育种对人类社会发展带来的重要作用

育种对人类社会发展带来的重要作用一、育种学的地位在农业生产中，提高粮食生产水平，实施“粮食安全”策略，主要是通过作物育种学科研究来实现的。通过作物的遗传改良，选育高产、稳产、优质、高效的农作物优良品种，提高单位面积的产量和效益。联合国粮农组织（FAO）在2002年的报告中指出，今后国际粮食总产量增长的20%可依靠面积的增加，而80%将依赖于单产水平的提高。单产提高的60%～80%将来源于良种的科技进步。二、什么是育种学育种学是研究选育和繁育优良品种的理论与方法的科学示意图三、人工进化与自然进化的区别生物的进化分为自然进化和人工进化。它们的动力取决于三个基本要素，即变异、遗传和选择。遗传和变异是进化的内因和基础，选择决定进化的发展方向。从这个意义上讲，作物育种学就是人工进化的科学。自然界人工创造变异遗传特性人工选择新品种或物种自然进化人工进化自然条件下发生的自然变异经自然选择的进化人们按照自身生产生活的需要，通过人工创造变异，在人为干预下进行选择的结果进展缓慢进展迅速无意识的选择有意识地按照人类的需要而进行的选择四、历史上育种学对人类的重要作用时间人物事件影响1865年孟德尔豌豆杂交试验为现代育种奠定了科学理论基础，从而使作物育种有了突飞猛进的发展1903年约翰生区分了环境变异和遗传变异，同时提出群体和纯系的概念由此发展而来的系统育种，在新品种选育和良种繁育过程中发挥了巨大作用1909年舒尔提出杂种优势在农作物上已经广泛地利用了杂种优势，这已成为当代最有成效的育种方法之一1927年穆勒利用X射线诱发果蝇突变奠定了诱变育种基础1937年布莱克斯里利用秋水仙素诱导植物多倍体奠定了作物多倍体育种的理论基础1964年古哈从毛叶曼陀罗的花药培养中获得了单倍体植株开始了以花药培养为手段的单倍体育种1953年瓦特森和克里克发现了DNA分子双螺旋结构分子育种诞生了，使人类多年来梦寐以求的定向变异变成了现实五、主要育种目标人类主要育种目标1、高产稳产2、优质3、适应性强4、抗病虫害和除草剂5、不同成熟期6、适于机械化生产1、产量性状植物性状2、品质性状3、适应性4、对病虫害和除草剂的抗耐性5、成熟期6、对机械化生产的适宜性六、优良品种在发展作物生产中的重要作用（一）、提高单位面积产量。1.中国粮食作物品种平均6～7年更换1次，一般新品种可比老品种增产15％左右。2.1949～1984年间中国主要粮食作物单产增加1倍多,估计30～40％可归功于育种。3.美国D.N.达维克1977年在3种密度条件下比较30～50年代双交种、60～70年代单交种的玉米产量，表明50年间增长了57～60％。4.国际玉米小麦改良中心从60年代起育成的一大批丰产、抗倒、适应性广、收获指数高的半矮秆春性小麦品种，对南亚、中东等地区的农业增产起了很大作用。2011年9月19日，袁隆平的“百亩片”试验田亩产首次突破900公斤（二）、改进产品品质。1、谷类提供人类食物热量的70％，但其蛋白质的含量较低。自50年代发现冬小麦高蛋白基因和60年代初发现玉米高赖氨酸突变体奥派克2（简称O2)之后，品质育种进展较快。2、一些产量不低于原有推广种而蛋白质含量提高1～2％的冬小麦品种已在美国推广。国际玉米小麦改良中心也育成了带O2高赖氨酸基因和硬质胚乳的玉米改良群体。3、在油料作物方面，近50年内苏联通过轮回选择，已将向日葵含油量从30％提高到50％左右。加拿大则在油菜低芥酸和低硫葡萄糖苷育种方面取得成功。有着优良品质的葡萄（三）、保证稳产性和产品品质，增加抗性。1、抗寒或早熟育种已使作物分布逐渐向高纬度和高海拔地区扩展。2、1950年以前，中国西藏主要农区在海拔3200米以上不种冬小麦。50年代引入冬性较强的“肥麦”以后，已很快发展成为春、冬麦兼种的地区。3、超早熟大豆品种的育成，使黑龙江北部高于10℃的年活动积温1800℃以上的地区可种植大豆。耐旱作物和耐旱品种的选育，则为半干旱地区农业生产的稳步增长作出了贡献。4、1950年以前，中国西藏主要农区在海拔3200米以上不种冬小麦。50年代引入冬性较强的“肥麦”以后，已很快发展成为春、冬麦兼种的地区。（四）、扩大高产作物种植面积，提高生产效率。1、选育株矮秆壮、穗层整齐、成熟一致、不易落粒的谷类作物品种可大大提高机械化收获的效率。2、如矮秆高粱品种的育成，使小麦联合收割机可兼收高粱，从而有力地促进了美国高粱生产的发展3、糖用甜菜昂贵而费力的间苗劳动，则因单胚品种的育成而大为节省。早熟品种的推广，对增加复种指数、提高土地利用率也有重要作用七、园艺植物育种的原则（一）满足生产与市场的需要（二）经济效益、社会效益、生态效益兼顾（三）分析现有品种存在的问题（四）实现的可能性（五）近期需要与长远利益兼顾（六）处理好目标性状与非目标性状之间的关系八、作物育种的方案不论有性或无性繁殖，自交或异交，一、二年生或多年生作物，育种方案不外6种基本做法：（一）杂交育种杂交育种是指利用具有不同基因组成的同种（或不同种）生物个体进行杂交，获得所需要的表现型类型的育种方法。原理：是基因重组。方法：杂交→自交→选优优点：能根据人的预见把位于两个生物体上的优良性状集于一身。缺点：时间长，需及时发现优良性状。袁隆平杂交水稻（二）诱变育种诱变育种是指利用人工诱变的方法获得生物新品种的育种方法。原理：基因突变方法：辐射诱变，激光、化学物质诱变，太空（辐射、失重）诱发变异→选择育成新品种优点：能提高变异频率，加速育种过程，可大幅度改良某些性状；变异范围广。缺点：有利变异少，须大量处理材料；诱变的方向和性质不能控制。改良数量性状效果较差。（三）多倍体育种多倍体育种是通过增加染色体组数以改造生物遗传基础，从而培育出符合人类需要新品种的方法。原理：染色体变异（染色体加倍）方法：秋水仙素处理萌发的种子或幼苗。优点：可培育出自然界中没有的新品种，且培育出的植物器官产量高，营养丰富。缺点：只适于植物，结实率低。利用太空射线诱变育种的特大南瓜（四）单倍体育种单倍体育种是利用花药离体培养技术获得单倍体植株，再诱导其染色体加倍，从而获得所需要的纯系植株的育种方法。原理：染色体变异。方法：选择亲本→有性杂交→F1产生的花粉离体培养获得单倍体植株→诱导染色体加倍获得可育纯合子→选择所需要的类型。优点：明显缩短育种年限，加速育种进程。缺点：技术较复杂，需与杂交育种结合，多限于植物。多倍体育种方法育出的植物器官大，产量高，营养丰富（五）基因工程育种物质基础是：所有生物的DNA均由四种脱氧核苷酸组成。其结构基础是：所有生物的DNA均为双螺旋结构。一种生物的DNA上的基因之所以能在其他生物体内得以进行相同的表达，是因为它们共用一套遗传密码。在该育种方法中需两种工具酶（限制性内切酶、DNA连接酶）和运载体（质粒），质粒上必须有相应的识别基因，便于基因检测。如人的胰岛素基因移接到大肠杆菌的DNA上后，可在大肠杆菌的细胞内指导合成人的胰岛素；抗虫棉植株的培育;将固氮菌的固氮酶基因移接到植物DNA分子上去，培育出固氮植物。原理：基因重组（或异源DNA重组）。方法：提取目的基因→装入载体→导入受体细胞→基因表达→筛选出符合要求的新品种。单倍体育种明显缩短育种年限优点：不受种属限制，可根据人类的需要，有目的地进行。缺点：可能会引起生态危机，技术难度大。（六）植物体细胞杂交植物体细胞杂交（细胞工程育种）是指用细胞融合的方法获得杂种细胞，利用细胞的全能性，用组织培养的方法培育杂种植株的方法。原理：细胞的全能性方法：（1）植物：去细胞壁→细胞融合→组织培养（2）动物克隆：核移植→胚胎移植优点：能克服远缘杂交的不亲和性，有目的地培育优良品种。动物体细胞克隆，可用于保存濒危物种、保持优良品种、挽救濒危动物、利用克隆动物相同的基因背景进行生物医学研究等。缺点：技术复杂，难度大；它将对生物多样性提出挑战，有性繁殖是形成生物多样性的重要基础，而“克隆动物”则会导致生物品系减少，个体生存能力下降。九、作物育种的展望中国在可预见将来的育种目标主要是抗逆稳产，特别是抗病虫。窄谱抗性将发展为广谱抗性，抗单一病虫害育种将发展为多抗性育种，“垂直”抗性将与“水平”抗性结合，使育成品种的抗性更为持久。由于营养需要的不断提高和农产品市场竞争的日益激化，品质育种也日见重要。同时，通过育种改良株型、提高群体的光能利用率和使作物的成熟期更加适宜，也将成为增加复种和进一步提高单位面积产量的重要条件。至于育种的途径与方法，则任何时候都有常规与非常规之别。常规为主、多种方法互相配合，综合运用，将使育种水平得到进一步提高。如单倍体技术与诱发变异结合，可提高隐性突变体的出现频率；组织培养与远缘杂交、多倍体育种结合，可更快地筛选出有用材料；染色体工程将成为常规育种中导入外源基因的通用技术；质核置换也会产生有利的遗传变异等。此外，利用专性无融合生殖系等固定杂种优势的研究，也在进展之中。70年代以来，电子计算机的应用已使育种工作效率大为提高。随着细胞生物学和分子遗传学的迅速发展，细胞融合、分子探针、单基因克隆等新技术的成功实验更为作物育种带来强有力的手段。所有这一切都可能使作物育种技术在不久的将来产生新的革命性变化。