园艺植物育种学.ppt

园艺植物育种学,绪 论,重点：品种的概念和园艺植物良种的作用难点：园艺植物育种学、品种的概念,一、园艺植物的进化与遗传改良,1、自然选择与自然进化2、人工选择与农业发展3、遗传改良与新品种选育,变异 遗传 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。,1、自然选择与自然进化,自然选择和人工选择 野生植物 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，是野生类型向栽培类型转化。形成若干起源中心。,2、人工选择与农业发展,普通野生稻,栽培稻,新疆野苹果,栽培苹果,遗传改良是指作物品种改良。特点：目的性、计划性、快速性、丰富性。,3、遗传改良与新品种选育,二、品种的概念及园艺植物良种的作用,1.品种的概念：在一定时期内主要经济性状符合生产和消费市场的需要；生物学特性适应于一定地区生态环境和农业技术的要求；可用适当的繁殖方式保持群体内不妨碍利用的整齐度和前后代遗传的稳定性，以及具有某些可区别于其他品种的标志性状的家养动植物群体。,一串红的品种,骑兵手,展望,萝卜的不同品种,苹果的不同品种,2.品种的特性：特异性：一致性：稳定性：地区性：时间性：,二、品种的概念及园艺植物良种的作用,极早熟、抗病、抗逆性强、耐弱光、极易座果、单瓜重2kg左右,早抗蜜宝,华蜜掌中宝,抗病、耐湿、易坐果，大瓜可达 10 公斤左右,品种特异性,品种的特性,*一致性 指同一品种个体间在一些主要经济性状方面是相对整齐一致的。,品种的特性,*稳定性 指品种经过反复繁殖后其相关的特征或者特性保持相对不变。*地区性 指每一个品种的生物学特性适应于一定地区生态环境和农业技术要求。,大白菜不同品种的生态适应性,天津青麻叶抗病、耐寒、耐旱性强，从北部齐齐哈尔、牡丹江到南部广州、海南岛几乎全国各地都能较好生长。,品种的地区性,福州包头莲不耐热，不抗寒、不抗旱，抗病性较弱，适合在山东半岛栽培，在南方表现差。,品种的特性,*时间性 品种在一定时间内其产量、品质和适应性等主要经济性状上符合生产和消费市场的需要。随着时间推移，消费者的消费兴趣转移，原有的一些品种便会被淘汰而更换新品种以满足消费者的需要。,3.园艺植物良种的作用1）优良品种的概念:指在适应的地区，采用优良的栽培技术，能够生产出高产、优质，并能适时供应产品的品种2）目前生产上的部分优良品种,二、品种的概念及园艺植物良种的作用,目前生产上的部分优良品种,春秋两用，荚嫩白，纤维少，口感极佳，丰产潜力大，适应性广泛,早熟，春夏秋兼用，节位低，豆条嫩白，丰产潜力大，适应性广,适应地区广泛，适播期长，易获丰产，表皮大红亮净，肉质细嫩爽口，极受市场欢迎。,适应地区广泛，主作9-10月下旬，果实表皮亮净，肉质细腻，易获丰产。,西洋梨阿巴特,长盛不衰的老品种，结果早，枝量少，单果重200克，长椭圆形，颜色为黄色有红晕,甜香适度，8月底成熟，9月初采摘。,红巴梨产量高，稳产，单果重250克，颜色鲜红有绿点，果肉白色，甜酸适度，8月初成熟。,李斯坦林结果多，在配好授粉树的情况下无大小年，长圆形，颜色为蓝紫果肉黄绿色，肉硬味甜，9月初成熟。,葡萄里扎马特一般600-1000克，平均果粒重10-12克，最大19克，8月下旬成熟，宜在千旱地区栽种。,杏阿柯特抗寒抗病毒性强，产量中等，果形大，长圆形，果实黄色一半有片红，味甜，皮稍酸，7月下旬成熟。,3）良种的作用：提高单产；改进品质；提高抗病虫害能力，减少农药污染；增强适应性及抗逆性；延长产品的供应和利用时期；适应集约化管理，节约劳力。,二、品种的概念及园艺植物良种的作用,园艺植物育种：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、离体组织培养和DNA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，筛选出新品种。新品种选育出后要加速繁育，尽快的推广应用。园艺植物育种学：是研究选育与繁殖园艺植物优良品种的原理和方法的科学。,三、园艺植物育种及园艺植物育种学,育种的实质,自然界,人工选择,新品种或物种,人工创造,为什么要进行园艺植物的育种？发展园艺生产的途径 园艺植物栽培 栽培为品种的生长发育提供良好的生态环境，采用适宜的栽培技术调节园艺植物生长与环境之间的关系，使植物与环境和谐相处，并达到最佳的经济生产状态。园艺植物育种 育种给栽培提供栽培对象，优良品种是保证实现高产优质栽培目标的重要物质基础。,三、园艺植物育种及园艺植物育种学,园艺植物育种学的主要内容 根据生产需要,制定育种目标,采用种质资源的调查收集、引种、选种、人工创造新品种的育种途径，育成新品种。对育成的新品种繁殖扩大数量并推广种植，并在繁育推广过程中防止品种混杂退化，不断保持和不断提高良种的种性。,三、园艺植物育种及园艺植物育种学,制定切实可行的,育种目标,征集、评价、利用,种质征集、评价、利用资源,研究、掌握,性状遗传规律及变异多样性,采用适当的,育种途径和方法,审 定,新品种,良种繁育,园艺植物育种流程图,四、植物育种的历史与发展,1、园艺植物育种的历史1）无意识选择阶段2）有意识选择阶段公元前出现的汜胜之书以及齐民要术等书籍有记载。3）有意识育种阶段洛阳牡丹记、菊谱、荔枝谱等，以及孟德尔的植物杂交实验等。,四、植物育种的历史与发展,2、我国园艺植物育种的成就1）开展了全国性的资源调查，初步建立了园艺植物种质资源工作体系 1956年开始的全国作物资源调查一直持续到国家“75”科技技术攻关，建立了包括果树、蔬菜观赏植物的种质资源及各地的种质资源保存圃等。2）广泛进行了园艺植物引种工作 在资源调查、整理的基础上，广泛开展了国内外的引种工作，大大丰富了各地园艺植物的种类和品种，扩大了良种栽培面积。,四、植物育种的历史与发展,2、我国园艺植物育种的成就3）新品种选育成效显著 解放后，全国各地通过各种育种途径选育的园艺植物新品种数以千计，主要的蔬菜、果树作物品种已经在生产上更新了24次。4）育种理论和方法的研究取得突出成效 为了提高育种效率，增加育种工作的科学性和预见性，利用现代生物技术手段对传统育种技术和方法进行了提升，取得了前所未有的进步和发展。,四、植物育种的历史与发展,3、园艺植物育种的发展趋势1）育种体制上育种工作必须主动适应市场经济发展的需要，改革“公立育种”、“政治育种”、树立市场、竞争、质量观念;育种单位应努力创造自我生存与发展的能力，改“等、靠、要”为“育、繁、消”一体化;主管部门主要负责宏观调控;切实搞好知识产权保护（新品种、新技术、新方法、新种质等）.,四、植物育种的历史与发展,3、园艺植物育种的发展趋势2）育种目标及技术上育种目标，长远目标与近期目标相结合，需要与可能相结合，丰产育种、品质育种、抗逆育种、特定需要等;重视资源工作;重视育种基础研究，基因图谱等;发展多学科协作;常规育种技术与现代生物技术有机结合.,四、植物育种的历史与发展,思考题 1、品种有什么特性？园艺植物良种在生产中有什么作用？2、谈谈自然进化、人工进化与遗传改良的关系。,（一）传统育种 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。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试和进一步的选择，获得栽培品种的方法。,主要育种技术,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 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。,主要育种技术,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。,（二）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。（三）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。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。,主要育种技术,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。,（四）基因工程 基因转移目前至少有5个系统可以利用。它们分别是微注射、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。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。,主要育种技术,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。,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，明显属于代谢调控转向的一个操作过程。,1988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物反应器的潜力和发展前景。,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。,