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发展历程水稻全球最重要的粮食作物之一全球种植规模中国的地位粮食安全支柱水稻是世界上种植面积第二大的粮食作物，仅中国是世界最大的水稻生产国和消费国种植全球有超过35亿人口以稻米为主食，占世界人次于玉米全球水稻种植面积超过亿公面积占全球约，产量占，为全球粮食口的以上水稻生产直接关系到这些地区

1.620%33%60%顷，年产量达

7.5亿吨以上安全作出巨大贡献的粮食安全和社会稳定20%33%60%中国种植面积占比中国产量占比依赖稻米人口约万公顷约亿吨

30002.1我国水稻育种三次飞跃中国水稻育种技术的发展经历了三次重大突破，每一次都带来了产量的大幅提升和种植效益的显著改善，为保障国家粮食安全奠定了坚实基础第三次飞跃绿色超级稻第二次飞跃三系杂交稻第一次绿色革命矮化育种年袁隆平院士团队成功培育出三系杂交197320世纪50-60年代，通过引入矮秆基因，水稻，利用杂种优势使产量提高15-20%培育出矮秆、抗倒伏的水稻品种株高降低杂交稻的推广使中国水稻单产从年的197030-40厘米，产量提高20-30%，实现了水305公斤/亩提高到1990年的450公斤/亩，稻产量的第一次飞跃矮化育种解决了高秆彻底解决了中国人的温饱问题品种易倒伏、氮肥利用率低的问题杂交水稻改变世界粮食格局袁隆平院士的杂交水稻技术不仅解决了中国人的吃饭问题更为全球粮食安全作出了,卓越贡献杂交稻技术已推广到印度、越南、菲律宾等多个国家和地区每年增产40,的粮食可养活多万人口7000第二章传统育种方法回顾传统育种方法是现代育种技术的基础经过数千年的发展,人类积累了丰富的育种经验和技术体系本章将系统介绍常规育种的核心技术,包括杂交育种、选种技术、种质资源利用等内容,为理解现代育种技术打下坚实基础常规育种技术杂交育种方法选种与种质资源性状鉴定技术包括人工杂交、回交、复交等多种方法人种质资源是育种的物质基础通过系统选通过形态观察、生理生化测定、抗性鉴定等工杂交通过去雄授粉将不同亲本的优良性状择、混合选择、单株选择等方法,从种质资源手段评价育种材料包括株高、穗型、粒型结合；回交用于将目标基因导入优良品种；中筛选优良个体建立种质资源库,收集保存等形态性状鉴定,以及抗病性、抗虫性、抗逆复交可综合多个亲本的优点这些方法是创野生稻、地方品种、育成品种等资源,为育种性等功能性状的田间和室内鉴定,确保选育出造新变异、培育新品种的核心手段提供丰富的基因库的品种符合育种目标育种周期常规育种从杂交到稳定新品种通常需要年时间，包括杂交、选择、鉴定、区域试验、生产试验等多个阶段8-10种子处理与育苗管理优质壮苗是水稻高产的基础科学的种子处理和育苗管理技术能够提高出苗率、培育健壮秧苗、减少病虫害发生，为水稻丰收奠定良好开端010203晒种消毒催芽技术苗床建设播前晒种2-3天，提高种子活力和发芽率使用消毒后的种子在32-35℃温水中浸种24-48小选择背风向阳、土壤肥沃、排灌方便的地块建设咪鲜胺、强氯精等药剂浸种消毒12-24小时，杀时，然后在28-30℃条件下催芽当芽长达到半苗床苗床土要求疏松肥沃、pH值

5.5-

6.5每灭种子表面病菌，预防恶苗病、稻瘟病等种传病粒谷长、根长达到一粒谷长时为最佳播种时期，亩大田需苗床面积25-30平方米，苗床与大田比害确保出苗整齐一致例为1:25-300405播种育苗秧苗管理适期播种，精量播种机插秧每盘播种量克，手插秧苗床播种量出苗前保温保湿，出苗后通风炼苗叶心期开始追施断奶肥，100-

130112.5-3每平方米克播后覆土厘米，保持苗床湿润，温度控制在叶期追施送嫁肥及时防治立枯病、青枯病等秧苗病害插秧前天150-2001-

1.53-525-28℃控水炼苗，提高秧苗适应性壮苗标准机插秧苗高厘米，叶龄叶，茎基宽度大于毫米，根系发达，叶色嫩绿，无病虫害手插秧苗高厘米，叶龄叶，单12-

153.5-

4.5215-185-6株分蘖个1-2科学育苗，稳产高效基础现代化育苗设施和科学管理技术的应优质壮苗能够缩短返青期3-5天，增加有用，大幅提高了秧苗质量和育苗效率效分蘖数15-20%，提高结实率5-8%，工厂化育苗、智能温控系统、自动喷灌最终增产10-15%科学育苗是实现水稻设备等现代技术的推广，使育苗过程更稳产高产的关键环节加精准可控第三章现代分子育种技术分子育种技术是世纪育种领域的革命性突破通过分子标记、基因组测序、生物信息学等现代生物技术手段，育种工作从传统的经验选择转21DNA向精准设计，育种效率提高倍，育种周期缩短本章将介绍分子标记辅助育种、基因组选择等前沿技术及其应用3-530-50%分子标记辅助育种（MAS）技术原理与优势分子标记辅助育种利用与目标基因紧密连锁的DNA标记，在苗期就能快速准确地筛选出携带目标基因的个体，无需等到成熟期进行表型鉴定这种技术可以同时选择多个目标基因，大幅提高育种效率主要技术类型40%•SSR（简单重复序列）标记重复性好，多态性高•SNP（单核苷酸多态性）标记数量多，适合高通量检测•InDel标记操作简便，成本低育种效率提升育种周期缩短传统育种需要8-10年才能培育出新品种，而MAS技术可将育种周期缩短至5-6年，育种效率提高40-50%特别是对于难以早期鉴定的性状，如抗病性、品质性状等，MAS技术优势更加明显从8-10年降至5-6年95%选择准确率接近100%准确度3-5倍效率提升相比传统方法应用案例中国水稻研究所利用MAS技术成功将稻瘟病抗性基因Pi9导入优质稻品种中，仅用3年时间就培育出既抗病又优质的新品种，而传统方法需要7-8年基因组选择与设计育种基因组选择（GS）技术基因组选择利用全基因组范围内的大量标记，建立基因型与表型之间的预测模型，可以在不进行田间鉴定的情况下预测育种材料的表SNP现该技术特别适用于复杂数量性状的改良，如产量、品质等大数据与人工智能应用整合基因组数据、表型数据、环境数据等海量信息，利用机器学习、深度学习等人工智能算法，建立更精准的预测模型通过数据挖掘发现新的基因组与表型关联，指导育种决策，实现智能化精准育种设计育种新时代设计育种是根据育种目标，利用基因组信息精准设计杂交组合、预测后代表现，按照设计图纸定向培育目标品种这种方法改变了传统育种的盲目性和随机性，使育种从经验艺术转变为精准工程，是未来育种的主流方向目前，中国农业科学院、华中农业大学等单位已建立水稻设计育种平台，整合了超过份水稻种质资源的基因组信息，为育种工作者提供数据支持3000和决策工具基因组技术引领育种新时代年完成的水稻基因组测序标志着水稻研究进入基因组时代目前已克隆了数千2002个水稻功能基因，包括控制产量、品质、抗性、株型等重要农艺性状的基因这些基因资源为分子设计育种提供了强大的工具箱，使育种工作者能够像搭积木一样组装理想基因型第四章水稻转基因技术应用转基因技术是现代生物技术的核心，能够突破物种界限转移有益基因，创造自然界不存在的新种质水稻转基因研究始于年代末，经过多年发展，已在抗虫、抗病、198030抗逆、品质改良等方面取得重大突破本章将介绍转基因技术的发展历程、关键性状改良及安全管理体系转基因技术发展历程1988-1990年2001-2010年技术起步功能拓展日本和中国科学家首次成功将外源基因导入水稻，标转基因技术应用领域扩展到抗病、抗逆、品质改良等志着水稻转基因研究的开始这一时期主要探索转基多个方面中国培育出抗虫转基因水稻华恢1号和因技术的可行性Bt汕优63，获得安全证书12341991-2000年2011年至今方法优化基因编辑农杆菌介导法和基因枪法逐步成熟，转化效率大幅提CRISPR等基因编辑技术兴起，实现更精准的基因改高转Bt基因抗虫稻、转Bar基因抗除草剂稻等相继良金色大米（富含β-胡萝卜素）等营养强化转基因培育成功水稻研发成功，为解决营养不良问题提供新途径关键转基因性状抗虫性状抗逆性状品质改良转Bt基因水稻可抗鳞翅目害虫（稻纵卷叶螟、二导入LEA、DREB等抗旱基因，使水稻在干旱条改变淀粉合成途径，提高直链淀粉或支链淀粉含化螟等），减少农药使用80%以上转CpTI基件下仍能正常生长转耐盐基因（如NHX、量，改善食味品质富含β-胡萝卜素的金色大因水稻可抗褐飞虱、白背飞虱等刺吸式害虫多HAL等）的水稻可在盐碱地种植，拓展种植区米，可预防维生素A缺乏症高铁、高锌转基因基因聚合可实现广谱抗虫域转抗寒基因提高了水稻的低温适应能力水稻解决隐性饥饿问题经济效益据统计，转基因抗虫水稻可减少农药使用公斤公顷，降低生产成本元亩，增产，经济效益显著Bt17/300-500/8-10%转基因水稻的监管与安全评估国家审批体系安全检测流程我国建立了严格的转基因安全管理体系，包括转基因水稻需经过严格的安全性评价实验研究阶段需获得农业转基因生物安全委员会批准食用安全性营养成分分析、毒理学试验、过敏原检测中间试验阶段在限定区域进行环境释放试验环境安全性基因漂流风险、生物多样性影响、非靶标生物影响环境释放阶段扩大试验规模，评估环境影响分子特征外源基因插入位点、拷贝数、遗传稳定性生产性试验进行大规模生产性试验公众接受度提升安全证书申请通过全面评估后颁发生产应用安全证书通过科普教育、透明信息公开、专家答疑等方式，提高公众对转基因技整个审批过程通常需要年时间，确保转基因产品的安全性8-10术的科学认知强调转基因技术的安全性、必要性和巨大潜力，建立公众信任精准基因编辑，绿色育种利器等新一代基因编辑技术被誉为基因剪刀，能够对目标基因进行精确修饰，不引入外源，避免了传统转基因的争议该技术已成CRISPR-Cas9DNA功应用于水稻抗病性改良、品质提升、产量提高等多个方面高效精准安全可控应用广泛编辑效率达30-60%，突变类型可控，周期不引入外源基因，产物与传统育种无异，监可同时编辑多个基因，实现复杂性状的快速短至1-2年管更宽松改良第五章水稻主要抗病虫害育种技术病虫害是影响水稻产量和品质的重要因素，每年造成10-15%的产量损失培育抗病虫品种是最经济、环保、有效的防治手段本章将重点介绍稻瘟病、白叶枯病、褐飞虱等主要病虫害的抗性遗传机制、抗性基因资源及育种技术主要病害及抗性育种水稻病害种类繁多，其中稻瘟病、白叶枯病、纹枯病是最具破坏性的三大病害培育抗病品种需要深入了解病原菌致病机理、寄主抗性机制，筛选有效抗性基因，并通过现代育种技术将其导入优良品种稻瘟病抗性育种稻瘟病是世界性水稻病害，可造成10-30%产量损失，严重时绝收目前已克隆100多个抗稻瘟病基因，常用的有Pi

1、Pi

2、Pi

9、Pi54等广谱抗性基因如Pi

9、Pi54，对多数稻瘟病菌小种有效持久抗性策略聚合多个抗性基因，避免单一基因品种抗性丧失分子标记应用利用紧密连锁的SSR、SNP标记快速选择抗性材料代表品种谷梅2号、春光1号等，已大面积推广应用白叶枯病抗性育种白叶枯病是细菌性病害，主要危害叶片和穗部，影响光合作用已克隆40多个抗白叶枯病基因，Xa

21、Xa

23、Xa27等应用较多显性抗性基因如Xa21，抗谱广，遗传稳定隐性抗性基因如xa

13、xa25，通过基因编辑技术高效利用抗性鉴定技术苗期接种鉴定，分生菌期田间自然鉴定相结合代表品种IR

24、IRBB21等国际知名抗病品种纹枯病抗性育种纹枯病由立枯丝核菌引起，高温高湿条件下易发生由于水稻对纹枯病的抗性为数量性状，受多基因控制，育种难度较大抗性资源筛选从野生稻、陆稻中发现抗性种质QTL定位已定位30多个抗纹枯病QTL，部分已精细定位栽培防控结合培育耐病品种，配合合理密植、科学施肥目前尚无高抗品种，主要通过培育中抗、耐病品种减轻危害主要虫害及抗性育种水稻害虫包括褐飞虱、白背飞虱、稻纵卷叶螟、二化螟等，每年造成严重经济损失培育抗虫品种可减少农药使用，保护生态环境，是害虫综合防治的核心策略飞虱类抗性育种鳞翅目害虫抗性褐飞虱和白背飞虱是刺吸式害虫，通过吸取茎秆汁液危害水稻已鉴定出稻纵卷叶螟、二化螟、三化螟等鳞翅目害虫通过咬食叶片或钻蛀茎秆危害水30多个抗褐飞虱基因（Bph1-Bph32）和10多个抗白背飞虱基因稻转Bt基因是最有效的抗虫策略（Wbph1-Wbph12）抗虫基因抗性机制•Cry1Ab/Cry1Ac对鳞翅目害虫高效•抗生性影响害虫生长发育，降低繁殖力•CpTI胰蛋白酶抑制剂，广谱抗虫•耐虫性受害后补偿能力强，产量损失小•lectin凝集素，影响害虫消化•选择抗性影响害虫取食选择转基因水稻华恢1号、Bt汕优63等转Bt基因水稻对二化螟、稻纵卷育种策略聚合多个抗性基因，如Bph14+Bph15组合具有广谱持久抗性叶螟防效达90%以上，大幅减少农药使用利用分子标记辅助选择，加快育种进程综合防治抗虫育种应与化学防治、生物防治、农业防治相结合，避免害虫产生抗性定期更换抗性基因组合，延长品种使用年限抗病抗虫，保障水稻稳产据联合国粮农组织估计，如果不采取病虫害防治措施，全球水稻产量将损失50-培育抗病虫品种可减少化学农药使用，每年为农民节省成本数十亿70%60-80%元，同时保护生态环境抗性育种是实现水稻可持续生产的关键技术第六章高效栽培技术与新品种推广培育优良品种只是育种工作的第一步，配套的栽培技术和科学推广体系同样重要本章将介绍高产优质新品种的综合栽培技术、精准农业技术应用，以及新品种推广的策略和经验，帮助育种成果快速转化为生产力高产优质新品种综合栽培技术以松辽号等新品种为例，介绍高产优质水稻的全程栽培管理技术科学的栽培管理可使新品种增产潜力充分发挥，实现高产、优质、高效的统一712种子处理与播种科学施肥管理选用纯度以上、发芽率以上的优质种子播前晒种、温根据土壤肥力和目标产量确定施肥量一般每亩施纯氮公98%85%12-15汤浸种、药剂拌种，预防病虫害适期播种，北方月中下旬，南斤、五氧化二磷公斤、氧化钾公斤氮肥运筹基肥46-88-10方根据茬口灵活掌握精量播种，确保基本苗数达到目标产量要蘖肥穗肥=5:3:2增施有机肥，改良土壤结构穗肥适当后移，求提高结实率和粒重34水分管理技术病虫害综合防控浅水插秧，薄水分蘖，够苗晒田，有水孕穗，干湿壮籽分蘖期保预防为主，综合防治选用抗病品种，合理密植，科学肥水管理，持2-3厘米浅水层，促进分蘖够苗后及时排水晒田，控制无效分增强植株抗性关键时期防治分蘖期防治稻瘟病、纹枯病；孕穗蘖孕穗至抽穗期保持3-5厘米水层，保障幼穗发育灌浆期干湿期防治稻飞虱、稻纵卷叶螟；抽穗期防治穗颈瘟、稻曲病推广生交替，黄熟期断水，利于成熟收获物农药，减少化学农药使用，保障稻米质量安全目标产量通过科学栽培管理，松辽号等新品种可实现亩产公斤，优质米率达以上，经济效益显著7550-60080%精准农业技术在水稻育种中的应用GPS定位与精准施肥无人机遥感与植保利用GPS定位系统和土壤养分传感器，绘制田块养分分布图根利用无人机搭载多光谱相机，监测水稻长势、病虫害发生情况据不同地块养分状况进行变量施肥，实现精准投入可节省肥料及时发现问题区域，精准施药植保无人机作业效率是人工的，提高肥料利用率个百分点，减少环境污染倍，农药利用率提高以上，大幅降低劳动强度和生10-15%5-840-6030%产成本机械化插秧与收获智能监测与决策系统高速插秧机每小时可插秧1-

1.5亩，效率是人工的30倍以上机物联网传感器实时监测土壤温湿度、水位、气象条件等参数，数插深度一致，株行距均匀，有利于田间管理联合收割机实现收据自动上传云平台人工智能系统分析数据，提供灌溉、施肥、割、脱粒、清选一体化，作业效率高，损失率低，为规模化生产病虫害防治等决策建议农民通过手机APP即可远程管理，实现提供装备支撑智慧种田科技助力，提升水稻生产效率精准农业技术的应用，使水稻生产从粗放型转向精准型，从经验型倍80%5-8转向数据型全程机械化率达到以上，劳动生产率提高倍，80%5-8生产成本降低，为水稻产业现代化奠定了坚实基础20-30%机械化水平效率提升20-30%成本降低第七章未来水稻育种技术展望面对全球气候变化、资源环境约束、消费需求升级等挑战，水稻育种技术需要不断创新突破绿色超级稻、分子设计育种、智能育种平台建设是未来发展的重点方向本章将展望水稻育种技术的未来发展趋势，探讨如何通过科技创新保障全球粮食安全绿色超级稻与可持续发展培育目标关键技术预期效益绿色超级稻是在保持高产的基础上，同时具有节水利用分子设计育种技术，聚合控制不同优良性绿色超级稻可减少农药使用30-50%，减少化肥抗旱、养分高效利用、抗病虫、优质等多种优良性状的基因采用基因组选择加速育种进程开用量20-30%，节水20-30%，在保持高产的同状的新型水稻品种目标是实现少投入、多产发高效表型鉴定平台，准确评价复杂性状建时显著降低生产成本和环境负荷预计到2030出、保护环境的可持续生产模式立标准化繁种和配套栽培技术体系年，绿色超级稻推广面积将达到5000万亩以上中国已启动绿色超级稻培育与示范重大项目，组织全国优势科研力量协同攻关目前已培育出40多个绿色超级稻新品种，在非洲、东南亚等一带一路国家推广应用，为全球粮食安全和可持续发展贡献中国智慧30-50%20-30%20-30%农药减量化肥减量节水效果国际合作与人才培养中国水稻研究所人才培养体系主要合作项目中国水稻研究所建立了完善的人才培养体系，包括01研究生培养每年招收硕士、博士研究生100余名，培养高层次科研人才种质资源共享博士后流动站为青年科学家提供深造平台，培养学术带头人建立国际种质资源交流平台，互换优异种质国际访问学者项目选派优秀科研人员赴国外知名研究机构学习交流实用技术培训面向基层农技人员和种植大户，年培训5000人次以上02国际先进技术交流联合研究积极开展国际合作研究，与国际水稻研究所（IRRI）、日本农业生物资源研究所等建立长期合作关系开展抗逆、优质、高产等性状的合作攻关03技术援助向发展中国家提供育种技术培训和咨询04学术交流举办国际会议，发表高水平论文，提升国际影响力通过国际合作，中国水稻育种技术处于世界领先水平，杂交稻技术已推广到40多个国家，为全球粮食安全作出重要贡献同时，学习借鉴国际先进经验，加快我国育种技术创新步伐创新育种技术，保障粮食安全未来水稻育种技术的发展是一个持续创新的过程从传统的杂交选育到现代的分子设计育种，从单一追求高产到绿色可持续发展，每一次技术革新都推动了水稻产业的进步，为保障粮食安全作出重要贡献技术融合创新未来的水稻育种将是传统技术与现代生物技术的有机融合常规育种提供丰富的遗传变异，分子育种提高选择效率，基因编辑实现精准改良，人工智能优化育种决策多技术协同，加速育种进程，创制突破性新品种推动绿色发展育种目标从单纯追求高产转向高产、优质、高效、生态、安全协调发展培育资源节约型、环境友好型品种，减少化肥农药使用，保护农业生态环境发展有机稻、富硒稻、功能稻等特色品种，满足消费升级需求培养专业人才人才是科技创新的核心加强育种人才培养，建设高水平科研团队培养既懂传统育种又掌握现代生物技术的复合型人才加强基层农技推广队伍建设，打通科技成果转化最后一公里建立产学研深度融合的育种创新体系迎接机遇挑战全球气候变化、人口增长、耕地减少、资源环境约束加剧，对水稻育种提出更高要求我们要抓住生物技术革命机遇，加大自主创新力度，突破关键核心技术，培育具有自主知识产权的突破性品种，在国际竞争中占据制高点，为保障国家粮食安全和全球可持续发展作出新的更大贡献让我们携手共进，用科技创新书写水稻育种新篇章，为实现全球粮食安全和可持续发展目标而不懈努力！。