第十一届国际种子科学大会总结 杨勇

第十一届国际种子科学大会总结

杨勇2014年10月第十一届国际种子科学大会总结大会主题种子科技、粮食安全与可持续发展

专题一：种子发育与休眠专题二：种子萌发与种子质量遗传改良

专题三：种子胁迫耐性

专题四：种子寿命与种质保存

专题五：种子工程与生物技术专题六:杂交种子第十一届国际种子科学大会总结专题一：种子发育与休眠棉籽发育

棉籽由受精的胚珠发育而成，为无胚乳种子。胚珠受精后，其内外珠被发育成棉子壳，胚囊内的受精卵发育成具有折叠子叶的胚，即棉仁。棉籽发育过程与棉铃发育相对应，胚珠受精后开始膨大，开花后20～30天体积达最大，此时胚乳细胞充满胚囊，而其受精卵在开花后的4～5天开始分裂，约经15～20天，子叶、胚芽、胚轴和胚根已清晰可见，这时的棉子已具有发芽能力，以后逐渐长大，并迅速增加干重，直到成熟，胚乳中营养物质逐渐被胚吸收利用，变为薄膜包在胚外，而胚发育充满种壳内部。刚采收的棉籽通常发芽势和发芽率都较低，但经过一段时间的贮藏后，均有所提高，这种现象称为棉籽的后熟现象。未受精或中途败育的胚珠称为不孕籽，性状如芝麻，薄片状，上面附有少量的短纤维。不孕籽的增加，不仅降低铃重，影响产量，而且纺纱时会造成棉结和断头，降低成纱质量。

第十一届国际种子科学大会总结专题一：种子发育与休眠不孕籽的形成原因

主要与开花受精时的自然条件有关，如开花时温度过高或过低，或花粉遭雨淋，都会造成授粉不良，产生不孕籽；其次棉铃发育初期营养供应不足，可增加不孕籽。一般在花瓣的基部不孕籽较多，主要是着生在子室基部的胚珠距柱头较远，受精机会少。棉籽种皮（棉籽壳）种胚（棉仁）内种皮外种皮子叶胚根胚芽胚轴发育发育内外珠被受精卵胚珠受精表皮细胞突起形成单细胞既棉纤维棉籽的形成第十一届国际种子科学大会总结专题一：种子发育与休眠棉籽的休眠

种子休眠在农业生产中比较普遍，每种作物都存在着不同程度的休眠现象，即在满足正常发芽条件时，种子有生命力但不能正常发芽或者发芽困难。休眠对于生产来说既有利也有弊，当种子在植株上遇雨不能收获或者处于贮藏期间，延长种子休眠时间是减少损失的重要措施，同时种子在流通领域或播种阶段，破除种子休眠、促进萌发也是必要的。

不同类型或品种的棉花种子休眠期存在很大差异。一般来说，陆地棉种子休眠明显，而海岛棉、亚洲棉、非洲棉几乎没有休眠或休眠很浅。成熟度低的种子休眠期长于充分成熟的种子，未开铃的棉铃种子休眠期长于开铃的种子。此外，成熟和贮藏期间的环境条件也影响棉籽休眠期的长短，成熟时处于低温种子休眠较深，高温干燥贮藏可大大缩短休眠期。第十一届国际种子科学大会总结专题一：种子发育与休眠棉籽休眠的原因棉花种子的休眠主要是由于种皮透气不良造成的。对于野生棉来说，种皮的机械约束作用也抑制胚的生长。其次，棉籽中存在一定数量的硬实，不同品种和类型硬实率不同。总之棉花种子的休眠均与种皮有关，因此，剥去或切破种皮都能使种子迅速萌发。打破棉籽休眠的方法加温干燥处理：此法用于新收获的因种被透气不良引起休眠的种子，经加温干燥处理以后，可使种被疏松多孔，改善其通气状况，促进种子萌发。棉花种子一般在40℃环境下处理1天。化学药剂处理：可将种子泡在酸液中，直至种皮出现孔纹，酸蚀可快可慢，注意检查种子。温汤浸种：当种子因硬实而休眠时，可用温汤浸种打破，同时具有杀菌消毒作用，一般棉花放入70℃的热水中搅拌后，自然冷却一昼夜。第十一届国际种子科学大会总结专题二：种子萌发与种子质量遗传改良棉花种子的萌发

健全的棉籽在适宜条件下吸水膨胀，贮藏物质分解，供胚细胞分化生长利用。当胚根伸长，从胚珠珠孔伸出时，称为萌动（露白）；当胚根长达种子长度一半时称为发芽。棉子发芽后，胚根向下生长形成主根，下胚轴伸长把子叶和胚芽推出地面，子叶出土伸展脱壳平展称为出苗。由于胚轴弯曲脆嫩和子叶肥大，出土顶土能力弱，因此，对播种前的整地质量要求较高。棉籽萌发吸收水分子叶种皮（中的营养物质）转运胚根胚轴胚芽出土保护作用最后脱落首先发育根茎和叶连接根和茎的部分发育发育第十一届国际种子科学大会总结专题二：种子萌发与种子质量遗传改良棉花种子萌发出苗所需的条件（1）水分棉籽吸收相当于种子风干重60%以上的水分才能萌发。棉籽表面各个部位都能吸水，但合点和珠孔是最初吸水的主要通道。适于棉籽萌发出苗的土壤水分为田间持水量的70～80%。（2）温度棉籽萌发的最低温度为10～12℃，最适为20～30℃，最高为40℃。棉花出苗所需最低温度为16℃。（3）氧气种子萌发出苗过程是好氧过程。氧气供应不足，呼吸作用减弱，能量减少，影响萌发；严重不足，进行无氧呼吸，产生酒精，抑制萌发，甚至毒害种胚，导致烂种缺苗。因此，应重视棉田播前整地质量，有适宜的含水量，保证有良好的通气条件，播种深度适宜。第十一届国际种子科学大会总结专题二：种子萌发与种子质量遗传改良棉花种子质量在棉花种子市场监督检验体系中，种子质量检验通常包括四项必检指标：纯度、发芽率、水分、净度。（1）纯度检验：是对棉花种子真实性和品种纯度检验，真实性是指棉种样品与品种描述是否名副其实。品种纯度是指品种特征特性一致的程度。检验棉花种子纯度的方法很多，如种子形态特征鉴定法、纤维平均长度整齐度鉴定法、棉花水溶性蛋白电泳鉴定法等。现在介绍我们常接触且现实条件下易操作的方法--田间小区种植鉴定法。

该方法主要在幼苗至成熟期间，根据不同品种植株形态特征和生育特征的差异，鉴别出异性植株。棉花植株特征主要通过以下性状进行鉴定：株高，株型，茎粗和茎色，叶型和叶色，叶耳颜色和绒毛，花型和花色，铃柄长短和铃型，棉籽型状和颜色，光周期，成熟期，抗病性和生长特性等。棉花种子质量（2）净度检验：是对种子批的组成的检验，主要是测定供检样品中不同成分的重量百分率和样品混合物的特性。计算出净种子在样品中所占百分含量，为此批种子的净度。（3）发芽试验：是测定种子批的最大发芽潜力，据此推测不同种子批的质量，也可估测播种价值。所谓发芽是指在实验室内幼苗的出现和生长达到一定阶段，根据幼苗的胚根、胚轴、顶芽和子叶等主要形态结构的表现，来判断在田间的适宜条件下进一步生长成为正常的植株的潜力。（4）水分检测：是测定送检样品的种子水分，为种子的安全贮藏、加工、运输等提供依据。棉花种子水分检测采用烘干称重法：先将种子切片或粉碎，在103±2℃烘8个小时直至恒重，再根据公式计算出种子的含水量。第十一届国际种子科学大会总结专题二：种子萌发与种子质量遗传改良第十一届国际种子科学大会总结专题二：种子萌发与种子质量遗传改良棉花种子质量标准第十一届国际种子科学大会总结专题三：种子胁迫耐性盐胁迫对棉花种子萌发的影响

新疆地区淡水资源紧缺，却存有大量的盐碱地，开发利用盐碱土资源将是新疆农业发展的重大课题。棉花是比较耐盐碱的非盐生作物之一，有研究表明，较低浓度的盐分还有利于棉花出苗、幼苗生长以及提高产量和品质。缺钾土壤施用适量的钠可显著增产，因而棉花也被认为是“喜钠”作物。盐胁迫的作用机理是渗透胁迫和离子毒害。渗透胁迫是由于根系中盐分浓度提高，水势下降引起吸收困难，离子毒害则是高浓度的钠离子、钾离子使细胞膜透性增大，迫使代谢失调，影响萌发及后期生长。通过棉花品种的盐胁迫研究表明，低浓度的盐胁迫对棉花种子萌发有较明显的促进作用，在0.2%下的NaCl浓度时达到最大值。随着盐溶液浓度的增大逐渐表现出抑制作用。当浓度达到0.5%时表现出较强的抑制作用。同时，在盐胁迫下棉花幼苗的形态和生理表现不同。在低浓度下发芽势、发芽率、发芽指数都表现出良好态势，生长旺盛，整齐一致。但在高浓度下则表现出发芽率低，苗弱，抵抗力低，易腐烂、发霉等。应当指出，棉花种子萌发对不同盐类与混合盐以及不同遗传基因的棉花品种，耐盐适宜浓度极限有差异。第十一届国际种子科学大会总结

专题四：种子寿命与种质保存种子的寿命种子寿命是指种子群体在一定环境条件下保持生活力的期限。即种子能存活的时间。在农业生产上，农业种子寿命的概念是指种子生活力在一定条件下能保持90%以上发芽率的期限。通常提到的某一种作物种子的寿命是指它在一定的具体条件下能保持生活力的年限。当时间、地点以及各种环境因素发生改变时，作物种子的寿命也就随之改变。影响种子寿命的环境因素（1）湿度：种子水分愈高，种子寿命就愈短，尤其是当种子水分超过安全水分时，种子寿命大幅度下降。Harrington（1972）通则：当种子水分在5%～14%范围内，每上升1%的水分，种子寿命缩短一半。（2）温度：在种子安全水分范围内，贮藏温度愈低，种子寿命愈长Harrington（1972）通则：在0～50℃范围内，温度每上升5℃，种子寿命缩短一半。第十一届国际种子科学大会总结

专题四：种子寿命与种质保存影响种子寿命的环境因素（3）气体：氧气会促进种子的劣变和死亡，而氮气、氦气和二氧化碳则延缓低水分种子的劣变进程，但会加速高水分种子的劣变和死亡。（4）光线：强烈的日光中紫外线较强，对种胚有杀伤作用，且强光与高温相伴，种子经强烈而持久的日光照射后，也容易丧失生活力。（5）微生物及仓虫：真菌和细菌的活动，能分泌毒素并促使种子呼吸作用加强，加速其代谢过程，因而影响其生活力。仓虫会破坏种子的完整性，也会影响种子寿命。（6）化学物质：用化学物质处理种子，可提高贮藏的稳定性，延长种子寿命。第十一届国际种子科学大会总结

专题四：种子寿命与种质保存种质资源

植物种质资源也称遗传资源、品种资源或基因资源，包括地方品种、栽培品种、稀有种、野生种，以及育种品系、育种家材料、特殊遗传材料。种质资源是植物育种的物质基础，搜集并保存有丰富的种质资源供育种家随时调用，方能使育种工作取得突破性进展，同时也是进行植物生物学的重要材料。种质资源的保存是种质资源事业的基础，如果得不到妥善的保存就无法进行种质资源的评价、鉴定、研究、交换利用，甚至导致已有资源的丢失。育种方面种质资源的保存主要是建立种质库进行种子保存。棉属种质资源保存常温下种子2年寿命。种质库保存长期库：-18℃，湿度低于57%，50-100年，中国农科院，不供种。中期库：0-10℃，湿度低于60%，10-20年，棉花所，供种。短期库：10-15℃，50-60%，5年，7个点，各省农科院。简易办法保存：冰柜、冰箱、干燥器(氧化钙、生石灰、硅胶)、酒坛或陶缸底加生石灰密封。第十一届国际种子科学大会总结专题五：种子工程与生物技术种子工程种子工程即种子产业化工程，是以实现种子产业为目的的系统工程。种子工程的总体目标是建立适应种子产业发展规律的现代化种子产业，形成结构优化、布局合理的种子产业体系和富有活力的、科学的管理制度，实现种子生产专业化、经营集团化、管理规范化，育种、繁殖、推广一体化，大田育种商品化。

种子工程分为新品种引进、种子生产、种子加工、种子销售和种子管理五大系统，包括种质资源搜集、育种、区域试验、品种审定、原种和亲本繁殖、种子生产、收购、贮藏、加工、包衣、包装、标牌、检验、销售和售后服务15个环节。种子工程的实施就是通过建设和完善五大系统，是15个环节互相促进、协调发展，实现种子工作由传统的粗放生产向现代化大生产转变，由行政区域的自给生产向专业化、商品化、社会化转变，由分散的小规模经营向专业化、集团化转变，由科研、生产、经营脱节向育、繁、推一体化、大田用种商品化转变，形成一个结构优化、布局合理、良性循环的种子产业整体。第十一届国际种子科学大会总结专题五：种子工程与生物技术我国种子业存在的问题（1）在管理体制、经营理念、加工技术等方面与国际大公司存在很大差距。（2）经营规模小，远未形成在国际上具有竞争力的大种业集团，特别是国有种子公司发展缓慢。（3）审定品种多，但真正有突破性的能大面积推广的优良品种少。（4）种子质量与种子业大发展的要求还差的很远。（5）种子业的人才素质、用人理念不适应种子现代化的需求。第十一届国际种子科学大会总结专题五：种子工程与生物技术SSR分子标记技术

尽管新的生物技术不能脱离传统的育种技术而发挥作用，更不能代替传统的育种技术，但是它们毕竟是育种工作的一系列新的强大武器。在此我简单介绍SSR分子标记在棉花育种中的应用。简单重复序列（SimpleSequenceRepeat，SSR），指的是基因组中由1-6个核苷酸组成的基本单位重复多次构成的一段DNA，广泛分布于基因组的不同位置，长度一般在200bp以下。SSR标记是一种通过直接分析遗传物质的多态性来鉴别生物内在的核苷酸排布及其外在状态表现规律的技术。SSR分子标记原理根据两端序列的保守性，设计引物；进行PCR，电泳分离，染色显带以检测、分析微卫星序列多态性；并确定基因排布序列及表型，最终达到成功鉴定的目的。简而言之，就是通过对样本DNA多态性的分析，从而来得到样本DNA序列以及在遗传性状上的调控和差异。第十一届国际种子科学大会总结专题五：种子工程与生物技术SSR分子标记的优势

（1）SSR序列均匀、随机、广泛地分布于植物基因组中，可以提供几乎整个基因组的遗传信息；（2）多态性高，多数SSR序列物功能作用，增加或减少几个重复序列的频率高，因而在品种间具广泛位点变异，比RELP及RAPD分子标记具多态性；（3）保守性，SSR序列的两侧顺序常较保守，在同种而不同遗传型品种间多相同，可以在一个物种的微卫星研究中利用另一物种的研究结果；（4）共显性，SSR序列多态性的本质为重复单位数目的不同，显性纯合个体与隐性纯合个体之间的差异为扩增片段的长度的差异，区分开显性纯合个体与杂合个体；

（5）呈孟德尔式遗传，对个体鉴定具有特殊意义；（6）分析简便，仅需微量组织，即便DNA降解，它也能进行有效地分析鉴定；SSR分子标记的劣势（1）开发和合成新的SSR引物投入高、难度大；（2）现有的SSR标记数量有限，不能标记所有的功能基因；（3）SSR多态性的检测和应用很大程度上依赖PCR扩增的效果；（4）SSR座位突变率高，对变异反应非常敏感等等；第十一届国际种子科学大会总结专题五：种子工程与生物技术SSR分子标记技术在棉花育种中的应用（1）纯度检测中的应用

DNA分子标记可尽快了解棉花的品种特性、品种纯度，最大限度地发挥优良棉花品种的优势和尽可能减少农民投入的风险，提供了强有力的技术支持；（2）遗传多样性的研究

遗传多样性是指种内不同种群之间或一个种群内部不同个体的遗传变异，是农作物品种遗传改良的基础，也是核心种质构建、杂种优势群划分的重要研究内容。遗传多样性的丰富与否，决定了该物种对环境适应能力的强弱，同时也决定了其利用潜力的大小。棉花种质资源的研究和利用在我国新品种选育和棉花生产发展中起了重要作用。（3）遗传连锁图谱构建和QTLs定位棉花的很多品质性状大多是数量性状，受多基因控制，利用常规育种方法很难从基因水平上对目标进行改良。构建分子遗传连锁图谱，寻找与数状基因座(QTL)紧密连锁的分子标记，是进行数量性状改良的基础。第十一届国际种子科学大会总结专题五：种子工程与生物技术SSR分子标记技术在棉花育种中的应用（4）分子标记辅助选择育种与基因定位

传统育种方法是通过表现型间接对基因型进行选择，存在周期长、效率低、准确性差等缺点。常规育种及其选择技术已提高到一定程度，继续大幅度提高比较困难。最有效的选择方法应是直接依据个体基因型进行选择，分子标记的出现为这种选择提供了可能。目标基因与某个分子标记紧密连锁，那么通过对分子标记基因型的检测，就能够获知目标基因的基因型。借助分子标记达到对目标性状基因型选择的方法称为分子标记辅助选择（Molecular-assist-edselection，MAS）。因此，可以在早代利用与目的基因紧密连锁的分子标记筛选目标基因，选育植株，从而缩短育种年限，提高育种效率。（5）亲缘关系鉴定及系谱分析

我国种植的陆地棉品种，追溯系谱大多数都与斯字棉、岱字棉等少数品种有亲缘关系。棉花新材料室内分子检测和田间验证有机的结合是分子育种亟待解决的问题，系谱不明确的品种间亲缘关系难以分析，通过对杂交后代的系谱追踪，在基因组水平上利用SSR分子标记研究分子标记与系谱关系，发现二者内在联系,利用SSR分子标记技术准确、快捷、简便地评价现有棉花种质资源(品系)的遗传系谱的远近，判断材料系谱信息，为亲本选择提供科学依据。第十一届国际种子科学大会总结专题六:杂交种子棉花杂种优势利用的现状

杂种优势是生物界的一种普遍现象，是指两个性状不同的亲本杂交产生的杂种，在生长势、生活力、繁殖力、适应性以及产量、品质等性状方面超过其双亲的现象。现介绍两种常用的制棉花杂交种的方法：（1）人工或化学去雄授粉杂交制种

特点：人工去雄授粉杂交制种是目前杂种优势利用面积最大、效果较好的途径。此法技术简单，任何两个品种都可以互为父母本，花期去雄并人工授粉杂交即可。也有利用化学杀雄杂交制种的，但棉花花期较长，化学药品的用量和次数难以掌握，制种效果不甚理想。

优点：易充分利用现有品种资源，杂交种选配随意性强，配制组合自由，并且部分组合可以利用F2。缺点：劳动强度大，用工多，成本高，F2的杂交优势较F1多有衰退。第十一届国际种子科学大会总结专题六:杂交种子棉花杂种优势利用的现状（2）细胞质雄性不育三系配套制种。

特点：此法利用不育系、恢复系和保持系三系配套，不育系的不育率达100%，不用人工去雄，只需将恢复系的花粉授到不育系上即完成杂交程序。

优点：不用拔可育株，省工省时，制种效率高、成本低，是杂交制种较理想的方式。

缺点：此法是细胞质不育，恢复源须经导入强恢复因子方能转育成恢复系，恢复系又对不育系恢复不完全、波动较大，很难找到有生产利用价值的强优势组合。而且，繁殖不育系需用保持系做父本，种子成本进一步降低受到限制。第十一届国际种子科学大会总结棉花杂交优势应用的发展方向---光温敏核不育系的研究

光温敏核不育系及其在光温互作条件下的育性转换方法，是目前棉花杂交优势利用的较为先进的方法，能够全面解决一代杂交棉种子大面积推广的瓶颈问题。

光温敏核不育系对光照和温度反应敏感，育性转换可人为操控。在高温短日照条件下变为可育株，自然自交成铃，繁殖不育系，不再需要专门的保持系。所收种子在高温长日照条件下或低温短日照条件下又恢复为不育株，不育株率100%，用于配制杂交种。

光温敏核不育系为核不育，恢复系广泛，容易将不育基因转育到性状优良的亲本品种上，任何陆地棉，海岛棉品种均可与其直接测交，且杂交一代的可育株率均达100%，正常结铃，可在较短时间内育成新组合或转育新的不育系。专题六:杂交种子与其它形式杂交制种比较

用光温敏核不育系繁殖不育系杂交制种具有以下优势：与常规人工去雄或化学杀雄技术相比，此法制种母本100%不育，不用去雄，亦可将人工授粉改为蜜蜂传粉，制种程序简单，节省大量人力物力，大幅度降低制种成本；与细胞质雄性不育三系配套制种相比，繁不育系不用专门的保持系，不用人工传粉，特别是恢复系不必转育，任何棉花品种均可做为其恢复源直接测交，可以尽早尽快地培育出优质广适、稳产高产、早熟抗逆的棉花新品种。第十一届国际种子