《设施作物育种学》

绪 论

2009-02-20

主要内容

什么是作物育种学设施作物的育种目标国内外育种成就及进展

1 作物育种学的范畴改进作物的遗传特性，使选育出的

新品种符合生产的需求。

1.1 作物育种学的定义及内涵

Smith （ 1966 ）对植物育种学下了一个最为确切、全面和深刻的定义。定义如下：Plant breeding was defined by Smith

as the art and science for improving

genetic pattern of plants in relation t

o their economic use.

艺术植物育种学发展到今日，虽然其科学的成分日益增

多，但由于生物有机体过于复杂，因此迄今还有许多未知的领域，育种的成就不仅依赖于科学，而且也依赖于尚未上升到理论的经验，甚至机遇（ chance ）。

Art—— 的含意

育种学其它学科的关系

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、生物统计与试验设计、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科。

改进作物的遗传特性（ genetic pattern ）即基因型，而不是仅仅改变其表型（ phenotype ）；作物育种学的目的在于改变那些与经济用途（ economic us

e ）有关的遗传特性，而不是任何遗传特性。

作物育种学的任务

1.2 品种的概念与良种的作用1.2.1 品种的概念及含义 《中国农业百科全书》作物卷中品种（ cultivar ，简作 CV. 这个词是 cultivated 和 variety 的缩简复合词）的概念是“经人工选择培育，在遗传上相对纯合稳定，在形态特征和生物学特性上相对一致，并作为生产资料在农业生产中应用的作物类型。品种一般具有较高经济价值，符合人类需要，能适应一定地区自然条件和栽培条件。”

联合国粮农组织和国际种子检验协会颁布的《种子法指南》（ 1969 ）将品种定义为“根据特异性（形态学、细胞学、化学等）可以和其它相区别的栽培植物群体，不会因繁殖（有性或无性）而失去其重要特性”。

沈阳农业大学景士西总结了国内外有关论述，提出了品种必要而充分的属性应包括优良、适应、整齐、稳定和特异五个方面，简称优、适、齐、稳、特。

景士西提出的品种概念为“在一定时期内主要经济性状上符合生产和消费市场的需要；生物学特性适应于一定地区生态环境和农业技术的要求；可用适当的繁殖方式保持群体内不妨碍利用的整齐度和前后代遗传的稳定性，以及具有某些可区别于其它品种的标志性状的家养动植物群体”。

或简单表述为“具有在特定条件下表

现为不妨碍利用的优良、适应、整齐、

稳定和特异性的家养动植物群体。”

优良（ elite ）是指群体作为品种时，其主要性状或综合经济性状符合市场要求，且有较高的经济效益。

适应（ adaptability ）包含对一定地区气候、土壤、病虫害和不时出现的逆境的适应和对一定的栽培管理和利用方式，如对肥、水充足的适应，对机械化作业的适应，对加工及其工艺过程的适应等。

适应不同生态类型

整齐（ uniformity ）包括品种内个体间在株型、生长习性、物候期等方面的相对整齐一致和产品主要经济性状的相对整齐一致。整齐性的要求对不同作物，不同性状应区别对待。

稳定（ stability ）指采用适于该类品种的繁殖方式的情况下保持前后代遗传的稳定，营养系品种虽然遗传上是杂合的，但在用扦插、压条、嫁接等方法无性繁殖时能保持前后代遗传的稳定连续，如果树、马铃薯等。

某些蔬菜、花卉在生产中利用杂交种品种，世代间的稳定连续限于每年重复生产杂种一代种子。所以杂交种也属于品种范畴。杂种后代不能继续有性繁殖，也就是说以间接的方式保持前后代之间的稳定连续。

特异（ distinctness ）指作为一个品种，至少有一个以上明显不同于其它品种的可辩认的标志性状。

品种不是植物分类的单位，而是栽培经济的概念。虽然栽培植物起源于野生植物，但同是一个野生物种在人工不同栽培条件、不同目的的选择下，将形成不同品种。

品种不是植物分类的单位，但品种在植物分类学上有它的归属，即某品种属某科、属、种、亚种、变种乃至变型。

品种的时空性品种有地域性，并要求一定的栽培方法。品种的使用价值有时间性。

1.2.2 良种的作用

提高单位面积产量 随着我国人民生活水平的提高和外贸事业的发展，对园艺产品的需求量逐年增加，然而土地面积是有限的。为了降低生产成本，在不增加劳动力、肥料的情况下，一个优良品种可以增产 20%~30% 以上，有的甚至成倍增长。

提高品质 同一园艺作物的不同品种，品质是有差异的，而市场价格相差很大。反映出园艺作物良种在改进品质，促进生产中的重要作用。

减少污染，节约成本 病虫害严重威胁园艺生产。在防治病虫上，农药耗费很大，而且对产品、土壤、大气、水源造成污染，危害人们的健康。抗病虫品种的育成可起到减少污染，降低成本的作用。

延长产品的供应期 菊花在原有盆栽秋菊的基础上育成了夏菊、夏秋菊和寒菊新品种，大幅度地延长了它的观赏期。

优良品种还可以满足生产中提出的一些特殊要求

培育早熟品种则可以提高复种指数，增加经济效益。为了实现机械化收获番茄，美国用 11

年时间育成了新品种，其果实同步成熟，并延长落果时间，果皮耐碰撞，便于实行机械化收获。

人工培育的三倍体无籽西瓜，不仅提高了西瓜产量，而且改进了品质，提高了抗病力。因此，当今世界各国都把培育优良品种作为发展作物生产的一个重要途径。

2 设施作物育种的主要目标和制订 目标的原则2.1 主要育种目标2.1.1 品质 在现代园艺作物育种中品质已逐渐成为最重

要、最突出的目标性状。

欧洲品质控制组织（ EOQE ， 1976 ）给品质所下的定义是“产品能满足一定需要特征特性的总和”即产品客观属性符合人们主观需要的程度。园艺产品的品质按产品用途和利用方式大致可分为感官品质、营养品质、加工品质和贮运品质等。

感官品质常包含植株或产品器官的大小、形状、色泽等由视觉、触觉所感受的外质和风味、香气、肉质等由味觉、嗅觉、口感等感知的内质。

感官品质的评价受到人们传统习惯的影响，有较多的主观成分。这在观赏植物的外观品质评价中尤为突出。如赏菊中有人喜爱色泽艳丽，有人则喜爱色泽淡雅；有人喜爱莲座、圆球花型，还有人以细瓣飞舞花型为上品。

营养品质常指人体需要的营养、保健成分含量的提高和不利、有害成分含量的下降和消除。随着人们生活水平的提高和营养保健科学技术的发展，包括测试手段的改进，通过育种改进园艺作物的营养品质，已越来越受到重视。

育种界开始注意到果蔬产品中某些有害成分在品种间的显著差异，并致力于育种中降低乃至消除这些成分。如甘蓝中至少含 10 种以上的硫代葡糖苷，当它们被同时存在的硫代葡糖苷酶水解后会形成异硫氰酸盐和有机腈等味苦而有毒的成分，有诱发甲状腺肿大和损害肝功能的作用。

2.1.2 产量

丰产是所有作物育种的基本要求，具有丰产潜力的优良品种是获得高产的物质基础。产量可分为生物产量和经济产量。前者指一定时间内，单位面积内全部光合产物的总量，后者指其中作为商品利用部分的收获量，两者比值叫做经济系数（ coeffi

cient of economics ）。

产量的高低和产量构成因素有关。如葡萄产量构成因素包括单株（或单位面积）总枝数、结果枝% 、结果枝平均果穗数、单穗平均重等。根据产量构成因素进行选择有时比直接根据植株产果量进行的选择更能反映株系间的丰产潜力。

园艺作物生产中常采取分批采收的方式，可按采收期分为早期、中期和后期产量。由于早期产品价格和中、后期差异悬殊，所以有时早期产量是比总产量更为重要的选择指标。

2.1.3 熟性

成熟期的早晚对许多园艺作物都是重要的目标性状。由于绝大多数园艺产品都不像粮食那样易于贮运，所以生产上需要早、中、晚熟品种配套，加上提前延后的栽培措施，才能基本上做到均衡供应。

早熟品种可以提前上市调节淡季，售价较高，给生产者和消费者带来好处。品种间生育期长短的差异有利于茬口和劳动力安排，提高复种指数。但是早熟品种由于生育期（或果实发育期）较短，往往产量不高，品质较差从而在经济效益方面带来一些负面影响。

花卉植物的所谓成熟期主要是花期的早、晚和延续时间，如菊花花期方面的目标性状是在原有 10月底到 12月中开花的秋菊的基础上选育出从 10月初到 10月下旬开花的早菊， 12月中旬以后开花的寒菊， 6

月至 10月两次开花的夏菊。特别是不需特殊的加光或遮花处理，在“五一”、“七一”、“十一”等节日开花的品种。

2.1.4 对不利环境的适应性 园艺作物的环境胁迫大体上可分为温度胁迫、水分胁迫、土壤矿物质协迫、大气污染胁迫以及农药（含除莠剂）胁迫等。温度方面有高温胁迫和低温胁迫，低温胁迫又可分为冻害（≤ 0℃）和冷害（＞ 0

℃）。水分方面有干旱胁迫和湿渍胁迫。干旱又有大气干旱和土壤干旱之别。

矿物质方面有盐碱土和酸性土胁迫，有由于矿质营养元素不足造成的饥饿胁迫，还有由于土壤中某些矿质元素过多构成的毒害胁迫等。作为目标性状的抗逆性常常不是单纯地追求抗逆程度而是和产量、品质等其它因素相结合，要求在某种逆境条件下保持相对稳定的产量和产品品质。

2.2.5 对病虫害的抗性

病虫害对园艺作物的产量和品质都有很大影响。在园艺作物的生产中为防治病虫害而大量使用化学药剂，不仅大幅度地提高生产成本，而且带来残毒为害和环境污染等严重问题。

抗性育种中要求新品种对病虫害有绝对的抗性常常是不切实际的，从生态学和经济学的观点来看，品种的抗性一般只要求在病虫害流行时能把病原菌数量和虫口密度压缩到经济允许的阈值以下，对产量和品质不至发生显著影响，就基本上达到了要求。

2.2.6 对设施栽培的适应性

近年来，我国园艺作物的设施栽培，尤其是塑料大棚的蔬菜、花卉和果树生产发展很快。原先用于露地生产的品种就难以适应，这就给园艺作物育种提出了新的要求，主要是对设施生态条件如弱光照和高温多湿环境的适应性。

如黄瓜保护地专用品种要求具备以下性状： ① 在深秋和冬季低温弱光下能形成较高的产量； ② 在后期出现 32℃以上的高温下能保持较高的净 同化率； ③ 对保护地易发病如枯萎、霜霉、白粉、黑星、 角斑、疫病等有较强的抗性； ④ 株型紧凑，叶较小、叶量不过大、分枝较少、 主侧蔓结瓜、节成性强。 ⑤ 良好的单性结实能力

2.2 制订育种目标的原则2.2.1 根据市场的需求和生产发展前景

在制订育种目标时，既要从现实情况出发，又要预见一定时期内生产、科学技术的发展变化，选育出相适宜的优良品种。

2.2.2 育种目标要落实到具体性状上

育种目标应该具体化。在确定育种目标前，要对现有材料进行具体、系统的分析，随后确定具体的选育内容。在具体工作中应选择其中一项或几项作为具体的选育目标。切忌笼统地提高产、优质、抗病新品种选育。

2.2.3 既要敢于创新，又要实事求是地考虑其可能性

培育一个新品种，往往需要许多人经过长时间的同心协力才能完成。若只考虑工作困难，不敢创新，育种目标订的偏低，经过几年的工作，虽已达到了目标，但培育出的品种却已过时，不符合生产需要；反之，不根据当前科技水平，脱离实际提出过高的要求，虽经过努力，感到所订目标难以实现，只好中途停止，重新制订育种目标。

3 我国园艺作物育种的发展历史和成就

3.1 中国园艺作物育种发展简史 中国园艺作物育种有着悠久的历史。我们的祖先在长期改造自然的斗争中把众多的野生植物驯化成栽培类型，培育创造了丰富多彩的果树、蔬菜、花卉品种为全世界所瞩目，对整个世界的园艺作物育种事业作出了巨大的贡献，素有“中国是世界园林之母”的美誉。

瓦维洛夫（ 1935 ）盛赞中国是世界农业及栽培植物起源最早，栽培植物数量极大的独立起源中心。古文献中记载了有关选择育种的宝贵经验，如早在公元前一个世纪《汜胜之书》中已有关于注意选留种株、种果和单打、单存等选种方法的记载。

《齐民要术》（ 532 B． C．）中论述种子混杂的弊端，主张采取穗选，设置专门繁种地及选优、汰劣等措施；以及对无性繁殖的园艺作物采用有性和无性繁殖结合的方法进行实生选种。

《洛阳牡丹记》（ 1031 ）、《菊谱》（ 1104 ）和《荔枝谱》（ 1059 ）等专著中记述了无性繁殖的花卉、果树作物的芽变选种和选育重瓣、并蒂的菊花、牡丹、芍药等花卉品种的经验。

3.2 50年来我国园艺作物育种的主要成就

3.2.1 开展了全国性的资源调查，初步建立了园艺作物种质资源工作体系 1956年的全国科学规划将作物资源调查、整理和利用列为重点课题后，各地陆续开展了园艺作物资源调查工作，在普查中发现和整理的果树和蔬菜品种均以万计。

据 1997年统计资料，中国国家种质库拥有的资源总份数已达到 35万份，仅次于美国（ 41万份）和俄国（ 37万份）跃居世界第三。

其中包括有性繁殖的蔬菜资源 28765份，无性繁殖的果树、蔬菜资源以资源圃种植保存及低温保存的试管苗库，有关园艺作物的国家级种质资源圃 23 个，包括各类果树资源圃 17 个（ 11657份），含果桑在内的桑树资源圃 1 个（ 1757份），薯类资源圃 2

个（ 1900份）和试管苗库 2 个（ 2350

份），水生蔬菜资源圃 1 个（无性繁殖资源1949份，有性繁殖资源 184份）。

以上种植保存和试管苗保存包括部分重复资源近 2万份，已对作物主要经济性状进行初步评价鉴定，数据输入 1990建立的国家级植物种质资源数据库系统。该系统拥有各种作物 332.4万个数据。

观赏植物种质资源的种类更加多样、复杂，而资源工作总的来说相对滞后，多由有关单位就某些种类自由组织或参加农、林部门组织的调查考察队。如上世纪 80年代由广州华南植物园，昆明园林研究所等单位协作调查，收集我国木兰科植物 11属、90 种 200 多份资源先后在富阳和建德建立了木兰资源圃。

中国梅花研究中心在武汉东湖磨山植物园建立的梅花资源圃收集保存了梅花品种 180

多个。山东菏泽、河南洛阳建立的牡丹资源圃搜集保存牡丹、芍药资源 500 多份，广西南宁建立了两座金花茶资源圃拥有金花茶类 2

0 多个种和变种以及成千的杂种株系，南京和北京建有保存近 3000 个品种的菊花资源圃等等，都是进一步发展我国园艺作物育种工作的物质基础。

3.2.2 广泛进行了园艺作物的引种工作

在资源调查、整理的基础上，广泛进行了国内不同地区间相互引种和国外引种，大大丰富了各地园艺作物的种类和品种，扩大了良种的栽培面积。

例如四川的榨菜通过引种不仅在长江一带江、浙各省，而且南自广东、广西，北至山西、辽宁等省均进行了引种栽培。南方的莴笋、不结球白菜、丝瓜、苦瓜等都在北方试种成功，北方的大白菜、黄瓜良种也在南方广泛栽培。

西藏自治区从上世纪 50年代开始陆续从内地引种苹果、梨、桃、葡萄、西瓜、甜瓜、番茄、茄子、菜豆、白菜、马铃薯、月季、牡丹、芍药、大丽花、百合、唐菖蒲等良种，都已进行大面积生产，结束了长期以来缺果无花和少菜的问题。

从国外引种的园艺作物种类如果树中的印度芒果、马来西亚红毛丹、面包果、倒捻子、苹果、腰果，蔬菜中的西芹、球茎茴香、石刁柏、锦葵菜、四棱豆、莳萝、独行菜、黄秋葵等。

观赏植物如从日本引入的龙柏、五针松、樱花、红槭，从北美引入香柏、铅笔柏、墨西哥柏、池杉、加勒比松、湿地松、火柜松、晚松、油棕等都取得显著成效。

从国外引进的优良品种经试种后已成为我国园艺生产中的主栽品种有苹果品种红富士、新乔纳金，葡萄鲜食品种巨峰、乍娜、布朗无核、红瑞宝、晚红等，番茄品种强力米寿、弗罗雷德等。

3.2.3 新品种选育成效显著

新中国成立以来，全国各地通过各种育种途径选育的园艺作物新品种数以千计，主要果树蔬菜植物的品种已更换过 2~4次，比较充分地发挥了品种在生产中的作用。

设施专用品种选育的进展？

3.2.4 育种理论和方法的研究也取得一定成效

为了提高育种效率，增加育种工作的科学性和预见性，近年来对园艺作物特别是对营养系的一些主要经济性状的遗传规律、多倍体的诱发、辐射引变、克服远缘杂交的障碍等方面开展了一些研究，对杂交亲本的选择选配，扩大杂种材料的遗传基础都起到了积极的作用。

特别是在组织、细胞培养等方面，我国较早地通过花药培养获得了苹果、柑橘、葡萄、白菜、茄子、番茄、辣椒等园艺作物的单倍体，有的获得了后代，苹果、柑橘、葡萄、桃、马铃薯、大蒜的分生组织培养脱毒，苹果、葡萄、草莓、甘蓝、花椰莱、芥菜、石刁拍、百合、水仙等的离体快繁均获得成功。

上世纪 70年代后期以来，我国在同工酶及多种分子标记技术应用于研究园艺作物的分类、演化、遗传及品种、杂种亲缘及纯度鉴定方面取得了可喜的进展。

通过转基因技术，获得的各种转基因园艺作物，包括苹果、柑橘、葡萄、胡桃、猕猴桃、竹、草莓、番木瓜、番茄、茄子、辣椒、甘蓝、大白菜、不结球白菜、黄瓜、石刁柏、花芋等，有些已进入大田试验。在提高园艺作物对病虫害、病毒病、除莠剂的抗性，改进品质及贮藏保鲜性能等方面展现了诱人的前景。

4 国外园艺作物育种的现状及发展趋势

4.1 发达国家在园艺作物新品种选育总体目标上尽管仍然是抗病、抗逆、优质及高产，但与过去相比，表现出以下明显的特征和发展趋势： ① 越来越重视提高产品品质，包括外观品质、营 养品质； ② 越来越重视提高产品的耐贮运性； ③ 越来越重视满足不同用途的专用品种的选育； ④ 越来越重视提高品种对多种病害的复合抗性； ⑤ 越来越重视提高品种对逆境环境条件的抗性； ⑥ 越来越重视针对国际种子市场的品种选育。

①分子标记辅助选择的应用越来越普及；

②利用组织培养、原生质体融合创造新的育种材料越来越广泛；

③利用转基因技术创造特殊的育种材料的研究越来越深入；

④一些常规技术在育种实践中不断得到改良，越来越完善；

⑤利用杂交优势育种的作物种类越来越多。

4.2 在育种手段、方法上虽然还是以常规技术为主，但随着生物技术的发展，常规技术与生物技术二者之间的结合越来越紧密。主要的发展趋势是：

4.3 在育种机构的组织、规模上，近年来也有了大的变化，主要趋势是： ①跨地区、跨国的育种公司越来越多； ②由行业内兼并，或跨行业合并或联合形成大 的育种公司； ③发达国家的种子公司对第三世界国家园艺种 业的冲击和对这些国家园艺种苗市场的垄断 越来越严重。

5 本课程教学内容与要求5.1 课程主要内容

遗传学有一个经典的公式即：

P （表型， Phenotype ） =G （遗传型， Ge

notype ） +E （环境， Environment ）

发现变异创造变异利用变异

谢谢大家！