園藝系園藝專業(yè)本科教學(xué)計劃制定的匯報材料

1、2024/3/16,1,園藝植物育種學(xué)--緒論,1.園藝育種學(xué)概念及主要內(nèi)容 園藝植物育種:根據(jù)人類需要利用自然變異以及利用品種間雜交、遠(yuǎn)緣雜交、人工誘變、離體組織培養(yǎng)和DNA分子改造等途徑來創(chuàng)造新的變異，按照一定的目標(biāo)進(jìn)行選擇，篩選出新品種。新品種選育出后要加速繁育，盡快的推廣應(yīng)用。 園藝植物育種學(xué)：研究選育與繁殖園藝植物優(yōu)良新品種的原理和方法的科學(xué)。,2024/3/16,2,植物育種學(xué)既是科學(xué)又是藝

2、術(shù)，是二者的綜合。因此要求植物育種家不僅需要有科學(xué)的造詣，而且也要求有藝術(shù)的修養(yǎng)。由于植物有機(jī)體過于復(fù)雜，迄今尚有許多未知的領(lǐng)域，因此育種的成就不僅依賴于科學(xué)，也往往依賴于尚未上升到理論的經(jīng)驗，甚至機(jī)遇。 育種學(xué)的任務(wù)是改變植物的遺傳模式，即基因型，而不是改變其表現(xiàn)性。育種學(xué)要改變的遺傳模式是與經(jīng)濟(jì)用途有關(guān)的遺傳模式，即重視育種的實際意義及其在生產(chǎn)上的應(yīng)用。,2024/3/16,3,2024/3/16,4,2.品種的概念及

3、園藝植物良種的作用2.1品種的概念：經(jīng)人類培育選擇創(chuàng)造的、經(jīng)濟(jì)性狀及農(nóng)業(yè)生物學(xué)特性符合生產(chǎn)和消費(fèi)要求，在一定的栽培條件下，可以和其他群體相區(qū)別，個體間的主要性狀相對相似，以適當(dāng)?shù)姆敝撤绞侥鼙３制渲匾匦缘囊粋€栽培植物群體。它是具有一定經(jīng)濟(jì)價值的重要生產(chǎn)資料，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上栽培植物特有的類型。2.2品種的特性：特異性、一致性、穩(wěn)定性、地區(qū)性和時間性。特異性：至少有一個以上明顯不同于其他品種的可辨認(rèn)的標(biāo)志性狀。一致性：品種內(nèi)個體間特征

4、特性整齊一致。,2024/3/16,5,,穩(wěn)定性：經(jīng)過特定的繁殖方法和在特定的繁殖周期內(nèi)，其特征特性保持相對不變。地區(qū)性：品種的生物學(xué)特性適應(yīng)一定地區(qū)生態(tài)環(huán)境和農(nóng)業(yè)技術(shù)的要求。時間性：使用周期。2.3良種的作用：良種是優(yōu)良品種的簡稱。2.3.1提高單產(chǎn)。2.3.2改進(jìn)品質(zhì)。2.3.3提高抗病蟲害能力，減少農(nóng)藥污染。2.3.4增強(qiáng)適應(yīng)性及抗逆性。2.3.5延長產(chǎn)品的供應(yīng)和利用時期。2.3.6適應(yīng)集約化管理。,,,2024

5、/3/16,6,3.園藝植物的進(jìn)化與遺傳改良3.1自然選擇與自然進(jìn)化：決定進(jìn)化的三個基本因素—變異、遺傳和選擇。變異和遺傳是進(jìn)化的內(nèi)因和基礎(chǔ)；選擇決定進(jìn)化的發(fā)展方向。 自然選擇是使有利于其本身生存和繁殖后代的變異，逐代得到積累加強(qiáng)，不利的變異逐代淘汰，從而形成新物種、變種、類型以及對其所處環(huán)境條件的適應(yīng)性。 自然進(jìn)化是自然變異和自然選擇的結(jié)果。選擇的主體是人以外的生物和非生物的自然條件。,2024/3/16,

6、7,3.2人工進(jìn)化和農(nóng)業(yè)發(fā)展 野生植物——自然選擇和人工選擇——栽培植物。 人工進(jìn)化是人有意識的對自然變異的選擇。選擇主體是人。選擇保存和積累對人類有利的變異，是野生類型向栽培類型轉(zhuǎn)化?！纬扇舾善鹪粗行摹?原始農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展。 人工選擇有利商品性狀的改進(jìn)，有時與自然選擇不同。3.2遺傳改良與新品種選育 遺傳改良是利用自然變異和人工創(chuàng)造的變異

7、。 特點：目的性、計劃性、快速性、豐富性。 遺傳改良加快新品種選育,2024/3/16,8,4.植物育種的歷史與發(fā)展 我們的祖先為了他們的生存從狩獵和采集逐漸過渡到種植和改良作物。由于人類的食物直接或間接地都來自于植物，植物產(chǎn)品的選育和改良構(gòu)成了邁向現(xiàn)代植物育種的第一步。孟德爾遺傳規(guī)律的再發(fā)現(xiàn)使植物育種一躍成為科學(xué)的一個重要分枝（Borlaug，1983）。 在世界現(xiàn)有的約25000

8、0個植物種中，僅1000多種被用做食物來源。在這1000多個種中又只有29種為主要的農(nóng)作物，大約15個種為主要蔬菜和15個種為主要的水果，共同構(gòu)成了人類膳食。優(yōu)良品種的選育和應(yīng)用，對這些作物的產(chǎn)量和質(zhì)量的提高起到了至關(guān)重要的作用，這些新品種的獲得主要依賴于傳統(tǒng)育種技術(shù)。,2024/3/16,9,人們預(yù)計傳統(tǒng)的植物育種技術(shù)在未來仍將帶來作物的各方面的巨大改良和提高，但作物質(zhì)量和數(shù)量的進(jìn)一步提高仍面臨著巨大壓力。這些壓力來自人口的增長、房屋

9、建筑、高速公路占地、社會需求、健康需要、環(huán)境壓力以及生態(tài)方面的考慮。在農(nóng)業(yè)用地和各種資源將持續(xù)減少的條件下，為日益增加的人口提供食物，農(nóng)作物產(chǎn)量必須大幅度提高。這必然要求在傳統(tǒng)技術(shù)不斷改進(jìn)基礎(chǔ)上，創(chuàng)造可用于農(nóng)業(yè)的新技術(shù)。 4.1 傳統(tǒng)育種4.1.1 純系選擇 純系選擇最早始于從混合的群體中希望得到的表現(xiàn)型。它是利用自然突變。 純系的一個重要特征是它們的性狀能穩(wěn)定遺傳。該選育方法不能克服有利性狀與不利性狀連鎖時，不利性狀帶來的

10、負(fù)作用。,2024/3/16,10,4.1.2 有性雜交育種 是它最常用的植物育種技術(shù)?？梢暂^肯定地說，第一個顯著改良的作物品種是一種雜交植物。人們利用有性雜交進(jìn)行新品種選育，經(jīng)過兩個技術(shù)階段。第一階段是對雜交后代進(jìn)行自交選擇，獲得性狀整齊一致并能穩(wěn)定遺傳的常規(guī)品種。第二階段是直接利用雜種一代。4.1.3 誘變育種 誘變育種是人類利用化學(xué)物質(zhì)、輻射等方法誘發(fā)突變，由此獲得的變異體再經(jīng)過測試和進(jìn)一步的選擇，獲得栽培品種的方法。4.

11、1.4 多倍體育種 四倍體在一個位點上有一對等位基因（A和a），則其群體中就可能存在5種基因型（AAAA,AAAa,Aaaa,Aaaa,aaaa）。多倍體增加了基因的多樣性。,2024/3/16,11,4.1.5 傳統(tǒng)育種引起的綠色革命 在過去的大約50年中，通過傳統(tǒng)植物育種和綠色革命世界農(nóng)業(yè)總產(chǎn)量與世界人口的增長能夠基本保持同步。但是從1990年起，全世界三大基本谷物小麥、稻米和玉米的產(chǎn)量增長變慢，甚至出現(xiàn)了平臺期。目前世界人口以

12、每年大約2%的速度增長，而主要谷物的平均產(chǎn)量僅增加1.1%，約為人口增長速度的一半。世界糧食安全已成為一個嚴(yán)重而緊迫的問題。 在亞洲國家人們使用綠色革命這個詞，來描述稻米和小麥產(chǎn)量2~3倍的增長對社會、經(jīng)濟(jì)以及營養(yǎng)等多方面產(chǎn)生的巨大影響。 批評者認(rèn)為以密集型農(nóng)業(yè)、大農(nóng)場和高質(zhì)量耕地為重點的綠色革命不僅損害了環(huán)境，而且沒有為應(yīng)當(dāng)受益的貧窮農(nóng)民帶來多少利益。綠色革命的歷史既展現(xiàn)了傳統(tǒng)的植物育種技術(shù)的潛力又提示了其局限

13、性。,2024/3/16,12,4.2 細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù) 細(xì)胞或組織培養(yǎng)能夠使經(jīng)過基因操作的細(xì)胞快速繁殖和再生，這是產(chǎn)生轉(zhuǎn)基因植物的一個根本性步驟。4.3 體細(xì)胞雜交技術(shù) 1972年Carlson等人的研究小組首次成功地將煙草屬中兩個遺傳親合的種：N.glauca（光煙草）和N.langsdorffii的原生質(zhì)體融合起來。融合的產(chǎn)物先是被稱為多性雜交種（Carlson.1972），后來命名為體細(xì)胞雜交種（Shepard,19

14、83）。 體細(xì)胞雜交是一種新的植物育種途徑，它的發(fā)展是以植物細(xì)胞特性為基礎(chǔ)的。從定義上講，體細(xì)胞雜交植物是指由體細(xì)胞融合獲得的雜種。理論上不論相互之間親緣關(guān)系遠(yuǎn)近如何，所有細(xì)胞間的融合都是可能的，因此這種育種方法為基因互換提供了無限的可能性。,2024/3/16,13,植物生物學(xué)家認(rèn)為可以培育一種大豆和玉米的體細(xì)胞雜種。這種雜種將具有固氮能力、高蛋白質(zhì)含量和高產(chǎn)性狀。而將番茄、馬鈴薯和煙草的體細(xì)胞融合所產(chǎn)生的體細(xì)胞雜種，其

15、葉片、果實和塊莖都將被采收并具有經(jīng)濟(jì)價值。為實現(xiàn)這個目標(biāo)，人們在許多系統(tǒng)發(fā)育上無關(guān)的種間進(jìn)行了大量的原生質(zhì)體融合實驗。多數(shù)情況下這些實驗都如意料中的一樣失敗了。除簡單的細(xì)胞融合外，在其他階段沒有取得任何進(jìn)展。 1978年Melchers等人首次獲得了馬鈴薯和番茄的屬間體細(xì)胞雜種。他們將培育的二倍體馬鈴薯和番茄葉片細(xì)胞進(jìn)行融合，所產(chǎn)生的雜交株被稱為“馬鈴薯番茄”(Melchers等,1978)。像大多數(shù)雜種一樣，雜交株同時具

16、有馬鈴薯和番茄的形態(tài)特征。其中一些株形成了“類似塊莖的生殖根”，但是沒有產(chǎn)生可結(jié)實的花、果實以及真正意義上的塊莖。到目前為止，“馬鈴薯番茄”一類的體細(xì)胞雜交植物還不能產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。,2024/3/16,14,4.4 基因工程 基因轉(zhuǎn)移目前至少有5個系統(tǒng)可以利用。它們分別是微注射、電擊法、直接DNA攝取、微粒轟擊法以及以農(nóng)桿菌為介導(dǎo)的轉(zhuǎn)移系統(tǒng)。其中利用農(nóng)桿菌的方法最為高效，有最高的重復(fù)性和穩(wěn)定性。它們可以將各種來源的特定基

17、因轉(zhuǎn)移到任何一個目標(biāo)植物種中，無論該特定基因來自于微生物、動物或植物。由于克服了雜交中親本范圍的限制，并且避開了傳統(tǒng)植物育種中不得不進(jìn)行的耗費(fèi)大量時間的回交選擇，推動農(nóng)業(yè)進(jìn)入了基因革命時代。 4.4.1 基因添加 其過程直截了當(dāng)：確定攜帶某種希望得到的性狀的基因，將其轉(zhuǎn)移到目標(biāo)植物中，并使其在目標(biāo)植物中進(jìn)行表達(dá)?；蛱砑拥睦雍芏?，包括各種轉(zhuǎn)入抗蟲、抗除草劑、抗病毒及其他病原微生物基因以及通過轉(zhuǎn)基因的方法改善了生產(chǎn)性能的植物。,20

18、24/3/16,15,4.4.2 基因剔除 利用分子生物學(xué)和轉(zhuǎn)基因技術(shù)可以使轉(zhuǎn)基因植物的一個基因的產(chǎn)物，即它的mRNA或蛋白質(zhì)減少以至完全消失，從而獲得希望得到的作物生產(chǎn)性能或特性。這種剔除過程需要使用反義技術(shù)來完成。例如為了改變番茄的成熟期，反義技術(shù)用于抑制參與成熟過程的激素――乙烯的合成。其結(jié)果是轉(zhuǎn)基因番茄的成熟期延長了，其貨架壽命也增加了（Hamilton等，1990;Oeller等，1991）。通過抑制乙烯合成過程中的ACC（

19、1-氧-環(huán)丙烷－１－羧酸）氧化酶，轉(zhuǎn)基因康乃馨的花朵產(chǎn)生的乙烯的量減少，花瓣的衰老明顯延遲（Mol等，1995）。 通過反義技術(shù)基因剔除被用來改良其他許多農(nóng)藝和園藝性狀，包括抗病毒能力（Cuozzo等，1988；Kim等，1993）、花色調(diào)節(jié)（Mol等，1995）以及代謝途徑轉(zhuǎn)向。,2024/3/16,16,4.4.3 代謝途徑轉(zhuǎn)向 通過基因插入或基因剔除的方法，可以對編碼某一代謝途徑關(guān)鍵酶的基因進(jìn)行操作，并產(chǎn)生具有理想

20、的數(shù)量、成分構(gòu)成以及功能特征的目標(biāo)產(chǎn)物。實際上，這是一種對代謝途徑的方向進(jìn)行重新安排的技術(shù)。 碳水化合物 轉(zhuǎn)基因植物塊莖中的淀粉含量比非轉(zhuǎn)基因株高35%。 脂類 植物的脂類是人類膳食的重要組成部分。用反義技術(shù)抑制了歐洲油菜中的硬脂酰-ACP脫氫酶的表達(dá)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這種抑制導(dǎo)致了轉(zhuǎn)基因種子中硬脂酸的積累。 蛋白質(zhì) 將一個基因轉(zhuǎn)入目標(biāo)植物以生產(chǎn)一種特定的蛋白產(chǎn)品，明顯屬于代謝調(diào)控轉(zhuǎn)向的一個操作過程。,2024

21、/3/16,17,1988年有人實驗將人干擾素在蕪菁上表達(dá)，目的是檢驗人干擾素的出現(xiàn)是否能抑制病毒感染。盡管結(jié)果是否定，但實驗在偶然中揭示了植物可用于生產(chǎn)具有藥用功能的外源蛋白質(zhì)。 植物作為生物反應(yīng)器，通過對植物體中的代謝途徑進(jìn)行轉(zhuǎn)變，能夠生產(chǎn)許多不同類的化合物。因此植物可以被開發(fā)為生物反應(yīng)器或化學(xué)工廠，用于生產(chǎn)最初來源于植物的或最初不是來源于植物的各種特制的化合物。與細(xì)菌、酵母或動物細(xì)胞培養(yǎng)相比，植物生物反應(yīng)器的優(yōu)點很多

22、，比如低成本、容易上規(guī)模、可以避免動物性病原的污染。近年來，用多種植物生產(chǎn)各種脂類、碳水化合物、藥用多肽、工業(yè)用酶和其他化合物的實踐證明了植物作為生物反應(yīng)器的潛力和發(fā)展前景。,2024/3/16,18,4.4.4 數(shù)量性狀位點分析和標(biāo)記輔助選擇 伴隨著分子生物技術(shù)的進(jìn)步，植物育種中的個體選擇過程可以在基因型的基礎(chǔ)上進(jìn)行，即用與相連的DNA分子標(biāo)記技術(shù)來進(jìn)行選擇。使用這些圖譜輔助單基因性狀的選擇比傳統(tǒng)的表現(xiàn)型選擇法節(jié)約成本、勞力和時間。