【正文】 讀博士學位研究生考試試題382作物育種學一．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。因為雄性不育特性是可以遺傳的，可以從根本上免除去雄的手續(xù)。假設雙親在產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，實際上優(yōu)勢組合雙親在產量性狀上的基因差異遠不止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，自交不親和性已經在生產上應用。由于化學去雄避開了恢復系、保持系關系及環(huán)境因子的制約，易獲得強優(yōu)勢雜種，因此被認為是一種很有希望的育種新技術。選用某種化學藥劑，在作物生長發(fā)育的一定時期噴灑于母本，直接殺傷或抑制雄性器官發(fā)育，造成生理不育，達到去雄的目的。2利用標志性狀生產雜種種子。P1601人工去雄生產雜種種子。必須面向特定的生態(tài)地區(qū)和栽培條件。突出重點，分清主次，抓住主要矛盾。二、種質資源的研究與利用：種質資源的研究內容包括性狀、特性的鑒定與評價及細胞學鑒定等，鑒定是種質資源研究的主要工作，鑒定內容因作物不同而異，一般包括農藝性狀，如生育期、形態(tài)特征和產量因素；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；產品品質，如營養(yǎng)價值、食用價值及其他實用價值。并進行簡單的分類，確定每份材料的植物學分類地位和生態(tài)類型，以便對收集材料的親緣關系、適應性、和基本的生育特性有個概括的認識和了解，為保存和做進一步研究提供依據(jù)。交換是育種工作者彼此互通各自所需的種質資源。2收集種質資源的方法。P26種質資源的研究內容包括收集、保存、鑒定、創(chuàng)新和利用。根據(jù)田間觀察、抗性和品質鑒定以及產量表現(xiàn)，選出最優(yōu)良的品種參加全國或省組織的區(qū)域試驗。產量超過對照品種并達一定標準的優(yōu)良一致品系升級至品種比較試驗，少數(shù)再試驗一年，其余淘汰。對所有原始材料定期進行觀察記載，根據(jù)育種目標，選擇材料進行重點研究，以便選作雜交親本。整個雜交育種過程，有幾個連續(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。從生產的角度來講，引種是指從外地引進作物新品種，通過適應性試驗，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，以便考察株系歷史和親緣關系，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過連續(xù)多代的自交加選擇而得到的同質純合群體，它實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。雜交種品種是在嚴格選擇親本和控制授粉的條件下，生產的各類雜交組合的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性，表現(xiàn)出很高的生產力。：用不育系作母本，用恢復系作父本進行雜交獲得的品種。：按照良種繁殖技術規(guī)范進行大規(guī)模種子繁殖稱為制種。：是指用物理、化學因素誘導植物的遺傳特性發(fā)生變異，再從變異群體中選擇符合人們某種要求的單株，進而培育成新的種質或品種的育種方法。雜交育種：不同品種間雜交獲得雜種，繼而在雜種后代進行選擇以育成符合生產要求的新品種。轉基因育種：根據(jù)育種目標，從供體生物中分離目的基因，經DNA重組與遺傳轉化或直接運載進入受體作物，經過篩選獲得穩(wěn)定表達的遺傳工程體，并經過田間試驗與大田選擇育成轉基因新品種或種質資源。根據(jù)各階段種植材料的來源、性質、工作內容和選育上的要求，形成以下幾個試驗圃：原始材料圃和親本圃：種植從國內外收集來的各類材料，按類型分類種植，每一個材料種植幾十株。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：種植由鑒定圃升級的品系，或繼續(xù)進行試驗的優(yōu)良品種。生產試驗和多點試驗：在生產條件下進行較大面積的生產試驗，在自然條件不同地區(qū)進行多點試驗，并結合栽培技術進行栽培試驗，以進一步考察供試品系在不同地點和不同生產條件的考驗，并起示范和繁殖作用。在相當長的時期內，我國農作物品種資源研究工作重點仍將是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、 種質資源的收集與保存：1發(fā)掘收集保存種質資源的緊迫性。收集種質資源的方法有四種：考察收集、征集、交換、轉引。轉引是指通過第三方獲取所需要的種質資源。4種質資源的保存。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?shù)貓远ê彤惖罔b定。09年考過P38作物的育種目標是針對一定的生態(tài)地區(qū)和經濟條件以及種植制度而制定的，因此它是一項包括多方面內容的復雜工作。生產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時，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上，分清主次，突出的改良一兩個限制產量和品質的主要性狀，這就是抓主要矛盾的出發(fā)點。我國地域廣大，跨越幾十個維度，氣候、土壤差異很大，就一個省的氣候、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雜種種子。利用植株的某一顯性性狀或隱性性狀作為標志，區(qū)別真假雜種，就可以不進行人工去雄而利用雜種優(yōu)勢。化學去雄利用雜種優(yōu)勢具有配組容易，自由及制種手續(xù)簡單等特點。4 利用雜交不親和性生產雜種種子。油菜的花很小，人工去雄很不經濟，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。實際測定結果表明，作物優(yōu)勢組合的F2對照雜種優(yōu)勢可達10%或更大。核質互作雄性不育、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雜種。整個雜交育種過程，有幾個連續(xù)的選育階段。對所有原始材料定期進行觀察記載，根據(jù)育種目標，選擇材料進行重點研究，以便選作雜交親本。產量超過對照品種并達一定標準的優(yōu)良一致品系升級至品種比較試驗，少數(shù)再試驗一年，其余淘汰。根據(jù)田間觀察、抗性和品質鑒定以及產量表現(xiàn)，選出最優(yōu)良的品種參加全國或省組織的區(qū)域試驗。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。植物的其他各個部分也可以用適當?shù)姆椒▉磉M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。為了擴大誘變后代的變異范圍有時也采用雜種當代種子進行誘變處理。最后，后代種植和選擇方法，M1的種植與處理，經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。程序六個圃。根據(jù)育種理論與各育種單位的經驗，選配親本的原則如下：雙親都具有較多的優(yōu)點，沒有突出的缺點，在主要性狀上優(yōu)缺點盡可能互補；親本之一最好是能適應當?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，親緣關系較遠的親本材料相互雜交；雜交親本應具有較好的配合力。雜種后代的處理方法中，應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，表達序列標簽，根據(jù)連鎖圖譜克隆目的基因；2目的基因重組質粒的構建；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)、原生質體再生系統(tǒng)、胚狀體再生系統(tǒng)、生殖細胞受體系統(tǒng)；4轉基因方法的確定和外源基因的轉化；5轉化體的篩選和鑒定；6轉化體的安全性評價和育種利用三．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需要的基因型，使選擇的性狀穩(wěn)定地遺傳下去。按照對當選材料的處理方式，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，在原始群體中選擇目標性狀基本一致的個體，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。分子標記技術是以生物大分子(主要是遺傳物質DNA)多態(tài)性為基礎的遺傳標記技術，它的問世和發(fā)展為定向地對作物進行遺傳操作和改良提供了可能性。分子標記輔助育種縮短了育種年限，加快了育種進程，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。該技術包括以下基本步驟：DNA提取；用DNA限制性內切酶消化；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移到易操作的濾膜上；用放射性同位素或非放射性物質標記的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)這兩端的序列設計一對特異引物，通過PCR技術將其間的核心微衛(wèi)星DNA序列擴增出來，利用電泳分析技術就可獲得其長度多態(tài)性，即SSR標記。通過分子標記可以揭示雜種優(yōu)勢的遺傳基礎，鑒定種質資源(親本)的遺傳多樣性，并對其進行分類，從而有效地選配親本。吳敏生等先后利用RAPD和AFLP標記對親本遺傳距離與玉米雜種產量有事的關系進行了研究，發(fā)現(xiàn)利用分子標記技術預測雜種優(yōu)勢作用有限。該技術的關鍵是鑒定出與重要農藝性狀緊密連鎖的DNA分子標記，通過利用與目標性狀緊密連鎖的DNA分子標記對目標性狀進行間接選擇。在育種中利用分子標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行選擇困難的問題，可以準確地對育種目標進行選擇，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，在植物新品種保護領域特別有應用價值。分子標記技術不久的將來必將成為常規(guī)育種技術中一個重要組成部分，但目前分子標記還需要在以下幾方面不斷完善：一、構建玉米分子遺傳飽和圖譜；二、探索基因型與表現(xiàn)型之間的關系，進行更多重要農藝性狀基因的精細定位；三、探索分子標記與常規(guī)育種的有效結合途徑；四、探索自動化程度高，價格低廉的新分子標記。盡管目前DNA分子標記技術仍存在其局限性，但隨著分子生物學的發(fā)展，分子標記技術必將會逐步完善，或出現(xiàn)新的分子標記技術，而成為生命科學的一種簡便、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主要有分子標記、DNA重組技術(也稱轉基因技術)等。轉基因技術、分子標記技術等基因工程技術被廣泛應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。 分子標記技術在玉米遺傳育種中的應用隨著分子生物學的發(fā)展，開發(fā)了一類基于DNA變異的分子標記。Heienqaris(1986)等用100多個500～1000bp的簡單序列克隆建立了第一張玉米RFLP分子標記遺傳圖譜，定位了113個位點，到1995年玉米遺傳連鎖圖已經定位了1168個RFLP標記。 基因工程在玉米遺傳育種中的應用展望在飽和遺傳圖譜和分子標記的基礎上，Pratt(1992)等開展了抗病基因分子標記輔助選擇工作。轉基因玉米數(shù)量也是逐年增多，1998年轉基因玉米在全球種植面積為830萬公頃，1999年增至1100萬公頃。利用分子標記，建立我國玉米自交系和雜交種遺傳脆弱性監(jiān)測機制及體系，通過研究遺傳多樣性，為玉米種質資源收集、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)。應用基因工程技術與常規(guī)育種方法緊密結合是玉米育種的一個突破方向。玉米轉基因技術主要有：以農桿菌Ti質粒介導的載體轉化技術；利用基因槍、PEG等的DNA直接導入轉化技術及通過花粉管通道、子房注射的轉化技術。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基因的數(shù)目和種類日益增加，同時，培育的玉米種質資源也會越來越豐富，即我們從分子水平上對玉米進行改良和創(chuàng)新。綜上所述，基因工程技術在玉米遺傳育種上的應用越來越廣泛，而且日益深入。3．選擇重要性狀如品質性狀、病蟲害抗性等進行基因定位作圖，并對重要性狀基因克隆進行分子生物學研究，積極應用分子標記輔助技術加強種質創(chuàng)新，提高育種效率。六．以一種作物為例，評述抗病育種現(xiàn)狀（20分）我國玉米抗病育種進展：玉米在16世紀傳入中國，20世紀發(fā)展為僅次于水稻和小麥的第三大作物，在我國國民經濟中占有重要位置。因此，提高玉米的抗病性已經成為玉米育種的永恒目標，選育抗病蟲的雜交種，對于保證玉米高產、穩(wěn)產具有十分重要的意義。我國生產上使用的玉米雜交種的種質基礎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，給生產造成重大損失。由于我國年度間及地區(qū)間病害流行差