作物育种学总论 主讲人： 洪德林 教授 联系电话：84396626 13851532991 办公地址：金陵研究院415室

第0章 绪论 第一节 作物育种学的意义和任务 第二节 作物育种学的性质和主要内容 第三节 作物育种学的理论基础 第四节 作物育种学的发展 第五节 作物育种的成就与展望

第一节 作物育种学的意义和任务 一、作物育种学的概念 作物育种学是研究选育及繁殖作物优良品种的理论与方法的科学。

二、作物品种的概念 作物品种(cultivar)是人类在一定生态和经济条件下，根据自己的需要所选育的某种作物的一个实用群体。

这种群体在植物学上具有三个特性(DUS)： 稳定性(Stability):指相对稳定的遗传特性。 一致性(Uniformity):指相对一致的性状表现。 特异性(Distinctness):与同一作物的其他群体有所区别。

这种群体在时空分布上具有地区性和时间性。 地区性: 指每个作物品种都有其适应的地区 范围和耕作栽培条件。 时间性: 指每个作物品种都只在一定历史时期 起作用。

随着耕作条件及其他生态条件的改变，经济的发展，生活水平的提高，对品种的要求也会提高，所以必须不断地选育新品种以更替原有的品种。

三、作物育种学的意义

1981年，诺贝尔奖获得者--Borlaug, N.E.归纳了以下世界人口增长的数据来说明农业增产的迫切性。

年份 世界人口 人口增长速 12000年前 约1500万 公元 1年 2.5亿 (1万2千年翻了4番) 年份 世界人口 人口增长速 12000年前 约1500万 公元 1年 2.5亿 (1万2千年翻了4番) 公元1650年 5.0亿 (1650年翻了1番) 公元1850年 10.0亿 ( 200年翻了1番) 公元1930年 20.0亿 ( 80年翻了1番) 公元1975年 40.0亿 ( 40年翻了1番)

依此人口增长速度,意味着到2015年世界粮食总产必须要从1975年的33亿吨增加到66亿吨以上, 等于农业发祥至今1万2千年的总产。

1999年10月12日地球上第60亿个人出生于贝尔格来德一家医院（德奎利亚尔去看过这名婴儿）。现在全球人口已经达到66亿。比图绪-1人口增长预测速度有所放缓（P1)。

我国人口、耕地、粮食生产现状： 人口：13亿， 占世界人口22%（60亿）。 耕地：1亿公顷，占世界耕地7%(15亿ha)。 粮食总产：4.8亿吨，占世界年粮食总产24？%。 粮食生产不能满足需求。

增加粮食总产有两条途径，一是增加粮食生产面积，二是提高单位面积产量。 由于种种原因，增加耕地面积的余地已经很小或者已经没有了。

提高单位面积产量，有两条途径。一是通过对作物品种的遗传改良，二是通过对作物生长条件的改善，即P=G+E。 前者属于《作物育种学》所研究的内容。后者主要属于《作物栽培学》所涉及的范围。

作物育种学的意义，归纳起来有以下几点： 1、提高单位面积产量 在同样的地区和耕作栽培条件下，采用产量潜力大的良种，一般可增产10%或更高，在较高栽培水平下良种的增产作用也较大。图绪-2（P4）。

图 2 世界主要农作物单产的变化图 杂交种 杂交种 矮秆 综合品种 杂交种 矮秆

2、改进产品品质 3、保持稳产性和产品品质 4、扩大作物种植面积 5、有利于耕作制度的改良、复种指数的提高、农业机械化的发展及劳动生产率的提高。

当然，优良品种的这些作用是潜在的，其具体表现和效益还要决定于相应的耕作栽培措施。而且一个品种绝不是万能的，它的优良表现也是相对的，因而育种工作不可能一劳永逸，它是随着生产发展和科技进步而不断进展的。

四、作物育种学的任务 基本任务有3个：1是研究和利用作物资源。即在研究和掌握作物性状遗传变异规律的基础上，发掘、研究和利用各有关作物资源。

2是选育优良品种或杂种以及新作物。即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，选育适于该地区生产发展需要的高产、稳产、优质、抗（耐）病虫害及环境胁迫、生育期适当、适应性较广的优良品种或杂种以及新作物。

3是种子生产。即在优良品种或杂种以及新作物繁殖、普及过程中，保持其遗传纯度，提供数量多、质量好、成本低的生产用种，促进高产、优质、高效农业的发展。

第二节 作物育种学的性质和主要内容 一、作物育种学的性质

作物育种学是作物人工进化的科学，是一门以遗传学、进化论为主要基础的综合性应用科学。它涉及植物学、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、生物统计与实验设计、生物技术、农产品加工学等领域的知识与研究方法。

作物育种学与作物栽培学有着密切的联系，是作物生产科学的两个不可偏缺的主要学科。

二、作物育种学的主要内容 1、育种目标的制定及实现目标的相应策略； 2、种质资源的搜集、保存、研究评价、利用及创新； 3、选择的理论与方法； 4、人工创新变异的途径、方法及技术；

5、杂种优势利用的途径与方法； 6、目标性状的遗传、鉴定及选育方法； 7、作物育种各阶段的田间实验技术； 8、新品种的审定、普及和种子生产。

第三节 作物育种学的理论基础

现有的各种植物都是从原始植物演变而来的；现有各种作物，属于栽培植物，都是从野生植物演变而来的。这种演变发展的过程被称为进化过程。

所有生物，包括野生植物和作物的进化决定于三个基本因素，即变异、遗传和选择。 遗传变异是进化的内因和基础，选择决定进化的发展方向。

自然变异和自然选择的进化被称为自然进化。 人工创造变异并进行人工选择的进化被称为人工进化。

自然进化一般较为缓慢。 人工进化较为迅速。 自然进化的方向决定于自然选择。 人工进化的方向决定于人工选择。

自然选择使有利于个体生存和繁殖后代的变异，逐代得到积累加强，不利的变异逐代被淘汰，从而形成新的物种、变种、类型以及对其所处环境条件的适应性。

人工选择则是人类选择所需要的变异，并使其后代得到发展，从而培育出发展生产所需要的品种。

现代作物品种是在自然选择基础上的人工选择的产物。

虽然人工选择的目标性状如涉及高产、优质等许多性状与自然选择的方向有不同程度的矛盾，但是自然选择的基本变异如生活力、结实性、对所处环境条件的适应性、对胁迫因素的抗耐性等，也都是人工选择的基本性状。

因此，人工选择还不能脱离自然选择，而应协调其与自然选择的矛盾。现代人工选择的效率日益提高，主要是由于创造所需要的新变异和鉴定目标性状的方法及技术有了显著发展。

作物育种实际上就是作物的人工进化，是适当利用自然进化的人工进化，其进程远比自然进化为快。 所以，作物育种学的理论基础就是自然进化和人工进化理论。 （以下图片给出示例）

Progression in cob size over 3000 years

Example of natural & artificial breeding Natural crossing Diploid Diploid Artificial crossing Tetraploid Diploid Hexaploid Bread wheat Example of natural & artificial breeding

第四节 作物育种学的发展 一、凭经验和技巧育种的初级阶段（20世纪20年代以前） 二、常规育种系统理论和科学方法逐步形成阶段（20世纪20年代至80年代） 这一阶段归纳整理的主要是常规育种的原理和方法。

反映这些理论和方法的主要著作有： 1927年美国出版 Hayes & Garber《作物育种》 1935年前苏联出版 Vavilov《植物育种的科学基础》。 1942年美国出版 Hayes & Immer《植物育种方法》。1955年第2版。1962年中译本出版。

1960年美国出版 Allard《植物育种原理》。 1979年英国出版 Simmonds《作物改良原理》。 1987年美国出版 Fehr《 Principles of Cultivar Development》。

1987年美国出版 Poehlman 《Breeding Field Crops》(3rd Ed 1987年美国出版 Poehlman 《Breeding Field Crops》(3rd Ed.)。(1979, 2nd；1959, 1st) 1995年美国出版 Poehlman JM & DA Sleper 《Breeding Field Crops》 (4th Ed.) 。

中国： 1936年出版王绶著《中国作物育种学》。 1948年出版沈学年著《作物育种学泛论》。 1976年出版蔡旭著《植物遗传育种学》。 1981年出版西北农学院主编《作物育种学》。

1988年出版蔡旭著《植物遗传育种学》第二版。 1994年出版潘家驹主编《作物育种学总论》。 1997年出版盖钧镒主编《作物育种学各论》。

常规育种技术具有以下特点： 1、综合多个优良基因，同步改良农作物的产量、品质、抗性水平，但周期长，工作量大。 2、育种效率低，难以定向改造作物性状，随机性大。 3、育种选择有赖于育种家长期积累的经验，带有艺术性，缺乏普遍性。

三、分子育种与常规育种相结合的阶段（20世纪80年代至今） 1、转基因技术在作物抗逆性育种上获得重要突破。如来自苏云金芽孢杆菌的Bt杀虫晶体蛋白基因转入作物可抗鳞翅目害虫。 2、分子标记辅助选择可提高作物育种选择效率。如番茄果实大小一例。

包含有分子育种理论和方法的教材有： 2003年出版张天真主编《作物育种学总论》。 2006年出版盖钧镒主编《作物育种学各论》第二版。 2006年美国出版 Sleper DA & JM Poehlman 《Breeding Field Crops》 (5th Ed.) 。

与常规育种技术相比，分子育种有以下优点： 1、可利用的基因资源大大拓宽。 实践表明，从动物、植物、微生物中分离克隆的基因，通过转基因方法可使其在三者之间相互转移利用。

2、可对植物的目标性状进行定向变异和定向选择。还可对多个基因进行定向操作。 3、可提高选择效率，加快育种进程。

第五节 作物育种工作的成就与展望 一、近代育种工作的成就 1、新品种的选育和推广（P7) 2、种质资源的收集、保存和创新(P7-P8)

国家种质库

3、育种新方法新技术研制和利用(P8)

Liangyoupeijiu—hybrid by two line method

4、目标性状协调改良（P8）

二、作物育种工作的展望 1、种质资源研究工作还需进一步加强。 2、育种理论和方法的研究还需进一步深入。 3、多学科的综合研究和育种单位间的协作还需进一步加强。 4、种子产业化需要逐步与国际接轨。

思考题： 1、作物育种学是一门什么科学？主要内容包括哪些？ 2、什么叫作物品种？它有哪些特性？ 3、作物育种与植物进化的关系。 4、作物育种学的发展阶段及对应育种技术的特点。