作物育種學劉裕強第四章引種與選擇育種

1、>,劉裕強理科樓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：指從外地或外國引進新植物、新作物、新品種、品系以及供研究用的各種遺傳資源材料。生產上的引種：從外地引進作物新品種，通過適應性試驗直接在本地推廣種植。2、馴化：人類對植物適應新的地理環(huán)境能力的利用和改造。,第一節(jié) 引種和馴化,“引種和馴化的關系”引種是馴化的前提，沒有引種，便無所謂馴化; 馴化是引種的客

2、觀需要, 沒有馴化, 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，是一個整體的兩個方面。,1、引進適宜栽培的作物，豐富了我國的作物種類及種質資源類型。目前我國的主要栽培植物大約有600種，大約有近300種原產我國，另一半，即約300多種是陸續(xù)從國外引進的；我國現(xiàn)有栽培蔬菜約209種，原產于我國只有41種。蘋果、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、是因為歷史上的國外引種。 2、引進綜合性狀好, 適應性強的作物優(yōu)良品種, 經(jīng)試驗示范后，可在生產中直接利用，有效地提高我國的作物產量和品質，并能迅速產生經(jīng)濟效益。,二、引種的意義：,(一)引種的氣候相似性原理理論要點: 原產地區(qū)與引進地區(qū)之間，影響作物生產的主要因素，應盡可能相似，以保證品種互相引種成功的可能性。,二、引種的基本原理,1、一般來說，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發(fā)

4、育有密切關系的環(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，在生物學特性、形態(tài)特征等方面均與當?shù)氐闹饕鷳B(tài)條件相適應，遺傳結構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: 一般來說，溫度升高能促進生長發(fā)育，提早成熟； 溫度降低，會延長生育期。小麥(二)光照: 植物對光照長短和強弱反應有的比較敏感，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，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)育過程中，存在著對溫度、日 照反應不同的發(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、營養(yǎng)物質等條件的總體作用。其中，溫度條件起著主導作用。根據(jù)植物通過感溫階段所需溫度和時間不同，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) 長日照作物：這類作物在通過感光階段時，要求日照時間在12 h以上，而且光照連續(xù)時間越長，就越能迅速通過感光階段,使抽穗、開花時間提早。當日照時間在12 h以下時，就不能通過感光階段，導致抽穗開花時間推遲，甚至不能抽穗成熟。 (2) 短日照作物：這類作

8、物要求在12 h以下的日照日照時間越短，黑暗時間越長，感光階段通過就越快，它們的抽穗開花期也就越早，而在長日照條件下，則不能通過感光階段。(3) 中間性作物：對日照長短要求不嚴格，反應不敏感，日照長短對抽穗開花影響不明顯。,根據(jù)作物對光照長度的要求不同，可分為三種類型：,2、感光階段：通過感溫階段后，作物就會立刻進入感光階段，在此階段光照和黑暗條件起著主導和決定性作用。,1、原產高緯度地區(qū)的品種引到低緯度地區(qū)種植2、原產低緯度地區(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)作春播長江流域蠶豆---西藏春播（日照強 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)低溫長日性作物的引種規(guī)律,四、作物引種后的生長變化規(guī)律,1、原產高緯度地區(qū)品種引到低緯度地區(qū)種植2、原產低緯度地區(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鑒定和評價,(一)引種計劃的制定和引種材料收集,引入品種材料時，首先從生育期上估計哪些品種類型能適應本地自然條件和生產要求，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、草害的一個主要途徑。如棉花的枯、黃萎病都是隨國外的引種傳入的，此外還有

11、甘薯的莖線蟲病和根腐病。因此，對引入材料要嚴格檢疫，及時清除雜草雜物。,甘薯的根腐病,1．觀察試驗：將引入的少量種子與當?shù)赝茝V的優(yōu)良品種進行比較。2．品種比較試驗和區(qū)域試驗：對于在觀察試驗中獲得初步肯定的品種進行試驗。3．栽培試驗：對已確定引入的品種進行栽培試驗,(三)引種材料的試驗鑒定和評價,六、引種實踐,(一)水稻引種： 由南向北引種時，選擇早稻早熟品種、中熟品種 或對短日照品種反應遲鈍的品種比較容易成功。

12、北方水稻引至南方時，因遇高溫和短日照，使發(fā)育加快，抽穗期提早，生育期縮短，導致減產。宜引晚熟品種，但一般不能進行引種生產。,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，導致成熟期延長，甚至不能抽穗結實 。將南方的弱冬性小麥品種引種到華北地區(qū)，因越冬前就通過了感溫階段，抗寒性降低，易發(fā)生凍害，不能安全過冬。 北方的春小麥品種的感溫階段短，且要求范圍較寬，適應性強。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，由于日照增長而延遲開花，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發(fā)育加快，植株變小，成熟提早，產量降低，引種價值不大。 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)風土馴化學說及馴化方法 1、基本原理: 生物體與其賴以生存的環(huán)境之間存在著對 立統(tǒng)一的關系，其核心

14、內容是改造植物的遺傳保守特性， 使其適應新的環(huán)境。 2、具體做法: 選用植物遺傳不穩(wěn)定、最易動搖的材料作為風土馴化材料， 采用逐步遷移辦法,使其達到馴化的效果。 (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”；“順應與改造相結合”理論； “直播育苗、循序漸進、順應自然、改造本性”的方法； ‘‘地理生態(tài)生物學特性綜合分析法”；“生境因子分析法”等

15、。,第二節(jié) 選擇育種,選擇育種（breeding by selection）:是指對現(xiàn)有品種群體中出現(xiàn)的自然變異進行性狀鑒定、選擇并通過品系比較試驗、區(qū)域試驗和生產試驗培育農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）。選育的要點是：根據(jù)既定的育種目標，從現(xiàn)有品種群體中選擇優(yōu)良個體，實現(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)象和純系學說,一、選擇育種的基本原理,作物品種在一定的時間內具有相對的穩(wěn)定性。但隨著外界環(huán)境條件的不斷變化而產生的突變(包括堿基替換、顛換或內源轉座子跳躍而導致的堿基重排)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)定性是相對的。,純系學說的主要內容： 1、在自花授粉作物原始品種群體中(各純系的混合群體)，通過單株選擇繁殖，可以分離出若干個不同的純系，并且

17、這樣的選擇是有效的。2、從同一純系內繼續(xù)選擇是無效的，因為同一純系的不同個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,純系學說,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

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，是通過個體選擇，株行試驗和品系比較試驗到新品種育成一系列過程,（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,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)質種子,原始品種群體,大面積推廣,,,,混合選擇育種程序,1、集團混合選擇育種程

19、序,經(jīng)比較表現(xiàn)優(yōu)良的集團種子,原始品種群體,原品種,集團2,繁殖種子,集團1,集團3,大面積推廣,所繁殖的優(yōu)質種子,各集團與原品種的比較試驗,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,個體選擇、分別脫粒,當選個體的種子,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,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、目標性狀的鑒定評價,1.直接鑒定和間接鑒定,直接鑒定就是對被鑒定的性狀直接進行鑒定。,但對一些生理生化特性往往不易進行直接鑒定或鑒定方法較麻煩，可根據(jù)與目標性狀有高度相關的性狀表現(xiàn)來鑒定該目標性狀。如抗旱、耐寒,田間鑒定就是將試驗材料種于大田，進行各種性狀的直接鑒定。如利用自然田間條件對作物的抗蟲性進行鑒定，又如作物種子純度的大田鑒定。但品質性

21、狀及一些生理生化指標則需要在實驗室內進行。如利用改良聚丙烯酰胺凝膠電泳法測定大豆種子貯藏蛋白的含量、DNA指紋鑒定玉米雜交種純度、電導率法鑒定黃瓜品種的耐熱性等都需要在實驗室進行。田間鑒定和實驗室鑒定各有優(yōu)缺點，有些性狀需要田間鑒定與實驗室鑒定結合進行。,2.田間鑒定和實驗室鑒定,3.自然鑒定和誘發(fā)鑒定,對生物脅迫和非生物脅迫的抗（耐）性，如在試驗田里經(jīng)常反復出現(xiàn)，則可就地直接鑒定試驗材料的抗（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、病蟲害等條件，進行抗旱性、抗淹性、抗寒性、抗病性、抗蟲性等誘發(fā)鑒定。在誘發(fā)鑒定時，要注意創(chuàng)造合適的誘發(fā)條件。若條件過嚴，則所有材料都嚴重受害；若條件過寬，所有材料受害程度偏低。在這兩種情況下，抗耐性鑒定結果都出現(xiàn)偏差。所以，誘發(fā)條件的危害程度要適度。,一般來說，試驗材料在當?shù)貤l件下進行鑒定，但有時還得借助于異地條件。如病蟲害在當?shù)啬攴蓍g或田塊間有較大差異，而且在當?shù)赜植灰谆虿槐闳斯ふT發(fā)，則可以將試驗材料送到病蟲害