作物育种目标的制定(精)

第一节作物育种目标的制定育种目标指在一定的自然、栽培和经济条件下，对计划选育某种作物的新品种提出应具备的优良特征特性。育种工作的第一步包括多方面内容的、综合的、复杂的工作一、目标性状特点1、育种目标性状很多，不同作物育种目标又是千差万别凡能通过育种可得到改进性状都可以列为育种的目标性状产量、品质、生育期、抗病虫性、抗倒性、抗耐各种不良环境因子如干旱、渍水、高温、低温、盐碱等。第三章育种目标2、目标性状是由许多性状指标和因素所构成，不同目标性状之间相互制约、相互促进、相互包含（1）产量（经济产量）如禾谷类作物理论产量：单位面积株(穴）数、每株穗数、每穗粒数和粒重产量结构与品种、土壤、气候、栽培有关产量包括：高产性和稳产性，往往是一对相互制约因素。比如：矮化育种后，生物学产量成为限制因素，选育品种的株高不断升高，容易倒伏。稳产性因素包括：抗病虫性、抗倒性、抗逆性等。根系发达与抗倒伏、对干旱和盐碱等不良环境的抗耐性有关。第三章育种目标（2）品质商品品质、营养品质、卫生品质（3）抗病虫性哪种病害、虫害；当地优势小种和生物型？！（4）抗倒伏株高、茎杆强度、根系、茎叶相对位置、叶型等，栽培，气候。因此，对诸多需要改良的性状不可能面面俱到、十全十美。应该在众多的错综复杂的性状中，分清主次，在现有品种和材料的基础上，抓住需要解决的主要问题，突出地改良一两个限制产量、品质或其他主要性状的因素，提出具体的切实可行的解决方案。如水稻，东北地区的稻曲病、西南地区的稻瘟病、近两年江苏的条纹叶枯病……第三章育种目标二、自然生态条件、作物生态类型和栽培制度1、生态条件：地域、气候、土壤差异如辽宁省东部多雨，西部干旱，北部无霜期较短。每个特定品种对环境条件的适应范围是有限的。育种目标应该随生态条件的改变而变化。2、不同作物：大豆品种一般只能适应两个纬度玉米的适应范围较广，如丹玉13号（吉林到广西）棉花无限营养生长习性，适应性广不同生态类型品种：如晚稻类型感光性强，适应范围窄3、耕作制度：例如苏南三熟制时期，需要玉米、早熟水稻和油菜等品种；后来又改为两熟制，夏作以晚粳品种为主。不同种植形式（间种、套种、复种）需要不同的品种特性间种品种株形紧凑、边行优势大；复种要求品种生育期短。第三章育种目标三、社会经济条件不同国家、不同的社会发展阶段，其经济发展水平不同，育种目标侧重点不同。1、过去（20世纪）——粮食短缺时代——高产为主高投入、高产出、高污染（黑色效应）、低效益2、当代社会——产量基础上的优质供求关系变化、价格、生活水平提高、农产品关税下降…3、未来社会——抗性、稳产、多样性（1）抗病、抗虫、抗逆性关注环保、可持续发展耐低营养素品种，减少化肥施用，减少污染，节约资源气候变化异常（高温、台风、旱涝……）第三章育种目标（2）用途多样化市场需求多样化要求品种多样化或专用化。粮食作物的食用、加工、饲料、工用等多方面的用途。如小麦的用途有面包、饼干、饲料等等。如高直链淀粉水稻品种(生产味精和粉干原料)作物的用途正在超越传统的概念，如能源植物等。德国通过定向培育成绿色能源甜菜、马铃薯、油菜、玉米新品种，可用于提取乙醇、甲烷等燃料；有些油菜品种榨取菜子油可直接作为农业机械的燃油(生物柴油），代替矿物油。第三章育种目标四、实现育种目标的方法策略制定育种目标考虑到自然、社会经济等因素以外，实现育种目标还必须考虑到育种自身特点和育种方法策略等因素。1、育种周期长——育种要有预见性2、可行的育种方法策略和途径明确的、具体的改良性状和具体指标选择最佳的育种方法和策略原始材料选择，如抗病育种的抗源原始材料育种方法如单基因性状改良可采用回交或诱变育种如多基因性状改良采用杂交育种或轮回选择育种年限的长短诱变育种较杂交育种稳定得快育种目标与现有原始亲本需改良性状的多少差异第三章育种目标第二节现代育种的重要目标性状与成因分析高产、稳产、优质、适应机械化是现代农业对各种作物品种的共同要求，是国内外作物育种的主要目标，也是作物优良品种必备的基本条件。一、高产与产量成因分析（一）产量的形成作物产量的形成是品种的各种遗传特征特性与环境条件共同作用的结果。1、生物产量与经济产量生物产量中有机物质占干物质的90%～95%，因此作物有机物质的生产和积累是形成产量的主要物质基础。经济产量是生物产量的一部分，是作物有价值器官部分的产量。经济系数（收获指数）经济产量与生物产量的比值。第三章育种目标2、高产品种的重要特征特性“源、流、库”学说高产品种生育前期早生快发，建立较大的营养体，为生物产量打好基础；生育中期，营养器官与产品器官健壮而协调生长，以积累大量的有机物质并形成具有足够数量的贮藏光合产物的器官；生育后期，功能叶片多，叶面积指数高，叶片不早衰，保证有充足的有机物质向产品器官运转。第三章育种目标3、作物产量的构成因素不同作物经济产量构成因素不同禾谷类作物：单位面积穗数（株数*每株穗数）、穗粒数和粒重；棉花：单位面积株数、株铃数、铃重和衣分；大豆、油菜：单位面积株数、株荚数、荚粒数和粒重。不同地区，不同栽培条件，各自有不同的产量因素最佳组合。稻麦：增加穗数选育多穗型(从生）品种；增加穗重选育大穗型品种；穗数、粒数和粒重同时并增选育中间型品种棉花：南方侧重于个体发育产量性状属于数量性状，遗传率低，易受环境因素的影响，因而通过多年多点的产量比较试验才能作出决选，并与标准品种（对照品种）比较增产潜力指标。第三章育种目标（二）高产育种策略在育种策略上，为达到高产这一目的，似乎可将作物育种分为三个阶段，即矮秆育种、理想株型育种和高光效育种。1、矮秆育种矮秆品种的增产作用是通过：降低个体的植株高度、增加密度；降低茎秆所占比重、提高收获指数；减少倒伏、提高稳产性。但植株高度也不是越矮越好现在育成品种高度比上世纪60、70年代品种明显有增高的趋势。育种家普遍认为，在抗倒伏的基础上，增加高度，提高生物学产量，是提高经济产量的重要条件。高产必须以生物学产量为基础。第三章育种目标12、理想株型育种集中形态特征和生理特性的优良性状，使其获得最高的光能利用率，并能将光合产物最大限度地输送到籽粒中去，通过提高收获指数而提高籽粒产量。在禾谷类作物上，如株型紧凑、叶片窄而短、挺直上冲，叶与茎的夹角小，叶色深，叶绿素含量高，比叶重（单位面积的叶片重量）大等。理想株型应不同生态条件而有差异。水稻上提出了三种理想株型：重穗型、丛生型和中间型。国际水稻研究所新株型稻(NPT),也称超级稻：无无效分蘖,少蘖大穗,每穗200～250粒,强硬秆,株高90～100cm,根系发达,高收获指数;设计产量为13t/hm2至1994年,育成一批具有设计株型的NPT品系第三章育种目标第三章育种目标超级稻株型设计示意1.产量12～13t/hm22.产量15t/hm23.产量15t/hm2以上3、高光效育种通过提高作物本身光合能力和降低呼吸消耗的生理指标而提高作物产量的育种方法。作物经济产量的高低与光合作用产物的生产、消耗、分配和积累有关。从生理学上分析，作物的产量可分解为：经济产量＝生物产量×收获指数＝净光合产物×收获指数＝（光合能力×光合面积×光合时间─光呼吸消耗）×收获指数可见，高产品种应该具有较高的光合能力（强度），较低的呼吸消耗，光合机能保持时间长，叶面积指数（LAI）大，收获指数高等特点。第三章育种目标叶面积指数：由于矮秆育种和理想株型育种使作物群体的LAI和收获指数已有很大提高。水稻的最大LAI已达到9,小麦为6,玉米和高粱达到5左右。提高潜力不大，随着LAI的增大，作物群体郁蔽，茎秆细弱，发生倒伏，又易受病虫害侵染。收获指数：水稻达到0.5左右，玉米和高粱杂交种在0.4～0.45，提高也是困难的。光合时间=日光照时间×叶光合功能期光合功能期：可遗传控制，尤其是灌浆成熟时期的功能叶。光合能力：C4植物：玉米、高粱、甘蔗，光合强度高，光呼吸低，选择光合能力强的基因型C3植物：小麦、水稻、大豆、棉花等，光合强度较低，光呼吸高30%，筛选CO2补偿点低的高光效品种。转C4植物高光效基因第三章育种目标二、稳产与稳产性因素稳产性是指优良品种在推广的不同地区和不同年份间产量变化幅度较小，在环境多变的条件下能够保持均衡的增产作用。影响作物稳产性的因素很多主要包括：气候（旱、涝、风、高温、低温冷害与冻害）土壤（盐碱、低磷、低钾、缺铁、亚铁毒、铝毒）生物（病虫害）（一）抗病虫性单一寄主易引起流行病虫害的发生，抗病育种越来越显示出它的重要地位。高产栽培肥水条件改善和矮秆品种带来的高密度种植，都加重了病虫害的发生。抗病育种已从抗单一病害逐渐向抗多种病害发展，抗单一小种向抗多种小种发展。第三章育种目标（二）抗旱耐瘠我国无灌溉条件的耕地半数以上，其中有些地区常年缺雨干旱，即使在雨量较多的地区大多雨量集中，季节性干旱也时有发生造成作物严重减产。我国约有1/3以上耕地分布在丘陵山区，土层薄、肥力低，产量低而不稳。第三章育种目标2004年11月至2005年5月海南省连续干旱缺雨（三）抗倒伏性倒伏的原因：有作物本身的原因，如植株高大、茎秆强度差、根系不发达等。也有病虫害、栽培的原因。（四）适应性是指作物品种对生态环境的适应范围及程度。适应性强的品种不仅种植地区广泛、推广面积大，更重要的是可在不同年份和地区间保持产量稳定。适应性评判：育种的后期阶段高代侯选品系（组合）多生态点鉴定。育种策略；采用穿梭育种、异地选择、横向合作等方法。第三章育种目标三、优质与主要农作物优质指标作物品种的品质已经成为突出的育种目标。国家在“九五”、“十五”已实施了优质米育种计划，优质麦育种、优质蛋白玉米育种等。特别是有些农产品进入国际市场，对品质的要求更加严格，品质包括：营养品质（蛋白、必须氨基酸含量）加工品质商业品质卫生品质（农药残留、重金属含量、有害微生物及其有毒产物）第三章育种目标不同作物的品质标准1、谷类作物（1）水稻：籼稻和粳稻标准也不同。主要品质指标包括四个方面：加工品质：出糙率、精米率和整精米率；外观品质：垩白率、垩白度、长宽比；蒸煮品质：直链淀粉含量、胶稠度、糊化温度（消碱值）；营养品质：蛋白质含量（2）小麦：出粉率、面筋含量。面包小麦：面筋高，30%以上（北方小麦）；饼干糕点小麦：面筋低20%以下（长江流域红皮小麦）玉米：饲用和食用，高蛋白质优质玉米高赖氨酸含量工业用高直链淀粉（水解葡萄糖）糯玉米、甜玉米（鲜食）、高油玉米（玉米油）。第三章育种目标（二）油料作物（油菜）油酸、亚油酸含量高；减少长链脂肪酸（亚麻酸、花生酸和芥酸）；适当增加短链脂肪酸含量（棕榈酸、棕榈油酸）。（三）纤维作物（棉花）加工品质：纤维长度、强度、成熟度、细度和整齐度等指标；短绒棉彩色棉啤酒大麦就是以蛋白质含量低为优质性状大豆的蛋白质和油分的含量两个呈负相关的品质性状。大豆育种把蛋白质用和油用分别进行，选育高蛋白或高油专用型品种。第三章育种目标四、适应机械化株形紧凑、成熟一致，管理方便、不倒伏、不落粒。例如大豆结荚部位与地面有一定距离玉米穗位整齐适中马铃薯和甘薯的块茎和块根集中棉花不打顶不去腋芽直播稻，可以减少作业强度，植株分蘖少，茎杆粗壮，抗倒伏第三章育种目标第三章育种目标第三章育种目标第三章育种目标