【正文】 讀博士學(xué)位研究生考試試題382作物育種學(xué)一．簡述作物新品種選育的基本程序（20分）03,6,7,8,9年作物新品種選育的方法多種多樣，但最主要的方法是雜交育種，這里以雜交育種為例，介紹作物新品種選育的基本程序。因?yàn)樾坌圆挥匦允强梢赃z傳的，可以從根本上免除去雄的手續(xù)。假設(shè)雙親在產(chǎn)量性狀上的基因差異為10對，F(xiàn)2代出現(xiàn)純合基因型的頻率不到千分之一，實(shí)際上優(yōu)勢組合雙親在產(chǎn)量性狀上的基因差異遠(yuǎn)不止10對，也就是說F2仍保持很大程度的基因雜合率，而品種間雜種優(yōu)勢表現(xiàn)在很大程度上決定于基因的雜合率。在十字花科蔬菜中，自交不親和性已經(jīng)在生產(chǎn)上應(yīng)用。由于化學(xué)去雄避開了恢復(fù)系、保持系關(guān)系及環(huán)境因子的制約，易獲得強(qiáng)優(yōu)勢雜種，因此被認(rèn)為是一種很有希望的育種新技術(shù)。選用某種化學(xué)藥劑，在作物生長發(fā)育的一定時(shí)期噴灑于母本，直接殺傷或抑制雄性器官發(fā)育，造成生理不育，達(dá)到去雄的目的。2利用標(biāo)志性狀生產(chǎn)雜種種子。P1601人工去雄生產(chǎn)雜種種子。必須面向特定的生態(tài)地區(qū)和栽培條件。突出重點(diǎn)，分清主次，抓住主要矛盾。二、種質(zhì)資源的研究與利用：種質(zhì)資源的研究內(nèi)容包括性狀、特性的鑒定與評(píng)價(jià)及細(xì)胞學(xué)鑒定等，鑒定是種質(zhì)資源研究的主要工作，鑒定內(nèi)容因作物不同而異，一般包括農(nóng)藝性狀，如生育期、形態(tài)特征和產(chǎn)量因素；生理生化特性，抗逆性，抗病性，抗蟲性，對某些元素的過量或缺失的耐性；產(chǎn)品品質(zhì)，如營養(yǎng)價(jià)值、食用價(jià)值及其他實(shí)用價(jià)值。并進(jìn)行簡單的分類，確定每份材料的植物學(xué)分類地位和生態(tài)類型，以便對收集材料的親緣關(guān)系、適應(yīng)性、和基本的生育特性有個(gè)概括的認(rèn)識(shí)和了解，為保存和做進(jìn)一步研究提供依據(jù)。交換是育種工作者彼此互通各自所需的種質(zhì)資源。2收集種質(zhì)資源的方法。P26種質(zhì)資源的研究內(nèi)容包括收集、保存、鑒定、創(chuàng)新和利用。根據(jù)田間觀察、抗性和品質(zhì)鑒定以及產(chǎn)量表現(xiàn)，選出最優(yōu)良的品種參加全國或省組織的區(qū)域試驗(yàn)。產(chǎn)量超過對照品種并達(dá)一定標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)良一致品系升級(jí)至品種比較試驗(yàn)，少數(shù)再試驗(yàn)一年，其余淘汰。對所有原始材料定期進(jìn)行觀察記載，根據(jù)育種目標(biāo)，選擇材料進(jìn)行重點(diǎn)研究，以便選作雜交親本。整個(gè)雜交育種過程，有幾個(gè)連續(xù)的選育階段。雄性不育可以作為重要工具用于各種作物的雜交育種和雜種優(yōu)勢利用。從生產(chǎn)的角度來講，引種是指從外地引進(jìn)作物新品種，通過適應(yīng)性試驗(yàn)，直接在本地推廣種植。在選擇過程中，各世代予以系統(tǒng)編號(hào)，以便考察株系歷史和親緣關(guān)系，故稱系譜法。：不同基因型的品種或類型雜交后獲得的基因型混雜的未經(jīng)選擇的種群。自交系品種又稱純系品種，是對突變或雜合基因型經(jīng)過連續(xù)多代的自交加選擇而得到的同質(zhì)純合群體，它實(shí)際上包含了自花授粉作物和常異花授粉作物的純系品種和異花授粉作物的自交系品種。：利用不同基因型的品種或類型雜交，以創(chuàng)造變異，獲得新類型，并通過培育和選擇而育成的品種。雜交種品種是在嚴(yán)格選擇親本和控制授粉的條件下，生產(chǎn)的各類雜交組合的F1植株群體，他們的基因型是高度雜合的，群體又具有不同程度的同質(zhì)性，表現(xiàn)出很高的生產(chǎn)力。：用不育系作母本，用恢復(fù)系作父本進(jìn)行雜交獲得的品種。：按照良種繁殖技術(shù)規(guī)范進(jìn)行大規(guī)模種子繁殖稱為制種。：是指用物理、化學(xué)因素誘導(dǎo)植物的遺傳特性發(fā)生變異，再從變異群體中選擇符合人們某種要求的單株，進(jìn)而培育成新的種質(zhì)或品種的育種方法。雜交育種：不同品種間雜交獲得雜種，繼而在雜種后代進(jìn)行選擇以育成符合生產(chǎn)要求的新品種。轉(zhuǎn)基因育種：根據(jù)育種目標(biāo)，從供體生物中分離目的基因，經(jīng)DNA重組與遺傳轉(zhuǎn)化或直接運(yùn)載進(jìn)入受體作物，經(jīng)過篩選獲得穩(wěn)定表達(dá)的遺傳工程體，并經(jīng)過田間試驗(yàn)與大田選擇育成轉(zhuǎn)基因新品種或種質(zhì)資源。根據(jù)各階段種植材料的來源、性質(zhì)、工作內(nèi)容和選育上的要求，形成以下幾個(gè)試驗(yàn)圃：原始材料圃和親本圃：種植從國內(nèi)外收集來的各類材料，按類型分類種植，每一個(gè)材料種植幾十株。從原始材料圃中每年選出合乎雜交育種目的的材料作為親本，種于親本圃。品種比較試驗(yàn)：種植由鑒定圃升級(jí)的品系，或繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)的優(yōu)良品種。生產(chǎn)試驗(yàn)和多點(diǎn)試驗(yàn)：在生產(chǎn)條件下進(jìn)行較大面積的生產(chǎn)試驗(yàn)，在自然條件不同地區(qū)進(jìn)行多點(diǎn)試驗(yàn)，并結(jié)合栽培技術(shù)進(jìn)行栽培試驗(yàn)，以進(jìn)一步考察供試品系在不同地點(diǎn)和不同生產(chǎn)條件的考驗(yàn)，并起示范和繁殖作用。在相當(dāng)長的時(shí)期內(nèi)，我國農(nóng)作物品種資源研究工作重點(diǎn)仍將是20字方針，即“廣泛收集，妥善保存，深入研究，積極創(chuàng)新，充分利用”一、 種質(zhì)資源的收集與保存：1發(fā)掘收集保存種質(zhì)資源的緊迫性。收集種質(zhì)資源的方法有四種：考察收集、征集、交換、轉(zhuǎn)引。轉(zhuǎn)引是指通過第三方獲取所需要的種質(zhì)資源。4種質(zhì)資源的保存。鑒定方法依性狀、鑒定條件和場所分為直接鑒定和間接鑒定，自然鑒定和控制條件鑒定，當(dāng)?shù)貓?jiān)定和異地鑒定。09年考過P38作物的育種目標(biāo)是針對一定的生態(tài)地區(qū)和經(jīng)濟(jì)條件以及種植制度而制定的，因此它是一項(xiàng)包括多方面內(nèi)容的復(fù)雜工作。生產(chǎn)和市場上對品種的要求往往是多方面的，但是在制定育種目標(biāo)時(shí)，對諸多需要改良的性狀不能面面俱到，要求十全十美，而是要在綜合性狀都符合一定要求的基礎(chǔ)上，分清主次，突出的改良一兩個(gè)限制產(chǎn)量和品質(zhì)的主要性狀，這就是抓主要矛盾的出發(fā)點(diǎn)。我國地域廣大，跨越幾十個(gè)維度，氣候、土壤差異很大，就一個(gè)省的氣候、土壤、海拔也有很大差異。對雌雄異花作物，繁殖系數(shù)高的作物、用量小的作物、花期較大、去雄較易的作物，均可采用人工去雄的方法生產(chǎn)雜種種子。利用植株的某一顯性性狀或隱性性狀作為標(biāo)志，區(qū)別真假雜種，就可以不進(jìn)行人工去雄而利用雜種優(yōu)勢?；瘜W(xué)去雄利用雜種優(yōu)勢具有配組容易，自由及制種手續(xù)簡單等特點(diǎn)。4 利用雜交不親和性生產(chǎn)雜種種子。油菜的花很小，人工去雄很不經(jīng)濟(jì)，因此自交不親和性對于利用油菜雜種優(yōu)勢有重要的作用。實(shí)際測定結(jié)果表明，作物優(yōu)勢組合的F2對照雜種優(yōu)勢可達(dá)10%或更大。核質(zhì)互作雄性不育、基因型環(huán)境互作雄性不育、隱性核不育、顯性核不育均可用于生產(chǎn)雜種。整個(gè)雜交育種過程，有幾個(gè)連續(xù)的選育階段。對所有原始材料定期進(jìn)行觀察記載，根據(jù)育種目標(biāo)，選擇材料進(jìn)行重點(diǎn)研究，以便選作雜交親本。產(chǎn)量超過對照品種并達(dá)一定標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)良一致品系升級(jí)至品種比較試驗(yàn)，少數(shù)再試驗(yàn)一年，其余淘汰。根據(jù)田間觀察、抗性和品質(zhì)鑒定以及產(chǎn)量表現(xiàn)，選出最優(yōu)良的品種參加全國或省組織的區(qū)域試驗(yàn)。常見方法：1物理誘變：常見的物理誘變劑是不同種類的射線，紫外線，以及電子束、激光、粒子注射、航天搭載等方法。植物的其他各個(gè)部分也可以用適當(dāng)?shù)姆椒▉磉M(jìn)行處理，例如芽、插條、塊莖、球莖等，此外還可以處理活體植株的幼穗、花粉、合子和原胚以提高誘變率。為了擴(kuò)大誘變后代的變異范圍有時(shí)也采用雜種當(dāng)代種子進(jìn)行誘變處理。最后，后代種植和選擇方法，M1的種植與處理，經(jīng)誘變處理的種子或營養(yǎng)器官所長成的植株或直接處理的植株均被稱為誘變一代。M2及其后代的種植和選擇，種植方式因選擇方法不同而異，主要有系譜法和混合法。程序六個(gè)圃。根據(jù)育種理論與各育種單位的經(jīng)驗(yàn)，選配親本的原則如下：雙親都具有較多的優(yōu)點(diǎn)，沒有突出的缺點(diǎn)，在主要性狀上優(yōu)缺點(diǎn)盡可能互補(bǔ)；親本之一最好是能適應(yīng)當(dāng)?shù)貤l件、綜合性狀較好的推廣品種；注意親本間的遺傳差異，選用生態(tài)類型差異較大，親緣關(guān)系較遠(yuǎn)的親本材料相互雜交；雜交親本應(yīng)具有較好的配合力。雜種后代的處理方法中，應(yīng)用較廣的有系譜法和混合法，還有從這兩者派生出來的方法。主要方法有同源序列法，表達(dá)序列標(biāo)簽，根據(jù)連鎖圖譜克隆目的基因；2目的基因重組質(zhì)粒的構(gòu)建；3受體材料的選擇，通常有以下幾種類型，愈傷組織再生系統(tǒng)、直接分化再生系統(tǒng)、原生質(zhì)體再生系統(tǒng)、胚狀體再生系統(tǒng)、生殖細(xì)胞受體系統(tǒng)；4轉(zhuǎn)基因方法的確定和外源基因的轉(zhuǎn)化；5轉(zhuǎn)化體的篩選和鑒定；6轉(zhuǎn)化體的安全性評(píng)價(jià)和育種利用三．簡述作物育種中常用的選擇方法（20分）P54選擇就是選優(yōu)去劣，選擇育種就是從自然變異的群體中，根據(jù)單株的表現(xiàn)型選擇挑選符合生產(chǎn)需要的基因型，使選擇的性狀穩(wěn)定地遺傳下去。按照對當(dāng)選材料的處理方式，可將選擇方法分為單株選擇和混合選擇兩種基本方法。再經(jīng)連續(xù)的比較鑒定，選出優(yōu)良品系，最后培育出新品種?；旌线x擇法：根據(jù)育種目標(biāo)，在原始群體中選擇目標(biāo)性狀基本一致的個(gè)體，混合后加以繁殖，并與原始群體和對照品種比較，選出優(yōu)良的混合群體，從而培育出新的品種。根據(jù)選擇的次數(shù)，混合選擇也可分為一次混合選擇法、多次混合選擇法和改良混合選擇法。分子標(biāo)記技術(shù)是以生物大分子(主要是遺傳物質(zhì)DNA)多態(tài)性為基礎(chǔ)的遺傳標(biāo)記技術(shù)，它的問世和發(fā)展為定向地對作物進(jìn)行遺傳操作和改良提供了可能性。分子標(biāo)記輔助育種縮短了育種年限，加快了育種進(jìn)程，提高了育種效率，克服了很多常規(guī)育種方法中的困難。反映生物個(gè)體或種群間基因組中某種差異特征的DNA片段，它直接反映基因組DNA間的差異。該技術(shù)包括以下基本步驟：DNA提取；用DNA限制性內(nèi)切酶消化；凝膠電泳分離限制性片段；將這些片段按原來的順序和位置轉(zhuǎn)移到易操作的濾膜上；用放射性同位素或非放射性物質(zhì)標(biāo)記的DNA作探針與膜上的DNA雜交（稱Southern雜交）；放射性自顯影或酶學(xué)檢測顯示出不同材料對該探針的限制性酶切片段多態(tài)性。盡管微衛(wèi)星DNA分布于整個(gè)基因組的不同位置，但其兩端序列多是保守的單拷貝序列，因此可以根據(jù)這兩端的序列設(shè)計(jì)一對特異引物，通過PCR技術(shù)將其間的核心微衛(wèi)星DNA序列擴(kuò)增出來，利用電泳分析技術(shù)就可獲得其長度多態(tài)性，即SSR標(biāo)記。通過分子標(biāo)記可以揭示雜種優(yōu)勢的遺傳基礎(chǔ)，鑒定種質(zhì)資源(親本)的遺傳多樣性，并對其進(jìn)行分類，從而有效地選配親本。吳敏生等先后利用RAPD和AFLP標(biāo)記對親本遺傳距離與玉米雜種產(chǎn)量有事的關(guān)系進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)利用分子標(biāo)記技術(shù)預(yù)測雜種優(yōu)勢作用有限。該技術(shù)的關(guān)鍵是鑒定出與重要農(nóng)藝性狀緊密連鎖的DNA分子標(biāo)記，通過利用與目標(biāo)性狀緊密連鎖的DNA分子標(biāo)記對目標(biāo)性狀進(jìn)行間接選擇。在育種中利用分子標(biāo)記輔助選擇可以不受環(huán)境條件的干涉與影響，而且可克服對隱性基因控制的性狀進(jìn)行選擇困難的問題，可以準(zhǔn)確地對育種目標(biāo)進(jìn)行選擇，從而大大縮短育種周期，提高育種效率。3)利用分子標(biāo)記建立植物品種的指紋圖譜，通過指紋圖譜可以精確地把遺傳差異很小的植株區(qū)別開來，在植物新品種保護(hù)領(lǐng)域特別有應(yīng)用價(jià)值。分子標(biāo)記技術(shù)不久的將來必將成為常規(guī)育種技術(shù)中一個(gè)重要組成部分，但目前分子標(biāo)記還需要在以下幾方面不斷完善：一、構(gòu)建玉米分子遺傳飽和圖譜；二、探索基因型與表現(xiàn)型之間的關(guān)系，進(jìn)行更多重要農(nóng)藝性狀基因的精細(xì)定位；三、探索分子標(biāo)記與常規(guī)育種的有效結(jié)合途徑；四、探索自動(dòng)化程度高，價(jià)格低廉的新分子標(biāo)記。盡管目前DNA分子標(biāo)記技術(shù)仍存在其局限性，但隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，分子標(biāo)記技術(shù)必將會(huì)逐步完善，或出現(xiàn)新的分子標(biāo)記技術(shù)，而成為生命科學(xué)的一種簡便、快捷、高效的分析手段。在玉米遺傳育種中常用的基因工程技術(shù)主要有分子標(biāo)記、DNA重組技術(shù)(也稱轉(zhuǎn)基因技術(shù))等。轉(zhuǎn)基因技術(shù)、分子標(biāo)記技術(shù)等基因工程技術(shù)被廣泛應(yīng)用于玉米自交系的遺傳多樣性分析、優(yōu)勢群劃分、雄性不育系的研究、品質(zhì)改良、病蟲害抗性等方面。目前所發(fā)現(xiàn)的Bt基因，可以毒殺鱗翅目、雙翅目、鞘翅目的昆蟲。 分子標(biāo)記技術(shù)在玉米遺傳育種中的應(yīng)用隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，開發(fā)了一類基于DNA變異的分子標(biāo)記。Heienqaris(1986)等用100多個(gè)500～1000bp的簡單序列克隆建立了第一張玉米R(shí)FLP分子標(biāo)記遺傳圖譜，定位了113個(gè)位點(diǎn)，到1995年玉米遺傳連鎖圖已經(jīng)定位了1168個(gè)RFLP標(biāo)記。 基因工程在玉米遺傳育種中的應(yīng)用展望在飽和遺傳圖譜和分子標(biāo)記的基礎(chǔ)上，Pratt(1992)等開展了抗病基因分子標(biāo)記輔助選擇工作。轉(zhuǎn)基因玉米數(shù)量也是逐年增多，1998年轉(zhuǎn)基因玉米在全球種植面積為830萬公頃，1999年增至1100萬公頃。利用分子標(biāo)記，建立我國玉米自交系和雜交種遺傳脆弱性監(jiān)測機(jī)制及體系，通過研究遺傳多樣性，為玉米種質(zhì)資源收集、保存和利用，為親本選擇、玉米類群的劃分和組建提供依據(jù)。應(yīng)用基因工程技術(shù)與常規(guī)育種方法緊密結(jié)合是玉米育種的一個(gè)突破方向。玉米轉(zhuǎn)基因技術(shù)主要有：以農(nóng)桿菌Ti質(zhì)粒介導(dǎo)的載體轉(zhuǎn)化技術(shù)；利用基因槍、PEG等的DNA直接導(dǎo)入轉(zhuǎn)化技術(shù)及通過花粉管通道、子房注射的轉(zhuǎn)化技術(shù)。將抗除草劑基因引入玉米是增加除草劑選擇及安全性的一種新途徑。通過這種手段使植株體內(nèi)基因的數(shù)目和種類日益增加，同時(shí)，培育的玉米種質(zhì)資源也會(huì)越來越豐富，即我們從分子水平上對玉米進(jìn)行改良和創(chuàng)新。綜上所述，基因工程技術(shù)在玉米遺傳育種上的應(yīng)用越來越廣泛，而且日益深入。3．選擇重要性狀如品質(zhì)性狀、病蟲害抗性等進(jìn)行基因定位作圖，并對重要性狀基因克隆進(jìn)行分子生物學(xué)研究，積極應(yīng)用分子標(biāo)記輔助技術(shù)加強(qiáng)種質(zhì)創(chuàng)新，提高育種效率。六．以一種作物為例，評(píng)述抗病育種現(xiàn)狀（20分）我國玉米抗病育種進(jìn)展：玉米在16世紀(jì)傳入中國，20世紀(jì)發(fā)展為僅次于水稻和小麥的第三大作物，在我國國民經(jīng)濟(jì)中占有重要位置。因此，提高玉米的抗病性已經(jīng)成為玉米育種的永恒目標(biāo)，選育抗病蟲的雜交種，對于保證玉米高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)具有十分重要的意義。我國生產(chǎn)上使用的玉米雜交種的種質(zhì)基礎(chǔ)80%左右(1994年)是以塘四平頭、旅大紅骨、蘭卡斯特(Lancaster)和瑞德黃馬牙(Reid Yellow Dent)4個(gè)雜種優(yōu)勢群為主。我國年度間病害流行差異比較大，如果連年大面積種植某一品種，極易造成病害流行，給生產(chǎn)造成重大損失。由于我國年度間及地區(qū)間病害流行差