作物育種學(xué)劉裕強(qiáng)第四章引種與選擇育種

1、>,劉裕強(qiáng)理科樓A508 yql@njau.edu.cn,第四章 引種與選擇育種,一、引種和馴化的概念：1、廣義的引種：指從外地或外國(guó)引進(jìn)新植物、新作物、新品種、品系以及供研究用的各種遺傳資源材料。生產(chǎn)上的引種：從外地引進(jìn)作物新品種，通過(guò)適應(yīng)性試驗(yàn)直接在本地推廣種植。2、馴化：人類對(duì)植物適應(yīng)新的地理環(huán)境能力的利用和改造。,第一節(jié) 引種和馴化,“引種和馴化的關(guān)系”引種是馴化的前提，沒(méi)有引種，便無(wú)所謂馴化; 馴化是引種的客

2、觀需要, 沒(méi)有馴化, 引種便不能徹底完成使命。引種和馴化既有聯(lián)系又有區(qū)別，是一個(gè)整體的兩個(gè)方面。,1、引進(jìn)適宜栽培的作物，豐富了我國(guó)的作物種類及種質(zhì)資源類型。目前我國(guó)的主要栽培植物大約有600種，大約有近300種原產(chǎn)我國(guó)，另一半，即約300多種是陸續(xù)從國(guó)外引進(jìn)的；我國(guó)現(xiàn)有栽培蔬菜約209種，原產(chǎn)于我國(guó)只有41種。蘋(píng)果、葡萄、甜橙、番木瓜、芒果、石榴、核桃、香蕉、菠蘿、草莓、甘薯、馬鈴薯、蠶豆、黃瓜、番茄、向日葵、可可、咖啡、煙等都

3、是因?yàn)闅v史上的國(guó)外引種。 2、引進(jìn)綜合性狀好, 適應(yīng)性強(qiáng)的作物優(yōu)良品種, 經(jīng)試驗(yàn)示范后，可在生產(chǎn)中直接利用，有效地提高我國(guó)的作物產(chǎn)量和品質(zhì)，并能迅速產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。,二、引種的意義：,(一)引種的氣候相似性原理理論要點(diǎn): 原產(chǎn)地區(qū)與引進(jìn)地區(qū)之間，影響作物生產(chǎn)的主要因素，應(yīng)盡可能相似，以保證品種互相引種成功的可能性。,二、引種的基本原理,1、一般來(lái)說(shuō)，生態(tài)條件相似的地區(qū)引入品種是易于成功的。生態(tài)條件：是指與作物品種形成及生長(zhǎng)發(fā)

4、育有密切關(guān)系的環(huán)境條件。生態(tài)條件可以分為若干類生態(tài)因子，如氣候生態(tài)因子、土壤生態(tài)因子等。2、在相同生態(tài)型之間相互引種比較容易成功，不同生態(tài)型 之間相互引種有一定的困難。 生態(tài)型是指在同一物種變種范圍內(nèi)，在生物學(xué)特性、形態(tài)特征等方面均與當(dāng)?shù)氐闹饕鷳B(tài)條件相適應(yīng)，遺傳結(jié)構(gòu)也基本相似的作物類型。作物生態(tài)型按生態(tài)條件可分為氣候生態(tài)型、土壤生態(tài)型和共棲生態(tài)型。如秈稻、粳稻。,(二) 引種的生態(tài)條件和生態(tài)型相似性原理,三、影響引種成功的因素,

5、(一)溫度: 一般來(lái)說(shuō)，溫度升高能促進(jìn)生長(zhǎng)發(fā)育，提早成熟； 溫度降低，會(huì)延長(zhǎng)生育期。小麥(二)光照: 植物對(duì)光照長(zhǎng)短和強(qiáng)弱反應(yīng)有的比較敏感，有的比 較遲鈍。(三)緯度: 在緯度相同或相近地區(qū)間的引種，易獲成功. (四)海拔：海拔每升高100m，日平均氣溫要降低0.6℃，因此, 同一緯度不同海拔高度地區(qū)引種要注意溫度生態(tài)因子。(五)栽培水平、耕作制度、土壤情況: 引入品種的原栽

6、培、耕 作、土壤等情況與引入地區(qū)相似時(shí)，容易成功。,(六)植物的發(fā)育特性:,(六)植物的發(fā)育特性: 在植物的發(fā)育過(guò)程中，存在著對(duì)溫度、日 照反應(yīng)不同的發(fā)育階段，即感溫(春化)階段和感光階段。 1、感溫階段:植物要求有一定溫度、水分、空氣、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等條件的總體作用。其中，溫度條件起著主導(dǎo)作用。根據(jù)植物通過(guò)感溫階段所需溫度和時(shí)間不同，可將其分為四種類型。 (1)冬性類： 0～5℃、30～70d；

7、 (2)半冬性類： 3～15℃、20～30d； (3)春性： 5～20℃、3～15 d； (4)喜溫類： 20～30℃、5～7 d。,(1) 長(zhǎng)日照作物：這類作物在通過(guò)感光階段時(shí)，要求日照時(shí)間在12 h以上，而且光照連續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，就越能迅速通過(guò)感光階段,使抽穗、開(kāi)花時(shí)間提早。當(dāng)日照時(shí)間在12 h以下時(shí)，就不能通過(guò)感光階段，導(dǎo)致抽穗開(kāi)花時(shí)間推遲，甚至不能抽穗成熟。 (2) 短日照作物：這類作

8、物要求在12 h以下的日照日照時(shí)間越短，黑暗時(shí)間越長(zhǎng)，感光階段通過(guò)就越快，它們的抽穗開(kāi)花期也就越早，而在長(zhǎng)日照條件下，則不能通過(guò)感光階段。(3) 中間性作物：對(duì)日照長(zhǎng)短要求不嚴(yán)格，反應(yīng)不敏感，日照長(zhǎng)短對(duì)抽穗開(kāi)花影響不明顯。,根據(jù)作物對(duì)光照長(zhǎng)度的要求不同，可分為三種類型：,2、感光階段：通過(guò)感溫階段后，作物就會(huì)立刻進(jìn)入感光階段，在此階段光照和黑暗條件起著主導(dǎo)和決定性作用。,1、原產(chǎn)高緯度地區(qū)的品種引到低緯度地區(qū)種植2、原產(chǎn)低緯度地區(qū)的

9、品種引至高緯度地區(qū)種植3、高海拔地區(qū)的冬作物品種引到平原地區(qū)種植 平原地區(qū)冬作物品種引到高海拔地區(qū)種植4、冬播區(qū)的春性品種引到春播區(qū)作春播長(zhǎng)江流域蠶豆---西藏春播（日照強(qiáng) 早 粒重增加） 春播區(qū)的春性品種引到冬播區(qū)作冬播 （光照不足、遲熟、凍害）,(一)低溫長(zhǎng)日性作物的引種規(guī)律,四、作物引種后的生長(zhǎng)變化規(guī)律,1、原產(chǎn)高緯度地區(qū)品種引到低緯度地區(qū)種植2、原產(chǎn)低緯度地區(qū)品種引至高緯度地區(qū)種植3、高海拔地區(qū)的品種引到平

10、原地區(qū)種植4、平原地區(qū)的品種引到高海拔地區(qū)種植,（二）高溫短日性作物的引種規(guī)律,五、引種的基本步驟,引種計(jì)劃的制定和引種材料收集引種材料的檢疫引種材料的試驗(yàn)鑒定和評(píng)價(jià),(一)引種計(jì)劃的制定和引種材料收集,引入品種材料時(shí)，首先從生育期上估計(jì)哪些品種類型能適應(yīng)本地自然條件和生產(chǎn)要求，然后確定從哪些地區(qū)引種和引入哪些品種。,(二)引種材料的檢疫,引種往往是傳播病、蟲(chóng)、草害的一個(gè)主要途徑。如棉花的枯、黃萎病都是隨國(guó)外的引種傳入的，此外還有

11、甘薯的莖線蟲(chóng)病和根腐病。因此，對(duì)引入材料要嚴(yán)格檢疫，及時(shí)清除雜草雜物。,甘薯的根腐病,1．觀察試驗(yàn)：將引入的少量種子與當(dāng)?shù)赝茝V的優(yōu)良品種進(jìn)行比較。2．品種比較試驗(yàn)和區(qū)域試驗(yàn)：對(duì)于在觀察試驗(yàn)中獲得初步肯定的品種進(jìn)行試驗(yàn)。3．栽培試驗(yàn)：對(duì)已確定引入的品種進(jìn)行栽培試驗(yàn),(三)引種材料的試驗(yàn)鑒定和評(píng)價(jià),六、引種實(shí)踐,(一)水稻引種： 由南向北引種時(shí)，選擇早稻早熟品種、中熟品種 或?qū)Χ倘照掌贩N反應(yīng)遲鈍的品種比較容易成功。

12、北方水稻引至南方時(shí)，因遇高溫和短日照，使發(fā)育加快，抽穗期提早，生育期縮短，導(dǎo)致減產(chǎn)。宜引晚熟品種，但一般不能進(jìn)行引種生產(chǎn)。,將北方的冬小麥引至南方，由于氣溫偏高日照變短，往往不能順利完成感溫階段，導(dǎo)致成熟期延長(zhǎng)，甚至不能抽穗結(jié)實(shí) 。將南方的弱冬性小麥品種引種到華北地區(qū)，因越冬前就通過(guò)了感溫階段，抗寒性降低，易發(fā)生凍害，不能安全過(guò)冬。 北方的春小麥品種的感溫階段短，且要求范圍較寬，適應(yīng)性強(qiáng)。把它向南引至廣東、海南島和西藏高原等地，均獲

13、得了成功。,(二)小麥引種,南方大豆引至北方，由于日照增長(zhǎng)而延遲開(kāi)花，但能正常成熟，所以飼料大豆南種北引易成功。北方大豆引至南方，由于日照縮短而促其生長(zhǎng)發(fā)育加快，植株變小，成熟提早，產(chǎn)量降低，引種價(jià)值不大。 玉米、高粱、麻類作物均屬短日性作物，它們引種規(guī)律同水稻、大豆。,(三)大豆引種,七、植物馴化的原理和方法,(一)風(fēng)土馴化學(xué)說(shuō)及馴化方法 1、基本原理: 生物體與其賴以生存的環(huán)境之間存在著對(duì) 立統(tǒng)一的關(guān)系，其核心

14、內(nèi)容是改造植物的遺傳保守特性， 使其適應(yīng)新的環(huán)境。 2、具體做法: 選用植物遺傳不穩(wěn)定、最易動(dòng)搖的材料作為風(fēng)土馴化材料， 采用逐步遷移辦法,使其達(dá)到馴化的效果。 (二)其他植物引種馴化理論和馴化方法 “生態(tài)因子季節(jié)節(jié)律同步論”；“順應(yīng)與改造相結(jié)合”理論； “直播育苗、循序漸進(jìn)、順應(yīng)自然、改造本性”的方法； ‘‘地理生態(tài)生物學(xué)特性綜合分析法”；“生境因子分析法”等

15、。,第二節(jié) 選擇育種,選擇育種（breeding by selection）:是指對(duì)現(xiàn)有品種群體中出現(xiàn)的自然變異進(jìn)行性狀鑒定、選擇并通過(guò)品系比較試驗(yàn)、區(qū)域試驗(yàn)和生產(chǎn)試驗(yàn)培育農(nóng)作物新品種的育種途徑。選擇育種又稱系統(tǒng)育種（pedigree breeding method）；對(duì)典型的自花授粉作物又可稱為純系育種（pure line breeding）。選育的要點(diǎn)是：根據(jù)既定的育種目標(biāo)，從現(xiàn)有品種群體中選擇優(yōu)良個(gè)體，實(shí)現(xiàn)優(yōu)中選優(yōu)和連續(xù)選優(yōu)。這是

16、作物育種中最基本的，簡(jiǎn)易、快速而有效的途徑。,(一)作物品種自然變異現(xiàn)象和純系學(xué)說(shuō),一、選擇育種的基本原理,作物品種在一定的時(shí)間內(nèi)具有相對(duì)的穩(wěn)定性。但隨著外界環(huán)境條件的不斷變化而產(chǎn)生的突變(包括堿基替換、顛換或內(nèi)源轉(zhuǎn)座子跳躍而導(dǎo)致的堿基重排)或自然雜交等原因，不斷地出現(xiàn)自然變異。因此，品種的穩(wěn)定性是相對(duì)的。,純系學(xué)說(shuō)的主要內(nèi)容： 1、在自花授粉作物原始品種群體中(各純系的混合群體)，通過(guò)單株選擇繁殖，可以分離出若干個(gè)不同的純系，并且

17、這樣的選擇是有效的。2、從同一純系內(nèi)繼續(xù)選擇是無(wú)效的，因?yàn)橥患兿档牟煌瑐€(gè)體的基因型是相同的，它們之間的差異由環(huán)境因素所引起的，是不能穩(wěn)定遺傳的。,能遺傳,不能穩(wěn)定遺傳遺傳,純系學(xué)說(shuō),1、自然異交引起的基因重組。2、在自然環(huán)境條件下，引起作物基因型發(fā)生 改變，產(chǎn)生變異。3、新育成品種群體中的變異。,(二)作物品種自然變異的原因,二、選擇育種的方法及程序,1、系統(tǒng)選擇育種；2、混合選擇育種；3、混合選擇育種方法的拓展,集團(tuán)

18、混合選擇育種改良混合選擇,（一）系統(tǒng)選擇育種,圖4-1 純系（系統(tǒng)）育種程序,純系育種或稱系統(tǒng)育種，是通過(guò)個(gè)體選擇，株行試驗(yàn)和品系比較試驗(yàn)到新品種育成一系列過(guò)程,（二）混合選擇育種,原始品種群體,經(jīng)混選群體,繁 殖,選擇優(yōu)良而一致的個(gè)體，混合脫粒,經(jīng)混選混合脫粒的種子,經(jīng)混選的改良群體與原品種比較試驗(yàn),經(jīng)比較確比原品種優(yōu)越的混選群體的種子,所繁殖的優(yōu)質(zhì)種子,原始品種群體,大面積推廣,,,,混合選擇育種程序,1、集團(tuán)混合選擇育種程

19、序,經(jīng)比較表現(xiàn)優(yōu)良的集團(tuán)種子,原始品種群體,原品種,集團(tuán)2,繁殖種子,集團(tuán)1,集團(tuán)3,大面積推廣,所繁殖的優(yōu)質(zhì)種子,各集團(tuán)與原品種的比較試驗(yàn),經(jīng)分別混合選擇的不同類型的種子,按類型分別混合選擇、分別脫粒,,,,,,,,,,集團(tuán)混合選擇育種程序,（三）混合選擇育種的拓展,2、改良混合選擇育種,,原品種群體,個(gè)體選擇、分別脫粒,當(dāng)選個(gè)體的種子,系行種植鑒定,分系鑒定,經(jīng)鑒定合格的各系分別收獲混合脫粒,改良群體與原品種比較試驗(yàn),表現(xiàn)較優(yōu)越的

20、群體收獲脫粒,原品種,改良群體,繁殖推廣,,,,,,,,,,,,,改良混合選擇育種程序,,三、目標(biāo)性狀的鑒定評(píng)價(jià),1.直接鑒定和間接鑒定,直接鑒定就是對(duì)被鑒定的性狀直接進(jìn)行鑒定。,但對(duì)一些生理生化特性往往不易進(jìn)行直接鑒定或鑒定方法較麻煩，可根據(jù)與目標(biāo)性狀有高度相關(guān)的性狀表現(xiàn)來(lái)鑒定該目標(biāo)性狀。如抗旱、耐寒,田間鑒定就是將試驗(yàn)材料種于大田，進(jìn)行各種性狀的直接鑒定。如利用自然田間條件對(duì)作物的抗蟲(chóng)性進(jìn)行鑒定，又如作物種子純度的大田鑒定。但品質(zhì)性

21、狀及一些生理生化指標(biāo)則需要在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行。如利用改良聚丙烯酰胺凝膠電泳法測(cè)定大豆種子貯藏蛋白的含量、DNA指紋鑒定玉米雜交種純度、電導(dǎo)率法鑒定黃瓜品種的耐熱性等都需要在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。田間鑒定和實(shí)驗(yàn)室鑒定各有優(yōu)缺點(diǎn)，有些性狀需要田間鑒定與實(shí)驗(yàn)室鑒定結(jié)合進(jìn)行。,2.田間鑒定和實(shí)驗(yàn)室鑒定,3.自然鑒定和誘發(fā)鑒定,對(duì)生物脅迫和非生物脅迫的抗（耐）性，如在試驗(yàn)田里經(jīng)常反復(fù)出現(xiàn)，則可就地直接鑒定試驗(yàn)材料的抗（耐）性；否則，就必須人工創(chuàng)造誘發(fā)條件，如人

22、工造成干旱、水澇、冷凍、病蟲(chóng)害等條件，進(jìn)行抗旱性、抗淹性、抗寒性、抗病性、抗蟲(chóng)性等誘發(fā)鑒定。在誘發(fā)鑒定時(shí)，要注意創(chuàng)造合適的誘發(fā)條件。若條件過(guò)嚴(yán)，則所有材料都嚴(yán)重受害；若條件過(guò)寬，所有材料受害程度偏低。在這兩種情況下，抗耐性鑒定結(jié)果都出現(xiàn)偏差。所以，誘發(fā)條件的危害程度要適度。,一般來(lái)說(shuō)，試驗(yàn)材料在當(dāng)?shù)貤l件下進(jìn)行鑒定，但有時(shí)還得借助于異地條件。如病蟲(chóng)害在當(dāng)?shù)啬攴蓍g或田塊間有較大差異，而且在當(dāng)?shù)赜植灰谆虿槐闳斯ふT發(fā)，則可以將試驗(yàn)材料送到病蟲(chóng)害