水稻育种技术培训课件

水稻育种技术培训课件第一章水稻育种的重要性与挑战全球粮食安全的基石新时代的挑战水稻是世界上最重要的粮食作物之一，养育着全球超过一半的人口，特气候变化、人口持续增长、耕地面积减少、病虫害演变等因素对水稻育别是亚洲地区中国作为世界最大的水稻生产国和消费国，水稻产量直种提出了更高要求我们需要培育高产、优质、抗逆、适应性强的新品接关系到国家粮食安全战略种•全球约35亿人以稻米为主食•2050年全球人口将达97亿•中国水稻种植面积约3000万公顷•极端气候事件频发•年产量超过2亿吨，占全球28%•耕地资源日益紧张水稻育种的历史演进古代驯化期杂交水稻革命约1万年前，人类开始从野生稻中选择驯化，逐步培育1973年，袁隆平团队成功培育出三系杂交水稻，实现出适合种植的栽培稻品种，这是人类农业文明的重要了水稻产量的历史性突破，被誉为第二次绿色革命里程碑1234传统育种期分子育种时代20世纪初至中期，科学家开始运用遗传学原理进行系21世纪以来，分子标记、基因编辑等现代生物技术快统育种，通过杂交、选择等方法培育新品种，大幅提速发展，育种进入精准设计阶段，效率大幅提升升产量杂交水稻改变世界粮食格局袁隆平院士被誉为杂交水稻之父，他带领团队历经数十年艰苦攻关，成功突破水稻杂种优势利用的世界性难题杂交水稻技术不仅让中国人把饭碗牢牢端在自己手中，还推广到全球数十个国家，帮助解决了数亿人的温饱问题发展杂交水稻，造福世界人民——袁隆平第二章传统水稻育种技术概述杂交育种诱变育种远缘杂交通过人工控制授粉，将具有不同优良性状的利用物理诱变（如γ射线、X射线）或化学诱将栽培稻与野生稻或不同亚种间进行杂交，亲本杂交，利用遗传多样性和杂种优势创造变剂处理种子或植株，产生基因突变，从中打破种间生殖隔离，拓宽遗传资源库，引入新品种这是最经典和应用最广泛的育种方筛选出具有优良性状的突变体新的优异基因法•辐射诱变技术•克服杂交不亲和性•选配优良亲本组合•化学诱变处理•胚拯救技术应用•F1代杂种优势利用•突变体鉴定与利用•后代分离与选择固定传统育种的优势与局限主要优势主要局限技术成熟稳定育种周期长经过上百年的实践验证，技术体系完善，操作规程标准化，育种从杂交到品种审定通常需要8-12年，难以快速响应生产需求的变人员容易掌握化成本相对较低目标性状筛选困难不需要昂贵的仪器设备和复杂的实验条件，适合基层育种单位和依赖表型选择，受环境影响大，对于隐性性状和微效基因难以准发展中国家推广应用确鉴定适合大规模推广遗传多样性有限培育出的品种适应性广，种子繁殖简单，农民容易接受，便于大面积种植第三章现代分子育种技术随着分子生物学和基因组学的快速发展，水稻育种进入了精准设计的新时代现代分子育种技术能够在DNA水平上直接操作和选择目标基因，大大提高了育种的精准性和效率分子标记辅助选择双单倍体育种基因组选择育种利用与目标基因紧密连锁的DNA标记，在苗期通过花药培养或孤雌生殖技术，快速获得纯合基于全基因组信息和大数据分析，预测个体育就能精准筛选出携带优良基因的个体，无需等新品系，将育种周期从8年缩短至2-3年种值，实现复杂性状的精准改良和分子设计育到性状表现种分子标记辅助选择育种（MAS）详解常用标记类型应用案例分子标记辅助选择在水稻育种中已取得显著成效SSR标记抗稻瘟病育种利用Pi基因系列的紧密连锁标记，快速聚合多个抗病基因，培育出广谱简单序列重复标记，多态性高，共显性遗传，广泛持久抗病品种应用于基因定位和标记辅助选择抗褐飞虱育种通过Bph基因标记辅助选择，将抗虫基因导入优质高产品种，大幅缩短育种年限耐盐碱性状改良利用SKC1等耐盐基因标记，精准选育适合盐碱地种植的新品种SNP标记品质改良通过Wx、ALK等品质基因标记，准确控制稻米的直链淀粉含量和糊化温度单核苷酸多态性标记，密度高，适合高通量检测，是新一代分子标记的主流技术实践表明，MAS技术可使育种效率提高30-50%，目标基因的选择准确率达95%以上InDel标记插入缺失标记，检测简单，成本低，在功能基因标记开发中应用广泛基因编辑技术在水稻育种中的应用CRISPR/Cas9技术简介精准定向改良优势典型应用实例CRISPR/Cas9是一种革命性的基因编辑工具，与传统转基因技术不同，基因编辑可以在不抗稻瘟病敲除感病基因OsSWEET，获得广能够像分子剪刀一样精准切割目标DNA序引入外源DNA的情况下，对水稻自身基因进谱抗病品种列，实现基因的定向敲除、插入或替换该行精确修饰这种技术培育的品种在遗传学耐盐碱改良编辑OsRR22基因，提高水稻技术操作简单、成本低、效率高，已成为植上与自然突变无异，避免了转基因监管的复盐胁迫耐受性物功能基因组研究和育种的重要手段杂程序，更容易被公众接受产量提升编辑GS

3、DEP1等基因，优化株型和穗粒结构品质改良精确调控Wx基因，定制不同直链淀粉含量的稻米精准育种新时代基因编辑技术的出现标志着作物育种进入精准设计的新纪元科学家可以像编辑文档一样修改植物的遗传密码，实现对目标性状的精确改良这项技术不仅加速了育种进程，也为解决粮食安全、气候适应等全球性挑战提供了强有力的工具技术前沿新一代碱基编辑和先导编辑技术可实现单碱基的精确替换，编辑精度更高，脱靶效应更低，是未来基因编辑育种的重要发展方向第四章转基因水稻技术转基因技术通过基因工程手段，将外源优良基因导入水稻基因组，赋予水稻新的性状这是突破物种界限、快速获得目标性状的有效途径0102技术发展历程主流转化方法1988年首次获得转基因水稻植株，此后在抗虫、抗病、抗除草剂、营养强农杆菌介导法和基因枪法是两种主要的转化技术，各有优缺点，在实践中化等方面取得重大进展相互补充0304新品种培育监管与挑战已成功培育出抗虫、抗病、耐除草剂、营养强化等多种转基因水稻新品系，转基因水稻的安全性评价和商业化推广面临严格的监管体系，社会接受度部分已进入商业化阶段仍是重要挑战转基因水稻的技术细节转化方法对比时空特异性表达代表性品种农杆菌介导法利用组织特异性启动子和诱导型启动子，可实黄金大米转入β-胡萝卜素合成基因，富含维现外源基因在特定组织或特定条件下表达，提生素A前体，可缓解发展中国家儿童维生素A缺•转化效率高高转基因效果，降低非靶标影响乏症•插入拷贝数少•遗传稳定性好•根特异性表达提高抗逆性抗虫转基因水稻转入Bt杀虫蛋白基因，对鳞翅目害虫有特异性杀灭作用，减少农药使用•操作相对简单•种子特异性表达营养强化•诱导型表达环境响应调控抗除草剂水稻转入EPSPS基因，可耐受草甘基因枪法膦除草剂，简化田间杂草管理•不受基因型限制•可转化多基因•技术成熟可靠•但插入位点随机第五章杂交水稻技术详解杂交水稻是利用水稻杂种优势的一项重大技术创新，使水稻产量实现了质的飞跃根据育性恢复系统的不同，杂交水稻分为三系法、两系法和一系法三系法杂交水稻两系法杂交水稻一系法杂交水稻由雄性不育系（A系）、保持系（B系）和利用光温敏核雄性不育系，在适宜条件通过基因工程手段，将雄性不育基因和恢恢复系（R系）组成A系用于制种，B系下自交繁殖，在不适宜条件下作为不育复基因整合到同一品系中，实现无融合生维持A系繁殖，R系恢复杂交种育性这是系制种简化了育种程序，扩大了恢复殖或克隆种子技术目前尚处于研究阶段，最早实现商业化的杂交水稻技术源，选配更加灵活是未来发展方向三系法杂交水稻的关键突破1970年野败株的发现1袁隆平团队在海南岛发现野生稻雄性不育株（野败），这是三系配套成功的关键突破，为杂交水稻研究提供了宝贵的种质资源21973年三系配套成功通过多年努力，成功选育出不育系、保持系和恢复系，实现三系配套，标志着杂交水稻技术体系的建立1976年大面积推广3杂交水稻开始在全国大面积推广种植，平均亩产比常规稻增产20%以上，为解决中国粮食问题作出重大贡献41981年获国家特等发明奖籼型杂交水稻荣获新中国第一个国家特等发明奖，这是对杂交水稻技术的最高认可，也是中国农业科技的骄傲精准授粉，保障杂交种质量杂交水稻制种是一项技术要求极高的工作在制种田中，不育系和恢复系按照一定比例种植，通过人工辅助授粉或自然风媒授粉，确保不育系充分接受恢复系花粉花期调控赶粉技术通过播期调整和栽培管理，使父母本采用竹竿拉绳或机械赶粉，增加花粉花期相遇，确保授粉同步在不育系柱头上的落粉量质量控制严格去杂去劣，防止机械混杂，确保杂交种纯度达到国家标准两系法杂交水稻优势种子生产程序简化两系法只需要不育系和恢复系两个亲本，省去了保持系的繁殖环节，制种程序大大简化，生产成本降低15-20%恢复源广泛，选配灵活几乎所有常规稻品种都可以作为恢复系，大大拓宽了杂交组合的选配范围，更容易配制出强优组合超高产潜力不同类型水稻品种产量对比（单位公斤/亩）两系杂交稻平均比三系杂交稻增产5-10%，在高产栽培条件下优势更加明显2017年，袁隆平团队培育的超级杂交稻创造了亩产

1149.02公斤的世界纪录第六章水稻种质资源与创新利用种质资源是育种的物质基础和基因宝库我国拥有丰富的水稻种质资源，包括地方品种、野生稻资源和育成品种，是开展育种创新的重要财富种质资源收集遗传多样性评价国家种质库保存水稻资源10万余份，涵盖各利用分子标记技术，系统评价种质资源的遗传生态类型和地理来源多样性和亲缘关系创新种质创制优异基因挖掘综合运用多种技术手段，创制携带优异基因组通过全基因组关联分析和基因定位，挖掘控制合的育种新材料重要性状的优异等位基因种质资源创新的技术路径传统杂交与诱变结合分子标记辅助远缘杂交基因编辑拓展多样性将优异种质通过杂交导入育种群体，结合辐射利用分子标记跟踪野生稻优异基因的导入和回通过CRISPR等基因编辑技术，定向创制新的或化学诱变，创造新的遗传变异这种方法简交转育，加速种间基因渗入，精准选择目标片等位变异，突破自然变异的局限，快速创制携单实用，仍是种质创新的重要手段段，避免连锁累赘带特定基因型的创新种质案例科学家从野生稻中克隆了耐盐基因OsRR22，通过回交转育导入栽培稻，培育出可在盐碱地正常生长的新品系，为盐碱地改良利用开辟了新途径第七章水稻抗病虫育种技术病虫害是水稻生产的主要威胁，每年造成10-15%的产量损失培育抗病虫品种是最经济、环保、有效的防治措施主要病害主要虫害稻瘟病由真菌引起，被称为水稻癌症，可导致减产30-50%甚至绝收褐飞虱刺吸式口器害虫，可传播病毒，暴发时造成冒穿稻纵卷叶螟鳞翅目害虫，幼虫卷叶取食，影响光合作用白叶枯病细菌性病害，在高温高湿条件下易流行二化螟钻蛀性害虫，造成枯心和白穗纹枯病真菌性病害，在密植高肥条件下发病严重三化螟与二化螟危害相似，在南方稻区发生普遍条纹叶枯病病毒病，由灰飞虱传播抗性育种策略通过抗病虫基因的筛选、定位、克隆和聚合，培育持久广谱抗性品种分子标记辅助选择技术大大提高了抗性育种的效率和精准性抗病虫育种案例分享抗稻瘟病基因Pi系列抗褐飞虱基因Bph系列转基因抗虫水稻已克隆30多个Pi抗病基因，通过分子标记辅助选利用Bph

14、Bph15等抗性基因的紧密连锁标记，转入Bt杀虫蛋白基因的水稻对螟虫具有高抗性，择，将Pi

9、Pi

2、Pigm等基因聚合到优良品种中，成功将抗虫基因导入多个主栽品种，减少了化学可减少农药施用60%以上华恢1号已获得安全培育出持久抗病的新品种农药的使用量证书，具备商业化条件第八章水稻品质改良技术随着生活水平提高，人们对稻米品质的要求越来越高优质稻米不仅要好吃，还要营养丰富、安全健康外观品质包括粒型、垩白、透明度等指标消费者偏好细长、透明、垩白少的米粒相关基因如GS

3、GW

5、Chalk5已被克隆，可通过分子育种精准改良蒸煮食味品质由直链淀粉含量、胶稠度、糊化温度等决定Wx基因控制直链淀粉含量，ALK基因影响糊化温度，通过基因型选择可培育不同口感的品种营养品质蛋白质含量、氨基酸组成、维生素和矿物质含量等通过常规育种或转基因技术，可提高稻米中铁、锌、维生素等营养成分含量加工品质糙米率、精米率、整精米率等指标，影响稻米的加工效益通过改良粒型和籽粒结构，可提高稻米的加工品质水稻品质提升的分子设计育种目标基因的精准组合兼顾产量与品质的策略分子设计育种的核心是对控制不同性状的基因进行优化组合，实现多个性状的协同改良产量和品质往往存在负相关，如何打破这种制约是育种的难点通过精细调控关键基因的表达水平，可以实现两者的平衡01确定育种目标明确目标品质性状和基因型组合02选择优异等位基因从种质资源中筛选最佳基因型03分子标记辅助聚合通过杂交和回交，聚合多个目标基因04表型鉴定与评价对育成材料进行全面品质评价第九章水稻育种试验与田间管理科学严谨的试验设计和精细的田间管理是确保育种成功的重要保障从材料种植到数据收集，每个环节都需要精心操作试验设计1根据育种目标和材料特点，选择合适的试验设计类型，如随机区组设计、裂区设计等，确保试验结果的科学性和可靠性田间种植2按照设计方案精确种植，包括播种期、密度、行距等做好田间标记，防止混杂注意隔离距离，避免串粉生育期管理3科学施肥、合理灌溉、及时防治病虫草害详细记录各生育期表现和田间管理措施，为性状分析提供依据表型调查4按照统一标准，在适宜时期调查株高、分蘖、穗粒结构、抗性等性状使用标准化调查方法，确保数据准确性数据分析5运用统计学方法对试验数据进行方差分析、相关分析等，评价材料的遗传效应和环境影响，筛选优良株系育种试验中的关键技术多点试验网络在不同生态区域设置试验点，全面评价品种的适应性、稳定性和丰产性通过多年多点试验，筛选出适应范围广、稳产性好的优良品种表型-基因型整合评价将表型数据与分子标记、基因型信息相结合，建立性状与基因的关联，揭示遗传规律，提高选择效率信息技术辅助决策利用育种管理软件、数据库系统和人工智能算法，实现育种数据的数字化管理和智能化分析，辅助育种决策第十章未来水稻育种技术趋势科技创新正在推动水稻育种进入全新阶段多组学技术、人工智能、国际合作将共同塑造育种的未来人工智能育种多组学技术融合利用机器学习和深度学习算法，预测基因型与表型的关系，优化育种整合基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学和表型组学数据，方案，加速新品种选育AI可处理海量育种数据，发现人工难以识别全面解析复杂性状的遗传基础，实现从基因到性状的系统设计的规律国际合作网络大数据平台建设加强国际间育种协作，共享种质资源和技术成果，共同应对气候变化、构建全球育种数据共享平台，整合种质资源、基因信息、表型数据等，粮食安全等全球性挑战促进育种资源的高效利用和育种技术的快速传播新兴技术展望合成生物学与水稻育种基因驱动技术绿色超级稻计划通过从头设计和合成基因回路，赋予水稻全新的生物学利用基因驱动系统，使特定基因在群体中快速传播，可培育少用水、少用肥、少用农药、抗逆境、高产优质的绿功能例如，改造光合作用途径提高光能利用效率，或用于防治害虫或改良野生近缘种但该技术也存在生态色超级稻，实现水稻生产的可持续发展，这是未来育种的设计人工代谢通路合成高附加值产物风险，需谨慎研究和应用重要方向前沿动态中国科学家正在开展C4型水稻研究，试图将C4植物的高效光合途径引入水稻，理论上可使光合效率提高50%，这将是水稻育种的革命性突破科技引领育种新纪元人工智能、机器人、物联网等前沿技术正在深刻改变传统育种模式智能育种实验室可以实现从表型采集、数据分析到育种决策的全流程自动化和智能化50%90%10倍效率提升准确率通量提升智能育种可将选育周期缩AI辅助选择的准确率可达自动化表型平台通量提高短一半90%以上10倍以上培训总结传统与现代技术相辅相成精准育种提升效率与品质持续创新保障粮食安全传统育种技术如杂交、诱变等仍是育种的基从表型选择到基因型选择，从经验育种到设面对气候变化、人口增长等挑战,我们必须不础，而分子标记、基因编辑等现代技术极大计育种，精准育种技术使我们能够更快速、断创新育种技术和方法,培育更优良的品种提升了育种的精准性和效率两者有机结合，更准确地选育出高产优质抗逆的新品种，满水稻育种工作者肩负着保障国家粮食安全的相互促进，共同推动水稻育种不断进步足不同生态区域和市场需求重要使命,任重而道远通过本次培训,希望大家系统掌握水稻育种的理论知识和实践技能,在今后的工作中能够灵活运用各种育种技术,为水稻产业发展和粮食安全作出更大贡献互动问答常见问题解答分享您的育种经验育种实践中积累的经验是宝贵的财富欢迎大家分享问杂交水稻和转基因水稻有什么区别？•田间选择的独特技巧答杂交水稻是通过不同品种间的有性杂交获得，不涉及基因工程技术转•亲本选配的成功案例基因水稻则是将外源基因导入水稻基因组两者都是合法的育种技术•抗性鉴定的有效方法•品质评价的实用标准•新品种推广的心得体会问基因编辑水稻是转基因吗？答基因编辑只修改水稻自身基因，最终产品不含外源DNA，与自然突变在遗传学上无差异，不属于传统意义的转基因问如何加快育种进程？答可采用加代繁殖、双单倍体技术、分子标记辅助选择等方法，将育种周通过交流学习,我们可以相互启发,共同提高育种水平,为水稻产业发展贡献智慧和力期从8-10年缩短至3-5年量致谢与联系方式感谢您的参与后续技术支持感谢各位学员认真学习、积极参与本次水稻育种技术培训希望通过本课程,大家对水稻育种有了更全面深入的认识,掌握了实用的技术方法在线资源平台水稻育种是一项长期而艰巨的事业,需要持之以恒的努力和不断创新的精神祝愿大家在今后的工作中取得优异成绩,培育出更多优良品访问国家水稻数据中心,获取种质资源信息、基因数据库、育种工具软件等资源种!一粒种子可以改变一个世界，一个品种可以造福一个民族专家咨询服务遇到技术难题时,可通过邮件或电话联系课程讲师团队,我们将竭诚为您提供技术指导交流合作网络加入全国水稻育种协作网,与同行交流经验,开展联合攻关,共享育种成果。