1生物技術(shù)植物育種簡介2植物育種學簡介1.植物育種學的意義與范圍2.自花受粉作物育種3.異花受粉作物育種4.無性繁殖作物育種5.作物品種種類及其遺傳特性

3PlantBreeding?Theartandscienceofchangingandimprovingtheheredityofplants.(J.M.Poehlman,1987)4植物育種學的意義與范圍

植物育種學的范圍1.確認理想植物之特性2.評估優(yōu)良特性3.尋找有用特性或基因4.組合優(yōu)良特性或基因5植物育種學的相關(guān)領(lǐng)域

農(nóng)藝學植物學遺傳學細胞遺傳學植物生理學植物病理學昆蟲學植物生化學生物統(tǒng)計學植物育種學6預(yù)估世界人口之成長情形

3655688510610.0億11.0億12.0億13.1億14.4億15.7億45197019801990200020102020未開發(fā)中國家(肉食比例增加)已開發(fā)中國家7人類主要糧食種類

39.7%21.2%19.6%5.4%4.9%4.1%2.0%1.6%1.5%其他稻米小麥玉米馬鈴薯小米苜蓿黑麥大麥高梁8作物1961-651969-711974-7619821991(1982/1961)小麥1209154016842009(166%)2310大麥1466187519462068(141%)2210水稻2038233124712871(141%)3320玉米2170247227223465(160%)3200大豆1144148715381772(155%)1690馬鈴薯11939138551389514421(121%)14870世界主要糧食之平均產(chǎn)量(公斤/公頃)

9時期 重要作物

公元前5000年之前 大麥、小麥、玉米、菜豆、豌豆、甘藷、扁豆 公元前2500年之前 馬鈴薯、葡萄、小米、水稻、黑麥、高粱、落花生、苜蓿、棉花、橄欖、蘋果 公元元年之前 大豆、亞麻、柑橘、燕麥、茶、甜菜、無花果、香蕉、可可 公元1000年之前 甘蔗、咖啡、菸草 公元1000年之后 橡膠

摘譯自SimmondsN.W.,1976主要作物之馴化時期10前孟德爾的植物育種史巴比倫時代：兩河流域棗椰子

，雌雄異株，巴比倫人用花粉來授粉，以求得好產(chǎn)量。11前孟德爾的植物育種史

亞里斯多德等人討論過棗椰子的性別，但僅止于描述。

R.J.Camerarius

1694(德國Tübingen大學教授)，將玉米雄穗上的花除去，結(jié)果發(fā)現(xiàn)無法結(jié)子。其他如菠菜

大麻都有同樣的結(jié)果。因此他認為這些植物具有雌雄之分。*1696年發(fā)表世界第一個人為雜交種--菸草。

CottonMather

(1716)指出不同類玉米相鄰種植，所可能發(fā)生的結(jié)果。*1727年世界第一個種子公司--成立于法國。*1747年世界第一個育種改良成功例子--甜菜甜度12

1760年代后，植物雜交在英國已成為一種行業(yè)。

K.F.Gartner(1835)以進行700種植物的雜交研究。1.證實植物的有性生殖2.發(fā)現(xiàn)雜交第一代的性狀一致，其后代會分歧3.雜交優(yōu)勢

C.Darwin(1859)提出物種始原。

G.Mendel(1866)提出植物雜交的研究。前孟德爾的植物育種史13

G.Mendel(1866)提出植物雜交的研究。

W.Johnson(1903)提出純系論，認為在自交作物純系內(nèi)的選種無效。

G.H.Shull

&E.East

(1908)做出玉米自交系，并由之得到雜交種。

Stadler

(1928)提倡X-光的誘變育種。

Blakeslee&Avery

(1937)用秋水仙誘變育種。近代植物育種史14前科學時期科學時期

十字花科許多蔬菜都系出同源Levetin,E.&K.McMahon(1999)適合人類需求的植物質(zhì)量無頭甘藍甘藍花椰菜紫花椰菜球莖甘藍芽甘藍野生種15前科學時期科學時期觀賞植物品種的近代成就適合人類需求的植物質(zhì)量16雜交種子的育成年代(Kloppenburg,

1988)作物育成年代栽培*比率%作物育成年代栽培*比率%玉米192699大麥1970少洋蔥194460水稻197355甜菜194595小麥1974少番茄1950?向日葵?58高粱195695甘藍?62菠菜195680美國南瓜?58胡瓜196141花椰菜?4胡蘿卜19695甜椒??

17植物的繁殖系統(tǒng)自交植物：雜交率<5%稻小麥大豆蕃茄桃常異交植物：雜交率5~10(49)%高梁棉蠶豆異交植物：雜交率

50%玉米甘藷向日葵甘藍蘋果

有性繁殖自交弱勢雌雄同花：稻大豆蕃茄桃雌雄同株異花：玉米薏苡雌雄異株：蘆筍銀杏兩性花+單性雄花：胡瓜雌雄異株或同株：木瓜自交不合和selfincompatibility雜種優(yōu)勢18植物的繁殖系統(tǒng)無性繁殖營養(yǎng)繁殖：組織培養(yǎng)：無融合生殖：品種

獨特性一致性穩(wěn)定性

19變異的創(chuàng)造自然變異基因突變?nèi)旧w突變?nèi)嗽熳儺愲s交誘變基因轉(zhuǎn)殖天然突變：自然狀況下基因或染色體產(chǎn)生突變，使得特性發(fā)生改變?？芍苯釉谧匀唤缰杏^察選拔而得到。(基因突變，染色體突變)人為誘變：用藥劑或放射線來處理，使基因或染色體突變。雜交：種內(nèi)、種間、甚或?qū)匍g雜交，使得遺傳組成發(fā)生排列組合，產(chǎn)生許多的變異。基因轉(zhuǎn)殖：選種之基礎(chǔ)?20植物育種的基礎(chǔ)變異的創(chuàng)造自然變異基因突變?nèi)旧w突變?nèi)嗽熳儺愲s交誘變基因轉(zhuǎn)殖變異的固定無性繁殖選拔雜交種(AAxaa)品種獨特性一致性穩(wěn)定性

21植物育種學簡介1.植物育種學的意義與范圍2.自花受粉作物育種3.異花受粉作物育種4.無性繁殖作物育種5.作物品種種類及其遺傳特性

22自交作物新品種育成方法1.引種

a.繁殖觀察成為推廣品種

b.經(jīng)過選拔成為推廣品種

c.做為雜交材料2.選種

a.混合選種

b.純系選種3.雜交育種4.回交育種23WWWWWWWWW單株選拔XX淘汰分離行WWWWWWWWW淘汰分離行混合相似行seed純系選種24單株選拔XX混合種子WWWWWWWWW混合相似行seed混合選種單株選拔25自交作物雜交育種基本遺傳原理(1對基因分離)品種A(AA)品種B(aa)P1/4AA+1/2Aa+1/4aa1/4AA+1/2(1/4AA+1/2Aa+1/4aa)+1/4aa=3/8AA+1/4Aa+3/8aaAaF1F2F3Fn

1/2AA+1/2aa

7/16AA+1/8Aa+7/16aaF426自交作物雜交育種基本遺傳原理(2對基因分離)品種A(AAbb)品種B(aaBB)PAaBbF1F2Fn

1/4AABB+1/4AAbb+1/4aaBB+1/4aabb

F41/16AABB+2/16AABb+1/16AAbb2/16AaBB+4/16AaBb+2/16Aabb1/16aaBB+2/16aaBb+1/16aabb49/256AABB+14/256AABb+49/256AAbb14/256AaBB+4/256AaBb+14/256Aabb49/256aaBB+14/256aaBb+49/256aabb27遺傳變異分離族群評估及選拔品種繁殖品種命名推廣雜交遺傳變異品種選拔固定自交作物之育種觀念(遺傳變異之操作)28P1(RP)XP2(DP)F1BC1BC2P1XP1XBC3

回交代數(shù)遺傳相似度

BC175.0%BC287.5%BC393.8%BC496.9%BC598.4%BC699.2%BC799.7%XP1P1X回交育種方法29植物育種學簡介1.植物育種學的意義與范圍2.自花受粉作物育種3.異花受粉作物育種4.無性繁殖作物育種5.作物品種種類及其遺傳特性

30異交作物新品種育成方法1.引種

a.繁殖觀察成為推廣品種

b.經(jīng)過選拔成為推廣品種

c.做為雜交材料2.選種

a.混合選種

b.純系選種(?)

3.雜種優(yōu)勢之利用4.回交育種(自交系改良)31天然受粉族群(天然受粉品種)合成品種育成自交系綜合品種選單株自花受粉雜交種繁殖自交系有自交弱勢(姊妹株雜交)無自交弱勢(同一株自交)組合力分析

多個自交系雜交

2-4個自交系雜交

多個自交系雜交無組合力分析異交作物之育種觀念(雜種優(yōu)勢+自交弱勢)命名登記?32異交作物雜交育種基本遺傳原理(Hardy-Weinbergequilibrium)0.2A0.8a0.2A0.04AA0.16Aa0.8a0.16Aa0.64aa

雌配子雄配子A對偶基因的頻度=pa對偶基因的頻度=qp+q=1則p2AA+2pqAa+q2aa=1或p2AA+2p(1-p)Aa+(1-p)2aa=1x33異交作物雜交育種基本遺傳原理(Hardy-Weinbergequilibrium)0.2A0.8a0.2A0.04AA0.16Aa0.8a0.16Aa0.64aa

雌配子雄配子淘汰aa個體后族群A及a之頻度為:A=[(0.04x2)+0.16+0.16]/(0.04+0.16+0.16)x2=0.56a=(0.16+0.16)/]/(0.04+0.16+0.16)x2=0.44x

0.56A0.44a0.2A0.8a雌配子雄配子34異交作物雜交育種基本遺傳原理(Hardy-Weinbergequilibrium)0.2A0.8a0.4A0.08AA0.32Aa0.6a0.12Aa0.48aa雌配子雄配子AA=0.08=8%Aa=0.32+0.12=44%aa=0.48=48%35自交系單交系三交系?雙交系A(chǔ)(AA)B(aa)C(aa)D(AA)去雄授粉授粉去雄授粉雜交玉米種子的生產(chǎn)B

AC

D(B

A)

(C

D)3620406080100120140Yield(buac-1)192030405060708090OPhybridDC3-way2-way2-way1920年以后美國玉米平均產(chǎn)量Year37植物育種學簡介1.植物育種學的意義與范圍2.自花受粉作物育種3.異花受粉作物育種4.無性繁殖作物育種5.作物品種種類及其遺傳特性

38天然受粉族群無性繁殖族群無性繁殖作物之育種觀念(雜種優(yōu)勢+自交弱勢)有自交弱勢無自交弱勢品種間雜交后自交選拔優(yōu)良植株無性繁殖品種分離族群自交選拔選拔優(yōu)良植株無性繁殖品種品種品種間雜交分離族群選拔優(yōu)良植株無性繁殖品種品種突變突變體無性繁殖39無性繁殖作物育種基本遺傳原理品種A(AABBcc)品種B(aabbCC)P

AaBbCcAAbbccaabbCc....

AABBccaaBbCCAabbCc....AaBbCcF1F2F3FnAABBCC

AAbbCCaabbcc....

F4營養(yǎng)系純系品種A(AaBbcc)品種B(AabbCc)PAaBbCcAABbccaabbCcaaBbcc............F1營養(yǎng)系無自交弱勢者具自交弱勢者40BahiaCeramDustyKortinaRondoTropicButterflyLolacTorres41植物其他繁殖特性自交不親和性雜交不親和性雄不稔性無融合生殖(單性生殖)42PPPppp5‘--ACCGTGACT--3’5‘--ACCGTGACT--3’5‘--ACCGTGACT--3’5‘--ACCTTGACT--3’5‘--ACCTTGACT--3’5‘--ACCTTGACT--3’PPPpppXY(色素)P酵素XY(色素)P酵素XY(色素)P酵