农林作物育种

一、作物育种的主要环节

第一，制定育种目标。结合自身种质资源、硬件水平、技术经验等条件制定出合适的育种目标。

第二，选择合适的育种方法。根据自己所育种的作物选择合适的育种方法。如：玉米选择杂种优势利用的方法；小麦主要的育种方法是杂交育种；水稻可以选择杂种优势的利用或杂交育种；等等。

第三，进行品种审定。育种家育出的新品种需要通过区域试验、生产试验才能通过审定。需要育种家了解自己品种的优缺点，将其在不同的区域审定，以提高通过的机会。

二、作物育种的主要方法

第一，杂交育种。不同品种间杂交获得杂种，继而在杂种后代中进行选择，以育出符合生产要求的新品种。

第二，杂交优势利用。一般是指杂种在生长势、生活力、抗逆性、繁殖力、适应性、产量、品质等方面优于其亲本的现象。

第三，分子标记辅助选择育种。传统育种主要依赖于对植株的表现型的选择。其受环境条件、基因间的互作、基因与环境间的互作等因素的影响。而分子标记辅助选择是对DNA进行标记，通过对其后代基因标记的选择，就可以选择到含有该基因的植株，其选择效率更高。

第四，回交育种。对优良品种进行改造。一个优良的品种具有一种小缺点，可以通过回交的方法使其缺点得到改善。

第五，诱变育种。通过物理、化学等方法，使植物变异，以拓宽种质资源，如若得到优良变异，可以通过其他育种方法，将其引入到品种中。

三、制约突破性品种培育的关键性因素

最为关键的就是种质资源的匮乏。种质资源是育种工作的物质基础，其突破性的成就关键在于对种质资源的挖掘和利用。由于现阶段的种质资源的匮乏，突破性品种很难育出，因此突破性品种的培育需要种质资源的创新。

四、引种

（一）引种的概念和意义

引种有其广义和狭义的两个概念。广义的引种是指从外地或外国引进新植物、新作物、新品种以及育种和有关理论研究所需的各种遗传资源。这些资源经过试验以后，一方面可以把适应当地的优良品种直接推广利用，另一方面可以作为育种的原始材料间接地加以利用。

狭义的引种专指从外地或外国引进某作物的优良品种，在本地经过试验后直接在生产上栽培利用。引种的重要意义在于，第一，它是解决生产上迫切需要新作物和新品种的有效措施。与其他育种方法比较，引种的特点是需要的人力物力少，简便易行，见效快，只要遵循一定原则，两三年即可见效。第二，通过引种可以引进新的种质资源，充实作物育种的物质基础，同时还可以满足某些基础理论研究的需要。

（二）引种的基本原理和规律

引种并非简单地将甲地的品种拿到乙地去种植。这在我国的引种史上曾有过严重的教训。广东某地从北方引进冬小麦，结果只长秆，不抽穗，颗粒无收。河南、湖北一些地区从东北引进青森5号粳稻，结果在秧田里就开始幼穗分化，甚至抽穗，使产量锐减。由此可见，引种必须遵循一定的程序和规律，首先要了解有关的基本原理。

1.气候相似论原理。气候相似论是在引种工作中被广泛接受的基本理论之一，它是由德国的林学家迈尔在20世纪初提出来的。其要点是：相互引种的地区之间，在影响作物生产的主要气候因素上应该相似，以保证作物品种互相引种成功的可能性。也就是说，从气候条件相似的地区引种成功的可能性较大。例如，欧美两大洲之间，美国加利福尼亚州的小麦品种引种到希腊比较容易成功；美国中西部地区的一些谷物品种引种到南斯拉夫的一些地区容易成功。从我国向外引种来看，美国的棉花品种和意大利的小麦品种引入到长江流域易于成功。

2.生态条件和生态型相似原理

（1）生态环境：作物生长、发育和繁殖等一切生命活动都离不开环境。研究作物与环境之间相互关系的科学称为生态学。因此，对作物的生长发育有明显影响和直接为作物所同化的环境因素就称为生态因素。生态因素有气候的、土壤的、生物的等，这些起综合作用的生态因素称为生态环境。

（2）生态地区：生态地区是指一个地理范围，即生态环境相同的一个地理区域。对于一种作物来说，具有大致相同生态环境的地区称为生态地区。

（3）生态类型：一种作物对一定生态地区的生态环境和生产要求具有相应的遗传适应性，把这种具有相似遗传适应性的一个品种类群称为作物生态型。因此，同一作物在不同生态条件下形成不同的生态型，而同一生态型中包含具有相同遗传适应性的多种不同品种。

作物的生态型按照生态条件一般可分为气候生态型（温、光、水、热）、土壤生态型（理化特性、p H值、含盐碱等）和共栖生态型（作物与生物、病虫等），其中气候生态型是主要的。籼稻与粳稻属于两个不同的地理气候生态型（温、冷）；水稻和陆稻分属于两个土壤生态型（水分条件），而早、中、晚稻则属于季节气候生态型（长日照、短日照）。

对于引种工作来说，确切地划分生态类型是引种工作的基本依据。引种的成败往往决定于地区之间生态因素的差异程度，决定于生态类型的差异程度。一般来说，生态条件相似的地区之间相互引种容易成功。

3.影响引种成功的主要因素。

(1)温度：一般而言，温度升高能促进作物的生长发育，使作物提早成熟；温度降低会使作物的生育期延迟。但在发育上不同的作物对温度的要求不同，如有些冬性作物品种，像冬小麦、冬油菜、豌豆、蚕豆等作物，在发育早期要求一定的低温条件才能完成春化阶段的发育，否则就不能抽穗开花，或者延迟成熟。

（2）光照：一般来说，光照充足，对作物生长有利。但是，当作物通过了春化阶段，进入光照阶段时，每日光照时间的长短就成为作物发育的主导因素。从这个意义上说，此时光照的长短对作物的影响比温度更重要，特别是那些对光照反应敏感的作物或品种更是如此。根据作物对光照长短的不同反应，可将作物分为长光照作物、短光照作物和对光照不敏感的中性作物3种类型。什么是长光照作物，什么是短光照作物呢？每天12小时以上光照称为长光照，12小时以下称为短光照。在每日光照12小时以下延迟或不能正常开花结实的作物称为长光照作物，如小麦、大麦、油菜、蚕豆等。每日光照12小时以上延迟或不能开花结实的作物称为短光照作物，如水稻、玉米、大豆等。在一定范围内，延长光照可促进长光照作物的发育，反之，缩短光照可促进短光照作物的发育，生育期缩短，提早成熟。因此，在我国（北半球）长光照作物的南种北引，由于光照变长，生育期会缩短，北种南引生育期会延长；短光照作物，南种北引，由于光照变长，生育期会延迟，反之，北种南引，生育期会缩短。荞麦和小豆等一些作物对光照反应不敏感，属于中性作物。

（3）纬度和海拔：一般情况下，纬度相近的东西地区之间引种、经度相近的而纬度不同的南北地区之间引种成功的可能性大，这实质上也是由于温度和日照的影响。因为温度和日照是随纬度而变化的。

海拔的高低主要是温度的差异。据估计海拔每升高100米，相当于提高1个纬度，温度要降低0.6℃。因此同纬度的高海拔地区与平原地区之间引种不易成功，而纬度偏低的高海拔地区和纬度偏高的平原地区之间相互引种易于成功。例如，北京地区的冬小麦引种到陕西北部往往适应性良好。我国玉米的引种就是沿着东北到西南这条斜线进行，时间证明，这样比较容易成功。

（三）引种的程序和方法

以上所言，只是一般规律，或者说只能作为引种的参考。在实际工作中，除了要遵循上述这些规律外，还必须按照一定的方法步骤进行。

1.搜集引种材料。引种材料的搜集，可以到实地考察，也可以向产地征集或向有关单位转引。此项工作主要是了解外地品种的选育历史、生态类型、遗传特性和原产地的生态环境及生产水平，首先从生育期上估计哪些品种类型比较合适。

2.先试验后推广。要坚持先试验后推广的原则。

（1）观察试验：将引入的少量种子种成1～2行与对照品种进行比较，初步观察其适应性、丰产性和抗逆性等，选择表现好的材料再进行下一步试验。

（2）品种比较试验和区域试验：将观察实验中表现比较好的材料通过品种比较试验和多次的区域试验，确定引进品种的使用价值和适应区域。

（3）栽培试验：确定引进品种的栽培方法。

3.严格遵守种子检疫制度。引种是传播病、虫、草害的主要途径。在引种工作中必须严格地遵守种子检疫制度，一般不能从疫区大量引种，必要时，从疫区引入的少量种子要在检疫中隔离种植，一旦发现检疫对象要彻底清除，不可蔓延。

4.引种材料的选择。品种引入新区后，由于生态条件的变化，有时会出现变异，因此要进行必要的选择。选择分为两种情况，一是保持原品种的典型性和纯度，可进行混合选择；二是如果出现优良变异，还可采用单株选择育成新的品种。

五、选择育种

（一）选择育种的概念和特点：选择育种是利用作物品种的自然变异，通过选择而育成新品种的育种方法。选择育种是作物育种的最基本的方法。其特点是简便易行，快速有效，不需要人工创造变异。此法是最早采用的育种方法，但现在和将来仍然不失其应用价值。

（二）选择育种的基本原理：

1.约翰逊的纯系学说。丹麦植物学家约翰逊从1901年开始，把从市场上买来的自花授粉作物菜豆品种公主按籽粒大小、轻重进行了连续选择试验。根据试验结果，其于1903年首次提出了纯系学说，为后来的系统育种奠定了理论基础。这个学说的要点是：

（1）在自花授粉作物原始品种群体中，通过单株选择可以分离出许多纯系，表明原始品种是多个纯系的混合体，通过个体选择，可把不同纯系分离出来，这样的选择是有效的。

（2）在同一纯系内继续选择是无效的，因为同一纯系内个体间的基因型是相同的，表现出的表型变异是由环境条件引起的不遗传变异。在纯系学说中，约翰逊首次提出了遗传的变异和不遗传的变异。要区分这两种变异必须通过后代鉴定的方法。长期以来，这一学说一直被用作系统育种的理论基础。

2.品种自然变异的原因。纯系品种在生产上种植几年以后，总会发现品种中出现新的变异。一般来说，品种遗传基础发生变异有以下3个方面的原因：

（1）自然异交引起基因重组：作物品种在繁殖推广和引种过程中不可避免地会发生异交，使后代产生重组基因型，出现新性状。

（2）自然突变产生新性状：自然突变包括基因突变和染色体畸变。作物品种在繁殖过程中，由于环境条件的作用，如温度、天然辐射、化学物质等不同因素影响都会导致突变的发生。

（3）新品种性状的继续分离产生变异体：新品种育成时并非绝对的纯系，只要它在主要农艺性状上符合生产要求时就可在生产上大面积种植。因此，开始推广后，新品种仍然会出现分离现象，特别是那些微基因控制的数量性状，其中很可能有有价值的变异。

（三）性状的鉴定与选择。选择育种是以选择为手段而育成新品种的育种方法。因此，选择的方法和效率就决定了育种的成败。在作物育种中，选择是从具有变异的群体中，根据表现型把优良变异个体从群体中分离出来，使优良性状稳定地遗传下去。选择是任何育种方法创造新品种和改良现有品种都不可缺少的重要工作环节。鉴定是选择的依据，而且贯穿整个育种工作的全过程。选择的效率主要取决于鉴定的手段及其准确性。因此，选择与鉴定的方法和效率对育种工作具有十分重要的意义。

1.选择的基本方法。选择的方法有许多种，但基本方法只有单株选择和混合选择两种方法，其他方法都是由这两种方法演变而来的。

（1）单株选择法：单株选择也叫系统选择或个体选择，是一种基因型的选择方法。其方法是，根据育种目标从原始群体中按表现型选择优良单株，然后以单株为单位脱粒保存，下一年将每一单株的种子种成1行或1个小区，称为穗行或株行，同时种上对照品种进行比较，最后选出整齐一致的优良穗行。单株选择还依其后代是否发生分离，分为一次单株选择和多次单株选择。此法不仅适用于系统育种，同时还适用于杂交育种和选育自交系等其他育种方法。

（2）混合选择法：混合选择法是根据育种目标，从群体中按表型选择优良单株，然后将当选的若干单株混合脱粒保存，次年将混合脱粒的种子以不同区块进行种植，并对不同区块进行对照比较，进而选出优良的混合群体。显然，由于混合选择法没有单株后代鉴定的过程，属于表现型选择。混合选择法也依其选择效果，分为一次混合选择和多次混合选择。

2.鉴定的方法与效率。根据鉴定的性状、条件和场所以及鉴定的手段，可将鉴定的方法分为如下类别：

（1）直接鉴定与间接鉴定：依据鉴定性状的直接表现进行鉴定称为直接鉴定，而依据与鉴定性状相关的另外的性状表现进行鉴定则称为间接鉴定。例如鉴定玉米籽粒中的赖氨酸含量，如果将籽粒磨碎，用化学的方法直接测定的赖氨酸含量就是直接鉴定。但由于高赖氨酸含量具有籽粒暗淡不透明的特征，因此，可用籽粒暗淡不透明的特征来鉴定高赖氨酸的含量，此法即为间接鉴定。

（2）田间鉴定与室内鉴定:这是依据鉴定的性状适合的场所而划分的。田间鉴定是指在田间栽培条件下，对育种材料进行特征特性的直接鉴定。有些性状必须在田间鉴定，如生育期、整齐度以及分蘖习性等。但有些性状则必须在实验室鉴定，如谷类作物的蛋白质含量、油料作物的油分含量等。此外，考种工作，如穗粒数、千粒重等的鉴定也要在室内进行。

（3）自然鉴定与诱发鉴定：自然鉴定是在田间的自然条件下进行鉴定。但是有些性状表现要求的环境条件不是每年或每个地区都能存在的，如作物的抗病性、抗虫性以及一些抗逆性等，这就需要人工模拟为害条件进行鉴定以便提高育种工作效率。这种在人工模拟创造的环境条件下所进行的鉴定就是诱发鉴定。

（4）当地鉴定与异地鉴定：育种材料更经常的是在当地进行鉴定，但有时也需要异地鉴定。这类性状主要是一些抗性，如抗病性、抗旱性、抗寒性等。当有些需要人工模拟的环境条件不易或不便于人工诱发时，可将育种材料送到适宜地区进行鉴定，这就是异地鉴定。异地鉴定对个别灾害的抗耐性往往是有效的，但不易同时鉴定其他性状。鉴定是进行有效选择的依据。应用正确的鉴定方法才能准确地鉴别育种材料的优劣，有效地作出取舍。要提高育种效率和加速育种进程，鉴定的方法越快速简便、越精确可靠，选择的效果就越高。