质，有助于运动后恢复脂肪

0.15克

0.3%西瓜育种的重要方向之一是提高果实的营养价值，特别是增加糖度、番茄红素含量和维生素含量，以满足消费者对健康食品的需求目前，高糖度（≥12%）、高番茄红素含量的品种正成为市场的热点西瓜果实剖面结构果实基本构造果实发育特性外果皮（Exocarp）最外层表皮，通常坚硬西瓜果实发育过程包括细胞分裂期（授粉后约且有蜡质，颜色可为深绿、浅绿或带有条纹10天）和细胞扩大期（授粉后10-30天）果实成熟标志包括果皮光泽变化、卷须枯萎、底部接触地面处变黄等中果皮（Mesocarp）位于外果皮与内果肉品质评价指标之间的白色部分，主要由纤维素和果胶组成内果肉（Endocarp）可食用部分，颜色多糖度通常以可溶性固形物含量（Brix值）表为红色，也有黄色、橙色等变异示，优质西瓜≥10%种子（Seeds）扁平椭圆形，颜色多样，散口感由果肉纤维含量、水分和糖分平衡决定布于果肉中色泽红瓤品种以鲜红色为佳香气由多种挥发性有机化合物决定皮薄肉厚比商品西瓜追求皮薄果肉厚育种启示理解西瓜果实结构和发育特性，对于指导育种工作具有重要意义例如，改良果肉颜色和质地、提高糖度、优化皮厚等性状，都需要从生物学基础出发，有针对性地进行选择和培育第二章西瓜育种技术方法本章将详细介绍西瓜育种的目标设定、传统育种方法和现代分子育种技术，以及整体育种流程设计育种目标西瓜育种目标随着农业生产技术的发展和消费者需求的变化而不断调整现代西瓜育种综合考虑产量、品质、抗性和适应性等多方面因素，以满足生产者、销售者和消费者的不同需求产量目标品质目标•提高单位面积产量•提高糖度（≥12°Brix）•增加坐果率•改善果肉口感和风味•优化果实大小•优化果形和果皮外观•提高结果速度•增强营养价值特殊目标抗性目标•无籽西瓜品种开发•增强病害抗性（枯萎病、白粉病等）•小型西瓜（迷你型）开发•提高虫害抗性（蚜虫、瓜实蝇等）•特色果肉颜色（黄肉、橙肉）•增强环境胁迫抗性（耐旱、耐湿、耐高温）•提高果实贮运性能•提高抗裂果性能现代育种目标的特点育种目标定位的关键考量现代西瓜育种已从单纯追求高产向多目标、多性状协调发展转变一个成功的新品种需要在产量、品质、抗明确目标市场需求（鲜食市场、加工市场等）性等方面达到平衡，同时还要考虑市场需求和消费趋势考虑生产区域的气候特点和病虫害发生情况目前中国西瓜育种的热点方向包括无籽西瓜改良、小型西瓜开发、抗枯萎病品种选育以及提高糖度和风味评估技术可行性和育种周期等这些方向也与国际西瓜育种趋势基本一致分析经济效益和推广潜力传统育种方法杂交育种杂交育种是西瓜改良最基本、最有效的方法，通过不同亲本间的杂交组合，创造新的遗传变异，选育出优良品种亲本选择要点明确育种目标，选择互补性强的亲本考虑亲本间的亲缘关系，避免近缘杂交评估亲本的配合力和遗传稳定性重视亲本的抗病性和环境适应性杂交技术操作流程花期确定雌花开放前1天傍晚进行套袋保护花粉采集在雄花开放当天早晨采集花粉人工授粉在雌花开放当天上午9点前完成授粉标记记录做好授粉记录，挂牌标识果实采收等果实完全成熟后采收选择育种在杂交后代或自然变异群体中，根据预定目标选择优良单株，通过连续自交纯化，形成新的品系和品种主要选择方法单株选择法选择表现优良的单株进行后代测试系统选择法按照预设标准进行多代选择回交选择法将杂种与亲本回交，强化特定性状回交育种品种改良用于将特定基因或性状从供体亲本转移到受体亲本，同时保留受体亲本的主要特性适用于改良已有优良品种的某一缺陷或引入特定抗性基因对已有品种进行定向改良，修正其不足，如改善抗性、提高品质等方法包括诱变育种、单性状回交改良等基本过程受体亲本×供体亲本→F1×受体亲本→BC1×受体亲本→…→BCn123现代育种技术分子标记辅助选择基因编辑与转基因技术组织培养与快速繁殖利用与目标性状紧密连锁的分子标记，在分子水平上进行通过精准修改或导入目标基因，创造常规育种难以获得的利用植物细胞全能性，在体外条件下进行植物再生和快速早期选择，提高育种效率新性状繁殖•常用标记类型SSR、SNP、RAPD、AFLP等•CRISPR/Cas9系统精准编辑特定基因位点•胚挽救技术解决远缘杂交不亲和问题•应用领域抗病基因选择、品质相关基因筛选•农杆菌介导的基因转化导入外源基因•花药培养快速获得纯合二倍体•优势可在幼苗期选择，缩短育种周期•应用案例抗病毒基因导入、品质改良•原生质体融合突破有性杂交障碍基因组学辅助育种双单倍体技术随着西瓜基因组测序完成（2019年发布高质量参考基因组），基因组信息已成为育种的重要双单倍体技术是现代育种的重要手段，可快速获得纯合自交系，大大缩短育种周期工具西瓜双单倍体育种流程主要应用方向

1.花药培养收集适宜时期的花蕾，分离花药进行培养•全基因组关联分析（GWAS）挖掘重要农艺性状相关基因

2.愈伤组织诱导在特定培养基上诱导花药形成愈伤组织•基因组选择（GS）预测复杂性状的表现

3.植株再生愈伤组织分化形成单倍体植株•比较基因组学发掘有价值的野生资源

4.染色体加倍使用秋水仙素等处理，诱导染色体加倍•功能基因组学揭示基因功能，指导精准育种

5.纯合度鉴定通过分子标记检测植株纯合度中国农业科学院等机构已开发出基于基因组学的西瓜育种技术平台，加速了新品种选育进程

6.田间评价评估双单倍体系的农艺性状例如，利用GWAS技术，研究人员已定位了控制西瓜糖度、果肉颜色和抗枯萎病的多个基因与传统自交纯化法（需6-7代，约3-4年）相比，双单倍体技术只需1-2年即可获得完全纯合的位点自交系育种流程示意图西瓜常规杂交育种完整流程详解亲本选择与评价根据育种目标，从种质资源库中选择具有目标性状的亲本材料评估亲本的表现、遗传稳定性和配合力此阶段通常需要1-2年时间•性状调查与记录•亲本纯度检测•组配亲本组合杂交与评价F1进行人工杂交，获得F1代种子，并对F1代进行田间和室内评价，筛选表现优良的组合重点评价产量、品质和抗性等性状•人工授粉技术•杂种优势分析•性状遗传规律分析分离世代选育对优良组合进行F

2、F3等后代培育，通过系谱法或群体法进行定向选择，逐步纯化根据育种目标，可结合回交改良某些性状•单株选择与系谱记录•表型与基因型鉴定•抗性筛选与品质测定品系测试与品种定型经过5-6代选择后，获得表现稳定的优良品系，进行多点品系比较试验，评价其适应性和稳定性，最终确定新品种•区域试验与生产试验•DUS测试（特异性、一致性、稳定性）•种子纯度与活力检测品种审定与推广完成品种审定程序，获得品种权保护，建立种子生产体系，开展市场推广此阶段需要重视种子质量和品牌建设•品种登记与保护•制种技术体系建立•示范推广与技术培训关键提示整个西瓜常规育种周期通常需要8-10年时间利用现代育种技术如分子标记辅助选择、双单倍体技术等，可将育种周期缩短至4-6年育种过程中应做好资料记录，建立完整的数据库，为后续育种工作提供参考第三章无籽西瓜育种案例本章将通过无籽西瓜育种案例，展示如何运用多倍体育种技术，创造高品质、高经济价值的西瓜新品种无籽西瓜简介无籽西瓜是西瓜育种领域的重要突破，由于其食用方便、品质优良，已成为现代西瓜市场的重要组成部分无籽西瓜并非完全没有种子，而是种子发育不完全，呈白色扁平状，食用时几乎感觉不到无籽西瓜的主要优势食用便利性无需吐籽，尤其适合儿童和老人品质优势通常糖度高、口感好，果肉更加细腻抗性增强三倍体西瓜通常具有较强的抗病性和适应性产量潜力在适宜条件下，单产可比普通西瓜高10-15%贮运性能果实硬度较大，耐贮运，架货期长市场价值与发展趋势无籽西瓜在国际市场具有较高附加值，价格通常比普通西瓜高20-30%目前无籽西瓜在北美和东亚市场份额迅速增长，中国、日本、美国等国家已建立了完善的无籽西瓜生产体系根据市场调研，中国无籽西瓜种植面积年增长率约为8%，预计到2025年将占西瓜总种植面积的25%以上无籽西瓜的经济效益分析项目普通西瓜无籽西瓜种子成本低高（约3-5倍）栽培技术要求一般较高平均单产中等高（+10-15%）无籽西瓜的产生过程无籽西瓜主要通过多倍体育种技术获得，其生物学基础是染色体数目的改变导致减数分裂异常，从而阻碍正常种子的形成三倍体西瓜的特性二倍体与四倍体杂交基本原理三倍体不育性由于染色体组不平衡，三倍体西瓜几乎完全不育，产生的种子发育不完全，呈白色扁平状，被称为空无籽西瓜是通过四倍体（2n=4x=44）西瓜作为母本，与普通二倍体（2n=2x=22）西瓜作为父本杂交获籽或假种子同时，三倍体西瓜往往表现出更强的杂种优势，果实品质优良西瓜的基本染色体数为11，二倍体西瓜有22条染色体（2n=2x=22）当西瓜成为三倍体（2n=3x=33）得的三倍体（2n=3x=33）F1代这种杂交组合才能获得高品质的无籽西瓜时，由于染色体无法正常配对和分离，导致减数分裂异常，产生不育的配子，形成无籽果实江苏农林职业技术学院无籽西瓜育种案例江苏农林职业技术学院自2010年起开展无籽西瓜育种研究，经过多年努力，已育成苏农无籽1号、苏农无籽2号等优良品种案例要点亲本选择以8424为父本，自育四倍体JF-4x为母本四倍体创制利用秋水仙素处理幼苗顶端分生组织诱导四倍体杂交组合进行多组合测试，筛选最佳组合田间表现所选品种糖度≥12%，产量比对照增加15%推广应用已在江苏、山东等地推广种植超过5万亩该项目获得了江苏省农业技术推广奖，为当地农民增收提供了新途径无籽西瓜制种的特殊性无籽西瓜育种关键技术四倍体诱导技术三倍体种子生产流程田间管理与种植技术四倍体是无籽西瓜育种的基础，其创制方法和三倍体种子生产是无籽西瓜育种的核心环节，无籽西瓜种植有其特殊性，需要精细化管理才能质量直接影响三倍体西瓜的品质需要掌握特定的技术要点获得高产优质果实常用诱导方法生产流程要点种植管理技术秋水仙素处理最常用方法，成功率15-20%亲本选择四倍体母本需稳定性好、坐果率高；育苗技术使用小型容器，控制基质湿度，温度二倍体父本需花粉量大、活力强28-30℃高温处理38-40℃，处理幼苗顶芽种植安排母本早播7-10天，确保开花期同步授粉品种配置按3:1或4:1比例种植三倍体与二₂倍体氧化亚氮（N O）处理处理授粉后的花朵空间隔离生产田块需与其他西瓜隔离500米水肥管理控制氮肥用量，增加钾肥施用，实施秋水仙素处理具体步骤以上水肥一体化人工授粉采用早上7-9点人工授粉，提高授粉坐果管理每株保留1-2个果，摘除过多雌花

1.选择优良二倍体材料作为原始材料效率

2.配制

0.1-

0.2%秋水仙素溶液（甘油或果实收获授粉后45-50天收获，后熟处理10-病虫害防治注重预防为主，综合防治DMSO为溶剂）15天果实识别方法

3.在子叶期或1-2片真叶期处理生长点种子处理精细提取、干燥、精选、包衣处理在混栽情况下，需要区分无籽三倍体果实和有籽

4.处理后保持高湿度环境24-48小时常见问题及对策二倍体果实

5.通过叶片气孔密度、花粉粒大小等初步筛选•观察果形三倍体通常更圆正•坐果率低增加授粉频次，选用高配合

6.用流式细胞仪或染色体计数确认倍性•检查花痕三倍体花痕较小力组合•条纹对比同一品种三倍体条纹通常更明显•种子活力差控制后熟时间，改良种子•声音测试轻弹果实，三倍体声音更清脆处理工艺•发芽率低种子催芽处理，温度控制在30-32℃三倍体西瓜育苗期对温度敏感，低温会导致发芽率显著下降育苗温度必须保持在25℃以上，最适宜温度28-30℃无籽西瓜育种流程图无籽西瓜育种流程详解四倍体创制阶段品种选育阶段选择优良二倍体种质→秋水仙素处理→疑似四倍体初筛→倍性鉴定→四倍体纯化→四倍体自交系选育区域试验→生产试验→品种审定→推广应用此阶段历时2-3年此阶段历时2-3年关键技术染色体加倍、倍性鉴定、四倍体纯化关键技术多点试验、种子生产体系建立、示范推广123组合配制阶段四倍体母本选择→二倍体父本选择→制作多组合测试→三倍体F1评价→优良组合筛选此阶段历时1-2年关键技术亲本配合力测试、杂交技术、三倍体性状评价无籽西瓜与常规西瓜育种的主要区别无籽西瓜育种难点比较项目常规西瓜育种无籽西瓜育种四倍体创制困难成功率低，稳定性差三倍体不育种子必须通过特定杂交获得遗传基础二倍体间杂交二倍体与四倍体杂交三倍体种子发芽率低通常仅30-60%技术难度中等高坐果率低需配置授粉品种种子生产成本高每亩制种产量低育种周期8-10年10-12年未来发展方向种子生产常规制种特殊制种技术种子成本低高随着技术进步，无籽西瓜育种正向以下方向发展稳定性高受环境影响大•开发高效四倍体诱导技术•改良三倍体种子活力•培育特色果型和果肉颜色的无籽品种•提高抗病性和耐储运性•发展小型无籽西瓜（迷你无籽西瓜）第四章遗传学原理在育种中的应用本章将探讨西瓜的遗传基础、分子标记技术及其在改良品种中的实际应用，展示现代分子育种的科学原理与实践西瓜遗传基础西瓜是一种染色体数目为2n=2x=22的二倍体植物，基因组大小约为425Mb理解西瓜的遗传基础对于科学育种至关重要染色体组成与基因组特征•基本染色体数x=11•二倍体染色体数2n=2x=22•基因组大小约425Mb（较小的植物基因组）•编码基因数约23,440个•重复序列比例约

45.2%2019年，国际团队完成了西瓜高质量参考基因组测序，为分子育种奠定了基础基因组数据显示，现代栽培西瓜经历了长期的人工选择和驯化过程，导致遗传多样性减少，这也解释了为何现代西瓜对环境胁迫和病害的抵抗力相对较弱遗传多样性与基因库资源西瓜种质资源丰富，全球收集保存的西瓜种质超过3万份中国作为重要的次生起源中心，保存有约5000份种质资源这些资源包括栽培种普通栽培西瓜（C.lanatus var.lanatus）野生种原始西瓜（C.lanatus var.citroides）、Egusi型西瓜等近缘种苦西瓜（C.colocynthis）等重要性状的遗传控制性状遗传模式主要基因果肉颜色主基因控制ClLYC、ClPSY1等果实大小多基因控制ClCYP78A、ClARF等糖分含量多基因控制ClTST

2、ClSUS等枯萎病抗性单显性基因Fon-1果实形状多基因控制ClFS

1、ClOFP等性别表达主基因+修饰基因ClWIP

1、ClACS等西瓜基因组信息已在线公开，研究人员可通过西瓜基因组数据库（Watermelon GenomeDatabase,WGD）获取相关数据进行分析和研究遗传标记与基因定位分子标记技术是现代育种的重要工具，能够在DNA水平上标记目标基因，加速育种进程西瓜分子标记辅助育种已广泛应用于抗性改良、品质提升等领域标记标记其他标记类型SSR SNP简单序列重复（Simple SequenceRepeat）标记，又称微卫星标记，是西瓜分子育种中最常用的标记单核苷酸多态性（Single NucleotidePolymorphism）标记，代表DNA序列中单个核苷酸的变异包括RAPD、AFLP、CAPS等多种分子标记，各有特点和应用领域类型•RAPD操作简便，但重复性较差•优点多态性高、共显性、分布广泛•优点分布密度高、易于高通量检测•AFLP多态性高，但操作复杂•应用遗传图谱构建、品种鉴定、亲缘关系分析•应用高密度遗传图谱、全基因组关联分析•CAPS特异性强，但开发成本高•西瓜已开发SSR标记数量1500+•西瓜已开发SNP标记数量数十万个定位技术及应用QTL数量性状位点（Quantitative TraitLoci,QTL）是控制数量性状的基因位点QTL定位是识别控制复杂性状的基因位点的重要方法主要定位方法QTL连锁分析基于分离群体，如F

2、回交、重组自交系（RIL）等全基因组关联分析（GWAS）基于自然群体，利用连锁不平衡原理QTL-seq结合测序技术的快速QTL定位方法西瓜主要性状研究进展QTL性状类别已定位QTL数代表性研究成果果实大小15+定位主效QTL位于第2染色体糖度12+ClTST2基因对糖分积累起关键作用果肉颜色3+ClPSY1基因控制类胡萝卜素合成抗病性10+Fon-1位于第1染色体，控制枯萎病抗性分子育种加速育种进程植株性状20+定位控制株型、成熟期等QTL分子标记辅助选择（MAS）可以显著提高育种效率，缩短育种周期主要应用优势早期选择在幼苗期即可进行基因型鉴定，无需等待表型表达环境独立性基因型不受环境影响，选择结果更可靠提高效率可同时筛选多个目标性状，提高选择强度缩短周期传统育种需8-10年，分子辅助育种可缩短至4-6年案例抗枯萎病西瓜育种中国农业科学院利用与Fon-1基因连锁的分子标记，在西瓜幼苗期进行抗病性筛选，将育种周期从传统的8年缩短至5年，成功培育出抗枯萎病新品种中蜜6号该品种不仅具有高抗性，还保持了优良的品质和产量特性遗传改良案例123抗病基因的引入果实品质相关基因的筛选产量提升的遗传策略抗病性是西瓜育种的重要目标，通过分子育种技术可以高效将抗病基因导入优良品果实品质是消费者关注的核心因素，基于遗传学研究可以有针对性地改良品质性状产量是育种的永恒主题，通过遗传改良可以提高西瓜的产量潜力案例改良西瓜株型和结果数种案例抗枯萎病基因导入案例提高西瓜糖度

1.目标确定培育紧凑型、多果型西瓜

1.鉴定抗源从野生种C.lanatus var.citroides中发现Fon-1抗性基因

1.QTL分析鉴定控制糖度的主效QTL

2.基因挖掘鉴定控制分枝和雌花数的关键基因

2.分子标记开发开发与Fon-1紧密连锁的SSR标记

2.候选基因验证通过表达分析确认ClTST2为关键基因

3.变异创造通过TILLING技术筛选目标基因突变体

3.回交导入将Fon-1基因导入优良栽培品种

3.开发功能标记设计基于ClTST2基因的SNP标记

4.表型评价评估突变体的农艺性状

4.分子辅助选择在每代回交后代中筛选含有抗病基因的个体

4.种质筛选从种质库中筛选高表达等位基因

5.杂交改良将有利突变导入商业品种

5.性状恢复连续回交5代，恢复轮回亲本95%以上的遗传背景

5.定向杂交将优良等位基因导入商业品种

6.综合评价评估产量表现和品质特性

6.品系评价田间抗病性检验和品质评估

6.标记辅助选择在后代中选择含目标等位基因的个体成果培育出节间短、多雌花的西瓜新品系，单株可结2-3个商品果，单位面积产量成果培育出兼具高抗性和优良品质的新品系，如中农抗1号，田间抗病率达90%成果育成糖度提高15-20%的改良品系，如甜蜜素系列品种，糖度稳定在12°Brix提高25%以上以上功能基因组学在西瓜育种中的应用基因编辑技术展望随着基因组学的发展，功能基因组研究为西瓜育种提供了更深入的指导CRISPR/Cas9等基因编辑技术为西瓜精准改良提供了新工具主要研究方向潜在应用方向转录组学揭示基因表达调控网络•敲除负调控基因，提高糖度和香气蛋白质组学研究蛋白质功能及相互作用•修饰抗病相关基因，增强抗性代谢组学分析次生代谢产物合成途径•改变植株结构基因，优化株型表观基因组学研究DNA甲基化等表观遗传修饰•调控成熟相关基因，延长货架期通过多组学联合分析，研究人员已经鉴定了一批与西瓜重要农艺性状相关的功能基因，为分子设计育种奠定基础例如，通过转录组目前，中国、美国等国家的研究团队已成功在西瓜中建立了高效的CRISPR/Cas9基因编辑体系，并成功编辑了多个目标基因这一技分析发现番茄红素合成相关基因ClLYC、ClPSY1等的表达与果肉颜色呈高度相关性术有望成为未来西瓜育种的重要方法基因编辑作物的监管政策各国不同美国对基因编辑作物采取较为宽松的政策，而欧盟则将其纳入转基因监管框架中国正在制定专门的基因编辑作物监管规定染色体图谱与基因定位示意西瓜遗传图谱的构建与应用主要农艺性状的基因定位遗传图谱是分子育种的基础工具，用于标记基因在染色体上的相对位置，指导基因定位和标记辅助选择性状染色体位置相关基因/QTL西瓜遗传图谱的发展历程果肉颜色染色体6ClLYC,ClPSY1第一代图谱（2000年左右）主要基于RAPD和AFLP标记，密度低，覆盖不完整糖度染色体2,5,8ClTST2,qBrix

2.1第二代图谱（2010年前后）整合SSR和CAPS标记，提高了密度和可用性高密度图谱（2015年后）基于SNP标记，覆盖全基因组，标记数量达数千至数万个果实大小染色体2,3ClCYP78A,qFW

3.1物理图谱（2019年）结合参考基因组，建立基因物理位置图，精度达到碱基水平遗传图谱在育种中的应用枯萎病抗性染色体1Fon-1QTL定位定位控制重要农艺性状的基因位点果实形状染色体3,4ClFS1,ClOFP基因克隆通过图位克隆法分离目标基因性别表达染色体2ClWIP1,ClACS7标记开发开发与目标性状紧密连锁的分子标记辅助选择利用连锁标记进行早期选择基因组选择技术基因组学研究研究基因组结构和进化基因组选择（Genomic Selection,GS）是利用全基因组标记信息预测复杂性状表现的新技术与传统MAS不同，GS不需要确定具体的QTL位点，而是利用统计模型同时考虑所有标记的效应西瓜GS技术已在产量、品质等复杂性状的选择中显示出巨大潜力第五章病虫害抗性育种本章将介绍西瓜的主要病虫害、抗病育种策略以及成功的抗病育种案例，探讨如何培育抗病虫害的西瓜新品种主要病虫害介绍西瓜生产中的病虫害是影响产量和品质的重要因素了解主要病虫害的发生规律和危害特点，是抗病育种的基础白粉病霜霉病枯萎病病原体Sphaerotheca fuliginea病原体Pseudoperonospora cubensis病原体Fusarium oxysporumf.sp.n iveum症状叶片、茎蔓表面出现白色粉状霉斑，后期叶片枯黄脱落症状叶片正面出现黄色角斑，背面产生灰紫色霉层症状初期单侧叶片萎蔫，后全株萎蔫，茎基部维管束变褐发生条件15-28℃，相对湿度60-90%，干湿交替时易发生发生条件20-25℃，相对湿度85%以上，连续阴雨天气发生条件25-30℃，土壤酸性，连作地块易发生危害程度严重时可导致20-30%减产危害程度流行年份可导致40-50%减产危害程度严重地块可导致80%以上植株死亡抗性机制主要由2-3对主基因控制，部分表现为不完全显性抗性机制多基因控制，表现为数量性状遗传抗性机制主效基因Fon-1控制，存在不同生理小种其他常见病害病害名称病原体主要危害炭疽病Colletotrichum lagenarium果实表面凹陷性病斑蔓枯病Didymella bryoniae茎蔓和叶片枯死疫病Phytophthora capsici根部腐烂，全株萎蔫病毒病西瓜花叶病毒WMV等叶片花叶，果实畸形细菌性果斑病Acidovorax avenae果实表面水渍状斑点主要害虫瓜实蝇（Bactrocera cucurbitae）幼虫蛀食果实，导致腐烂蚜虫（Aphis gossypii等）吸食植株汁液，传播病毒病斜纹夜蛾（Spodoptera litura）幼虫啃食叶片红蜘蛛（Tetranychus cinnabarinus）吸食叶片汁液，导致叶片枯黄病虫害的经济损失抗病育种策略抗病育种是西瓜育种的重要方向，旨在培育具有持久抗性的西瓜品种，减少化学农药使用，保障产量和品质抗病品种选育基本流程抗源筛选从种质资源中筛选具有抗性的材料抗性鉴定通过人工接种等方法评价抗性水平遗传分析明确抗性的遗传规律和基因位点杂交导入将抗性基因导入优良品种后代选择结合分子标记选择兼具抗性和优良品质的后代品种测试进行多点试验，确认抗性稳定性主要抗病育种方法常规育种法利用杂交、回交和选择，将抗性基因从抗源转移到受体亲本诱变育种法利用物理或化学诱变剂创造抗病突变体分子标记辅助选择利用与抗性基因连锁的分子标记进行早期选择基因工程导入外源抗病基因或编辑内源抗病相关基因多抗性聚合育种将多种抗性基因聚合到同一品种分子标记辅助抗病基因筛选分子标记技术已成为抗病育种的重要工具，可大幅提高筛选效率和准确性主要步骤

1.构建抗性分离群体（F

2、回交或RIL群体）

2.进行抗性表型鉴定（人工接种或自然发病）

3.全群体分子标记分型

4.连锁分析或关联分析，定位抗性QTL

5.开发紧密连锁的实用性标记

6.利用标记进行抗性基因筛选案例枯萎病抗性标记筛选研究人员通过BSA-seq方法，快速定位了控制枯萎病抗性的Fon-1基因，并开发了SSR标记WII04利用该标记，可在幼苗期准确筛选含有抗病基因的植株，准确率达95%以上，大大提高了育种效率生物防治与化学防治结合现代西瓜病虫害防治强调综合防治策略，结合品种抗性、生物防治和化学防治等多种手段生物防治技术化学防治原则抗病育种的前景与挑战•有益微生物应用如枯草芽孢杆菌、木霉菌等拮抗微生物•选择高效低毒农药•病原物变异快，抗性易被克服•植物源农药如印楝素、苦参碱等植物提取物•注重防治适期，把握最佳用药时机•抗性与品质常存在负相关•天敌利用如瓢虫、草蛉等捕食性天敌•轮换不同作用机制的药剂，防止抗药性•多抗性聚合难度大病虫害管理案例抗白粉病品种的推广综合防治技术应用效果白粉病是西瓜重要病害之一，尤其在保护地栽培中危害严重近年来，抗白粉病品种的推广取得了显著成效西瓜病虫害综合防治（IPM）技术结合品种抗性、栽培措施和生物化学防治等多种手段，已在多地取得成功案例概述江苏省徐州市西瓜示范区案例IPM项目背景山东省寿光市是中国重要的蔬菜生产基地，设施西瓜种植面积大，白粉病发生严重示范区规模5000亩实施主体山东农业大学与寿光市农业技术推广中心合作实施时间2018-2020年技术核心培育并推广抗白粉病西瓜新品种山农6号技术组合抗性来源从野生资源中筛选抗源，通过回交改良导入抗性基因

1.抗病品种选用推广抗枯萎病、抗病毒病品种抗性机制中抗到高抗，表现为减缓病斑扩展，降低孢子产量

2.轮作倒茬实行西瓜-水稻-小麦三年轮作推广效果

3.土壤处理种植前土壤太阳能消毒

4.生物制剂应用使用枯草芽孢杆菌等有益微生物•累计推广面积超过10万亩

5.合理施肥增施有机肥，控制氮肥用量•减少农药使用3-4次/季

6.物理防治使用杀虫灯和色板诱杀害虫•产量提高15-20%

7.精准用药根据病虫害预测预报，科学用药•农药成本降低约300元/亩应用效果•经济效益增加约2000元/亩指标传统防治区IPM示范区变化病虫害发生率

25.3%

8.7%-

16.6%农药使用量

6.8次/季

3.2次/季-

52.9%平均产量2450kg/亩2850kg/亩+

16.3%农药残留超标率

5.2%

0.5%-

4.7%病虫害抗性育种的未来展望随着生物技术的发展和消费者对食品安全的关注，西瓜抗病虫害育种面临新的机遇和挑战未来发展方向多抗性聚合将抗白粉病、抗枯萎病、抗病毒病等多种抗性基因聚合到同一品种持久抗性研究开发基于多基因的持久抗性，降低病原物克服抗性的风险基因编辑技术应用利用CRISPR/Cas9等技术精准修饰抗性相关基因抗性机制解析深入研究抗性分子机制，为抗性改良提供理论基础野生资源挖掘系统评价野生种质抗性，发掘新的抗性基因第六章市场需求与未来趋势本章将分析西瓜市场现状、消费者需求变化以及未来育种发展方向，为西瓜育种提供市场导向西瓜市场现状西瓜是全球重要的水果作物之一，种植面积和产量均居瓜类作物前列了解西瓜市场现状对指导育种方向具有重要意义全球西瓜生产与贸易概况根据联合国粮农组织（FAO）数据，全球西瓜年产量超过1亿吨，种植面积约350万公顷主要生产国国家/地区产量（万吨）全球占比中国

705060.2%土耳其

4203.6%印度

3803.2%伊朗

3202.7%巴西

2502.1%美国

1801.5%其他

312026.7%中国土耳其印度伊朗巴西美国其他主要出口国全球西瓜产量分布中国西瓜市场特点墨西哥主要出口至美国，年出口量约80万吨西班牙主要出口至欧盟国家，年出口量约75万吨中国是世界第一大西瓜生产国和消费国，西瓜产业具有以下特点土耳其主要出口至俄罗斯和中东，年出口量约60万吨希腊主要出口至欧盟国家，年出口量约25万吨区域布局形成华北、黄淮、长江中下游、西南和西北五大产区中国主要出口至周边亚洲国家，年出口量约20万吨生产规模年种植面积约180万公顷，年产量超过7000万吨品种多样从传统有籽品种到无籽西瓜、黄肉西瓜、迷你西瓜等季节性强主要集中在5-9月供应，但设施栽培可实现周年供应消费量大人均年消费量约30公斤，远高于世界平均水平消费者偏好分析未来育种方向西瓜育种正处于传统育种与现代分子育种技术相结合的重要转型期基于市场需求和技术发展趋势，未来西瓜育种将朝着多样化、智能化、可持续发展的方向推进高糖、高抗性、多样化品种开发智能育种技术应用绿色环保与可持续发展根据市场需求变化，未来西瓜育种将更加关注品种多样化和高品质特性，满足不同消费群体的需求随着生物技术和信息技术的发展，西瓜育种方法将更加智能化和精准化，提高育种效率面对气候变化和环境压力，西瓜育种将更加注重资源利用效率和环境适应性高糖优质品种开发糖度稳定在12-15°Brix的超甜品种基因组选择利用全基因组标记信息预测复杂性状节水西瓜培育耐旱、水分利用效率高的品种特色果肉品种黄肉、橙肉、粉红色等特色果肉色品种CRISPR基因编辑精准修改目标基因，创造新变异低肥高效氮磷钾利用效率高的资源节约型品种小型和微型西瓜开发1-2公斤的小型西瓜和

0.5公斤以下的微型西瓜人工智能辅助利用机器学习预测最佳杂交组合广适性品种适应不同生态环境的稳产品种多抗性聚合同时具备抗枯萎病、白粉病和病毒病等多种抗性高通量表型分析利用成像技术和传感器快速评价表型气候适应性耐高温、耐寒冷等抗逆性品种功能性西瓜富含茄红素、GABA等功能性成分的健康型西瓜分子设计育种基于基因功能定向设计理想基因型生态友好型减少农药依赖的抗病虫品种分子育种技术展望育种目标优先顺序分子育种技术正在革新西瓜育种方法，提高育种效率和精准度基于市场调研和育种趋势分析，未来西瓜育种的优先方向如下品质提升稳定高糖度（≥12°Brix）、优化口感和风味、延长保鲜期无籽西瓜改良提高无籽西瓜种子发芽率、改善坐果性能、丰富果型和果肉颜色抗病虫害多抗性聚合、持久抗性、新型病害抗性环境适应性耐高温、耐旱、耐湿、低肥高效产量稳定性提高坐果率、优化株型、增强抗逆性案例中国农业科学院西瓜计划2035中国农业科学院启动的西瓜2035育种计划，旨在通过现代育种技术，培育一系列满足未来市场需求的西瓜新品种计划目标包括•培育糖度稳定在14°Brix以上的超甜西瓜•开发同时抗3种以上主要病害的多抗品种2030年西瓜育种方法应用预测•创制水肥利用效率提高30%的资源高效品种从预测数据可以看出，分子标记辅助选择将成为主流育种方法，而基因组选择和基因编辑等新技术的应用比例将显著提高常规育种仍将保持一定比例，特别是在•建立西瓜分子设计育种技术体系资源有限的地区结语西瓜育种是农业科技的重要组成部分，它不仅关系到农业生产效益，也直接影响消费者的饮食体验和健康通过本课程的学习，我们系统了解了西瓜育种的基础知识、技术方法和发展趋势西瓜育种的综合价值科学价值西瓜育种研究促进了植物遗传学、基因组学和育种理论的发展经济价值优良品种能显著提高产量和品质，增加农民收入社会价值满足消费者多元化需求，提供健康优质的农产品生态价值抗病品种减少农药使用，资源高效品种节约水肥资源结合传统与现代技术，推动产业升级未来西瓜育种将是传统育种经验与现代生物技术相结合的过程一方面，我们要尊重传统育种的基本原理和方法，重视田间选择和表型评价；另一方面，要积极应用分子标记、基因组学、基因编辑等现代技术，提高育种效率和精准度西瓜产业的升级离不开品种创新通过培育适应不同生态区域、满足不同市场需求的西瓜新品种，推动西瓜产业向高质量、高效益、可持续方向发展同时，加强种子生产、栽培技术、产后处理等配套技术研发，形成完整的技术体系培养创新人才，共创西瓜育种美好未来西瓜育种的未来发展离不开人才培养需要培养既掌握现代生物技术，又了解作物生物学和市场需求的复合型人才高校、科研院所和企业应加强合作，建立产学研一体化的人才培养模式对学习者的建议

1.夯实基础知识，掌握西瓜生物学特性

2.了解传统育种方法和现代分子技术

3.关注市场动态和消费者需求变化

4.重视实践，参与育种实际操作

5.开阔视野，关注国际育种发展动态60+5000+500+15%年育种历史种质资源商业品种产业增长中国现代西瓜育种已有60多年历史，积累了丰富的经验和资源中国保存有5000多份西瓜种质资源，为育种提供丰富的遗传材料中国已育成500多个西瓜商业品种，满足不同市场需求优良品种推广使西瓜产业产值年均增长15%以上。