园艺植物育种学-绪论.ppt

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1、园艺植物育种学园艺植物育种学-绪论绪论1.园艺育种学概念及主要内容园艺育种学概念及主要内容 园艺植物育种园艺植物育种:根据人类需要利用自然变根据人类需要利用自然变异以及利用品种间杂交、远缘杂交、人工诱变、异以及利用品种间杂交、远缘杂交、人工诱变、离体组织培养和离体组织培养和DNA分子改造等途径来创造新分子改造等途径来创造新的变异，按照一定的目标进行选择，筛选出新的变异，按照一定的目标进行选择，筛选出新品种。新品种选育出后要加速繁育，尽快的推品种。新品种选育出后要加速繁育，尽快的推广应用。广应用。园艺植物育种学：研究选育与繁殖园艺植园艺植物育种学：研究选育与繁殖园艺植物优良新品种的原理和方法的科

2、学。物优良新品种的原理和方法的科学。2022/12/81植物育种学既是科学又是艺术，是二者的综合。因此要求植物育种家不仅需要有科学的造诣，而且也要求有艺术的修养。由于植物有机体过于复杂，迄今尚有许多未知的领域，因此育种的成就不仅依赖于科学，也往往依赖于尚未上升到理论的经验，甚至机遇。育种学的任务是改变植物的遗传模式，即基因型，而不是改变其表现性。育种学要改变的遗传模式是与经济用途有关的遗传模式，即重视育种的实际意义及其在生产上的应用。2022/12/82主要内容主要内容育种目标的制定及实现目标的策略育种目标的制定及实现目标的策略种质资源的搜集、保存、评价、利用及创性种质资源的搜集、保存、评价、

3、利用及创性目标性状的遗传、鉴定、标记和选育技术目标性状的遗传、鉴定、标记和选育技术选择的理论和方法选择的理论和方法人工创造变异的途径、方法和技术人工创造变异的途径、方法和技术杂种优势利用的途径和方法杂种优势利用的途径和方法新品种品比、推广和繁育等2022/12/832.品种的概念及园艺植物良种的作用2.1品种的概念：品种的概念：经人类培育选择创造的、经济性状及农业生物学特性符合生产和消费要求，在一定的栽培条件下，可以和其他群体相区别，个体间的主要性状相对相似，以适当的繁殖方式能保持其重要特性的一个栽培植物群体。它是具有一定经济价值的重要生产资料，是农业生产上栽培植物特有的类型。2.2品种的特性

4、：品种的特性：特异性、一致性、稳定性、地区性和时间性。特异性：特异性：至少有一个以上明显不同于其他品种的可辨认的标志性状。一致性：一致性：品种内个体间特征特性整齐一致。2022/12/84稳定性：稳定性：经过特定的繁殖方法和在特定的繁殖周期内，其特征特性保持相对不变。地区性：地区性：品种的生物学特性适应一定地区生态环境和农业技术的要求。时间性：时间性：使用周期。2.3良种的作用：良种的作用：良种是优良品种的简称。2.3.1提高单产。2.3.2改进品质。2.3.3提高抗病虫害能力，减少农药污染。2.3.4增强适应性及抗逆性。2.3.5延长产品的供应和利用时期。2.3.6适应集约化管理。2022/

5、12/853.园艺植物的进化与遗传改良3.1自然选择与自然进化自然选择与自然进化：决定进化的三个基本因素变异、遗传和选择。变异和遗传是进化的内因和基础；选择决定进化的发展方向。自然选择自然选择是使有利于其本身生存和繁殖后代的变异，逐代得到积累加强，不利的变异逐代淘汰，从而形成新物种、变种、类型以及对其所处环境条件的适应性。自然进化自然进化是自然变异和自然选择的结果。选择的主体是人以外的生物和非生物的自然条件。2022/12/863.2人工进化和农业发展人工进化和农业发展野生植物自然选择和人工选择栽培植物。人工进化是人有意识的对自然变异的选择。选择主体是人。选择保存和积累对人类有利的变异，是野生

6、类型向栽培类型转化。形成若干起源中心。原始农业向现代农业发展。人工选择有利商品性状的改进，有时与自然选择不同。3.2遗传改良与新品种选育遗传改良与新品种选育 遗传改良是利用自然变异和人工创造的变异。特点：特点：目的性、计划性、快速性、丰富性。遗传改良加快新品种选育2022/12/874.植物育种的历史与发展我们的祖先为了他们的生存从狩猎和采集逐渐过渡到种植和改良作物。由于人类的食物直接或间接地都来自于植物，植物产品的选育和改良构成了迈向现代植物育种的第一步。孟德尔遗传规律的再发现使植物育种一跃成为科学的一个重要分枝（Borlaug，1983）。在世界现有的约250000个植物种中，仅1000多

7、种被用做食物来源。在这1000多个种中又只有29种为主要的农作物，大约15个种为主要蔬菜和15个种为主要的水果，共同构成了人类膳食。优良品种的选育和应用，对这些作物的产量和质量的提高起到了至关重要的作用，这些新品种的获得主要依赖于传统育种技术。2022/12/88人们预计传统的植物育种技术在未来仍将带来作物的各方面的巨大改良和提高，但作物质量和数量的进一步提高仍面临着巨大压力。这些压力来自人口的增长、房屋建筑、高速公路占地、社会需求、健康需要、环境压力以及生态方面的考虑。在农业用地和各种资源将持续减少的条件下，为日益增加的人口提供食物，农作物产量必须大幅度提高。这必然要求在传统技术不断改进基础

8、上，创造可用于农业的新技术。4.1传统育种4.1.1纯系选择纯系选择最早始于从混合的群体中希望得到的表现型。它是利用自然突变。纯系的一个重要特征是它们的性状能稳定遗传。该选育方法不能克服有利性状与不利性状连锁时，不利性状带来的负作用。2022/12/894.1.2有性杂交育种是它最常用的植物育种技术。可以较肯定地说，第一个显著改良的作物品种是一种杂交植物。人们利用有性杂交进行新品种选育，经过两个技术阶段。第一阶段是对杂交后代进行自交选择，获得性状整齐一致并能稳定遗传的常规品种。第二阶段是直接利用杂种一代。4.1.3诱变育种诱变育种是人类利用化学物质、辐射等方法诱发突变，由此获得的变异体再经过测

9、试和进一步的选择，获得栽培品种的方法。4.1.4多倍体育种四倍体在一个位点上有一对等位基因（A和a），则其群体中就可能存在5种基因型（AAAA,AAAa,Aaaa,Aaaa,aaaa）。多倍体增加了基因的多样性。2022/12/8104.1.5传统育种引起的绿色革命在过去的大约50年中，通过传统植物育种和绿色革命世界农业总产量与世界人口的增长能够基本保持同步。但是从1990年起，全世界三大基本谷物小麦、稻米和玉米的产量增长变慢，甚至出现了平台期。目前世界人口以每年大约2%的速度增长，而主要谷物的平均产量仅增加1.1%，约为人口增长速度的一半。世界粮食安全已成为一个严重而紧迫的问题。在亚洲国家人

10、们使用绿色革命这个词，来描述稻米和小麦产量23倍的增长对社会、经济以及营养等多方面产生的巨大影响。批评者认为以密集型农业、大农场和高质量耕地为重点的绿色革命不仅损害了环境，而且没有为应当受益的贫穷农民带来多少利益。绿色革命的历史既展现了传统的植物育种技术的潜力又提示了其局限性。2022/12/8114.2细胞培养技术细胞或组织培养能够使经过基因操作的细胞快速繁殖和再生，这是产生转基因植物的一个根本性步骤。4.3体细胞杂交技术1972年Carlson等人的研究小组首次成功地将烟草属中 两 个 遗 传 亲 合 的 种：N.glauca（光 烟 草）和N.langsdorffii的原生质体融合起来。

11、融合的产物先是被称为多性杂交种（Carlson.1972），后来命名为体细胞杂交种（Shepard,1983）。体细胞杂交是一种新的植物育种途径，它的发展是以植物细胞特性为基础的。从定义上讲，体细胞杂交植物是指由体细胞融合获得的杂种。理论上不论相互之间亲缘关系远近如何，所有细胞间的融合都是可能的，因此这种育种方法为基因互换提供了无限的可能性。2022/12/812植物生物学家认为可以培育一种大豆和玉米的体细胞杂种。这种杂种将具有固氮能力、高蛋白质含量和高产性状。而将番茄、马铃薯和烟草的体细胞融合所产生的体细胞杂种，其叶片、果实和块茎都将被采收并具有经济价值。为实现这个目标，人们在许多系统发育上

12、无关的种间进行了大量的原生质体融合实验。多数情况下这些实验都如意料中的一样失败了。除简单的细胞融合外，在其他阶段没有取得任何进展。1978年Melchers等人首次获得了马铃薯和番茄的属间体细胞杂种。他们将培育的二倍体马铃薯和番茄叶片细胞进行融合，所产生的杂交株被称为“马铃薯番茄”(Melchers等,1978)。像大多数杂种一样，杂交株同时具有马铃薯和番茄的形态特征。其中一些株形成了“类似块茎的生殖根”，但是没有产生可结实的花、果实以及真正意义上的块茎。到目前为止，“马铃薯番茄”一类的体细胞杂交植物还不能产生经济效益。2022/12/8134.4基因工程基因转移目前至少有5个系统可以利用。它

13、们分别是微注射、电击法、直接DNA摄取、微粒轰击法以及以农杆菌为介导的转移系统。其中利用农杆菌的方法最为高效，有最高的重复性和稳定性。它们可以将各种来源的特定基因转移到任何一个目标植物种中，无论该特定基因来自于微生物、动物或植物。由于克服了杂交中亲本范围的限制，并且避开了传统植物育种中不得不进行的耗费大量时间的回交选择，推动农业进入了基因革命时代。4.4.1基因添加其过程直截了当：确定携带某种希望得到的性状的基因，将其转移到目标植物中，并使其在目标植物中进行表达。基因添加的例子很多，包括各种转入抗虫、抗除草剂、抗病毒及其他病原微生物基因以及通过转基因的方法改善了生产性能的植物。2022/12/

14、8144.4.2基因剔除利用分子生物学和转基因技术可以使转基因植物的一个基因的产物，即它的mRNA或蛋白质减少以至完全消失，从而获得希望得到的作物生产性能或特性。这种剔除过程需要使用反义技术来完成。例如为了改变番茄的成熟期，反义技术用于抑制参与成熟过程的激素乙烯的合成。其结果是转基因番茄的成熟期延 长 了，其 货 架 寿 命 也 增 加 了（Hamilton等，1990;Oeller等，1991）。通过抑制乙烯合成过程中的ACC（1-氧-环丙烷羧酸）氧化酶，转基因康乃馨的花朵产生的乙烯的量减少，花瓣的衰老明显延迟（Mol等，1995）。通过反义技术基因剔除被用来改良其他许多农艺和园艺性状，包括

15、抗病毒能力（Cuozzo等，1988；Kim等，1993）、花色调节（Mol等，1995）以及代谢途径转向。2022/12/8154.4.3代谢途径转向通过基因插入或基因剔除的方法，可以对编码某一代谢途径关键酶的基因进行操作，并产生具有理想的数量、成分构成以及功能特征的目标产物。实际上，这是一种对代谢途径的方向进行重新安排的技术。碳水化合物转基因植物块茎中的淀粉含量比非转基因株高35%。脂类植物的脂类是人类膳食的重要组成部分。用反义技术抑制了欧洲油菜中的硬脂酰-ACP脱氢酶的表达，结果发现这种抑制导致了转基因种子中硬脂酸的积累。蛋白质将一个基因转入目标植物以生产一种特定的蛋白产品，明显属于代谢

16、调控转向的一个操作过程。2022/12/8161988年有人实验将人干扰素在芜菁上表达，目的是检验人干扰素的出现是否能抑制病毒感染。尽管结果是否定，但实验在偶然中揭示了植物可用于生产具有药用功能的外源蛋白质。植物作为生物反应器，通过对植物体中的代谢途径进行转变，能够生产许多不同类的化合物。因此植物可以被开发为生物反应器或化学工厂，用于生产最初来源于植物的或最初不是来源于植物的各种特制的化合物。与细菌、酵母或动物细胞培养相比，植物生物反应器的优点很多，比如低成本、容易上规模、可以避免动物性病原的污染。近年来，用多种植物生产各种脂类、碳水化合物、药用多肽、工业用酶和其他化合物的实践证明了植物作为生

17、物反应器的潜力和发展前景。2022/12/8174.4.4数量性状位点分析和标记辅助选择伴随着分子生物技术的进步，植物育种中的个体选择过程可以在基因型的基础上进行，即用与相连的DNA分子标记技术来进行选择。使用这些图谱辅助单基因性状的选择比传统的表现型选择法节约成本、劳力和时间。然而使用分子标记对多基因性状（数量性状位点或QTLs）进行选择的过程复杂，到目前为止尚不能有效地应用于实践。基因工程的发展和贡献对于解决世界粮食安全问题是十分及时的，并且具有重大价值。农业生物技术不是传统植物育种方法的替代物，而是发展农业的一项重要途径。传统的植物育种已经对而且今后仍将对粮食生产做出不可估量的贡献。要做到传统育种技术与现代生物技术的有效结合，才能实现农业现代化的目标。2022/12/818