作物育种原理与方法

作物育种原理与方法

1.作物育种工作的主要环节有哪些？

2.作物育种的主要方法有哪些？

3.目前生产上大面积推广应用的小麦、玉米、水稻、棉花、花生、大豆、油菜、甘薯等作物的主要育种途径？

4.你认为制约突破性品种培育的关键因素是什么？

一. 作物育种的主要环节。

1. 制定育种目标。结合自身种质资源、硬件水平、技术经验等条件制定一个合适的育

种目标。

2. 选择合适的育种方法。根据自己做育种的作物选择合适的育种方法。如：玉米选择

杂种优势利用的方法；小麦主要的育种方法是杂交育种；水稻可以选择杂种优势的利用或杂交育种，等等。

3. 进行品种审定。育种家育出的新品种需要通过区域试验、生产试验才能通过审定。

需要育种家了解自己品种的优缺点，将其在不同的区域审定，以提高通过的机会。

二.作物育种的主要方法

1．杂交育种。不同品种间杂交获得杂种，继而在杂种后代中进行选择以育出符合生产要求的新品种。

2．杂交优势利用。一般是指杂种在生长势、生活力、抗逆性、繁殖力、适应性、产量、品质等方面优于其亲本的现象。

3．分子标记辅助选择育种。传统育种主要依赖于对植株的表现型的选择。其受环境条件、基因间的互作、基因与环境间的互作等因素的影响。而分子标记辅助选择是对DNA进行标记，通过对其后代基因标记的选择，就可以选择到含有该基因的植株，其选择效率更高。

4．倍性育种。主要是通过单倍体育种使后代快速达到纯合状态。

5．回交育种。对优良品种进行改造。一个优良的品种具有一中小缺点，可以通过回交的方法以使其缺点得到改善。

6．诱变育种。通过物理、化学等方法，使植物变异，以拓宽种质资源，如若得到优良变异，可以通过其他育种方法，将其引入到品种中。

三. 小麦、玉米、水稻、棉花、花生、大豆、油菜、甘薯等作物的主要育种途径？

小麦：主要的通过杂交育种（选择优良的栽培种杂交，经过选择，得到目标品种）；远缘杂交创造异源多倍体；品质育种，选择具有特殊用途的小麦品种。

玉米：主要是杂种优势的利用（通过选育自交系，经过配组合、侧配合力，选择优良的自交系以培育出优良的品种）；品质育种（选育高赖氨酸、高油的玉米品种）

水稻：主要是三系配套杂交育种和杂交育种（品种间杂交和种间杂交）

棉花: 通过转基因技术，将抗虫基因导入到棉花中，再经过杂种优势的利用的方法育的抗虫的新品种。

花生：主要使用杂交育种。花生为严格自花授粉作物，其花器封闭紧密，且去雄困难，易导致雌穗受伤，导致不育。

大豆：主要使用杂交育种的方法。

油菜：主要有杂交育种（品种间杂交和种间杂交）、杂种优势的利用（三系配套）、品质育种（降低芥酸含量、改变油酸和亚油酸的比例和高油高蛋白）。

甘薯：通过变异进行选择育种（自然变异、人工诱变）和杂交育种（品种间杂交和种间杂交。

四．制约突破性品种培育的关键性因素。

最为关键的就是种质资源的匮乏。种质资源是育种工作的物质基础，其突破性的成就关键在于对种质资源的挖掘和利用。由于现阶段的种质资源的匮乏，突破性品种很难育出，因此突破性品种的培育需要种质资源的创新。

题目：Heterosis（杂种优势）

目的：形成杂种优势的原因

杂种优势假说

1. 显性假说：认为多数显性基因有利于作物的生长和发育，而相对的隐性基因不利于生长发育。杂合个体由于自交或近交就会增加子代纯合体出现的机会，暴露出隐性基因代表的有害性状，而造成自交衰退。如果选用这些不同的自交后代纯系（自交系），来进行杂交，那么由一个亲本带入子代杂合体中的某些隐性基因会被另一亲本的显性等位基因所遮盖，从而增进了杂合子代的生长势。

2. 超显性假说：认为杂种优势是基因型不同的配子结合后产生的一种刺激发育的效应。由于某些基因作为上不同的等位基因间相互作用，能够刺激生长的功能。其分子机理至少有两种可能：1. 两个等位基因各自编码一种蛋白质，这两种蛋白质的相互作用的结果比各自独立存在更有利于个体的生存；2. 两个杂合等位基因所编码的多肽结合成为活力高于相同亚基所形成的蛋白质。

结果：

1.细胞水平上的杂种优势：ZmCNR基因家族在杂种优势中起作用，在相关的细胞中，它的表达量的任何调整会影响反应，由于涉及到剂量的敏感性。此外，任何在管理基层或网络控制的剂量敏感基因都在杂种优势中其作用。

2.整体基因表达研究：在杂合体中，来自亲本的基因的表达更加的发散。

3.尽管杂种优势具有多基因的性质，单一的基因或小染色组片段能够产生杂种效应。

4.清楚明显有害的等位基因以后，杂种优势没有减少。

5.多倍体的杂种优势是渐进的。尽管相当多的等位基因的光谱存在于六倍体小麦和八倍体小黑麦，通过同各自的物种杂交，它依旧可能获得更多活性的增加。

6．杂种优势受成分的剂量的影响。如：四倍体的AAAB或ABBB的活性低于AABB，而AABB的活性低于ABCD。

7.杂种优势作为一个数量性状。

本文的创新点：本文属于一片综述性的文章，他结合前人的研究，叫他们彼此联系在一起，总结了杂种优势的特点。

进一步研究的方向：控制等位基因的剂量影响和不同等位基因间的网络互作。

题目：Gibbereilins and Heterosis in Maize（玉米杂种优势和赤霉素）

目的：研究玉米的杂种优势和赤霉素间的关系。

材料和方法：

材料：CM17和CM19自交系，F1（CM17×CM19）

方法：在22×22的盆中各选10粒种子种植，放置于25/20°C（白天/晚上），白天时间为14小时，光照强度为808 uE m-2 S-1。每天浇水两次。出苗后的6、15、21、28、38天，每种基因型的植株取五棵，取其地上部分。测量株高、总叶面积和干燥后称量其重

量。计算RGR和NAR(W:干重、A叶面积、t：取样时间)

1. 对GA-Like的分析。通过气象色谱法对GA-Like进行分析。真正的GA被层析在SiO2层。

2. ABA分析。将GA-Like从SiO2分区洗去，然后用甲醇将ABA洗下来。

3. 遗传分析。不同的基因型间，植物激素有显著的差异。

结论、讨论：

1. 生长。在同一环境下，杂种的生长比任何一亲本的成长速度都快。在第六天的芽干重，杂种和亲本没有显著差别，往后慢慢杂种的重量就会显著高于亲本的干重。

2. 内生性的GA-Like的组成成分。试验发现GA的组成比较复杂，它是由多种前体型物质，其中在15天GA3在亲本间没有区别，在21和28天杂种显著高于双亲。

3. ABA分析。在所有的基因型中，ABA水平在21处达到最高，恰巧是在刚抽雄时期。

4. 杂交活性与内生激素的相关。增加内源性GA-like物质水平能够促进杂种优势活力，而内生的ABA含量与杂种优势既不积极也不消极。

本研究的创新点在于针对一种内源性的植物激素以研究其对玉米杂种优势的影响，减少了其他对其因素的影响

进一步研究的内容：在于研究激素间的相互影响以及对赤霉素对杂种优势影响的深度研究。

题目：Marker-assisted selection to improve drought adaptation in maize: the backcross approach, perspectives, limitations, and alternatives（分子标记辅助选择对于改善玉米对干旱的适应性：回交的方法、展望、限制性和替代选择）

目的：通过MABC的方法改善热带玉米的耐旱性。

材料：供方亲本Ac7643（耐旱性强）和回交亲本CML247（热带玉米骨干自交系，它的配合力水平高和正常水分条件下，自身产量良好）

方法：技术路线

结果：

1. 通过三到四代的marker-assisted backcross (MABC)，85%的非预定目标得到恢复。且在严重缺水的条件下：MABC衍生的杂种比对照杂种产量提高50%；而在温和的水

分压力下，MABC衍生杂种和对照的产量相差不大。

2. MABC派生系的遗传组成。两次回交后13%的个体不含Ac7643目标区段的等位基因位点。主要的目标区域由于连锁遗传，一次自交后频率减少到9%，第二次自交后为7%。

3. 局部转化模拟分析。表示预期的比例的基因组外所选地区的捐赠等位基因携带和non-carrying染色体可以找到至少在一个选定的基因型。

4. MABC派生系的野外性状。对照、30MABC杂种和5个最好的MABC杂种。大田测量的三种基因型的性能依赖于外部的环境压力（水分含量）。

5. 分子标记轮回选择（MARS）。通过轮回选择可以将玉米的复杂性状得到改善。

6. MARS表型选择。通过模型分析结果表示在积累有利性状方面MARS选择一般由于表型选择。能够更快的将优良性状富集起来。有试验表明MARS选择在遗传基因的获得比率是表型选择的两倍。MARS在个人是玉米育种程序中正在被施用。

7. MARS的多基因效应。育种伴随着多源有利基因的聚合，而不是连续的两边等位基因的开发，这样会节省大量的时间。

创新点：通过分子标记辅助选择，将抗旱基因导入到普通品种中，并介绍了通过MAS延伸出的MARS和MABC两种标记选择的方法。

讨论：潜在的新方法的介绍和目前最先进的技术发现和标记的使用也表明,实现全部潜能的分子遗传学和基因组学在导致玉米改善将在方法需要进一步的研究。MAS的主要挑战

将在多元集成和不同的信息解释，并在一个特定的生物背景下将它转化为知识

题目：普通小麦中2B染色体上的PPO（多酚氧化酶）基因中新的分子标记（A novel molecular marker for the polyphenol oxidase gene located on chromosome 2B in common wheat）

目的与意义：PPO多元酚氧化酶是引起亚洲面条和小麦产品颜色变黑和退色的主要因素。降低这种不受欢迎的变黑的最好方式就是用有效并且可靠的分子标记培育一种低PPO活性的小麦品种。

材料与方法：

材料：选用五种高PPO活性材料和七种低PPO活性材料，284份中国小麦核心种质资源。

方法：1. PPO活性的鉴定；2. 开发STS标记3. DNA提取4. STS标记F-8的鉴定和验证 5. 染色体定位PCR产物的DNA序列分析。

结果和结论：1. 鉴定和确认STS的标记是F-8标记。通过对26对多态性引物进行扩增，发现只有F-8引物具有多态性。2. 定位F-8标记在染色体上的位置：被定位于2B染色体上。3.分析pcr扩增F-8产物的DNA序列。对f-8序列在NCBI上进行blast发现，这个片段可能包含1-5个等位基因（Ppo-B1b, Ppo-D1a, Ppo-D1b, Ppo-A1a, and Ppo-A1b）。4. Ppo等位基因对作物ppo活性的影响。在不同的等位基因的影响下，ppo的活性表现出不同的类型。

创新：前人研究中已经开发出Ppo - A1和Ppo -D1基因的特异分子标记，STS标记PPO18和 PPO05 定位于染色体2AL，STS标记STS01、PPO29 和 PPO16定位于染色体2DL。

继续研究：小麦品质是一个复杂的概念，它不仅受小麦高分子量麦谷蛋白亚基(H MW—GS)影响，而且小麦低分子量麦谷蛋白亚基(LMW—GS)的影响，醇溶蛋白也对小麦品质具有重要作用，同时小麦淀粉、籽粒硬度等其它因素也影响着小麦品质。因此，对于小麦品质遗传与育种，如何根据以上标准进行小麦遗传与育种是一个艰巨的工作。分子标记辅助选择的技术路线能为小麦品质育种提供有效的工具。品质育种育种策略宜采取选用最好的优质和高产品种为亲本，在以高产品种为农艺亲本进行有限回交，结合5+10优质亚基分子标记辅助选择和田间农艺性状选择，通过分子标记辅助育种同步改良品质和产量。

题目：Degradation of MONO CULM 1 by APC/CTAD1 regulates rice tillering（APC/CTAD1降解MOC1来控制水稻分蘖）

目的意义：本文研究发现TAD1能够与MOC1互作，结合OsAPC10形成APC/C的助活剂，专门降解MOC1，其揭示了细胞周期怎样调控株型。

材料和方法：

材料：tad1突变体和明辉63

方法：1.图位克隆tad1基因；2.遗传转化互补实验；3. 裂解酵母的培养和转化4. 流式细胞检测分析；5.qrt-pcr分析tad1基因的表达模型；6原位杂交；7. 脱细胞蛋白降解实验；8.免疫共沉淀；9.体外泛素化实验。

遗传转化的结果和结论：将TAD1整个编码区转到tad1突变体中，观察所有的转基因株系发现其表型与tad1突变体相反。表明：1、LOC_Os03g03150就是TAD1基因。2、tad1突变体的表型与终止密码子的提前出现有关。

研究的创新点：MOC1是第一个被证明不仅是细胞周期蛋白，而且是APC/C的目标蛋白。

进一步的研究：进一步研究的TAD1、MOC1、APC/C受其他蛋白的调节。

题目：Rice Blast Resistance of Transgenic Rice Plants with Pi-d2 Gene（转基因水稻的稻瘟病抗性Pi-d2基因）

材料和方法：

材料：经过分子验证为阳性的转Pi-d2基因材料，T2代经潮霉素抗性分析为单个潮霉素抗性位点，苗期接种鉴定为抗稻瘟病生理小种ZBl5的株系

方法：1. 转Pi-d2基因高世代水稻品系稻瘟病抗谱分析

2. 早代纯合转基因Pi-d2水稻品系的抗谱测定

3. 转基因材料的稻瘟病菌粗毒素筛选

4. 转基因水稻的田间抗性鉴定

结果与分析：

1.抗病基因Pi-d2导人到抗病品种中，其抗病频率并未提高，而导入感病品种中，其抗病频率显著提高。

2. ，随稻瘟病粗毒素液浓度的提高胚性愈伤组织诱导率明显下降，当粗毒素浓度达到50％时，对照愈伤组织诱导率降低至零，生长完全受到抑制；此时转基因植株幼胚愈伤组织诱导率仍有30．1％，对稻瘟病粗毒素的抗性较对照有很大提高

3. 在3个点(成都温江、雅安和蒲江)3年的连续测定发现，对照感病品种严重感染穗颈瘟，穗颈瘟发病率为100％；一些转基因植株在整个生育期表现出对稻瘟病的抗性，一些则表现为抗叶瘟、感穗瘟。

创新点：通过转基因技术将抗稻瘟病的基因转入到水稻中，并多年多点的观察稻瘟病的发病情况。

讨论：在温室接种、稻瘟病粗毒素筛选和田间诱发发病条件下发现转Pi-d2基因水稻对稻瘟病都表现较好的抗性。不论是Pi-d2基因的基因组序列还是eDNA，导入到感病品种丽江新团黑谷、日本晴和台北309后转基因植株苗期抗病性增强，叶片上病斑数量、大小都较受体下降；穗瘟发病率也相对减少。抗病谱增加。而且以相同载体转化获得的转基因株系抗谱不同。这可能与外源基因在受体植物中整合的位点和表达量相关。