作物育种学总论

1、 作作 物物 育育 种种 学学 总总 论论第一章第一章 绪绪 论论第第二二章章 育育 种种 目目 标标第三章第三章 作物繁殖方式及品种类型作物繁殖方式及品种类型第第四四章章 种种 质质 资资 源源第第五五章章 引种和选择育种引种和选择育种第第六六章章 杂杂 交交 育育 种种第七章第七章 杂杂 种种 优优 势势 利利 用用第八章第八章 诱诱 变变 育育 种种第九章第九章 远缘杂交和倍性育种远缘杂交和倍性育种第十章第十章 抗抗 病病 虫虫 育育 种种 第十一章第十一章 抗抗 逆逆 性性 育育 种种 第十二章第十二章 群体改良和轮回选择群体改良和轮回选择 第十三章第十三章 作物育种的试验技术作物育种

2、的试验技术 第十四章第十四章 生物技术在植物育种中的应用生物技术在植物育种中的应用 第十五章第十五章 品种审定和推广品种审定和推广 作作 物物 育育 种种 学学 总总 论论张张 天天 真真 主主 编编中中 国国 农农 业业 出出 版版 社社 2 0 0 3 年年 3 月月 第第 一一 版版潘潘 家家 驹驹 主主 编编农农 业业 出出 版版 社社1 9 9 4 1 9 9 4 年年 5 5 月月 第第 一一 版版西西 北北 农农 学学 院院 主编主编农农 业业 出出 版版 社社1 9 8 1 年年 1 月月 第第 一一 版版绪绪 论论 发展作物生产，提高作物生产水平，基本上发展作物生产，提高作物

3、生产水平，基本上是通过作物的遗传改良和作物生长条件的改善两是通过作物的遗传改良和作物生长条件的改善两个相互结合的途径来实现的。个相互结合的途径来实现的。P = G + E 任何一个性状的表现都是由遗传因素和环境任何一个性状的表现都是由遗传因素和环境因素两个方面决定的。因素两个方面决定的。 作物育种学研究的重点是对作物进行遗传改作物育种学研究的重点是对作物进行遗传改良良，使得有利性状得到重组，达到高产、优质、，使得有利性状得到重组，达到高产、优质、适应性强的目的。适应性强的目的。 作物栽培学研究的重点是改善作物生长发育作物栽培学研究的重点是改善作物生长发育的环境条件的环境条件，达到高产、优质的目

4、的。，达到高产、优质的目的。 第一节第一节 作物进化与遗传改良作物进化与遗传改良一、自然进化与人工进化一、自然进化与人工进化 各种生物都是从原始生物演变而产生的。这各种生物都是从原始生物演变而产生的。这 种演变发展的过程称为进化过程。种演变发展的过程称为进化过程。 决定进化的三大基本要素：决定进化的三大基本要素：遗传、变异和选择遗传、变异和选择。 遗传和变异是进化的内在因素，选择决定着遗传和变异是进化的内在因素，选择决定着 进化的方向。进化的方向。 自然进化是自然变异和自然选择的进化，进自然进化是自然变异和自然选择的进化，进化速度相对缓慢。化速度相对缓慢。 人工进化人工进化是人类为发展生产的需

5、要，人工创造是人类为发展生产的需要，人工创造变异并进行人工选择的进化变异并进行人工选择的进化( (也包括有意识的利用也包括有意识的利用自然变异及自然选择的作用自然变异及自然选择的作用) )。进化的方向主要取进化的方向主要取决于人工选择的方向。决于人工选择的方向。 作物育种实际上就是作物的人工进化作物育种实际上就是作物的人工进化，是适，是适当利用自然进化的人工进化，当利用自然进化的人工进化，其进化速度远比自其进化速度远比自然进化速度快。然进化速度快。二、遗传改良在作物生产发展中的作用二、遗传改良在作物生产发展中的作用 遗传改良是指作物品种改良。遗传改良是指作物品种改良。野野 生生 植植 物物 栽

6、栽 培培 植植 物物 随着生产的发展，人类发掘可供食用、饲用、随着生产的发展，人类发掘可供食用、饲用、药用及工业原料用的各种植物种类的工作一直在药用及工业原料用的各种植物种类的工作一直在不断地进行着，从而使不断地进行着，从而使作物的种类不断得到丰富。作物的种类不断得到丰富。 栽培作物的来源：栽培作物的来源： 驯化，由野生植物驯化为栽培作物驯化，由野生植物驯化为栽培作物 创造，人工合成新物种创造，人工合成新物种 引种，从外国或其它生态区引进新品种引种，从外国或其它生态区引进新品种 遗传改良的作用：遗传改良的作用： 1 1 提高作物品种的适应性，扩大其种植区域提高作物品种的适应性，扩大其种植区域

7、2 2 改良其农艺性状，更利于栽培管理改良其农艺性状，更利于栽培管理 3 3 提高单位面积产量水平，以提高总产提高单位面积产量水平，以提高总产 4 4 改进产品品质，适应人类生活不断提高的需要改进产品品质，适应人类生活不断提高的需要 5 5 增强对病虫害和环境胁迫的抗耐性，达到稳产增强对病虫害和环境胁迫的抗耐性，达到稳产第二节第二节 作物育种学的意义和发展作物育种学的意义和发展一、作物育种学的性质和任务一、作物育种学的性质和任务 1. 1. 性质：性质： 作物育种学是研究作物育种学是研究选育选育和和繁殖繁殖作物优良品作物优良品 种的种的理论和方法理论和方法的科学。的科学。2.2.基本内容：基本

8、内容： （1 1）在研究和掌握作物性状在研究和掌握作物性状遗传变异规律遗传变异规律的基础上，的基础上，发发掘、研究和利用掘、研究和利用各有关作物各有关作物种质资源种质资源； （2 2） 根据各地区的育种目标和原有品种基础，采用适根据各地区的育种目标和原有品种基础，采用适当的育种途径和方法，当的育种途径和方法，选育选育适于本地区生产发展需要的高适于本地区生产发展需要的高产、稳产、优质、抗产、稳产、优质、抗( (耐耐) )病虫害和环境胁迫、生育期适当、病虫害和环境胁迫、生育期适当、适应性较广的优良适应性较广的优良品种、杂交种或新作物品种、杂交种或新作物； （3 3）在繁育、推广过程中，在繁育、推广

9、过程中，保持和提高其种性保持和提高其种性，提供数，提供数量多、质量好、成本低的生产用种，促进高产、优质、高量多、质量好、成本低的生产用种，促进高产、优质、高效农业的发展。效农业的发展。 3.3.与其它学科的关系：与其它学科的关系： 作物育种学是作物人工进化的科学，是以作物育种学是作物人工进化的科学，是以遗传学、进化论遗传学、进化论为主要基础的综合性应用科学。为主要基础的综合性应用科学。 涉及涉及 植物学、植物生态学、植物生理学、生物化植物学、植物生态学、植物生理学、生物化学、植物病理学、农业昆虫学、农业气象学、生学、植物病理学、农业昆虫学、农业气象学、生物统计和试验设计、生物技术、农产品加工学

10、等。物统计和试验设计、生物技术、农产品加工学等。 作物育种学作物育种学和和作物栽培学作物栽培学有着有着不可分割不可分割的关系，是植物生产科学的两个主要学科。的关系，是植物生产科学的两个主要学科。 作物育种家必须精通作物栽培学作物育种家必须精通作物栽培学，才，才有可能成为优秀的、出色的育种家。而且，有可能成为优秀的、出色的育种家。而且，掌握的知识越全面、越丰富，工作中才会得掌握的知识越全面、越丰富，工作中才会得心应手，成功的概率也越大。心应手，成功的概率也越大。二、作物育种学的主要内容二、作物育种学的主要内容 1.1.育种目标的制定和实现育种目标的相应策略；育种目标的制定和实现育种目标的相应策略

11、； 2.2.种质资源的搜集、保存、研究、利用和创新；种质资源的搜集、保存、研究、利用和创新； 3.3.目标性状选择的理论和方法；目标性状选择的理论和方法； 4.4.人工创造变异的途径、方法和技术；人工创造变异的途径、方法和技术； 5.5.杂种优势利用的途径和方法杂种优势利用的途径和方法 6.6.目标性状的遗传、鉴定及选育方法；目标性状的遗传、鉴定及选育方法； 7.7.作物育种各阶段的田间试验技术；作物育种各阶段的田间试验技术； 8.8.新品种的审定推广和良种繁育等。新品种的审定推广和良种繁育等。三、作三、作 物物 育育 种种 学学 的的 发发 展展 随着育种学、进化论和相关理论的发展和随着育种

12、学、进化论和相关理论的发展和育种效率的提高，作物育种育种效率的提高，作物育种从从2020世纪世纪20-3020-30年代年代开始摆脱主要凭经验和技巧的初级状态。以开始摆脱主要凭经验和技巧的初级状态。以逐逐渐发展成为具有系统理论和科学方法的一门应渐发展成为具有系统理论和科学方法的一门应用科学用科学。 世界出版的有关育种知识的专著有：世界出版的有关育种知识的专著有： 第一部第一部1927年，美国年，美国 Hayes和和Carber出版的出版的作物育种作物育种； 1935年，前苏联年，前苏联Vavilov出版的出版的植物育种的科学基础植物育种的科学基础； 1936年，中国王绶出版的年，中国王绶出版的

13、中国植物育种学中国植物育种学； 1942年，美国年，美国Hayes和和Immer出版的出版的植物育种方法植物育种方法； 1948年，中国沈学年出版的年，中国沈学年出版的作物育种学泛论作物育种学泛论； 1960年，美国年，美国Allard出版的出版的植物育种原理植物育种原理； 1976年，中国蔡旭出版的年，中国蔡旭出版的植物育种育种学植物育种育种学； 1981年，西北农学院主编的年，西北农学院主编的作物育种学作物育种学等等 这些著作的出版对促进我国作物育种和教学事业的发这些著作的出版对促进我国作物育种和教学事业的发展发挥了重要作用。展发挥了重要作用。 6060年代以来，随着科学技术的迅速发展，由

14、水稻、小年代以来，随着科学技术的迅速发展，由水稻、小麦的矮化育种和抗病虫育种所引起的麦的矮化育种和抗病虫育种所引起的“绿色革命绿色革命”，极大，极大地推地推动和促进了世界农业和植物育种学的发展。动和促进了世界农业和植物育种学的发展。 现代作物育种的特点和发展动向现代作物育种的特点和发展动向主要表现在：主要表现在： 1. 1. 育种目标不断提高。育种目标不断提高。 现代农业对新品种不仅要求进一步提高增产潜现代农业对新品种不仅要求进一步提高增产潜力，增强对多种病虫害及环境胁迫的抗耐性，广力，增强对多种病虫害及环境胁迫的抗耐性，广泛的适应性；而且还要求具有优良的产品品质和泛的适应性；而且还要求具有优

15、良的产品品质和适应机械化操作等特性；适应机械化操作等特性； 2. 2. 种质资源工作不断加强。种质资源工作不断加强。 世界各国越来越重视和加强种质资源的搜集、世界各国越来越重视和加强种质资源的搜集、保存、研究评价、创新和利用；保存、研究评价、创新和利用； 3. 3. 鉴定分析方法微量、精确、快速。鉴定分析方法微量、精确、快速。 在目标性状的鉴定、分析、选择中，广泛采在目标性状的鉴定、分析、选择中，广泛采用现代技术和仪器，进行快速、精确、微量和非用现代技术和仪器，进行快速、精确、微量和非破坏性的鉴定分析，以提高育种效率。破坏性的鉴定分析，以提高育种效率。 4. 4. 开拓育种新途径和新技术。开拓

16、育种新途径和新技术。 除应用传统的育种技术外，还大力开拓人除应用传统的育种技术外，还大力开拓人工诱变育种、倍性育种、远缘杂交育种、细胞工工诱变育种、倍性育种、远缘杂交育种、细胞工程、染色体工程、基因工程等生物技术。程、染色体工程、基因工程等生物技术。第三节第三节 作物品种及其在作物生产中的作用作物品种及其在作物生产中的作用一、作一、作 物物 品品 种种 的的 概概 念念作物品种是作物品种是 （1 1） 人类在一定的生态条件和经济条件下，根据人人类在一定的生态条件和经济条件下，根据人类需要所选育的某种作物的某种群体；类需要所选育的某种作物的某种群体； （2 2）这种群体具有相对稳定的遗传特性，在

17、生物学、）这种群体具有相对稳定的遗传特性，在生物学、形态学及经济性状上的相对一致性，能与同一作物的其它形态学及经济性状上的相对一致性，能与同一作物的其它群体相区别；群体相区别； （3 3）这种群体在相应地区和耕作条件下种植，在产量、）这种群体在相应地区和耕作条件下种植，在产量、抗性、品质等方面都能符合生产发展的需要。抗性、品质等方面都能符合生产发展的需要。 由以上可以看出由以上可以看出 作物品种是重要的农业作物品种是重要的农业生产资料生产资料。 优良品种的优良品种的时间性时间性和和区域性区域性。 优良品种包括优良品种包括品种品质品种品质和和播种品质播种品质两层含义。两层含义。二、作物优良品种在

18、发展作物生产中的作用二、作物优良品种在发展作物生产中的作用 1. 1. 提高单位面积产量。提高单位面积产量。 在同样的区域和耕作栽培条件下，一般可增在同样的区域和耕作栽培条件下，一般可增产产20-30%20-30%，甚至达到，甚至达到40-50%40-50%。 2. 2. 改善产品品质。改善产品品质。 禾谷类作物提高蛋白质含量，使氨基酸平衡；禾谷类作物提高蛋白质含量，使氨基酸平衡； 油料作物提高脂肪含量，使脂肪酸平衡；油料作物提高脂肪含量，使脂肪酸平衡； 纤维作物提高纤维长度、强力等内在品质。纤维作物提高纤维长度、强力等内在品质。 3. 3. 保持稳产性和品质。保持稳产性和品质。 抗耐病虫害和

19、环境胁迫，减少和避免损失。抗耐病虫害和环境胁迫，减少和避免损失。 4. 4. 扩大种植面积。扩大种植面积。 优良品种适应性广，适宜种植区域广泛。优良品种适应性广，适宜种植区域广泛。 5. 5. 利于耕作制度的改革、适应机械化操作、利于耕作制度的改革、适应机械化操作、提高复种指数和提高劳动生产率。提高复种指数和提高劳动生产率。 选用生长习性、生育特性、株型等适宜的品选用生长习性、生育特性、株型等适宜的品种可满足这些要求。种可满足这些要求。第四节第四节 国内外作物育种的成就与展望国内外作物育种的成就与展望一、一、国内外国内外近代作物育种工作成就近代作物育种工作成就 1.1.种质资源工作不断得到加强

20、。种质资源工作不断得到加强。 7070年代以来，国内外普遍加强了种质资源年代以来，国内外普遍加强了种质资源工作，分别建立了现代化的种质资源库，实施了工作，分别建立了现代化的种质资源库，实施了微机管理，开展种质资源多种性状的观察、鉴定微机管理，开展种质资源多种性状的观察、鉴定和遗传研究，有力的促进了育种工作。和遗传研究，有力的促进了育种工作。 2.2.育种途径、方法和技术不断完善和提高。育种途径、方法和技术不断完善和提高。n 雄性不育系的发掘和利用雄性不育系的发掘和利用，使杂种优势利用，使杂种优势利用取得突破进展。如水稻、玉米、高粱、烟草、甘取得突破进展。如水稻、玉米、高粱、烟草、甘蓝型油菜、小

21、麦和棉花等杂交种的利用。杂交稻蓝型油菜、小麦和棉花等杂交种的利用。杂交稻和甘蓝型油菜杂交种的选育与推广，我国处于国和甘蓝型油菜杂交种的选育与推广，我国处于国际领先地位。际领先地位。n 远缘杂交创造新物种和新类型远缘杂交创造新物种和新类型。人工创造六。人工创造六倍体和八倍体小黑麦、小偃麦。单倍体育种技术，倍体和八倍体小黑麦、小偃麦。单倍体育种技术，生物技术的应用和诱变育种取得出色成绩。生物技术的应用和诱变育种取得出色成绩。n 微量、快速、精确、非破坏性的性状鉴定微量、快速、精确、非破坏性的性状鉴定技技术，有力地促进和提高了种质资源的筛选和育种术，有力地促进和提高了种质资源的筛选和育种效率。效率。

22、 3.3.目标性状的选育进一步得到协调改良。目标性状的选育进一步得到协调改良。 株型育种、矮秆育种和高光效育种工作的开展，株型育种、矮秆育种和高光效育种工作的开展，使作物的农艺性状得到同步改进，生物产量和经济系使作物的农艺性状得到同步改进，生物产量和经济系数进一步得到协调，抗病性和产品品质不断提高。数进一步得到协调，抗病性和产品品质不断提高。 现代品种的特点是在综合性状鉴定和选择的基础现代品种的特点是在综合性状鉴定和选择的基础上，突出目标性状，是主要目标性状都得到协调改良。上，突出目标性状，是主要目标性状都得到协调改良。二、对二、对 作作 物物 育育 种种 工工 作作 的的 展展 望望 1 1

23、进一步加强种质资源工作；进一步加强种质资源工作； 2 2深入开展育种理论和方法的研究深入开展育种理论和方法的研究 3 3加强多学科的综合研究；加强多学科的综合研究； 加强育种单位间的横向协作。加强育种单位间的横向协作。第一章第一章 育育 种种 目目 标标 确定育种目标是育种工作的前提。育种目标因确定育种目标是育种工作的前提。育种目标因地、因时、因作物而异。地、因时、因作物而异。 育种目标：育种目标：就是对育成品种的具体要求，也就是就是对育成品种的具体要求，也就是在一定地区的自然、耕作栽培及经济条件下所要育成在一定地区的自然、耕作栽培及经济条件下所要育成新品种应具备的一系列有利性状的指标。新品种

24、应具备的一系列有利性状的指标。 第一节第一节 现代农业对作物品种性状的要求现代农业对作物品种性状的要求一、高一、高 产产 优良品种首先应具有较高的增产潜力。各种作物尽管收优良品种首先应具有较高的增产潜力。各种作物尽管收获产物不同，但都要求具有较高的单位面积产量。如籽粒产获产物不同，但都要求具有较高的单位面积产量。如籽粒产量、量、蛋白质产量、脂肪产量、皮棉产量、块根块茎产量等。蛋白质产量、脂肪产量、皮棉产量、块根块茎产量等。二、稳二、稳 产产 推广品种不仅应具有高产潜力，而且要求在大面积推广推广品种不仅应具有高产潜力，而且要求在大面积推广过程中能够保持连续均衡地增产。过程中能够保持连续均衡地增产

25、。 影响稳产性的主要因素有：病虫害、气象因素、土壤因影响稳产性的主要因素有：病虫害、气象因素、土壤因素等。素等。三、优三、优 质质 随着经济的发展和人民生活水平的提高，要求新品随着经济的发展和人民生活水平的提高，要求新品种具有种具有 优良的品质优良的品质 （如出米率高、出粉率高、蛋白质含（如出米率高、出粉率高、蛋白质含量高、脂肪含量高、含糖量高、纤维内在品质好、有害物量高、脂肪含量高、含糖量高、纤维内在品质好、有害物质含量低等），甚至要求具有一定的质含量低等），甚至要求具有一定的 品质产量（如蛋白品质产量（如蛋白质产量、脂肪产量等）。质产量、脂肪产量等）。四、适四、适 应应 性性 强强 培育作

26、物品种即要考虑适应本地当前的自然条件，又培育作物品种即要考虑适应本地当前的自然条件，又要考虑如何适应发展中的耕作栽培水平。要考虑如何适应发展中的耕作栽培水平。 早熟：早熟：可避免后期灾害、利于耕作改制、提高复种指数。可避免后期灾害、利于耕作改制、提高复种指数。 矮化：矮化：抗倒、耐肥水、利于密植和机械化收获。抗倒、耐肥水、利于密植和机械化收获。 抗落粒：抗落粒：可减少收获中的损失。可减少收获中的损失。第二节第二节 制定作物育种目标的原则制定作物育种目标的原则 育种目标体现育种工作在一定地区和时期的方育种目标体现育种工作在一定地区和时期的方向和要求。制定育种目标的一般原则是：向和要求。制定育种目

27、标的一般原则是：一、国民经济需要和生产发展前景一、国民经济需要和生产发展前景 在现有品种的基础上，选育新品种进行品种更新，在现有品种的基础上，选育新品种进行品种更新，必须充分估计到将来国民经济发展的需要和生产发展的要必须充分估计到将来国民经济发展的需要和生产发展的要求。也就是说要求育种工作者要有一定的预见性。求。也就是说要求育种工作者要有一定的预见性。二、当地现有品种有待改进的主要性状二、当地现有品种有待改进的主要性状 以当地现有推广品种为参考以当地现有推广品种为参考，从而选育，从而选育出能克服现有品种的缺点，保持和提高其优出能克服现有品种的缺点，保持和提高其优点的新品种。在考虑点的新品种。在

28、考虑主要目标性状主要目标性状 的同时，的同时，还要兼顾还要兼顾 次要目标性状次要目标性状。因为随着主要目标。因为随着主要目标的实现，原来的次要目标性状就可能上升为的实现，原来的次要目标性状就可能上升为主要目标性状。主要目标性状。三、育种目标的具体化和可行性三、育种目标的具体化和可行性 高产、稳产、优质等是育种目标的一般化概念。制定高产、稳产、优质等是育种目标的一般化概念。制定育种目标需要落实到具体性状上，并且要有明确的性状指育种目标需要落实到具体性状上，并且要有明确的性状指标。如禾谷类作物标。如禾谷类作物 单位面积籽粒产量单位面积籽粒产量 = = 单位面积株数单位面积株数 株穗数株穗数 穗粒数

29、穗粒数 千粒重千粒重 所以，高产要落实到具体的产量组成因素上，各产量所以，高产要落实到具体的产量组成因素上，各产量组成因素的指标要明确，各产量组成因素要协调。组成因素的指标要明确，各产量组成因素要协调。 制定育种目标即要有制定育种目标即要有前瞻性前瞻性，又要，又要切实可行切实可行。目标太高不易实现，太低就可能落后生产需要。目标太高不易实现，太低就可能落后生产需要。四、品四、品 种种 的的 合合 理理 搭搭 配配 在同一地区范围内，自然条件和生产条在同一地区范围内，自然条件和生产条件也不尽相同件也不尽相同，生产上对品种的要求也就有，生产上对品种的要求也就有类型上的差异。因此，在制定育种目标时就类

30、型上的差异。因此，在制定育种目标时就应考虑培育具有适当差异的几类品种，以满应考虑培育具有适当差异的几类品种，以满足生产上搭配种植的需要。足生产上搭配种植的需要。第三节第三节 作物育种的主要目标性状作物育种的主要目标性状 各种作物都有一系列性状，这些性状又各种作物都有一系列性状，这些性状又有其组成因素。其中有其组成因素。其中特别需要改良的性状特别需要改良的性状称称为育种的为育种的主要目标性状主要目标性状。 一、产一、产 量量 性性 状状 产量的提高直接取决于产量构成因素的协调增长。产量的提高直接取决于产量构成因素的协调增长。 禾谷类作物的籽粒产量禾谷类作物的籽粒产量 = = 单位面积株数单位面积

31、株数 株穗数株穗数 穗粒数穗粒数 粒重粒重 棉花的皮棉产量棉花的皮棉产量 = = 单位面积株数单位面积株数 单株结铃数单株结铃数 单铃重单铃重 衣分衣分 大豆和油菜籽粒产量大豆和油菜籽粒产量 = = 单位面积株数单位面积株数 株荚数株荚数 荚粒数荚粒数 粒重粒重 产量因素之间往往相互制约产量因素之间往往相互制约。应根据当地的自然条。应根据当地的自然条件、耕作栽培水平和作物的生长发育特性，件、耕作栽培水平和作物的生长发育特性，使产量构成因使产量构成因素得以协调增长素得以协调增长，从而达到高产的目的。，从而达到高产的目的。 合理株型是高产品种的生育基础和形态特征。合理株型是高产品种的生育基础和形态特征。v株型育种株型育种 改善品种株型态势育种。改善品种株型态势育种。v矮化育种矮化育种 株型育种的一个重要内容。株型育种的一个重要内容。v高光效育种高光效育种 提高光合效率的遗传改良。提高光合效率的遗传改良。 广义高光效育种：广义高光效育种：包括株型育种的基本内容。包括株型育种的基本内容。 狭义高光效育种：狭义高光效育种：仅指仅指提高单位叶面积净光合提高单位叶面积净光合 速率速率的生理遗传改良或生理育种。的生理遗传改良或生理