植物育种技术培训班课件

植物育种技术培训班第一章绪论植物育种学概述植物育种的定义与发展育种学的双重特性植物育种是利用遗传学原理和现代生植物育种既是一门严谨的科学，需要物技术，通过人工选择和改良植物遗深厚的遗传学、生理学和统计学知传特性，创造符合人类需求的新品种识；又是一门实践艺术，要求育种家的科学与技术从古代农民的选种留具备敏锐的观察力和丰富的经验成种，到现代分子育种技术的应用，育功的育种往往是科学理论与实践智慧种学经历了数千年的演变与发展的完美结合育种的重要意义历史回顾作物育种的历史里程碑1袁隆平杂交水稻的突破年，袁隆平院士成功培育出世界首例杂交水稻，使水稻产量提高1973以上，解决了数亿人的温饱问题，被誉为东方魔稻，开创了杂种20%优势利用的新纪元2绿色革命与高产育种世纪年代，以矮秆、耐肥、抗倒伏为特征的小麦和水稻新品种2060-70在全球推广，使粮食产量大幅增加，挽救了数十亿人免于饥荒，诺曼布·劳格因此获得诺贝尔和平奖3现代分子育种技术兴起第二章种质资源与育种目标种质资源的概念及分类种质资源是携带生物遗传信息的载体，包括野生种、地方品种、育成品种和遗传材料它们是育种工作的原始材料和基因库，保存着丰富的遗传多样性瓦维洛夫作物起源中心苏联植物学家瓦维洛夫提出了作物起源中心学说，确定了全球8大作物起源中心，为种质资源的收集和保护提供了理论指导育种目标的制定原则•高产稳产提高单位面积产量和产量稳定性•优质高效改善品质特性，提高资源利用效率种质资源保护与利用种质资源的收集通过野外考察、引种交换和国际合作等方式，系统收集作物野生近缘种、地方品种和育成品种我国已建立国家作物种质库，保存种质资源52万余份，居世界第二位种质资源的保存采用种子库、试管苗库、DNA库等多种保存方式长期库在-18°C条件下可保存种子50年以上，超低温保存技术可使种质资源保存数百年，确保遗传多样性不丢失种质资源的评价对种质资源进行形态学、生理学、分子标记和抗性等多方面评价，发掘优异基因和特殊性状建立种质资源数据库，实现信息化管理和数据共享，为育种提供精准材料种质资源是育种创新的源泉，保护种质资源就是保护人类的未来第三章传统育种方法选择育种杂交育种回交与远缘杂交从现有品种或混杂群体中选择优良个体，通过将两个或多个具有不同优良性状的亲本进行有回交育种将某一优良性状导入优良品种；远缘连续自交或无性繁殖固定优良性状包括单株性杂交，使优良基因重组，创造新的变异类杂交突破物种界限，拓宽遗传基础，创造罕见选择、混合选择和系统选择，是最古老也最基型杂交育种是目前应用最广泛的育种方法的新变异，但需克服杂交不亲和性础的育种方法杂交育种技术详解杂交亲本的选配原则遗传差异适中亲本间具有一定遗传差异但不能过大优良性状互补一方的优点能弥补另一方的缺点配合力良好杂交后代表现优异的杂种优势目标性状突出至少一个亲本具有目标性状杂交方式分类单交两个亲本间的杂交，后代整齐度高复交先进行单交，再用单交种与第三个亲本杂交回交F1与亲本之一反复回交多父本授粉多个父本混合花粉授粉杂交后代选择方法回交育种与诱变育种回交育种的遗传效应回交育种通过反复回交和选择，将目标基因导入受体亲本，同时保持受体亲本的优良遗传背景理论上回交代可恢复受体亲本以上的基因组，是改良品种的有699%效方法诱变育种的诱变剂类型物理诱变利用射线、射线、中子、紫外线等高能射线诱发基因突变化学诱Xγ变使用、、叠氮化钠等化学诱变剂处理种子或组织诱变频率可达自EMS NMU然突变的千倍以上诱变育种成功案例我国利用空间诱变技术培育的航天育种品种已超过个，太空椒、航麦等品种200表现优异日本通过离子束诱变育成了抗病性强的水稻品种，展示了诱变育种的巨大潜力第四章现代育种技术0102分子标记辅助选择技术（）基因工程与转基因育种MAS利用与目标性状紧密连锁的分子标记通过基因克隆、载体构建和遗传转化，将DNA进行间接选择，可在幼苗期快速筛选，不外源优良基因导入受体植物，创造自然界受环境影响，大幅提高选择效率和准确不存在的新变异抗虫棉、抗除草剂大豆性，已广泛应用于抗病、品质等性状改等转基因作物已大面积种植良03基因编辑技术（）CRISPR/Cas9利用核酸酶对目标基因进行精确编辑，实现基因敲除、替换或插入技术操作CRISPR简便、成本低、效率高，被誉为生物学革命，正在改变育种范式分子标记技术应用实例常用分子标记类型应用案例水稻抗病基因定位与筛选标记SSR简单重复序列标记，共显性，多态性高，广泛应用于遗传图谱构建和品种鉴定标记SNP单核苷酸多态性标记，数量丰富，适合高通量检测，是新一代主流标记技术KASP竞争性等位基因特异性PCR技术，成本低、通量高、准确性好，已成为育种常规工具基因编辑与合成生物学基因编辑技术原理合成生物学前景基因编辑改良案例系统由向导识别目标序列，合成生物学通过设计、构建全新的生物系统，创科学家利用技术敲除水稻基因，使CRISPR/Cas9RNA CRISPRGS3核酸酶切割双链，细胞修复过程中可造具有特定功能的生物体在植物育种中，可实粒长增加、产量提高；编辑小麦基因获Cas9DNA TaMLO实现基因敲除、插入或替换第三代、第四代基现复杂代谢途径的优化、多基因的精准组装，为得广谱抗白粉病品种；改造番茄基因提高GABA因编辑技术可实现单碱基编辑和先导编辑，精度培育超级作物提供革命性工具氨基丁酸含量倍，培育出高营养功能番茄γ-4更高第五章雄性不育与自交不亲和技术雄性不育类型自交不亲和机制包括细胞质雄性不育（）、核雄性不育配子体型和孢子体型两类自交不亲和系统，由CMS（）和光温敏雄性不育（）基因座控制当花粉和柱头基因型相同GMS PTGMS SS由细胞质基因控制，遗传稳定；时，花粉管生长受阻，实现自然的杂交授粉机CMS PTGMS受光照和温度调控，育性可逆制育种应用价值杂种优势利用路径雄性不育和自交不亲和技术是杂交种子大规模三系法（不育系、保持系、恢复系）、两系法生产的基础，显著降低制种成本，保证种子纯（光温敏不育系、恢复系）和一系法（自交不度，在水稻、玉米、油菜等作物育种中发挥关亲和系）是杂种优势利用的主要技术路线键作用杂种优势利用的实践12杂种优势的遗传基础杂交种子生产技术杂种优势表现为代在生长势、产建立隔离区防止杂交污染，合理配置F1量、抗性等方面超过双亲的现象主父母本行比（通常为），调节2-4:1要有显性假说、超显性假说和上位性花期使父母本同步开花，人工或自然假说三种遗传机制解释，涉及基因间授粉，及时去除自交株，确保种子纯的互作和表达调控度达以上98%3经典杂交优势品种杂交水稻汕优累计推广亿亩，增产稻谷亿公斤；杂交玉米郑单年636600958种植面积超亿亩；杂交油菜华杂系列含油量提高个百分点，展示了杂种优15-8势的巨大威力第六章植物组织培养与快速繁殖技术组织培养技术基础植物组织培养是在无菌条件下，将植物的组织、器官或细胞培养在人工培养基上，使其再生完整植株的技术基于植物细胞全能性原理，是现代生物技术的重要组成部分操作流程快速繁殖与脱毒技术外植体选择与消毒选择幼嫩、生活力强的组织，用75%酒精和次氯酸钠溶液消毒组织培养可使繁殖系数提高数千倍，一年可繁殖上百万株茎尖培养可脱除培养基配制配制含有无机盐、有机养分、激素和琼脂的MS培养基病毒，获得无病毒苗木，提高作物产量20-30%接种与培养在超净工作台无菌操作，接种于培养基，置于光照培养室育种应用案例继代与生根定期继代增殖，诱导生根后移栽炼苗•马铃薯脱毒种薯快繁，增产30-50%•兰花、草莓等优良品种的规模化繁殖•珍稀濒危植物的离体保存与繁育•体细胞胚胎发生用于人工种子生产组培室设计与管理无菌操作规范超净工作台操作前紫外灯照射30分钟消毒，工作区域用75%酒精擦拭操作人员穿戴工作服、口罩、手套，器械经高压灭菌或火焰灼烧，严格遵守无菌操作程序培养基制备要点准确称量各种成分，蔗糖、琼脂用蒸馏水溶解，调节pH值至

5.8-

6.0，121°C高压灭菌20分钟激素等热敏物质过滤除菌后添加培养基配制标准化确保实验可重复性环境控制要点培养室温度控制在25±2°C，光照强度2000-3000lux，光周期12-16小时定期检查温度、湿度和光照，保持环境稳定污染瓶及时清除，防止交叉感染工厂化生产管理建立标准操作流程（SOP），实施质量管理体系，记录生产数据采用自动化接种设备和计算机监控系统，提高生产效率和产品质量，实现组培苗的商业化规模生产第七章育种实验设计与数据分析育种试验设计原则1重复原则设置次以上重复以减少误差随机原则小区随机排列消除系统误差局部控制原则采用区组设计控制非处理因素变异3合理设计是获得可靠结论的前提性状鉴定与选择方法2质量性状采用目测、测量等方法直接鉴定数量性状需多点、多年鉴定，考虑基因型环境互作抗性鉴定在病圃或人工接种条件下进×行建立标准化鉴定技术体系数据统计分析基础3方差分析检验处理间差异显著性，估算遗传力和遗传进度相关分析和回归分析研究性状间关系利用语言、等统计软件进行数据R SAS处理，提高分析效率和准确性育种试验案例分析品种比较试验设计采用随机区组设计，比较10个水稻新品系与对照品种的产量表现每个品系3次重复，小区面积20m²，行距×株距为25cm×15cm，田间管理一致第八章作物育种中的表型组学技术123表型组学技术概述高通量表型分析设备无人机与机器人应用表型组学是利用高通量、自动化技术大规模包括多光谱成像系统、激光扫描仪、叶绿无人机搭载多光谱相机进行田间表型采集，3D获取植物表型数据的学科突破了传统人工素荧光成像仪、根系分析系统等可同时监可快速获取群体冠层温度、指数等NDVI测量的瓶颈，实现对生长、形态、生理等性测数千个植株，每天采集级数据，大幅提移动机器人平台实现全自动化表型数据采集TB状的动态、精准监测高育种选择效率和分析，推动智能育种发展第九章育种成果转化与品种推广新品种审定流程01区域试验在适宜生态区多点测试2年以上，评估丰产性、适应性、抗逆性等02生产试验扩大试验规模，验证品种生产应用价值和配套栽培技术03品种审定提交审定申请，专家评审，通过后获得审定证书，可推广种植种子生产与质量控制建立良种繁育体系，实施原种、良种三级繁育制度严格隔离区管理，去杂去劣，保证种子纯度≥98%，发芽率≥85%植物新品种权保护根据《植物新品种保护条例》，育种者可申请植物新品种权，获得20年（林木30年）的独占权保护知识产权，激励育种创新，维护育种者合法权益育种成果转化案例分享杂交水稻产业化进程油菜多功能育种与产大豆品质提升技术转业发展化从三系法到两系法再到超级杂交稻，中国杂交水培育出双低（低芥酸、低通过分子育种技术，选育出稻技术不断创新累计推广硫苷）优质油菜、高油高产高蛋白（蛋白质含量面积超90亿亩，增产稻谷品种和观赏油菜新品种油45%）、高油（含油量8000多亿公斤，养活了数菜不仅用于食用油生产，还22%）、高异黄酮、适合亿人口杂交水稻技术已推可作饲料、绿肥、蜜源和景豆制品加工的专用品种推广至亚洲、非洲、美洲40多观植物实现了从单一油用广种植面积超2000万亩，个国家，为全球粮食安全做向多功能开发转变，产业链提高了国产大豆竞争力，为出重大贡献不断延伸，经济效益显著提大豆振兴战略提供品种支升撑第十章育种中的法律与财务风险管理知识产权保护策略法律风险识别与防控财务管理与经费规范及时申请植物新品种权、专利和商标保护，关注《种子法》《植物新品种保护条例》严格执行科研经费管理规定，专款专用，不签订技术保密协议和成果转化合同，明确权《专利法》等法律法规更新避免侵犯他人得挪用规范预算编制、经费支出、报销审利归属和利益分配建立知识产权管理制知识产权，开展自由实施分析（）规批流程建立内部审计机制，定期进行财务FTO度，培训科研人员的知识产权意识，防止技范田间试验、种子生产和品种推广行为，防检查，确保资金使用合规合理，防范财务风术流失范法律纠纷险第十一章育种技术经理人能力提升跨学科合作团队管理能力与遗传学、生物信息学、农学、经济学等不技术转移策略组建多学科交叉团队，明确分工与职责建同领域专家合作整合资源优势，打破学科建立技术评估体系，准确定位技术市场价立有效的沟通机制和激励机制，激发团队创壁垒，促进技术创新和成果转化建立产学值选择合适的转化模式（许可、转让、合新活力培养年轻科研人才，形成老中青梯研协同创新联盟，实现优势互补、共赢发作开发、作价入股）制定推广方案，开展队结构，确保项目持续发展展技术培训和示范，加速成果落地应用优秀的育种技术经理人不仅要精通育种技术，还要具备项目管理、团队领导和商业运营能力第十二章未来育种技术趋势合成生物学与精准育种人工智能与大数据应用合成生物学通过设计构建测试学机器学习算法分析海量基因组、表型---习循环，实现从发现到创造的组和环境数据，建立预测模型，指导转变多基因编辑、染色体工程、基育种决策辅助亲本选配、预测杂AI因组重构等技术将创造前所未有的新种优势、优化育种方案基因组选择种质，培育超级作物成为可能精准（）结合深度学习，大幅提高选择GS育种将实现基因型到表型的精确预测准确性，缩短育种周期至年5-7和定制化改良新兴技术效率提升速度育种（）通过延长光照和优化环境，使世代周期缩短至Speed Breeding8-10周单倍体育种快速获得纯系多组学整合技术揭示复杂性状遗传机制这些技术协同应用，将使育种效率提升倍，加速品种更新换代5-10实践教学现场教学与实验操作安排实验项目介绍项目一杂交育种实践操作项目二植物组织培养技术项目三分子标记辅助选择项目四田间性状调查与数据采集项目五品种鉴定与纯度检测分组安排学员分为5组，每组6-8人每组配备1名指导教师和1名技术助理采用轮换制，确保每位学员都能参与各项实验操作关键技术操作演示由资深专家现场演示去雄授粉、无菌操作、DNA提取、PCR扩增等关键技术讲解操作要点和常见问题，学员观摩后分组练习，教师巡回指导，及时纠正错误动作实验安全与规范要求•严格遵守实验室安全规程•正确使用个人防护装备•规范操作仪器设备实验项目示例杂交育种操作流程组织培养无菌操作分子标记辅助选择选择花期一致的父母本植株去雄开花前一外植体消毒酒精秒次氯酸钠提取法提取叶片基因组75%30+10%DNA CTABDNA天套袋隔离，次日摘除花药授粉收集父本分钟无菌水冲洗次接种超净台内剥扩增配制反应体系，预变性，10+3PCR94°C35花粉，涂抹于母本柱头套袋标记授粉后套离外层组织，切成小块接种于培个循环（、、

0.5-1cm MS94°C/30s55°C/30s袋保护，挂牌记录杂交组合和日期养基培养、光照培养，观）电泳检测琼脂糖凝胶25°C3000lux72°C/1min

1.5%察生长状况电泳分离，根据条带判断基因型小组机理探究与案例设计机理探究报告要求育种案例制作展示与评估标准选择一个育种技术主题（如杂种优势分子机设计一个完整的育种方案，包括育种目标、每组选派代表进行汇报展示，专家和其他学理、抗病基因克隆、表观遗传调控等），查亲本选择、育种方法、技术路线、预期成果员提问交流评估标准选题价值阅文献，阐述研究背景、技术原理、研究进和推广应用制作汇报材料，时长（）、技术方案科学性（）、创PPT10-20%30%展和应用前景报告字数字，分钟方案应具有可操作性和创新性，体新性（）、可行性（）、汇报表3000-50001520%20%配图表说明，体现科学性和创新性现对育种技术的综合运用能力现（）优秀作品将推荐发表或转化应10%用互动交流培训班学员互动与答疑常见问题解答如何缩短育种周期？基因编辑品种如何监管？采用分子标记辅助选择、单倍体育种、速度各国政策不同我国对不含外源基因的基因育种技术，结合冬季加代繁殖，可将育种周编辑产品按传统育种管理，但需进行安全评期从10-12年缩短至5-7年价了解最新法规，确保合规开展研究小型育种单位如何竞争？聚焦特色作物或特殊性状，建立技术优势加强产学研合作，共享资源平台注重知识产权保护，开发差异化产品技术难点讨论•复杂数量性状的遗传解析•远缘杂交不亲和性克服•基因编辑脱靶效应控制•杂种优势预测准确性提升•表型大数据的挖掘利用专家现场解答，学员分享实践经验，共同探讨解决方案课程总结课程总结与知识回顾理论基础传统方法遗传学原理、育种目标、种质资源、基因功能选择育种、杂交育种、回交、诱变未来趋势现代技术人工智能、合成生物学、精准育种分子标记、基因工程、基因编辑、组培管理能力数据分析项目管理、成果转化、知识产权、团队协作试验设计、统计分析、表型组学通过系统学习，学员掌握了植物育种的理论知识和实践技能，了解了育种技术的最新进展，具备了独立开展育种工作和解决实际问题的能力希望大家学以致用，在育种事业中不断创新，培育更多优良品种，为农业发展贡献力量激励与展望植物育种对农业未来的贡献面对全球人口增长、气候变化、资源短缺的挑战，植物育种肩负着保障粮食安全、提高资源利用效率、实现农业可持续发展的重任新一代育种技术的突破，将为解决人类面临的粮食、能源、环境问题提供有力支撑培养创新型育种人才的重要性育种事业需要大批既掌握现代生物技术，又具有实践经验和创新能力的复合型人才希望广大学员立足岗位，勤奋钻研，勇于创新，成长为新时代的优秀育种家和农业科技领军人才亿50%30+100育种效率提升目标新品种年培育数年增产粮食潜力未来5年通过新技术应用国家级审定品种数量优良品种推广贡献育种工作是一项伟大而艰苦的事业，需要几代人的持续努力让我们携手共进，为中国乃至世界的农业发展做出新的更大贡献！致谢与联系方式衷心感谢感谢各位专家学者的精彩授课和悉心指导，感谢技术团队的辛勤付出，感谢全体学员的积极参与和热情互动正是大家的共同努力，使本次培训班取得圆满成功推荐参考资料联系方式•《植物育种学》（第三版）-张天真主编•《现代分子植物育种学》-朱立煌、曹墨菊主编培训班办公室•《基因编辑技术及其在作物改良中的应用》专著电话010-12345678•Nature Plants、Plant Cell等国际期刊•中国农业科学院、中国农业大学网络课程邮箱breeding@example.com地址北京市海淀区农业科技大厦技术咨询与后续支持建立学员微信群和线上学习平台，定期分享最新技术资讯和学习资源提供长期技术咨询服务，欢迎随时联系交流祝各位学员工作顺利，事业有成！。