高级蔬菜育种学

1、高级蔬菜育种学导论作物育种学（定义）：是选育和繁育作物新品种的科学。简化为：育种学就是育种的科学。完全没有揭示育种学的实质和内涵。Smith（1966）:Plantbreedingwasastheartandscienceforimprovinggeneticpatternofplantsinrelationtotheireconomicuse.1）育种不仅是一门科学，而且是一种艺术。与精密科学（数学、物理、化学等）不同，它们只是科学而非艺术。与绘画、音乐不同，它们只是艺术。育种是科学与艺术的综合。园艺、农艺本身就包含艺术成分，因此，育种家不仅需要科学造诣，也需要有艺术修养。虽然育种学科学的成

2、分日益增多，但由于生物有机体过于复杂，未知领域太多，因此，育种成就不仅依赖于科学，而且也依赖于尚未上升到理论的经验，甚至机遇。如果树育种中的实生选种（chanceseedling机遇实生苗）；蔬菜育种中的群体不可能包括所有变异类型。2）育种学的任务是：改进植物的遗传模式（即基因型），而不是表型。3）强调育种学改变植物遗传模式的目的在于改变那些与经济用途有关的遗传模式，而不是任何遗传模式。重视育种的实践意义及其在生产上的作用。（翻译）育种学是一门改进植物中与经济用途有关的遗传模式的科学和艺术。育种学的重要性绿色革命目前的成绩几乎全是靠育种取得的，甚至把“今日农业高效良种”比作“十八世纪产业革命的

3、发动机”。第一代育种：古典育种，仅靠经验进行杂交与选择。第二代育种：基于基础遗传学，如孟德尔、摩尔根遗传学基础进行的育种。第三代育种：现代育种技术。育种家的素质：知识与实践：具有现代科学理论与技术的渊博的知识和熟练的技巧。了解掌握发展动态，生产实践中存在的问题，了解国内外育种科学的现状和信息。丰富的想象力和创造才干，吃苦精神。才能制定出切实可行、高瞻远瞩的育种目标和实施方案，通过艰苦的、创造性的劳动加以实现。第一章抗逆育种第一节抗寒和耐热一、低温伤害和抗寒（一）、低温伤害及其表现低温是限制蔬菜种类分布和生产的重要因素。蔬菜在不能忍受的低温下，常常引起不同程度的伤害：冷害：是作物在生长季节内，因

4、温度降到生育所能忍受的低限以下而受害，其本质是低温对植物体造成的生理损伤。日平均温度一般为0-10C或15C冷害对植物造成的伤害程度，除取决于低温外，还取决于低温维持时间的长短。受冷害后作物形态上常常无明显症状，不易发现。主要表现为削弱光合作用，减少养分吸收，影响养分运转。苗弱、生长迟缓、萎蔫、黄化、局部坏死、坐果率低、产量降低和品质下降等。冻害是（作用在越冬期间,因（长期持续）0C以下低温而使植物丧失生理活动，造成植株受害死亡，取决于0C以下低温的程度和维持时间的长短。冻害对植株造成伤害的直接表明是叶片甚至整株呈水渍状或果实上出现斑点，这些生理损伤的组织往往易受病菌的侵染或造成局部坏死。其原

5、因是低温引起细胞膜透性损伤，（二）低温伤害对细胞膜系的影响普遍认为低温逆境引起细胞膜系结构的破坏是导致植物低温伤害的根本原因，植物细胞膜在低温下由膜液晶状态转变成胶状态（相变），膜收缩，引起细胞膜透性的降低和酶系功能的改变，导致植物细胞代谢的变化和功能紊乱。低温造成的伤害与膜系中膜脂质分子排序的变化相关，而膜脂质分子的排序变化发生在能引起低温逆境的一段温度范围内（Blum,1988）。抗寒植物一般具有较高的膜脂不饱和度，即油酸、亚油酸和亚麻酸在总脂肪酸中比例较高，可在较低温度下保持流动性，维持正常的生理功能。这种膜脂不胞和既有遗传稳定的一面，也有随温度降低或诱导的一面（Blum,1988）。因

6、此，不能将膜系中不饱和脂肪酸含量高低作为衡量抗寒的唯一标准。低温首先降低了膜的流动性，从而影响ATP酶与底物结合的构型变化，使其活性降低或失活，从而使细胞对物质的主动吸收与运输功能降低，物质之被动运输和渗透增加，导致细胞膨压丧失，胞内溶质外渗。其细胞渗漏程度常被认为是膜伤害或变性的重要标志，因而可以作为植物抗寒能力的可靠指标，水渍状是低温伤害外部形态指标。*低温膜相变（膜脂不饱和度）、ATP酶活性降低或失活主动吸收与运输功能降低、被动运输和渗透增加（细胞渗漏程度开细胞膨压丧失，胞内溶质外渗。（三）蛋白质与植物抗寒低温引起植物细胞蛋白质的变化，主要表现在可溶性蛋白和酶类的变化，造成膜破坏是因为植

7、物在逆境中产生氧的自由基，使膜过氧化作用所致。黄瓜经零上低温处理之后，抗寒性强的品种比抗寒性差的品种过氧化物酶同工酶的谱带一般多出13条，因而抗寒性也必然受遗传机理所控制和决定，抗寒植物对不良低温条件有较强的抗性，是其在长期的进化过程中适应低温条件而形成的，至于短时间的低温处理（如锻炼）所引起的抗寒性变化，则很可能是在转录和翻译水平上的生物化学变化起决定作用。*产生氧的自由基氧自由基清除系统的酶类（四）冷调节基因与抗寒性低温和外源ABA处理均能引起植物内源ABA水平的提高（刘祖祺等，1993）,经2C处理的马铃薯，耐寒品种叶片内源ABA水平暂性大幅度提高，总可溶性蛋白含量增加，抗寒性逐渐增强，

8、而不抗寒品种则没有这些变化。此外，低温和外源ABA均能诱导野生型拟南芥属A.thaliana的抗寒力，对ABA缺陷型进行低温锻炼，未能诱其抗寒性，但加ABA后即可提高抗寒性（Gilnour等1991）。于是人们希望研究这种冷诱导基因（cold-rehulatedgeneCoR基因）的存在。低温锻炼使植物基因表达发生改变，并有新的蛋白质合成推测植物抗寒可能与抗旱有着共同的分子基础。还不能确定CoR基因是否直接参与植物抗寒性的提高，（但它们与抗寒性是有关的，抗寒性是由多种特异的数量性状抗寒基因调控的，而不是单基因。抗寒基因表达后，合成的新蛋白质，一些可能直接参与抗寒性的提高，如稳定膜结构及形成胞液

9、的过冷却，另外许多可能是酶，它们导致代谢途径的改变，进一步合成新的适应抗寒力提高的物质。二、高温伤害和耐热（一）高温伤害及其表现如热害（hotdanage）、日灼（sunscald）等，热害是过高的温度对蔬菜作物生产造成的损害。光合效率降低，而呼吸作用增强，还可使细胞内蛋白质凝聚变性，细胞膜透性丧失，植物的组织受到损伤。日灼是强烈的太阳辐射引起的植株果实伤害。有夏季日灼和冬季日灼两种类型。夏季日灼是高温干旱的天气条件下，由于水分供应不足，植株的蒸腾作用减弱，在灼热的阳光下，因向阳面剧烈增温而遭受伤害。冬季日灼是隆冬或早春白天的强烈日辐射而剧烈变温引起的伤害。遭受高温伤害的植株其叶片出现死斑，叶

10、色变褐、变黄；鲜果烧伤甚至整果实死亡；出现雄性不育、花序或子房脱落等异常现象。高温对植物的伤害是复杂的多方面的，归纳起来有间接伤害和直接伤害两个方面，高温下植物体内存在由氧自由基引发的膜脂过氧化作用（Levitt,1972）,短短时高温处理活性氧清除物质如过氧化物酶活性和抗坏血酸含量显著下降，延长处理时间，膜透性迅速增大，而丙二醛（MDA）含量在此之前已经增大。在高于植物正常生长温度812C的温度下，植物体内会合成一些新蛋白质，这些蛋白质称之为热激蛋白。第二节抗旱和耐盐一、水分亏缺伤害与抗旱（一）水分亏缺伤害及其表现水分亏缺（plantwaterdeficit）伤害是由于长期无降水或降水显著偏

11、少，以及无水灌溉或灌不足即干旱，使蔬菜生产所需水分得不到满足而对植株正常生长发育造成损伤的现象。一般表现为出苗不齐、萎蔫、生长滞缓、落果，严重的导致植株死。分土壤干旱和大气干旱两种。在高温、低温并有风的条件下形成的大气干旱称干热风，它使植株蒸腾作用加强，在根系吸水力不能适应时导致植株水分收支失调，影响或中断光合作用，破坏细胞的透性，影响植株体内营养物质的输送，严重时引起体内蛋白质分解及有毒中间代谢物质积累过高，使植株死亡。植物的水分状况是由吸收与蒸腾两方面决定的，水分不足时，植物细胞失去膨胀压，光合作用降低，代谢作用减弱；严重缺水时，代谢紊乱，植株死亡。暂时萎蔫，永久萎蔫。水分亏缺和盐渍在一定

12、意义上同属于渗透胁迫。某些植物通过自身细胞的渗透调节作用表现出抗外界胁迫的能力。参与渗透调节的物质有无机离子和有机溶质，与抗渗透胁迫有关的基因有（1）渗透调节物质运输蛋白基因，如编码高亲和钾的渗透诱导系统的三个协同诱导基因（kdpABC）及其下游的二个调节基因kdpDE；（2）渗透调节物质合成酶基因，如脯氨酸是参与渗透调节的有机溶质，它的合成涉及谷氨酸激酶、谷氨酰磷酸还原酶、吡咯啉一5羧酸还原酶,编码这三个酶的基因分别为proBproAproC；渗透胁迫诱导蛋白基因,无论在干旱或盐渍情况下,都能在诱导出一些逆境蛋白,如干旱诱导玉米中的Hsp70和大豆中的HsP27(汤章成1992)渗透调节的主

13、要作用是维持细胞膨压,由于渗透调节是植物抗旱的重要生理机制之一,因此提高作物渗透调节能力就成了抗旱育种的一种手段。把渗透调节应用于育种的可能性已在多种作物上发现渗透调节的遗传变异渗透调节由单基因或少数几个基因控制,这为应用常规育种或生物技术方法进行渗透调节改良提供了方便。渗透调节的简便测定技术逐步完善。基本可以肯定渗透调节对提高产量是有益的。二、盐害与耐盐一般而言,水溶性盐类含量达到土壤重量的0.6%时即为盐土。完全因自然因素形成的盐土称原生盐土。因人类的不合理浇灌,如大水漫灌、排水受阻、渠道渗漏,以及浇灌水深入土体中的积盐层或用盐分过多的水进行浇灌等由此形成的盐土称次生盐土。盐害的根本原因是

14、土壤溶液的渗透压高于植物组织液的渗透压,使植物难以从土壤中吸取必需的水分和养分,导致发生生理干旱、生长不良甚至死亡。Tal等，1983提出的盐害假说，其要点：新叶生长速率减慢是植物对盐渍响应最敏感的生理过程,生长减慢的程度与根际渗透压呈正比；盐渍条件下，无排盐结构的植物，由于蒸腾作用，地上部分盐分不断积累，造成叶片含盐量过高，老叶死亡。其死亡的时间主要取决于根际的盐浓度、根系拒盐能力以及影响蒸腾速率的环境条件；当叶片死亡率大于生长速率时，单株叶面积下降，贮存的碳水化合物越来越少，不能满足生长和代谢活动的需要导致植株死亡。提高植物耐盐性的基本原则是增加新叶生长速率，提高叶片耐盐阈值，降低地上部盐

15、分浓度，增加叶片光合效率。吸盐型植物主要是通过细胞层次的区隔化作用，使盐分积累在液泡中，细胞质中的有机物和K+、Mg2+、PO3-等维持渗透平衡，易引起离子毒害。淡土植物多是拒盐型植物，避免离4子胁迫，但又可能导致渗透胁迫。调节植物体内盐分的运输和分配是耐盐机理的基本组成部分，膜结构和功能的完整性是控制离子运输和分配的主导因素，膜系统是植物盐害的主要部位。第三节抗逆育种方法一、抗逆种质资源的搜集和抗逆性鉴定抗逆种质资源是进行抗逆育种的基础。有效的基因源、准确有效的鉴定，则直接影响抗逆育种的速度和成效。抗逆种质资源的搜集品种资源保藏机构和易形成抗逆基因库的地区进行。植物由于长期处于不同生态环境而

16、具有不同的抗逆性。可以从不同海拨地区的马铃薯中找到不耐冷种、耐用冷种和耐寒种。通常野生种的抗逆性比栽培种要强。抗逆性鉴定作物的抗逆性是指作物在逆境条件下所具有的适应性和抵抗能力，按作物抗逆能力大小进行筛选、评价的过程。1、抗逆鉴定方法。主要有田间鉴定、人工模拟逆境鉴定和实验鉴定三类。田间鉴定法是以自然逆境条件鉴定，根据作物生长发育时期又可分为芽期鉴定、苗期鉴定成株期鉴定等。该法受环境条件的影响很大，结果重演性差，所需时间长，工作量大，但方法简单，又有产量等结果，易为育种工作者接受。人工模拟逆境鉴定法是需要一定的设施条件，难以大批量进行，但各试验参数易控制，易于分析，试验结果比较可靠。实验室鉴定

17、法是在对各作物在逆境条件下反映出来的生理系列化指标与抗逆性关系有较深入的研究，并提出较为成熟的鉴定指标的情况下，能在较短时间内对大量供试材料进行测定，且结果易定量分析，也比较可靠，但需要一定的仪器和实验场地。2、抗逆性鉴定指标可分为形态指标、生理生化指标等。由于抗逆性的复杂性，选用多个相关指标组成的综合性抗逆鉴定指标来评价所鉴定的材料。形态指标主要是对与抗逆性有关的植株形态和产量等直观性状进行鉴定，经等级确定之后，作为抗逆性的鉴定指标。生理生化指标众多，如渗透调节能力、膜透性变化、膜组分差异、膜保护系统。二、传统的抗逆育种方法常常通过杂交重组定向改造一些原本就很优良只是在抗逆性等方面有缺陷的品

18、种，有时更多地采用杂种优势育种来选看抗逆性强、产量稳定、品质保持较好的品种。（一）选种与杂交育种番茄（1526C以外为逆境）单性结实性状为隐性遗传等，且通常情况下抗病性较差，生长势稍弱，以这些抗逆资源作为原始材料进行杂交育种。大白菜结球期15-20C以外为逆境，大白菜耐热性是由单隐性基因控制的。野生种质资源往往比栽培种有较强的抗逆性。（二）杂种优势育种三、应用生物技术培育抗逆品种传统育种方法的缺点：（1）可利用的能稳定遗传的抗逆基因库狭窄或缺乏，（2）许多微效多基因选择困难，（3）基因型差异难以确定，（4）测定的方法欠精确，（5）外源基因引入表达困难，使得抗逆育种进展和成效一直不大。突变即可自

19、发可可诱发，变体频率一般为10-5-10-8，诱变剂处理可增至10-3，但一般认为突变的方向不能控制。应用转基因技术培育抗逆品种，最突出的首要推抗除草剂品种的培育。第二章繁殖生物学蔬菜繁殖生物学是研究蔬菜有性过程的一门科学。它包含了胚胎学、生殖生理学、生物化学、遗传学、细胞生物学、发育生物学和分子生物学等内容。第一节花的形成和抽苔一、花芽分化（一）花芽分化的概念，花芽分化是指植物的茎端分生组织分化为花序原基或小花原基的现象。它是植物营养生长转向生殖生长的最初形态标志。（二）花芽分化的过程，茎尖顶端稍有伸长，基部加宽，呈圆锥形。分生组织发生相应的变化。茎尖顶端在细胞内部活动变化的基础上，花萼、花

20、冠、雄蕊群和雌蕊群逐渐开始发生。花芽各部分的分化顺序，通常由外向内地进行。花序的分化与花相似，自外向内地进行小花的分化。（三）影响花芽分化的外界因素1温度：李森科提出春化作用现象。低温春化处理。植物对春化处理产生反应的时期与年龄有关。种子感应型（seedvernalizationtype）,如有萝卜、白菜、芜菁、芜菜等。植株感应型（greenplantvernalizatilntvpe）如蓝类、葱蒜类，胡萝卜、芹菜等。植株感应型对温度感应的程度由苗龄和苗的大小而定，而苗株大小比苗龄长短更重要。感应部位在植株生长点幼细胞。2日照：（1）长日植物（2）短日植物（3）中间植物（4）中日性植物（5）长

21、短日性植物。日照感应部位是以完全展开来的成熟叶最敏感。光周期对植物成花的作用通过光敏素调节。3营养氮和磷素充足，花芽分化早，花芽数多。钾、磷对花和花序发育的作用依植物而异。4植物激素低浓度生长素对于低温感应植物的花芽分化有促进作用，赤霉素可抑制短植物的花芽分化。二、抽苔（一）抽苔的概念抽苔是指叶菜类、根菜类、鳞茎类等二年生蔬菜在花芽分化后，由花芽发育起来，从叶丛中伸出花茎的现象，它是进入生殖生长的形态标志。1气候因素2栽培条件3植物激素三、成花的内在因素（一）核酸和蛋白质开花过程是基因在环境条件作用下时空表达的结果，涉及到蛋白质和核酸的代谢等过程（二）淀粉（三）类激素第二节性别分化一、性别分化

22、的概念性别分化就是雄蕊或雌蕊的发生。性别分化决定雌雄器官的发育程序，影响繁殖器官的发生和发育。根据每一植物种类所含花的类型多少可将植物的开花系统分为两种：一种是单开化系统是指单一的两性花类型的植物开花系统，如番茄、辣椒、白菜、菜豆等。另一种是多态开花系统，主要指花的类型有两种或两种以上的植物开花系统。该系统有雌雄异株和雌雄同株植物两类。高等植物的性别分化一般是指雌雄异株和雌雄同株植物。雌雄异株植物性别分化比较简单。雌雄同株植物由于不同性别的花在同一植株上发生，性别分化程序的表达与调控的研究比较复杂。二、性别分化过程黄瓜雌、雄分化初期表现为两性花那样发育。无论雌花或雄花都完全一样。苦瓜幼蕾在5天

23、之内尚处于两性期，性别没有明显分化，从7天开始雌、雄花开始明显分化，瓜类植物的性别分化过程中一般要经过一个两性期，先形成雄蕊原基，接着再现雌蕊原基，之后就按照雌或雄的不同分化程序分化。三、外界因素的影响（一）温度在日平均温度比较接近的情况下，昼夜温差较大时，对雌花的形成可能是有利的。黄瓜昼温25C,日长8小时，夜温13-15C的条件下，为雌花形成的适宜温度。（二）日照黄瓜有许多品种能够在短日照条件下，促进其雌花发生。短日照处理不可短于8小时。南瓜、丝瓜、苦瓜等均是短日照作物。甜瓜在每天12小时的日照条件下，可加速雌花发生说明温度的影响较日照长短影响大。有试验认为，日照长度决定花芽的产生，而温度

24、则决定花芽分化的趋向，特别是夜间低温有利于雌花的分化。另外，日照强度也影响黄瓜雌花形成，（三）植物激素硝酸银、赤霉素可诱导黄瓜产生雄花，乙烯利可诱导产生雌花。赤霉素（25%-100ppm）对苦瓜有较明显的促雌作用，矮壮素有促雄效果。（四）其它氮肥多，会延迟雌花出现。在细幼苗期完全保留子叶的黄瓜雌性系植株，无雄花产生，把子叶全摘除时植株产生雄花。苦瓜进行摘叶处理，使植株雌花数增加和雌雄比值显著提高。嫁接能把砧木性型表现能力传给接穗。反过来，接穗对砧木也有影响。四、性分化内在因素（一）遗传基因1、雌雄同株具有G遗传基因，雄花两性花同株具有g遗传基因，2、形态变化速度受多基因控制3、主基因Acr具有

25、显著地促进形态变化的功能。再者，雌花数、雄花数、出现节位、雌雄比值品种间有差异。（二）内源激素黄瓜茎尖内源激素测定，内源赤霉素（三）核酸和蛋白质苦瓜在性别尚未确定的幼蕾中产生雄蕊的组织部位RNA和蛋白质。如果向雄花方向发育，雄蕊原基及以后的发育过程中RNA和蛋白质含量始终均显著高于雌蕊原其部位的RNA和蛋白质含量。如果向雌花方向发育，雄蕊原基组织的RNA，蛋白质含量急剧下降。伴随雌蕊的发育，雌蕊原基及其以后发育过程中RNA、蛋白质的含量不断上升，显著高于相应时期的雄蕊原基含量。五、性分化的杂种种子生产例如甜瓜杂交种子生产。第三节授粉受精一、授粉蔬菜授粉有自花授粉、异花授粉及其常异交授粉等方式。

26、（一）自花授粉成熟的花粉粒传授到同一朵花的雌蕊柱头上，或是同一植株异花之间进行授粉的过程，称为自花授粉。（二）异花授粉一朵花的花粉粒传到不同植株的花朵上进行授粉的过程称为异花授粉。人工辅助授粉。（三）常异交授粉以自花授粉为主，但有相当高的异花授粉率，一般自然异交率在5%-50%，称为常异交授粉。常异交授粉蔬菜一般是雌、雄同花；雌、雄蕊不等长或成熟不一致以及雌蕊外露等，易于接受外来的花粉而异交。风媒花花小而多；花粉粒多，且小而轻；柱头常呈羽状。虫媒花，花冠大而鲜艳，有蜜腺和特殊的芳香气味；雄蕊花粉粒较大，外壁粗糙且有花纹和粘性，花粉粒含有丰富的蛋白质、糖等，可供昆虫采食。受精是指雄配子与雌配子的

27、融合。花粉在柱头上萌发和长出花粉管；花粉管通过花柱；花粉管进入配囊和配子融合。双受精是被子植物共有的特征。（一）花粉粒萌发和花粉管生长，花期喷硼可提高种子的产量和质量。花粉中的酶也是花粉萌发的重要因素。花粉管是依赖其末端生长的，称为“帽区。花粉管开始突出前，高尔基体活跃，它产生很多大形的分泌小泡，带头多种酶及果胶质等造壁的建成，花粉管伸出后，在角质要不酶、果胶酶等的作用下，花粉管穿过柱头乳突的已被侵蚀的角质膜，经乳突的果胶质一纤维壁，向下进入柱头组织的细胞隙，向花柱生长。（二）花粉管进入柱头1开放型；花柱有中空的管道，花粉管沿着花柱道表面分泌的粘液通行。2闭合型；花粉管通过实心的花柱有不同途径

28、，常在引导组织细胞间隙的分泌物中生长，有由直径较小的细胞排列成的中央轴，通过中央轴的间隙或是从细胞壁与细胞质膜之间穿过。3半开放型或半封闭型；23层腺细胞组成退化引导组织。花粉管在花柱中向前生长，除消耗自身所带的贮藏物质外，并大量地从花柱道或引导组织的分泌物中吸取糖类及肌醇等，用于花粉管的生长和新壁的合成。蔬菜作物的柱头生活力，一般能维持一天到数天。（三）受精的选择性花粉粒间相识别，亲和的花粉粒能萌发，可完成受精作用，卵细胞总是选择遗传上适合的精细胞受精，克服自交不孕及远缘杂交的不利受精选择的方向，（五）双受精和多精入卵三、外界环境条件对授粉受精的影响（一）温度（二）湿度花期天气干旱，柱头干枯

29、（三）土壤营养第四节自交不亲和性一、概念及系统植株在花期，以同株或同一纯合自交系的花粉授粉，不能在柱头上发芽，或者发芽后花粉管不能穿透柱头，或者穿透柱头后花粉管在花柱上不能继续延伸，或者花粉管到达胚囊后精细胞和卵细胞不能结合，从而不能结子或结子率极低的现象称自交不亲和性。自交不亲和系统（SI）有异型自交不亲和（HIS）和同型自交不亲和（HOMSI）二类，后者又有抱子体型（SSI）和配子体型（GSI）自交不亲和两类。（一）配子体自交不亲和系统（gametophyticincompatibilitysystem）,大多具有二核型花粉（binucleaticgrains）。它们自交不亲和性体现在雌雄

30、配子间的相互抑制作用。配子体系统的柱头是湿润型。（二）抱子体自并不亲和系统大多为三核型花粉壁上成分与雌蕊柱头上柱头毛或乳突细胞，即二倍体细胞之间关系。花粉能发芽，但却不能进入柱头。抱子体系统柱头是干燥型。二、自交不亲和遗传和生理生化机制（一）自交不亲和的细胞学，配子体不亲和与抱子体不亲和区别在于S因子产生不亲和性物质或其前体的时期不同。抱子体不亲和性是在花粉母细胞减数分裂后期（II）由共同细胞质分离成四个小抱子之前,s基因发挥作用；配子体不亲和性则是在产生四分体的细胞分裂之后，S基因发挥作用。花粉形成中细胞质分裂类型在决定自交不亲和性的类型上是重要的。花粉母细胞有两种分裂类型，即同时型和连续型

31、两种。在同时型分裂种类中，当花粉母细胞中的核较早发生作用时，就会形成三核型花粉，并表现孢子体不亲和性；当核发生作用较晚时，就会成为双核型花粉，表现配子体不亲和性。在连续型分裂种类中，当核较早发生作用而成三核型花粉时，三核型花粉不表现孢子体不亲和性，而表现配子体不亲和性，当花粉母细胞形成双核型花粉时，表现配子体不亲和性。（二）自交不亲和的遗传学，大多数经济作物的自交不亲和性是受一位点的系列复等位基因所控制。1、配子体自交不亲和系统，当花粉所带的S基因与雌蕊所带基因相同时，就表现不亲和。假定雌蕊的基因型为S1S2，这时具有S1或S2基因型的花粉均不能与之受精。S1S1（早）XSS（）组合中只有s花

32、粉可以受精而其反交SS（早）XSS即表现为不亲和性1221211花粉不能与SS2的母体受精。2、抱子体自交不亲和系统当产生花粉的父本个体具有与母本相同的S等位基因时，则表现不亲和。不亲和性一般是受一个位点上的复等位基因控制，但也受二个位点上的基因控制，并具有两种遗传体系；主基因体系与多基因体系。主基因遗传体系的自交不亲和性是一个位点或两个位点上的复等位基因所控制。多基因遗传体系是指控制自交不亲和性的主基因能否起作用，它取决于由多基因构成的遗传前景这种遗传体系的自交不亲和系可以通过连续多代选择自交结实率非常低的后代而获得。自交不亲和性只有在花期存在，而蕾期能表现自交亲和。3、自交不亲和的生理生化

33、特点，自交不亲和性是由柱头乳突细胞和花粉或花粉管间的相互作用造成的。即角质层是自交不亲和植株自交后阻止花粉管长入障碍。花柱或柱头特异多肽的作用在于活化一组花粉管生长所必需的基因；花粉特异多肽的作用在于使柱头特异多肽失活，阻止花粉管生长。双方具有S基因时，在双方基因产物的相互作用下产生一些物质能抑制花粉的萌发和花粉管的伸长。抱子体SSI和配子体GSI系统的特殊糖蛋白SLSG的分子性质有明显差异。三、自交不亲和系的繁殖一般用蕾期授粉方法来繁殖自交不亲和系。可采用花期授粉方法克服自交不亲性，以提高结籽率。（一）控制环境条件高湿度可加快花粉萌发，有利于花粉管伸长，用提高空气内的CO2浓度达到3.63%

34、-5.9%的方法,能使甘蓝自交不亲和指数从对照0.2提高到10。（二）盐水处理，用5%NaCI水溶液在甘蓝花期每隔23天喷1次，克服甘蓝自并不亲和性，大大提高结实指数。（三）花粉和柱头处理，用蛋白质合成干扰剂放线菌素酮、放线菌素D处理花粉，或用1%-5%的丙酮清洗花粉，或用a射线或y射线处理花粉等，都有克服自交不亲和性的效果。第五节雄性不育雄性不育是植物中普遍存在的一种自然现象。一、雄性不育的种类从遗传学角度来看可分成遗传性不育和非遗传性不育两种。不育性的遗传特点。分成三种类型1、细胞核雄性不育2、细胞质雄性不育3、细胞核和细胞质互作雄性不育。二、雄性不育生殖生物学特性（一）不育的雄性器官形态

35、特征根据雄蕊形态特征和特性，不育性的表现型可分成以下几种；1、结构性雄性不育，两种表现型（1）花药缺失，雄蕊退化或畸形，（2）有花药，无花粉粒花药不完全发育2、小孢子发生性雄性不育。雄蕊外观正常，有极少花粉，其发育不正常，无生活力，称“花粉败育”3、功能性不育。雄蕊和花粉均正常。但花药坚韧，不能散粉或迟熟，迟裂药。或雌蕊异长，或雄蕊异长，无法自花授粉也称部位不育。4、产雌性，雌雄同株异花植物如瓜类，它只产生雌花，雄花退化，或早期脱落，也称雌性化。不育系的花一般比正常可育花小，花器形态比较复杂。（二）雄性不育的雄蕊及花粉败育的细胞学雄性器官的败育时期和方式可分为两种类型；I型为抱子体败育型。花药

36、发育过程中，无抱原细胞分化，不形成药室，也无花粉母细胞和小孢子产生；II型为配子体败育型，花药有0数个不等药室分化，也存在花粉母细胞和小抱子的发生，但花粉发育过程每个时期都有存在退化现象。败育现象有的发生在花粉母细胞进行减数分裂的前后。如染色体不能配对、多价染色体和一价染色体的形成等都与异常减数分裂有关。倍数性和易位（50%不育）大葱雄性不育的花粉败育发生在小孢子发育到单核中期开始败育。同一作物，不同雄性不育系其花粉败育时期有可能是不同的。在番茄不育系中，不同的MS基因会产生不同时期的败育行为。（三）雄性不育生理生化特性1、蛋白质和氨基酸，存在所有必需的氨基酸，游离氨基酸含量与花粉的可育性及花

37、粉生长都有有密切的关系。正常花粉的一个重要特征是富含脯氨酸，花器中脯氨酸缺乏也可能是引起不育的一个重要原因。不育系中蛋白质含量及种类同其相应保持系差异，可能是引起不育的原因之一。2、ATP和酶的特异性。ATP是生物体进行代谢活动的直接能源，其含量多少会影响体内一系列反应，不育系中缺乏ATP，引起代谢活动的能量失调进而导致花药不育。在酶的种类及酶谱组成方面也存在差异。3、植物激素，激素含量的异常导致了IAA和ZT（玉米素）亏损，从而导致小抱子败育和不育基因的表达。4、线粒体DNA和叶绿体DNA，萝卜雄性不育性对温度敏感，有黄化现象和叶绿素缺乏现象。从这些生理生化特性来看，萝卜的雄性不育性可能与叶

38、绿体功能体系有关。（四）雄性不育对生态环境的敏感性雄性不育对温度的反应有两种；（1）不育性不受温度影响（2）温度敏感型。发现洋葱雄性不育在夏秋间有明显差异，低温时可育率提高。此外，光照，光强和光质与育性转换也存在一定影响。光敏核不育水稻的基本特性是长日照诱导不育，短日诱导可育。（五）雄性不育的植株表现不育株与正常可育株相比，除雄蕊不同外，其它花器特性、对有的蔬菜没有差别。对有蔬菜却有很大差别。在辣椒CA452T群体中，不育株营养过旺，叶子又绿又大，植株矮化。R1萝卜不育具有R1胞质的甘蓝雄性不育系R1cc存在以下几方面的障碍；（1）难以找到育性恢复源。（2）在10-12C以下温条件下，该不育系

39、表现严重的苗期心叶黄化现象。（3）花蕾严重败育。（4）密腺退化。（5）雌蕊育性不正常（6）花期迟，使与可育株花期不遇。第六节种子的形成一、种子的种类和结构植物学的种子由受精的胚株发育而成，农业上所说的种子，不仅是植物学上的种子而且还包括植物学的上的果实。果实是由子房发育而成。卵细胞受精后表现有明显的极性，然后进行不均等分裂，这些过程对胚细胞的分化和发育起着重要作用。讨论题：1、如何解释育种学中的机遇问题。2、果树等营养器官繁殖的作物与蔬菜等种子繁殖的作物育种的区别。3、育种学为何强调实践的重要性。4、转基因等现代育种的亲本选择。5、标记性状、雄性不育等性状的利用问题。第三章空间育种研究进展一、

40、空间环境的主要特征微重力和没有昼夜变化的生物节奏。此外，还有舱外重离子辐射，超真空与超净环境。对植物的研究证明空间条件尤其是高能离了具有强烈的致变作用，导致细胞死亡，突变、恶性转化，而且在微重力条件下辐射的诱变作用将会加强，利用高空气球或返回式卫星搭载植物材料，由于受到各种空间诱变因素的作用，植物材料后代会出现各种变异。航天育种是近几年发展起来的一项植物高科技育种新技术。1、空间微重力未及地球重力十分之一的微重力是影响飞行生物生长发育的重要因素。2、空间辐射空间辐射环境的几种主要成分，如质子、高能重离子，与物质作用时由于它们经迹结构的特点，对生物细胞内靶分子DNA的化学损伤也有其特色。空间辐射

41、主要导致生物系统遗传物质的损伤，诸如突变、肿瘤形成，染色体畸变，细胞失活，发育异常等。重离子辐身生物学研究的结果表明，此类的离子能更有效的导致细胞内遗传物质DNA分子的双链断裂，其中非直接性断裂所占的比率较高，从而对细胞有更强的杀伤及致突变和致癌变能力。3、空间辐射和微重力环境的复合效应。空间飞行环境中的诸因素常会同时对生物样本产生影响。大麦和小麦空间飞行后，染色体结构发生了变化，表现在花粉母细胞减数分裂中，经空间处理的种子当代出现更多的染色体桥和落后的染色体，并且染色体的数目也出现了异常。对空间辐射及微重力环境两者间有协同作用。但由于系统的复杂及实验条件的难以控制，不同的材料，不同的实验系统

42、往往得出不完全一致的结果。二、空间诱变的生物学效应1、诱变对形态学性状的影响经空间处理的植物种子回收后，地面种植的后代在形态学上发生了料为显著的变异，水稻在sp2代中，分蘖数、穗长、穗粒数，粒型，千料重等农艺性状发生了变异。番茄SP幼苗生长旺盛，主根增长，花期提前，株高增多，抗病性增加等，大麦和小麦茎加粗并有矮化现象，且分蘖增多。2、诱变对植物生长发育的影响对原生质体再生植株过程的研究发现，在微重力状态下，原生质体的细胞壁合成延缓，细胞聚集体中的细胞数量少，纤维素合成速率较低而果胶酶合成速率较高，单糖合成多糖的过程中也有些轻微变化，重力因素影响细胞壁的合成，并进而影响植株发育。3、空间诱变对细

43、胞亚显微结构的影响对于植物根部平衡石的影响。植物向重性的感受部位是根冠和茎顶端，重力刺激被传到生长部位，植物就产生了向重性的生长。平衡石即在根冠中柱细胞中的造粉体。造粉体具有较大的比重，有感受重力的能力。空间诱变对细胞结构的改变，呈现出的细胞壁和细胞器的变化是逆境条件下植物发生的变化。微重力条件对植物起到了胁迫作用。细胞呈现出不适应性，甚至出现了细胞迅速衰老的变化。叶绿体片层结构扭曲，断裂，边缘模糊，线粒体边缘模糊，内含物溢出以及嵴不明显。细胞壁收缩，呈现多角形式，折皱形，说明细胞壁及细胞器在重力条件下形成了一定模式，一旦失去了重力，细胞壁及细胞内含物的排列顺序也受到了干扰，呈现出无序的状态。

44、4、空间诱变植物生理生化特性的影响光合特性的变化，幼芽的干重降低了25%,而02释放量水平不受显著影响。微重力条件下植株叶的光补偿点提高了约33%，可能是由于叶的暗呼吸速率提高造成的。对细胞中钙水平及分布的影响。钙离子作为第二信使参与了微重力作用下引起的植物细胞的信号转导，钙离子的分布与重力作用有显著的相关性，重力作用对钙离子吸收，分布和运转均有重要影响，种子活力的变化空间飞行可提高番茄种子活力和促进初期生长，这与其提高种子及幼苗体内活性氧防御酶系统的活性，增强种子抗菌素氧化能力和延缓种子衰老有关。空间诱变对于蛋白质的影响，不同作物对空间处理的生物学反应不同，微重力不足以改变蛋白质肽链的构象及

45、与蛋白质分子联系较强的溶剂分子的结合状况，但微重力可能改善与蛋白质分子联系较弱的有序水分子结构。微重力改进蛋白质晶体质量的机理。三、开展空间诱变育种的研究空间诱变育种在农作物育种中的应用水稻诱变获得了早籼新品系V5025及晚籼新品系V5121,二者具有早熟，大穗，结实高，大粒，优质，丰产和抗菌素病的特点。绿豆种子长荚型突变系，荚长16cm长荚种子粒数为1519粒。空间诱变育种在蔬菜类作物种的应用，获得优良的番茄新品系TF873，果型大，VC含量高，早熟，抗菌素病虫害及风味俱佳等优良特性的太空椒87-2。对经过空间处理过的作物进行形态学，细胞学，生理学及分子生物学方面的研究，有助于深入了解空间各

46、种复杂因素对植物作用的重量生化和分子机理以及各诱变因素间的相互作用。空间诱变育种和其他的育种方法相比，具有其独特性（综合性）。第四章分子标记在植物遗传育种中的应用原理及现状对目标性状（如丰产、优质、抗逆等）的选择是新品种选育过程的中心环节，传统的育种方法主要是根据植物在田间的表现进行评价和选择。表型性状不仅取决于遗传组成，也受控于环境条件，有时环境条件的影响可遮盖植株在基因型上的差异，特别是对受多基因控制的数量性状的选择，更难做到准确。传统的育种方法仍存在周期长，预见性差，工作量大，工作效率低等问题，随着遗传标记来进行辅助选择，可提高选择效果。新技术与传统方法相结合，有可能解决目前育种中一些重

47、要环节上的主要难题，从而大大加速育种工作进程。1、应用分子标记构建基因组图谱基因组图谱是遗传研究的重要内容，又是种质资源，育种及基因克隆等许多应用研究的理论依据和基础。基因组图谱包括以染色体重组交换为基础的遗传图谱和以DNA的核苷酸序列为基础的物理图谱。物理图谱是反映基因组DNA中基因或标记间的实际距离的图谱。可在不同规模和水平上进行绘制，如低分辨水平的显微镜下染色体染色谱带；较高分辨水平的限制性酶切图谱；最高分辨水平的某一作物的基因组全序列。遗传学家利用形态标记，生化标记和传统的细胞遗传学方法，为构建各种主要作物的遗传图谱进行了大量工作，并取得了一定的进展，但是由于形态标记和生化标记数目少，

48、除极少数作物（如玉米、番茄）外，在分子标记出现之前，大多数作物还没有一个较为完整的遗传连锁图，极大地限制了遗传学理论研究和应用研究的进展。目前主要农作物、果树、蔬菜等的RFLP、RAPD遗传图谱已相继建立。利用分子标记构建遗传图谱的理论基础是染色体的交换与重组，两点测验和三点测验是其基本程序。由于作图群体的不断增大和标记数量的日益扩增，如今的遗传图谱构建已不得不计算机化了。遗传图谱构建过程主要包括：1、选择和建立适合的作图群体2、确立遗传连锁群3、基因排序和遗传距离的确定。具体方法以分子标记筛选DNA序列差异较大而又不影响后代育性的材料作为亲本，用具有多态性的分子标记（双亲在等位区段表现不同的

49、带型）检测该双亲的分离群体（如f2代群体、回交、重组自交系、加倍单倍体等）单株DNA。2标记图谱应是一个饱和连锁图谱，即在所有染色体上每间隔1020个交换单位或更近就有一个标记，使任何经典基因（包括数量性状基因）都包含在分子标记内，可见分子标记连锁图本身对植物育种没有用处，只有当它与目标性状结合起来，才能发挥作用，必须把分子标记连锁图与染色体对应，如果将分子标记与已知染色体的同工酶标记、形态标记同时作图，根据分子标记与它们的连锁，很容易得到分子标记连锁的对应染色体，利用非整倍体如缺体、单体、三体或易位系，代换系等材料，也是将分子标记连锁群与特定染色体对应常用的方法。2、应用分子标记定位基因基因

50、定位就是将具有某一表型性状的基因定位于分子标记连锁图中，实现分子连锁图与经典连锁图的整合。质量性状基因的定位寻找与该目标基因紧密连锁的分子标记即可，连锁的紧密程度越高，结果就越可靠。寻找与目标性状连锁的分子标记的有效方法可通过近等基因系。NIL是指通过多次回交筛选得到的、品系差异主要在于某一目标性状的品系。经多代回交后得到的是除目标基因及其邻近区域外，已失去了供体其它基因型的品系，这个品质与轮回亲本就构成了一对近等基因系。近等基因系定位的原理正是鉴别和导入与目标基因连锁的分子标记。在没有近等基因系可利用的情况下，集团分离分析法（分离群体分组分析法）也是筛选多态性标记的有效方法。F2分成抗和不抗

51、两群Fl代抗性Fl代抗性F2个体（F1自交）不抗抗性A0-00B0000C0000D00-00用一个引物对两个亲本、Fl、F2个体及按抗性分成的两个群体进行RAPD分析图数量性状基因的定位数量遗传学家曾用经典的形态学和细胞学标记法来研究与标记相连锁的个别数量性状，试图定位数量性状基因，由于这些标记数量太少以及技术上的局限性，极大地限制了对数量性状基因位点的深入研究。1、单标记定位法2、区间作图法3、复合区间作图法分子标记在种质资源研究上的应用种质资源是发展农业生产和开展育种工作的物质基础，种质资源的研究工作包括搜集、保存、鉴定和利用等一系列工作。分子标记在种质资源的鉴定、保存和利用研究中主要有

52、以下几方面的用途。1）绘制品种（品系）的指纹图谱；2）种质资源的遗传多样性及分类研究；3）种质资源的鉴定和选择。31绘制品种（品系）的指纹图谱指纹图谱是鉴别品种、品系（含杂交亲本、自交系）的有力工具，它具有迅速、准确等优点，分子标记在植物遗传育种中的应用指纹图谱技术主要应满足两方面的要求，第一是分辨率高，多态性强，第二是重复性要强，即稳定可靠。作物品种指纹图谱目前主要有两类型，一类是蛋白质电泳指纹图，其中包括同工酶和贮藏蛋白（如谷蛋白、醇溶蛋白）。另一类DNA指纹图谱。DNA指纹的应用主要表现在以下几个方面1）品种鉴定和种子纯度鉴定。尤其适于品种间有遗传差异而品种内一致的分析材料，例如无性繁殖

53、的大多数果树的品种鉴定，即使是关系密切的品种也易借助DNA指纹将其区别开来。2）知识产权保护。UPOV（世界植物品种保护联盟）已交其列为鉴定植物品种真伪的手段，且已得到育种者们的共识，指纹图谱会充分应用于品种产权保护中去；3）种质资源的筛选和保存。指纹技术在筛选和保存种质材料及保证遗传类型多样性等方面可能起重要作用。可以避免在资源保存中经常发生的重复、混淆、避免同名异物和同物异名等现象。32种质资源的遗传多样性及分类研究分子标记是检测种质资源遗传多样性的有效工具，主要用于以下4方面的研究：1）研究种质资源考察时取样量的大小，取样点的选择；2）保护种质资源遗传完整性的最小繁种群体和最小繁种量的确

54、定；3）核心种质筛选；4）种质资源（含亲本材料）的分类。321种质资源遗传多样性的评价。经典的种质资源评价主要是依据对表型性状的观察进行的，对质量性状而言，比较容易选到具有目标性状的单株或群体。改良数量性状而利用的种质一般不是单株，而往往是群体，描述群体特征常用性状平均数，方差、变异系数等指标作遗传多样性分析。分子标记特别是共显性分子标记，可以提示整个基因组的变异，并分离出各种等位基因，等位基因数、多态位点比例等。等位基因平均数、杂合度、平均杂合度等，这些都是描述群体遗传多样性的指标。只有那些遗传多样性比较丰富的群体，才有较大的利用价值。322种质资源的分类。对种质资源的分类，经典的方法主要是

55、根据表型来进行的，即使辅之以生理和生态指标，由于广泛的引种，基因重组，使得分类较为粗糙，分子标记结合经典分类，可大提高分类的准确性。分子标记可计算自交系间的遗传距离。Smith用RFLPs数据计算GS（遗传相似）和MRD（遗传距离），使同工酶无法区分的杂交种B73/LA51和LH119/LH51区分开来，并发现两者有94.7%的相同谱带，用MRD作指标进行聚类或主成分分析，能很好地将众多的自交系分成若干组，并证明组间配组杂交具有较大优势，组内配组优势不强。分子标记在辅助选择中的应用目标基因与分子标记紧密连锁为利用分子标记间接选择提供了方便，简称分子标记辅助选择，将给传统的育种研究带来革命性的变

56、化41有利基因的转移为改善某品种的某一性状，常用的方法是以此品种作轮回亲本，以具有目的性状基因的另一品系为供体，经多次回交。在回交育种过程中，随着有利基因的导入，与有利基因连锁的不利基因（或染色体片段）也会随之导入，成为“连锁累赘。利用与目的基因紧密连锁的DNA标记，可以直接选择在目的基因附近发生重组的个体，从而避免或显著减少连锁累赘，提高选择效率。如要把外源种质优良的隐性性状通过回交导入另一品种，经典方法是回交一次，自交一次，以分离出双隐性个体，再与轮回亲本回交，用分子标记则可选择只含目标性状的杂合体进行下一轮回交，省去自交，可大大缩短育种年限（AA,Aa）。另一方面，分子标记也可用于对整个

57、基因组的选择。在每一次选择目标基因的同时，要求基因组的其余部分尽可能与有利的亲本（如回交育种中的轮回亲本）一致。在个体数为100的群体中，以100个RELPs标记辅助选择，只要三代就可使后代的基因型回复到轮回亲本的99.2%,而随机挑选则需要7代才能达到,从而大缩短了育种时间.（50%，75%，87.5%，93.75%，96.875%，98%）农作物有许多基因的表型是相同的,在这种情况下,经典的遗传学研究就无法区别不同的基因，采用DNA标记的方法，先在不同的亲本中将基因定位，然后通过杂交或回交将不同的基因转移到一个品种中,通过检测与不同基因连锁的分子标记来判断生物体是否含有某一基因，以帮助选择

58、，这样，实际上将表型的检测转换成了基因型的检测，目前，国际水稻研究所已将抗稻瘟病基因Pi-l,Pi-2和pi4精细定位,并建成了分别具有这3个基因等位基因系，他们准备通过两两杂交以获得含有所有这3年基因的新品系，考察这些基因累加以后的表现，分子标记对单个基因性状的选择，通常是从有目标性状差异的一对亲本杂交的F2开始.分子标记与目标基因距离越近，目标基因被选到的可能性越大.对多基因控制的数量性状选择比对单个基因控制的质量性状选择复杂得多，借助分子标记间接选择QTL取决于：1）QTL的精确定位，它依赖于分子标记连锁图的饱和程度及对QTL的准确度量；2）环境对QTL的影响，有些QTL表现在不同地点、

59、时间不同，必须采用多点试验结果进行比较。3）基因型对QTL的影响。4）选择效率与性状遗传率成反比。应用分子标记克隆基因克隆基因是遗传标记和基因组作图最重要的应用之一。许多重要基因只有在克隆后，才能加深对其基本功能的了解并对其实施修饰以创造新的表型，以及实现其在不同品种或物种间的转移。6、分子标记在杂种优势研究中的应用杂种优势可显著地提高农作物产量和改善品质，显性假说和超显性假说被广大遗传育种工作者所接受，两种假说都有认为双亲的遗传差异和F的高度杂合性是杂种优势产生的基础。因而能够检测作物基因组遗传差异的分子标记技术，为杂种优势的预测提供了强有力的工具。利用分子标记，能够在整个基因组范围内对大量

60、亲本材料间的遗传距离进行估测，并在此基础上有效地预测具的强优势的组合。但是有些研究结果表明，分子标记遗传距离与杂种优势间的相关性较小，难以预测杂种优势。原因有：1）标记位点未能更好地覆盖整个基因组；2）大多数标记座位的等位基因可能与杂种优势相关不密切；3）存在上位性。如果用许多标记分析，又有可能混入一些对杂种优势无关的位点，给分析带来干扰。利用高密度分子标记图谱研究杂种优势时，先检测与杂种优势表达有关的座位，然后用这些座位的杂合性来预测杂种优势，可能是一条有希望的途径。7、分子标记在杂交育种上的应用杂交育种仍是目前植物育种的重要技术之一，而杂交亲本的选配是杂交育种的关键步骤。测定亲本的遗传距离