chapter8-作物育种与种子产业

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,农业生产技术与管理,I,农村区域发展专业基础课（必修）,主讲教师：,吴 永 成,四川农业大学农学院,2011,年,第,8,章 作物育种与种子产业,作物育种,作物育种是研究改良作物遗传性状，特别是改良经济性状，使之更符合人类生产和生活需要的理论和技术。,种子产业,种子产业是以农作物种子为对象，以为农业生产提供具有优秀生物学特性和优良种植特性的商品化种子为目的，通过利用现代生物学、工程学手段和农业经济学原理以及其他现代科技成果，按照种子科研、生产、加工、销售、管理的全过程所形成的规模化、规范化、程序化、系统化的产业整体。,第一节 作物,良种在生产中的作用,一、作物品种,1,、种子的涵义,种子在植物学上是指由胚珠发育而成的繁殖器官（一般需经过有性过程）。,在作物生产上，凡是可直接用来作为播种材料的植物器官都称为种子。,2,、品种的涵义,品种是人类在一定的生态条件和经济条件下，根据需要所选育的某种作物的群体。,作物品种,(,variety, cultivar,),是指经过人工选育或者发现并经过改良而形成的形态特征和生物学特征一致、遗传性状相对稳定的植物群体。,品种具有相对稳定的遗传特性，在生物学、形态学及经济性状上有相对一致性，而与同一作物的其他群体在特征、特性上有所区别。,品种在相应地区和耕作条件下种植，在产量、品质和适应性等方面都符合生产发展的需要。,3,、品种的特征,（,1,）品种的稳定性,（,2,）品种的地区性,（,3,）品种特征特性的一致性,（,4,）品种利用的时间性,二、良种在农业生产中的作用,1,、提高产量,2,、改进品质,3,、增强抗逆性,4,、适应性广,5,、改进耕作制度，提高复种指数,三、作物育种（品种改良）目标,1.,优良品种（良种）（,superior variety,）,是指在一定地区和栽培条件下能符合生产发展要求，有较高的产量、经济价值和较好品质，且有较大应用前景的品种。,生产上的所谓良种，既要有优良的种性，又要有优良的种子质量。,优良品种的优良是相对的，受栽培目的、地域性、时间性等条件的限制。,2.,品种改良的目标（也称育种目标,breeding objective,）,(1),高产（,high yield,）,在适宜的气候条件和适当的栽培条件下，优良品种容易获得高产。,a.,高产是产量性状合理组合的结果：,产量,=,单位面积株（穗）数*每株（穗）粒数*百（千）粒重,b.,高产是群体高光合效率的最终结果：,产量,=,（光合能力,/,强度*光合面积*光合时间,-,呼吸消耗）*经济系数,选育合理株型的品种可以增加单位土地面积上的光合面积（密植），延长光合时间（延缓衰老），从而提高产量。,经济系数（,economic coefficient,）又称收获指数（,harvest index,）与株型和穗型等性状有密切关系。水稻、小麦矮杆品种的经济系数一般高于高杆品种。,(2),优质,(superior quality ),作物品质分为：化学（营养）品质、物理品质、加工品质、食用品质等。,品质性状与高产性状间往往存在着矛盾，即高产和优质为负相关关系，应注意协调二者的关系。,(3),稳定性好（,good stability,）,稳定性是指品种在大面积生产中保持连续和均衡的高产和优质的特性。品种的稳定性与其对不良环境条件的抗耐性具有密切的关系。,(4),适应性强（,good adaptation,）,气候、土壤、栽培技术。未来的品种还应适应农业机械化的要求，例如棉花要求株型紧凑，生长整齐，结铃部位适中，吐絮集中，棉瓣易于离壳等，这样方能适应机械化收获的要求。,第二节 作物的繁殖方式与育种特点,一、作物的繁殖方式,（一）有性繁殖,定义,：指有雌雄配子结合，经过受精过程，最后形成种子来繁衍后代的繁殖方式。,1.,自花授粉,：一朵花的花粉传播到同一朵花的雌蕊柱头上，或一株的花粉传播到同株的雌蕊柱头上的授粉方式。,自花受精（自交）、闭花受精、,自花授粉作物又称自交作物。自然异交率一般低于,1%,，个别可高达,1%-4%,。,自交的作用：,（,1,）自交使杂合的基因型逐渐趋于纯合。理论上经过,n,代自交，后代中杂合体的比例将为,1/2n,，当,n,足够大时，基因型接近完全纯合。,（,2,）自交引起杂合基因的后代发生性状分离，导致群体中表现型的多样化。（杂交玉米,F2,）,（,3,）自交引起杂合基因型的后代生活力衰退。（近亲繁殖）表现为生长势下降，抗逆性减弱，产量降低。,2.,异花授粉,：雌蕊的柱头接受异株花粉的授粉方式。,异花受精（异交）,异花授粉作物又叫异交作物。玉米、蓖麻、瓜类为雌雄同株异花授粉作物。大麻、菠萝等为雌雄异株，为完全的异花授粉。,雄性不育（水稻、小麦、油菜、棉花）、自交不亲和性（甘薯、向日葵）,异花授粉的作用：,（,1,）产生杂合基因型。有选择的异交是创造遗传变异的一种主要方法。,（,2,）增强后代生活力。生长、抗逆性、产量提高，称为杂种优势。,3.,常异花授粉,：一种作物同时依靠自花授粉和异花授粉两种方式繁殖后代的方式。,常异花授粉作物（常异交作物），仍以异花授粉为主，如棉花、高粱、蚕豆等，其花冠张开后才散粉，异交率常因作物种类、品种、生长地环境等有变化。,（二）无性繁殖,1.,营养体繁殖：（,1,）根、茎、叶、块根、球茎、鳞茎、匍匐茎、地下茎等。（,2,）繁殖方式：分根、扦插、压条、嫁接等。,2.,无融合生殖：由雌雄配子不经过正常受精、未发生两性配子的融合形成种子，而繁殖后代的方式。如孤雌生殖、孤雄生殖、无孢子生殖、二倍体孢子生殖、不定胚生殖等。其共同特点是未经过受精过程，只具有母本或父本一方的遗传物质，仍属于无性繁殖的范畴。,二、作物的品种类型及育种特点,根据作物的繁殖方式、商品种子的生产方法、种子的遗传基础等将其划分为四种类型：,（一）,自交系品种,：指由遗传背景相同且基因型纯合的植株所组成的群体，是来自于一株优良的纯合基因型后代。,异花授粉作物由于其异花授粉特性和基因的杂合性，必须采用连续多代自交结合单株选择的方法，才能育成自交系品种。其一般不直接用于大田生产，而是作为配制杂交种的亲本使用。,无论何种类型的自交系品种，都要求具有优良的农艺性状。因此，应拓宽育种资源，采用多种育种方法，引起基因重组和突变，从中选择优良植株。,（二）,杂交组合,：,由一群杂合的，并且在一定程度上同质的基因型植株组成，是自交系间杂交或自交系与自由授粉品种间杂交产生的,F1,。,优良杂交组合三要素：（,1,）基因型高度杂合；（,2,）表现型相对一致；（,3,）较强的杂种优势。,由此决定了杂交育种应包括两个育种程序：（,1,）自交系育种；（,2,）杂交组合育种。其关键是自交系和自交系间的配合力测定。,F1,杂交种子生产的难易是生产上利用杂交组合的主要限制因素。,（三）,群体品种,：指遗传基础比较复杂，群体内植株间的基因型不同的品种。,1.,异花授粉作物的综合品种：,是由一组选择的自交系品种，采用人工控制授粉和在隔离区多代随机授粉组成的遗传平衡的群体。特点：,（,1,）基因型：遗传基础复杂，每一个体具有杂合的基因型；,（,2,）表现型：个体性状差异较大，但具有一个或多个代表本品种特征的性状。,2.,异花授粉作物自由授粉品种：,品种内植株间随机授粉，也经常与相邻种植的异品种授粉,但保持本品种的主要特征。,3.,自花授粉作物的杂合群体：,是用自花授粉作物的两个以上的自交系品种杂交后繁殖出的分离的混合群体。自然选择,多种纯合基因型混合的群体。,4.,多系品种：,是若干自交系品种的种子混合繁殖的后代，可以用自花授粉作物的几个近等基因系的种子混合繁殖成为多系品种。多系品种可保存自交系品种的大部分性状，而在个别性状上得到改进。,近等基因系：指具有相似的遗传背景，只在个别性状上有差异的一系列自交系品种。,群体品种育种的基本目的是创建和保持广泛的遗传基础和基因型多样性。,（四）无性系品种,用营养体繁殖的无性系品种的基因型受作物种类及来源而定。如甘薯为异花授粉作物,可以采用有性杂交和无性繁殖相结合的方法进行育种。,第三节 作物育种方法,一、 引种,指从外地乃至国外引进品种，经试验试种后直接在生产中推广应用。,（一）引种中应注意的问题,1.,生育期：一般指从出苗到成熟所需的时间。受品种的遗传基础和生态条件共同决定。,2.,纬度和海拔：纬度主要影响日照长度和温度。长日作物和短日作物自我国北方向南方引种，生育期的变化趋势截然相反。,海拔主要影响温度。一般每升高,100 m,，年均问降低,0.5,以上活动积温减少,200-300,。约相当于增加一个纬度。,3.,作物对环境的敏感性,（,1,）敏感型作物：如大豆,（,2,）迟钝型作物：如甘薯、花生,（,3,）中间型作物：如水稻、玉米、棉花、麻类等,（,4,）其他自然和生产条件：种植制度、栽培条件、对病虫害的抗性。,（二）引种的工作环节,1.,根据生产发展的需要，确定引种目的与任务。,2.,先试后引,3.,引种试验与栽培试验相结合。,4.,进行必要的检疫，防止带入本地区没有的病虫害。,二、系统育种,是对自然变异进行个体选择的育种方法。,主要用于自花授粉作物、常异交作物和无性繁殖作物。对异花授粉作物的自交系选育也具有重要的指导意义。,（一） 性状鉴定与选择,性状鉴定是性状选择的依据,.,鉴定方式：,（,1,）直接鉴定：根据目标性状的直接表现进行鉴定。,（,2,）间接鉴定：根据与该目标性状有高度相关的间接表现。,鉴定环境：,（,1,）自然鉴定,;,（,2,）诱发鉴定,鉴定地点：,（,1,）当地鉴定和异地鉴定,;2,）田间鉴定与实验室鉴定,在性状鉴定的基础上进行单株选择。,由于单株选择是根据表现型进行的，因此必须观察入选单株的后代才能确定所选择的变异能否遗传和有无育种意义。在一些推广多年的优良品种中进行多次系统育种即优中选优往往能收到极好的效果。,（二）系统育种程序,1.,单株选择：根据育种目标进行。,2.,株行比较试验：只有整体表现优良且整齐一致的株行才能入选。,3.,品系比较试验：设置重复、,2-3,年、对照品种、异地鉴定。,株行比较及以后的试验程序也适用于其他各种育种方法。,三、 杂交育种,杂交育种（,cross breeding, hybridization breeding,）：是通过不同亲本间的杂交，在后代中创造变异并从中选择新品种的方法。占目前我国推广品种的,50%,。,杂交育种的目的是将两个或多个亲本的理想基因整合到同一个品种中。,（一）亲本选配的原则,除了根据育种目标选择亲本之外，还应遵守以下原则：,1.,亲本的优点多，缺点少，且优缺点互补。,2.,亲本的遗传差异较大。不同遗传基础的亲本杂交后代将出现丰富的遗传变异。,3.,亲本的一般配合力较高。配合力：亲本在杂交后代中的表现能力，是亲本重要的遗传参数。,4.,用当地推广品种作为亲本之一。生态适应、综合性状、做母本。,（二）杂交后代的选择,1.,系谱选择法：系谱法，用于质量性状效果较好，用于数量性状易丢失有利基因。,2.,混合选择法：需要较大的群体，但可以保留丰富的遗传变异，不易丢失有利的数量性状基因。,3.,衍生系统选择法：在第一个分离世代选择一次单株，由这些单株形成衍生系统。,这种方法结合了系谱法和混合法的优点。,4.,一粒传选择法：是混合法的一种变形。,（三）杂交育种的程序,1.,原始材料圃和亲本圃：严防不同材料间发生机械混杂和生物学混杂。杂交亲本应分期播种。,2.,选种圃：,有时也将种植,F1,、,F2,的地段称为杂种圃。在选种圃内连续选择单株，直到选出优良一致的品系升级为止。小株作物每隔,10-20,行，中耕作物每隔,5-10,行种一行对照。,3.,鉴定圃：将新品系条播，种植密度接近大田生产。,4.,品种比较试验：小区面积较大，重复,4-5,次，随机排列。一般参加,2,年以上,5.,生产试验和多点试验：在品种比较试验的同时，将品种送到服务地区内，在不同地点进行生产试验。,（四）杂种优势（,heterosis,）,的利用,1.,杂种优势,定义,：杂交后代在生活力、抗逆性、产量和品质等多方面优于其亲本的现象。,目前主要利用基因型纯合的亲本间的杂交,F1,代的种子产生的杂种优势，以单交种的应用最多。,2,、杂种优势利用的途径,1,）,.,人工去雄：玉米、棉花、瓜类、烟草、番茄。玉米雌雄异花，又是风媒花，可以设置制种隔离区。,2,）,.,化学杀雄：利用花粉与胚囊对化学药剂的耐性不同，选用一些内吸性的化学药剂。,3,）,.,利用自交不亲和性（,self-,incompability,）：同一植株上机能正常的雌、雄两性器官和配子，因受自交不亲和基因的控制，不能进行正常交配的特性。在十字花科自交不亲和性尤为普遍。,4,）,.,雄性不育性（,male sterility,）：常见的胞质型雄性不育体系包括种不同的品系。,（,1,）雄性不育系：简称不育系（,sterile line,）,.,（,2,）雄性不育保持系：简称保持系（,maintainer line,）,是雌雄蕊均正常，但其花粉授予不育系后所得后代仍为雄性不育系的品系。,（,3,）雄性不育恢复系：简称恢复系 （,restore line,）,是雌雄蕊均正常，但其花粉授予不育系后所得后代雄性可育的品系。,上述,3,系在杂优利用中主要用于杂交种子的生产。,杂交种子生产中还可利用核型不育体系，如水稻的光敏不育体系。,四、其他育种方法,（一）诱变育种,(induced mutation breeding),1.,定义：是利用物理或化学因素来诱发变异，再通过选择育成新品种的方法。,2.,物理诱变：主要是利用一些高能量的射线，常用半致死剂量（存活率,50%,）或临界剂量（存活率,40%,）进行照射。,3.,化学诱变：用一些药剂（通常是碱基的类似物）处理试验材料，使得药剂分子碱基能取代正常碱基连接到,DNA,长链上，再次复制时产生错误配对而形成突变。,4.,诱变处理的材料及主要目的,:,材料,:,种子、花药（粉）、子房或植株等。,主要目的：改良质量性状。,（二）倍性育种,倍性育种：是通过改变染色体数目来创造变异，从中选育新品种乃至新物种的方法。,（三）远缘杂交育种,1.,远缘杂交：分属于不同的种属乃至更高分类单位的生物之间的有性杂交。,2.,作用：引入一些本物种没有的特殊基因，以获得一些特殊的性状、创造新物种、诱导产生单倍体和多倍体等。,3.,远缘杂交的不亲和性（难于得到正常种子，亲本选配、染色体预先加倍、利用桥梁亲本等）、远缘杂种的不育性（杂种幼胚离体培养、杂种体细胞染色体加倍）及其克服方法,五、生物技术在育种中的应用,（一）细胞和组织培养,1.,作用：获得培养过程中产生的变异体；克服远缘杂交和多倍体育种的不育性。,2.,外植体（,explant,）,:,用于组织培养的植物材料。,愈伤组织（,callus,）：组织培养初期诱导出的一种未分化的细胞团。,（二）原生质体培养,1.,原生质体：指用特殊方法脱去细胞壁后裸露的、有生活力的原生质团。,2.,作用：用来进行体细胞杂交,克服有性杂交的不亲和性，创造出一些全新的变异类型。又称原生质体融合， 其产物称异核体。,（三）,DNA,重组（,DNA recombination,）,1.,基因工程（,genetic engineering,）：指,DNA,重组技术，又称基因克隆,(gene clone),。,2.,作用：导入外源,DNA,，以培育转基因品种。,3.,基本过程：提取目的基因编码的,mRNA,片段,-,反转录成特定的,DNA,片断,-,连接到农杆菌,Ti,质粒并将其与受体细胞（原生质体）共同培养而侵入受体细胞；用基因枪将,DNA,片断直接射入受体细胞,-DNA,连接重组、表达、遗传。,（四）分子标记辅助选择,1.,分子标记（,molecular marker,）：指一些特殊的,DNA,片断，可以为另一些被称为探针（,prob,）的含有,32P,的,DNA,片断识别。,2.,作用：用于进行遗传选择，改良数量性状，加快育种进程。,3.,基本过程：提取试验材料的,DNA,并解离成单链,-,与探针杂交,-,检验杂交是否成功,第四节 良种繁育,种子是农业生产中有生命的、不可取代的特殊生产资料。,良种繁育的任务就是按一定的制度和技术规程繁殖大量合格的优良品种的种子。,此处的良种，包含两个方面的含义：,一是指品种优良，即品种产量高、品质优、抗性强、生育期适宜等；,另一是指种子优质，种子质量合格。,一、 品种审定与推广,种子法,（一）品种审定,由国家或省级农作物品种审定工作委员会主持。未经审定或审定不合格的品种不能推广。审定程序：,1.,申请：,提交新品种选育情况、特征特性和拟试验的地区等。,2.,区域试验：,一般一个生态区安排,5-7,个试验点，连续进行,2-3,年。,3.,生产试验：,一般一个生态区安排,3-5,个试验点。主要考察新品种的丰产性和适应性，兼起示范作用。,4.,品种审查：,审查试验结果，审定申请材料。向品种审定委员会推荐审定品种及其适应区域。,5.,品种审定：,由品种审定委员会审定品种，并对通过审定的品种予以公布。,（二）种子生产和经营,实行许可制度。,具备种子繁殖、加工、检验和储藏技术和物质条件。,种子经营者应持有农业行政部门核发的种子经营许可证和工商管理部门核发的营业执照，并按指定的范围经营种子。应具备种子检验、储藏和经销的技术和物质条件。经营的种子应附有有持证检验员核发的种子质量合格证。,（三）品种保护,品种选育者可向主管部门申请所育品种的品种权，这是一种知识产权，可以转让。,（四）种子使用,注意品种的合理布局，采取适合各品种的栽培措施。了解经营者的经营范围，索看所购种子的质量合格证，索要购种发票和信誉凭证。对引进种子还需索看种子检疫证。,（五）种子产业化工程,指将品种选育、种子繁殖、种子加工、种子经营和推广结合在一起的系统工程。,利于实现种子“四化”：种子生产专业化，种子质量标准化，种子加工机械化，品种布局区域化。其中品种选育是龙头。,二、 种子繁育体系,（一）种子的类别,1.,原原种,（,basic seed,）：亦称育种者种子，是新品种的原始种子。,2.,原种,（,original seed,）,:,指由原原种繁殖的或提纯复壮后的种子。,3.,良种,：农业生产上直接使用的种子。自交作物良种一般从原种繁殖,2-3,代。杂交作物的良种分为自交系和杂交种，前者用原种繁殖,1-2,代，后者只能使用一代。,（二）自交作物的良种繁育,1.,分级种子田,：原种圃、一级种子圃、二级种子圃。,在苗期、开花期和收获之前尽兴次去杂去劣，按较高的标准进行施肥、灌溉和田间管理。,2.,更新和提纯复壮,：,更新指用原种来繁殖一级种子。,提纯复壮：在一级种子圃中选择,单株,-,种成株行圃,-,选择株行混合收获,即成原种。,（三）杂交作物的良种繁育,1.,自交系的繁殖：玉米和高粱的自交系隔离带不得少于,500,米。,2.,杂交种子的生产：玉米和高粱的隔离区不得少于,300,米，父母本的花期一定要相遇。玉米一般为,3-5,行母本：,1,行父本。在母本开花散粉前母本去雄。父本和母本必须分开收获。,（四）良种的加速繁殖,降低播种量、异地或异季繁殖。,三、 种子检验,种子检验,是检查种子的品种品质和播种品质的技术措施，对保证大量合格种子的生产和使用具有重要意义。,（一）种子质量分级标准,：为国家的指导性标准。,（二）田间检验,主要检验品种的真实性和种子的纯度。,应在品种的特征、特性最明显时进行。禾谷类作物一般在品种的拔节、抽穗和蜡熟期进行,2-3,次。,（三）室内检验,主要检验种子的播种品质，同时也检验纯度。,一般在入库前和出库前至少各检验一次。发芽率和发芽势是种子最重要的播种品质。取经过纯净度检验的种子,400,粒，分置于,4,个培养皿或发芽盒中。,室内检验种子纯度主要根据种子的种皮颜色、形状和千粒重等外观特征。,亦可用凝胶电泳法。最终应根据田间检验和室内检验的结果综合评定，并以田间检验的结果为主。,本章结束！,