高級蔬菜育種學

高級蔬菜育種學

導論

作物育種學（定義）：

是選育和繁育作物新品種的科學。簡化為：育種學就是育種的科學。完全沒有揭示育種

學的實質(zhì)和內(nèi)涵。

Smith（1966）:Plantbreedingwasastheartandscienceforimprovinggenetic

patternofplantsinrelationtotheireconomicuse.

1）育種不僅是一門科學，而且是一種藝術(shù)。

與精密科學（數(shù)學、物理、化學等）不同，它們只是科學而非藝術(shù)。

與繪畫、音樂不同，它們只是藝術(shù)。

育種是科學與藝術(shù)的綜合。①園藝、農(nóng)藝本身就包含藝術(shù)成分，因此，育種家不僅需要

科學造詣，也需要有藝術(shù)修養(yǎng)。②雖然育種學科學的成分日益增多，但由于生物有機體過于

復雜，未知領(lǐng)域太多，因此，育種成就不僅依賴于科學，而且也依賴于尚未上升到理論的經(jīng)

驗，甚至機遇。如果樹育種中的實生選種（chanceseedling機遇實生苗）；蔬菜育種中的

群體不可能包括所有變異類型。

2）育種學的任務是：改進植物的遺傳模式（即基因型），而不是表型。

3）強調(diào)育種學改變植物遺傳模式的目的在于改變那些與經(jīng)濟用途有關(guān)的遺傳模式，而

不是任何遺傳模式。

重視育種的實踐意義及其在生產(chǎn)上的作用。

（翻譯）育種學是一門改進植物中與經(jīng)濟用途有關(guān)的遺傳模式的科學和藝術(shù)。

育種學的重要性

綠色革命目前的成績幾乎全是靠育種取得的，甚至把“今日農(nóng)業(yè)高效良種”比作“十八

世紀產(chǎn)業(yè)革命的發(fā)動機”。

第一代育種：古典育種，僅靠經(jīng)驗進行雜交與選擇。

第二代育種：基于基礎(chǔ)遺傳學，如孟德爾、摩爾根遺傳學基礎(chǔ)進行的育種。

第三代育種：現(xiàn)代育種技術(shù)。

育種家的素質(zhì)：

①知識與實踐：具有現(xiàn)代科學理論與技術(shù)的淵博的知識和熟練的技巧。

②了解掌握發(fā)展動態(tài)，生產(chǎn)實踐中存在的問題，了解國內(nèi)外育種科學的現(xiàn)狀和信息。

③豐富的想象力和創(chuàng)造才干，吃苦精神。

才能制定出切實可行、高瞻遠矚的育種目標和實施方案，通過艱苦的、創(chuàng)造性的勞動加

以實現(xiàn)。

第一章抗逆育種

第一節(jié)抗寒和耐熱

一、低溫傷害和抗寒

（一）、低溫傷害及其表現(xiàn)

低溫是限制蔬菜種類分布和生產(chǎn)的重要因素。蔬菜在不能忍受的低溫下，常常引起不同

程度的傷害：

冷害：是作物在生長季節(jié)內(nèi)，因溫度降到生育所能忍受的低限以下而受害，其本質(zhì)是低

溫對植物體造成的生理損傷。

日平均溫度一般為0-10℃或15℃

冷害對植物造成的傷害程度，除取決于低溫外，還取決于低溫維持時間的長短。受冷害

后作物形態(tài)上常常無明顯癥狀，不易發(fā)現(xiàn)。主要表現(xiàn)為削弱光合作用，減少養(yǎng)分吸收，影

響?zhàn)B分運轉(zhuǎn)。苗弱、生長遲緩、萎蕉、黃化、局部壞死、坐果率低、產(chǎn)量降低和品質(zhì)下降

等。

凍害是（作用在越冬期間，）因（長期持續(xù)）0℃以下低溫而使植物喪失生理活動，造成

植株受害死亡，取決于0℃以下低溫的程度和維持時間的長短。凍害對植株造成傷害的直接

表明是葉片甚至整株呈水漬狀或果實上出現(xiàn)斑點，這些生理損傷的組織往往易受病菌的侵

染或造成局部壞死。其原因是低溫引起細胞膜透性損傷，

（二）低溫傷害對細胞膜系的影響

普遍認為低溫逆境引起細胞膜系結(jié)構(gòu)的破壞是導致植物低溫傷害的根本原因，植物細

胞膜在低溫下由膜液晶狀態(tài)轉(zhuǎn)變成膠狀態(tài)（相變），膜收縮，引起細胞膜透性的降低和酶系

功能的改變，導致植物細胞代謝的變化和功能紊亂。

低溫造成的傷害與膜系中膜脂質(zhì)分子排序的變化相關(guān)，而膜脂質(zhì)分子的排序變化發(fā)生

在能引起低溫逆境的一段溫度范圍內(nèi)（Blum,1988）0抗寒植物一般具有較高的膜脂不飽和

度，即油酸、亞油酸和亞麻酸在總脂肪酸中比例較高，可在較低溫度下保持流動性，維持

正常的生理功能。這種膜脂不胞和既有遺傳穩(wěn)定的一面，也有隨溫度降低或誘導的一面

（Blum,1988）。因此，不能將膜系中不飽和脂肪酸含量高低作為衡量抗寒的唯一標準。

低溫首先降低了膜的流動性，從而影響ATP酶與底物結(jié)合的構(gòu)型變化，使其活性降低

或失活，從而使細胞對物質(zhì)的主動吸收與運輸功能降低，物質(zhì)之被動運輸和滲透增加，導

致細胞膨壓喪失，胞內(nèi)溶質(zhì)外滲。其細胞滲漏程度常被認為是膜傷害或變性的重要標志，

因而可以作為植物抗寒能力的可靠指標，水漬狀是低溫傷害外部形態(tài)指標。

*低溫——?膜相變（膜脂不飽和度）、ATP酶活性降低或失活-------?主動吸收與運

輸功能降低、被動運輸和滲透增加（細胞滲漏程度）-------?細胞膨壓喪失，胞內(nèi)溶質(zhì)外

滲。

（三）蛋白質(zhì)與植物抗寒

低溫引起植物細胞蛋白質(zhì)的變化，主要表現(xiàn)在可溶性蛋白和酶類的變化，造成膜破壞

是因為植物在逆境中產(chǎn)生氧的自由基，使膜過氧化作用所致。黃瓜經(jīng)零上低溫處理之后，

抗寒性強的品種比抗寒性差的品種過氧化物酶同工酶的譜帶一般多出1一3條，因而抗寒性

也必然受遺傳機理所控制和決定，抗寒植物對不良低溫條件有較強的抗性，是其在長期的

進化過程中適應低溫條件而形成的，至于短時間的低溫處理（如鍛煉）所引起的抗寒性變

化，則很可能是在轉(zhuǎn)錄和翻譯水平上的生物化學變化起決定作用。

*產(chǎn)生氧的自由基------?氧自由基清除系統(tǒng)的酶類

（四）冷調(diào)節(jié)基因與抗寒性

低溫和外源ABA處理均能引起植物內(nèi)源ABA水平的提高（劉祖祺等，1993）,經(jīng)2℃處

理的馬鈴薯，耐寒品種葉片內(nèi)源ABA水平暫性大幅度提高，總可溶性蛋白含量增加，抗寒

性逐漸增強，而不抗寒品種則沒有這些變化。止匕外，低溫和外源ABA均能誘導野生型擬南

芥屬A.thaliana的抗寒力，對ABA缺陷型進行低溫鍛煉，未能誘其抗寒性，但加ABA后即

可提高抗寒性（Gilnour等1991）。于是人們希望研究這種冷誘導基因（cold-rehulatedgene

CoR基因）的存在。

低溫鍛煉使植物基因表達發(fā)生改變，并有新的蛋白質(zhì)合成推測植物抗寒可能與抗旱有

著共同的分子基礎(chǔ)。還不能確定CoR基因是否直接參與植物抗寒性的提高，(但它們與抗寒

性是有關(guān)的，抗寒性是由多種特異的數(shù)量性狀抗寒基因調(diào)控的，而不是單基因?？购?/p>

表達后，合成的新蛋白質(zhì)，一些可能直接參與抗寒性的提高，如穩(wěn)定膜結(jié)構(gòu)及形成胞液的

過冷卻，另外許多可能是酶，它們導致代謝途徑的改變，進一步合成新的適應抗寒力提高

的物質(zhì)。

二、高溫傷害和耐熱

(一)高溫傷害及其表現(xiàn)

如熱害(hotdanage)、日灼(sunscald)等，熱會是過高的溫度對蔬菜作物生產(chǎn)造成

的損害。光合效率降低，而呼吸作用增強，還可使細胞內(nèi)蛋白質(zhì)凝聚變性，細胞膜透性喪

失，植物的組織受到損傷。且的是強烈的太陽輻射引起的植株果實傷害。有夏季日灼和冬

季日灼兩種類型。夏季日灼是高溫干旱的天氣條件下,由于水分供應不足，植株的蒸騰作

用減弱，在灼熱的陽光下，因向陽面劇烈增溫而遭受傷害。冬季日灼是隆冬或早春白天的

強烈日輻射而劇烈變溫引起的傷害。

遭受高溫傷害的植株其葉片出現(xiàn)死斑，葉色變褐、變黃；鮮果燒傷甚至整果實死亡；出

現(xiàn)雄性不育、花序或子房脫落等異?，F(xiàn)象。

高溫對植物的傷害是復雜的多方面的，歸納起來有間接傷害和直接傷害兩個方面，高

溫下植物體內(nèi)存在由氧自由基引發(fā)的膜脂過氧化作用(Levitt,1972),短短時高溫處理活

性氧清除物質(zhì)如過氧化物酶活性和抗壞血酸含量顯著下降，延長處理時間，膜透性迅速增

大，而丙二醛(MDA)含量在此之前已經(jīng)增大。

在高于植物正常生長溫度8—12℃的溫度下，植物體內(nèi)會合成一些新蛋白質(zhì)，這些蛋白

質(zhì)稱之為熱激蛋白。

第二節(jié)抗旱和耐鹽

一、水分虧缺傷害與抗旱

(-)水分虧缺傷害及其表現(xiàn)

水分虧缺(plantwaterdeficit)傷害是由于長期無降水或降水顯著偏少，以及無水

灌溉或灌不足即干旱，使蔬菜生產(chǎn)所需水分得不到滿足而對植株正常生長發(fā)育造成損傷的

現(xiàn)象。

一般表現(xiàn)為出苗不齊、萎蕉、生長滯緩、落果，嚴重的導致植株死。

分土壤干旱和大氣干旱兩種。

在高溫、低溫并有風的條件下形成的大氣干旱稱干熱風，它使植株蒸騰作用加強，在根

系吸水力不能適應時導致植株水分收支失調(diào)，影響或中斷光合作用，破壞細胞的透性，影

響植株體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)的輸送，嚴重時引起體內(nèi)蛋白質(zhì)分解及有毒中間代謝物質(zhì)積累過高，

使植株死亡。

植物的水分狀況是由吸收與蒸騰兩方面決定的，水分不足時，植物細胞失去膨脹壓，光

合作用降低，代謝作用減弱；嚴重缺水時，代謝紊亂，植株死亡。

暫時萎永久萎蕉。

水分虧缺和鹽漬在一定意義上同屬于滲透脅迫。某些植物通過自身細胞的滲透調(diào)節(jié)作用

表現(xiàn)出抗外界脅迫的能力。

參與滲透調(diào)節(jié)的物質(zhì)有無機離子和有機溶質(zhì)，與抗?jié)B透脅迫有關(guān)的基因有

(1)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)運輸?shù)鞍谆?，如編碼高親和鉀的滲透誘導系統(tǒng)的三個協(xié)同誘導基

因(kdpABC)及其下游的二個調(diào)節(jié)基因kdpDE；

(2)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)合成酶基因，如脯氨酸是參與滲透調(diào)節(jié)的有機溶質(zhì)，它的合成涉及

谷氨酸激酶、谷氨酰磷酸還原酶、哦咯琳一5一竣酸還原酶,編碼這三個酶的基因分別為proB

proAproC；

(3)滲透脅迫誘導蛋白基因，無論在干旱或鹽漬情況下，都能在誘導出一些逆境蛋白，

如干旱誘導玉米中的Hsp70和大豆中的HsP27(湯章成1992)

滲透調(diào)節(jié)的主要作用是維持細胞膨壓，由于滲透調(diào)節(jié)是植物抗旱的重要生理機制之一，

因此提高作物滲透調(diào)節(jié)能力就成了抗旱育種的一種手段。把滲透調(diào)節(jié)應用于育種的可能性

(1)已在多種作物上發(fā)現(xiàn)滲透調(diào)節(jié)的遺傳變異

(2)滲透調(diào)節(jié)由單基因或少數(shù)幾個基因控制，這為應用常規(guī)育種或生物技術(shù)方法進行

滲透調(diào)節(jié)改良提供了方便。

(3)滲透調(diào)節(jié)的簡便測定技術(shù)逐步完善。

(4)基本可以肯定滲透調(diào)節(jié)對提高產(chǎn)量是有益的。

二、鹽害與耐鹽

一般而言，水溶性鹽類含量達到土壤重量的0.6%時即為鹽土。完全因自然因素形成的

鹽土稱原生鹽土。因人類的不合理澆灌，如大水漫灌、排水受阻、渠道滲漏，以及澆灌水

深入土體中的積鹽層或用鹽分過多的水進行澆灌等由此形成的鹽土稱次生鹽土。

鹽害的根本原因是土壤溶液的滲透壓高于植物組織液的滲透壓，使植物難以從土壤中吸

取必需的水分和養(yǎng)分，導致發(fā)生生理干旱、生長不良甚至死亡。

Tai等，1983提出的鹽害假說，其要點：

(1)新葉生長速率減慢是植物對鹽漬響應最敏感的生理過程，生長減慢的程度與根際

滲透壓呈正比；

(2)鹽漬條件下，無排鹽結(jié)構(gòu)的植物，由于蒸騰作用，地上部分鹽分不斷積累，造成

葉片含鹽量過高，老葉死亡。其死亡的時間主要取決于根際的鹽濃度、根系拒鹽能力以及

影響蒸騰速率的環(huán)境條件；

(3)當葉片死亡率大于生長速率時，單株葉面積下降，貯存的碳水化合物越來越少，

不能滿足生長和代謝活動的需要導致植株死亡。

提高植物耐鹽性的基本原則是增加新葉生長速率，提高葉片耐鹽閾值，降低地上部鹽分

濃度，增加葉片光合效率。

吸鹽型植物主要是通過細胞層次的區(qū)隔化作用，使鹽分積累在液泡中，細胞質(zhì)中的有機

物和K\Mg，P0;等維持滲透平衡，易引起離子毒害。淡土植物多是拒鹽型植物，避免離

子脅迫，但又可能導致滲透脅迫。

調(diào)節(jié)植物體內(nèi)鹽分的運輸和分配是耐鹽機理的基本組成部分，膜結(jié)構(gòu)和功能的完整性是

控制離子運輸和分配的主導因素，膜系統(tǒng)是植物鹽害的主要部位。

第三節(jié)抗逆育種方法

一、抗逆種質(zhì)資源的搜集和抗逆性鑒定

抗逆種質(zhì)資源是進行抗逆育種的基礎(chǔ)。

有效的基因源、準確有效的鑒定，則直接影響抗逆育種的速度和成效。

(-)抗逆種質(zhì)資源的搜集

品種資源保藏機構(gòu)和易形成抗逆基因庫的地區(qū)進行。植物由于長期處于不同生態(tài)環(huán)境而

具有不同的抗逆性。可以從不同海撥地區(qū)的馬鈴薯中找到不耐冷種、耐用冷種和耐寒種。

通常野生種的抗逆性比栽培種要強。

(二)抗逆性鑒定

作物的抗逆性是指作物在逆境條件下所具有的適應性和抵抗能力，按作物抗逆能力大小

進行篩選、評價的過程。

1、抗逆鑒定方法。主要有田間鑒定、人工模擬逆境鑒定和實驗鑒定三類。

田間鑒定法是以自然逆境條件鑒定，根據(jù)作物生長發(fā)育時期又可分為芽期鑒定、苗期鑒

定成株期鑒定等。該法受環(huán)境條件的影響很大，結(jié)果重演性差，所需時間長，工作量大，

但方法簡單，又有產(chǎn)量等結(jié)果，易為育種工作者接受。

人工模擬逆境鑒定法是需要一定的設(shè)施條件，難以大批量進行，但各試驗參數(shù)易控制，

易于分析，試驗結(jié)果比較可靠。

實驗室鑒定法是在對各作物在逆境條件下反映出來的生理系列化指標與抗逆性關(guān)系有

較深入的研究，并提出較為成熟的鑒定指標的情況下，能在較短時間內(nèi)對大量供試材料進

行測定，且結(jié)果易定量分析，也比較可靠，但需要一定的儀器和實驗場地。

2、抗逆性鑒定指標可分為形態(tài)指標、生理生化指標等。由于抗逆性的復雜性，選用多

個相關(guān)指標組成的綜合性抗逆鑒定指標來評價所鑒定的材料.

形態(tài)指標主要是對與抗逆性有關(guān)的植株形態(tài)和產(chǎn)量等直觀性狀進行鑒定,經(jīng)等級確定之

后，作為抗逆性的鑒定指標。

生理生化指標眾多，如滲透調(diào)節(jié)能力、膜透性變化、膜組分差異、膜保護系統(tǒng)。

二、傳統(tǒng)的抗逆育種方法

常常通過雜交重組定向改造一些原本就很優(yōu)良只是在抗逆性等方面有缺陷的品種，有時

更多地采用雜種優(yōu)勢育種來選看抗逆性強、產(chǎn)量穩(wěn)定、品質(zhì)保持較好的品種。

（-）選種與雜交育種

番茄（15—26℃以外為逆境）單性結(jié)實性狀為隱性遺傳等，且通常情況下抗病性較差，

生長勢稍弱，以這些抗逆資源作為原始材料進行雜交育種。

大白菜結(jié)球期15—20℃以外為逆境，大白菜耐熱性是由單隱性基因控制的。

野生種質(zhì)資源往往比栽培種有較強的抗逆性。

（二）雜種優(yōu)勢育種

三、應用生物技術(shù)培育抗逆品種

傳統(tǒng)育種方法的缺點：（1）可利用的能穩(wěn)定遺傳的抗逆基因庫狹窄或缺乏，（2）許多微

效多基因選擇困難，（3）基因型差異難以確定，（4）測定的方法欠精確，（5）外源基因引

入表達困難，使得抗逆育種進展和成效一直不大。

突變即可自發(fā)可可誘發(fā)，變體頻率一般為105-10-8,誘變劑處理可增至10”,但一般認

為突變的方向不能控制。

應用轉(zhuǎn)基因技術(shù)培育抗逆品種，最突出的首要推抗除草劑品種的培育。

第二章繁殖生物學

蔬菜繁殖生物學是研究蔬菜有性過程的一門科學。它包含了胚胎學、生殖生理學、生物

化學、遺傳學、細胞生物學、發(fā)育生物學和分子生物學等內(nèi)容。

第一節(jié)花的形成和抽苔

一、花芽分化

（-）花芽分化的概念，花芽分化是指植物的莖端分生組織分化為花序原基或小花原基

的現(xiàn)象。它是植物營養(yǎng)生長轉(zhuǎn)向生殖生長的最初形態(tài)標志。

（~）花芽分化的過程，莖尖頂端稍有伸長，基部加寬，呈圓錐形。分生組織發(fā)生相應

的變化。

莖尖頂端在細胞內(nèi)部活動變化的基礎(chǔ)上，花萼、花冠、雄蕊群和雌蕊群逐漸開始發(fā)生。

花芽各部分的分化順序，通常由外向內(nèi)地進行。

花序的分化與花相似，自外向內(nèi)地進行小花的分化。

（三）影響花芽分化的外界因素

1.溫度：

李森科提出春化作用現(xiàn)象。

低溫春化處理。

植物對春化處理產(chǎn)生反應的時期與年齡有關(guān).

種子感應型（seedvernalizationtype）,如有蘿卜、白菜、蕪菁、蕪菜等。

植株感應型（greenplantvernalizatilntvpe）如藍類、蔥蒜類，胡蘿卜、芹菜等。

植株感應型對溫度感應的程度由苗齡和苗的大小而定，而苗株大小比苗齡長短更重要。感

應部位在植株生長點幼細胞。

2.日照：（1）長日植物（2）短日植物（3）中間植物（4）中日性植物（5）長短日性

植物。日照感應部位是以完全展開來的成熟葉最敏感。

光周期對植物成花的作用通過光敏素調(diào)節(jié)。

3.營養(yǎng)氮和磷素充足，花芽分化早，花芽數(shù)多。鉀、磷對花和花序發(fā)育的作用依植物

而異。

4.植物激素低濃度生長素對于低溫感應植物的花芽分化有促進作用，赤霉素可抑制短

植物的花芽分化。

二、抽苔

（一）抽苔的概念抽苔是指葉菜類、根菜類、鱗莖類等二年生蔬菜在花芽分化后，由

花芽發(fā)育起來，從葉叢中伸出花莖的現(xiàn)象，它是進入生殖生長的形態(tài)標志。

1.氣候因素2栽培條件3植物激素

三、成花的內(nèi)在因素

（一）核酸和蛋白質(zhì)開花過程是基因在環(huán)境條件作用下時空表達的結(jié)果，涉及到蛋白

質(zhì)和核酸的代謝等過程

（-）淀粉

（三）類激素

第二節(jié)性別分化

一、性別分化的概念

性別分化就是雄蕊或雌蕊的發(fā)生。性別分化決定雌雄器官的發(fā)育程序，影響繁殖器官的

發(fā)生和發(fā)育。

根據(jù)每一植物種類所含花的類型多少可將植物的開花系統(tǒng)分為兩種：

一種是單開化系統(tǒng)是指單一的兩性花類型的植物開花系統(tǒng)，如番茄、辣椒、白菜、菜豆

等。

另一種是多態(tài)開花系統(tǒng)，主要指花的類型有兩種或兩種以上的植物開花系統(tǒng)。該系統(tǒng)有

雌雄異株和雌雄同株植物兩類。

高等植物的性別分化一般是指雌雄異株和雌雄同株植物。

雌雄異株植物性別分化比較簡單。雌雄同株植物由于不同性別的花在同一植株上發(fā)生，

性別分化程序的表達與調(diào)控的研究比較復雜。

二、性別分化過程

黃瓜雌、雄分化初期表現(xiàn)為兩性花那樣發(fā)育。無論雌花或雄花都完全一樣。

苦瓜幼蕾在5天之內(nèi)尚處于兩性期，性別沒有明顯分化，從7天開始雌、雄花開始明顯

分化，

瓜類植物的性別分化過程中一般要經(jīng)過一個兩性期，先形成雄蕊原基，接著再現(xiàn)雌蕊原

基，之后就按照雌或雄的不同分化程序分化。

三、外界因素的影響

（-）溫度在日平均溫度比較接近的情況下，晝夜溫差較大時，對雌花的形成可能

是有利的。黃瓜晝溫25℃,日長8小時，夜溫13-15℃的條件下，為雌花形成的適宜溫度。

（二）日照黃瓜有許多品種能夠在短日照條件下，促進其雌花發(fā)生。短日照處理不可

短于8小時。

南瓜、絲瓜、苦瓜等均是短日照作物。甜瓜在每天12小時的日照條件下，可加速雌花

發(fā)生

說明溫度的影響較日照長短影響大。

有試驗認為，日照長度決定花芽的產(chǎn)生，而溫度則決定花芽分化的趨向，特別是夜間低

溫有利于雌花的分化。

另外，日照強度也影響黃瓜雌花形成，

（三）植物激素

硝酸銀、赤霉素可誘導黃瓜產(chǎn)生雄花，乙烯利可誘導產(chǎn)生雌花。赤霉素（25%-100ppm）

對苦瓜有較明顯的促雌作用，矮壯素有促雄效果。

（四）其它氮肥多，會延遲雌花出現(xiàn)。在細幼苗期完全保留子葉的黃瓜雌性系植株，

無雄花產(chǎn)生，把子葉全摘除時植株產(chǎn)生雄花。苦瓜進行摘葉處理，使植株雌花數(shù)增加和雌

雄比值顯著提高。

嫁接能把砧木性型表現(xiàn)能力傳給接穗。反過來，接穗對砧木也有影響。

四、性分化內(nèi)在因素

（-）遺傳基因

1、雌雄同株具有G遺傳基因，雄花兩性花同株具有g(shù)遺傳基因，

2、形態(tài)變化速度受多基因控制

3、主基因Acr具有顯著地促進形態(tài)變化的功能。

再者，雌花數(shù)、雄花數(shù)、出現(xiàn)節(jié)位、雌雄比值品種間有差異。

（二）內(nèi)源激素黃瓜莖尖內(nèi)源激素測定，內(nèi)源赤霉素

（三）核酸和蛋白質(zhì)

苦瓜在性別尚未確定的幼蕾中產(chǎn)生雄蕊的組織部位RNA和蛋白質(zhì)。

如果向雄花方向發(fā)育，雄蕊原基及以后的發(fā)育過程中RNA和蛋白質(zhì)含量始終均顯著高

于雌蕊原其部位的RNA和蛋白質(zhì)含量。

如果向雌花方向發(fā)育，雄蕊原基組織的RNA,蛋白質(zhì)含量急劇下降。伴隨雌蕊的發(fā)育，

雌蕊原基及其以后發(fā)育過程中RNA、蛋白質(zhì)的含量不斷上升，顯著高于相應時期的雄蕊原基

含量。

五、性分化的雜種種子生產(chǎn)

例如甜瓜雜交種子生產(chǎn)。

第三節(jié)授粉受精

一、授粉蔬菜授粉有自花授粉、異花授粉及其常異交授粉等方式。

（-）自花授粉成熟的花粉粒傳授到同一朵花的雌蕊柱頭上，或是同一植株異花之

間進行授粉的過程，稱為自花授粉。

（二）異花授粉一朵花的花粉粒傳到不同植株的花朵上進行授粉的過程稱為異花授

粉。

人工輔助授粉。

（三）常異交授粉以自花授粉為主，但有相當高的異花授粉率，一般自然異交率在

5%—50%,稱為常異交授粉。常異交授粉蔬菜一般是雌、雄同花；雌、雄蕊不等長或成熟不

一致以及雌蕊外露等，易于接受外來的花粉而異交。

風媒花花小而多；花粉粒多，且小而輕；柱頭常呈羽狀。

蟲媒花，花冠大而鮮艷，有蜜腺和特殊的芳香氣味；雄蕊花粉粒較大，外壁粗糙且有花

紋和粘性，花粉粒含有豐富的蛋白質(zhì)、糖等，可供昆蟲采食。

受精是指雄配子與雌配子的融合?；ǚ墼谥^上萌發(fā)和長出花粉管；花粉管通過花柱；

花粉管進入配囊和配子融合。雙受精是被子植物共有的特征。

（一）花粉粒萌發(fā)和花粉管生長，花期噴硼可提高種子的產(chǎn)量和質(zhì)量。花粉中的酶也是

花粉萌發(fā)的重要因素。

花粉管是依賴其末端生長的，稱為“帽區(qū)?；ǚ酃荛_始突出前，高爾基體活躍，它產(chǎn)生

很多大形的分泌小泡，帶頭多種酶及果膠質(zhì)等造壁的建成，花粉管伸出后，在角質(zhì)要不酶、

果膠酶等的作用下，花粉管穿過柱頭乳突的已被侵蝕的角質(zhì)膜，經(jīng)乳突的果膠質(zhì)一纖維壁,

向下進入柱頭組織的細胞隙，向花柱生長。

（-）花粉管進入柱頭

1開放型；花柱有中空的管道，花粉管沿著花柱道表面分泌的粘液通行。

2閉合型；花粉管通過實心的花柱有不同途徑，常在引導組織細胞間隙的分泌物中生長,

有由直徑較小的細胞排列成的中央軸，通過中央軸的間隙或是從細胞壁與細胞質(zhì)膜之間穿

過。

3半開放型或半封閉型；2—3層腺細胞組成退化引導組織?；ǚ酃茉诨ㄖ邢蚯吧L，

除消耗自身所帶的貯藏物質(zhì)外，并大量地從花柱道或引導組織的分泌物中吸取糖類及肌醇

等，用于花粉管的生長和新壁的合成。蔬菜作物的柱頭生活力，一般能維持一天到數(shù)天.

（三）受精的選擇性花粉粒間相識別，親和的花粉粒能萌發(fā)，可完成受精作用，卵細胞

總是選擇遺傳上適合的精細胞受精，克服自交不孕及遠緣雜交的不利受精選擇的方向，

（五）雙受精和多精入卵

三、外界環(huán)境條件對授粉受精的影響

（-）溫度

（二）濕度花期天氣干旱，柱頭干枯

（三）土壤營養(yǎng)

第四節(jié)自交不親和性

一、概念及系統(tǒng)

植株在花期，以同株或同一純合自交系的花粉授粉，不能在柱頭上發(fā)芽，或者發(fā)芽后花

粉管不能穿透柱頭，或者穿透柱頭后花粉管在花柱上不能繼續(xù)延伸，或者花粉管到達胚囊

后精細胞和卵細胞不能結(jié)合，從而不能結(jié)子或結(jié)子率極低的現(xiàn)象稱宜交丕親和性。

自交不親和系統(tǒng)（SI）有異型自交不親和（HIS）和同型自交不親和（HOMSI）二類，

后者又有抱子體型（SSI）和配子體型（GSI）自交不親和兩類。

（一）配子體自交不親和系統(tǒng)（gametophyticincompatibilitysystem）,大多具有

二核型花粉（binucleaticgrains）?它們自交不親和性體現(xiàn)在雌雄配子間的相互抑制作用。

配子體系統(tǒng)的柱頭是濕潤型。

（二）胞子體自并不親和系統(tǒng)大多為三核型花粉壁上成分與雌蕊柱頭上柱頭毛或乳突

細胞，即二倍體細胞之間關(guān)系?；ǚ勰馨l(fā)芽，但卻不能進入柱頭。銜子體系統(tǒng)柱頭是干燥

型。

二、自交不親和遺傳和生理生化機制

（一）自交不親和的細胞學，

配子體不親和與抱子體不親和區(qū)別在于S因子產(chǎn)生不親和性物質(zhì)或其前體的時期不同。

抱子體不親和性是在花粉母細胞減數(shù)分裂后期（n）由共同細胞質(zhì)分離成四個小抱子之前，

s基因發(fā)揮作用；配子體不親和性則是在產(chǎn)生四分體的細胞分裂之后，$基因發(fā)揮作用。

花粉形成中細胞質(zhì)分裂類型在決定自交不親和性的類型上是重要的。花粉母細胞有兩種

分裂類型，即同時型和連續(xù)型兩種。

在同時型分裂種類中，當花粉母細胞中的核較早發(fā)生作用時，就會形成三核型花粉，并

表現(xiàn)袍子體不親和性；當核發(fā)生作用較晚時，就會成為雙核型花粉，表現(xiàn)配子體不親和性。

在連續(xù)型分裂種類中，當核較早發(fā)生作用而成三核型花粉時，三核型花粉不表現(xiàn)抱子體

不親和性，而表現(xiàn)配子體不親和性，當花粉母細胞形成雙核型花粉時，表現(xiàn)配子體不親和

性。

（二）自交不親和的遺傳學，

大多數(shù)經(jīng)濟作物的自交不親和性是受一位點的系列復等位基因所控制。

1、配子體自交不親和系統(tǒng)，當花粉所帶的s基因與雌蕊所帶基因相同時，就表現(xiàn)不親

和。假定雌蕊的基因型為S8,這時具有Si或Sz基因型的花粉均不能與之受精。SS（辛）

XS,S2（6）組合中只有Sz花粉可以受精；而其反交S3（早）XSS8即表現(xiàn)為不親和性

花粉不能與S&的母體受精。

2、抱子體自交不親和系統(tǒng)當產(chǎn)生花粉的父本個體具有與母本相同的S等位基因時，

則表現(xiàn)不親和。不親和性一般是受一個位點上的復等位基因控制，但也受二個位點上的基

因控制，并具有兩種遺傳體系；主基因體系與多基因體系。

主基因遺傳體系的自交不親和性是一個位點或兩個位點上的復等位基因所控制?多基因

遺傳體系是指控制自交不親和性的主基因能否起作用，它取決于由多基因構(gòu)成的遺傳前景，

這種遺傳體系的自交不親和系可以通過連續(xù)多代選擇自交結(jié)實率非常低的后代而獲得。

自交不親和性只有在花期存在，而蕾期能表現(xiàn)自交親和。

3、自交不親和的生理生化特點，自交不親和性是由柱頭乳突細胞和花粉或花粉管間的

相互作用造成的。即角質(zhì)層是自交不親和植株自交后阻止花粉管長入障礙?；ㄖ蛑^特

異多肽的作用在于活化一組花粉管生長所必需的基因；花粉特異多肽的作用在于使柱頭特

異多肽失活，阻止花粉管生長。雙方具有S基因時，在雙方基因產(chǎn)物的相互作用下產(chǎn)生一

些物質(zhì)能抑制花粉的萌發(fā)和花粉管的伸長。

狗子體SSI和配子體GSI系統(tǒng)的特殊糖蛋白SLSG的分子性質(zhì)有明顯差異。

三、自交不親和系的繁殖

一般用蕾期授粉方法來繁殖自交不親和系。可采用花期授粉方法克服自交不親性，以提

高結(jié)籽率。

（一）控制環(huán)境條件高濕度可加快花粉萌發(fā)，有利于花粉管伸長，用提高空氣內(nèi)的CO?

濃度達到3.63%-5.9%的方法,能使甘藍自交不親和指數(shù)從對照0.2提高到10。

（二）鹽水處理，用5%NaCI水溶液在甘藍花期每隔2—3天噴1次，克服甘藍自并不親

和性，大大提高結(jié)實指數(shù)。

（三）花粉和柱頭處理，用蛋白質(zhì)合成干擾劑放線菌素酮、放線菌素D處理花粉，或用

1%-5%的丙酮清洗花粉，或用a射線或丫射線處理花粉等，都有克服自交不親和性的效果。

第五節(jié)雄性不育

雄性不育是植物中普遍存在的一種自然現(xiàn)象。

一、雄性不育的種類

從遺傳學角度來看可分成遺傳性不育和非遺傳性不育兩種。不育性的遺傳特點。分成三

種類型

1、細胞核雄性不育

2、細胞質(zhì)雄性不育

3、細胞核和細胞質(zhì)互作雄性不育。

二、雄性不育生殖生物學特性

（一）不育的雄性器官形態(tài)特征

根據(jù)雄蕊形態(tài)特征和特性，不育性的表現(xiàn)型可分成以下幾種；

1、結(jié)構(gòu)性雄性不育，兩種表現(xiàn)型（1）花藥缺失，雄蕊退化或畸形，（2）有花藥，無花

粉?；ㄋ幉煌耆l(fā)育

2、小狗子發(fā)生性雄性不育。雄蕊外觀正常，有極少花粉，其發(fā)育不正常，無生活力，

稱“花粉敗育”

3、功能性不育。雄蕊和花粉均正常。但花藥堅韌，不能散粉或遲熟，遲裂藥?；虼迫?/p>

異長，或雄蕊異長，無法自花授粉也稱部位不育。

4、產(chǎn)雌性，雌雄同株異花植物如瓜類，它只產(chǎn)生雌花，雄花退化，或早期脫落，也稱

雌性化。

不育系的花一般比正常可育花小，花器形態(tài)比較復雜。

（二）雄性不育的雄蕊及花粉敗育的細胞學

雄性器官的敗育時期和方式可分為兩種類型；

I型為胞子體敗育型?；ㄋ幇l(fā)育過程中，無匏原細胞分化，不形成藥室，也無花粉母

細胞和小抱子產(chǎn)生；

n型為配子體敗育型，花藥有o一數(shù)個不等藥室分化，也存在花粉母細胞和小抱子的發(fā)

生，但花粉發(fā)育過程每個時期都有存在退化現(xiàn)象。敗育現(xiàn)象有的發(fā)生在花粉母細胞進行減

數(shù)分裂的前后。如染色體不能配對、多價染色體和一價染色體的形成等都與異常減數(shù)分裂

有關(guān)。倍數(shù)性和易位（50%不育）

大蔥雄性不育的花粉敗育發(fā)生在小抱子發(fā)育到單核中期開始敗育。

同一作物，不同雄性不育系其花粉敗育時期有可能是不同的。在番茄不育系中，不同的

MS基因會產(chǎn)生不同時期的敗育行為。

（三）雄性不育生理生化特性

1、蛋白質(zhì)和氨基酸，存在所有必需的氨基酸，游離氨基酸含量與花粉的可育性及花粉

生長都有有密切的關(guān)系。正?；ǚ鄣囊粋€重要特征是富含脯氨酸，花器中脯氨酸缺乏也可

能是引起不育的一個重要原因。不育系中蛋白質(zhì)含量及種類同其相應保持系差異，可能是

引起不育的原因之一。

2、ATP和酶的特異性。ATP是生物體進行代謝活動的直接能源，其含量多少會影響體內(nèi)

一系列反應，不育系中缺乏ATP,引起代謝活動的能量失調(diào)進而導致花藥不育。

在酶的種類及酶譜組成方面也存在差異。

3、植物激素，激素含量的異常導致了1AA和ZT（玉米素）虧損，從而導致小抱子敗育

和不育基因的表達。

4、線粒體DNA和葉綠體DNA,蘿卜雄性不育性對溫度敏感，有黃化現(xiàn)象和葉綠素缺乏

現(xiàn)象。從這些生理生化特性來看，蘿卜的雄性不育性可能與葉綠體功能體系有關(guān)。

（四）雄性不育對生態(tài)環(huán)境的敏感性

雄性不育對溫度的反應有兩種；（1）不育性不受溫度影響（2）溫度敏感型。發(fā)現(xiàn)洋蔥

雄性不育在夏秋間有明顯差異，低溫時可育率提高。

此外，光照，光強和光質(zhì)與育性轉(zhuǎn)換也存在一定影響。光敏核不育水稻的基本特性是長

日照誘導不育，短日誘導可育。

（五）雄性不育的植株表現(xiàn)

不育株與正?？捎晗啾龋廴锊煌猓渌ㄆ魈匦?、對有的蔬菜沒有差別。對有

蔬菜卻有很大差別。

在辣椒CA452T群體中，不育株營養(yǎng)過旺，葉子又綠又大，植株矮化。

R1蘿卜不育具有R1胞質(zhì)的甘藍雄性不育系Rm存在以下幾方面的障礙；（1）難以找到

育性恢復源。（2）在10T2℃以下溫條件下，該不育系表現(xiàn)嚴重的苗期心葉黃化現(xiàn)象。（3）

花蕾嚴重敗育。（4）密腺退化。（5）雌蕊育性不正常（6）花期遲，使與可育株花期不遇。

第六節(jié)種子的形成

一、種子的種類和結(jié)構(gòu)

植物學的種子由受精的胚株發(fā)育而成，農(nóng)業(yè)上所說的種子，不僅是植物學上的種子而且

還包括植物學的上的果實。果實是由子房發(fā)育而成。

卵細胞受精后表現(xiàn)有明顯的極性，然后進行不均等分裂，這些過程對胚細胞的分化和發(fā)

育起著重要作用。

討論題：1、如何解釋育種學中的機遇問題。

2、果樹等營養(yǎng)器官繁殖的作物與蔬菜等種子繁殖的作物育種的區(qū)別。

3、育種學為何強調(diào)實踐的重要性。

4、轉(zhuǎn)基因等現(xiàn)代育種的親本選擇。

5、標記性狀、雄性不育等性狀的利用問題。

第三章空間育種研究進展

一、空間環(huán)境的主要特征

微重力和沒有晝夜變化的生物節(jié)奏。止匕外，還有艙外重離子輻射，超真空與超凈環(huán)境。

對植物的研究證明空間條件尤其是高能離了具有強烈的致變作用，導致細胞死亡，突變、惡

性轉(zhuǎn)化，而且在微重力條件下輻射的誘變作用將會加強，利用高空氣球或返回式衛(wèi)星搭載植

物材料?，由于受到各種空間誘變因素的作用，植物材料后代會出現(xiàn)各種變異。航天育種是近

幾年發(fā)展起來的一項植物高科技育種新技術(shù)。

1、空間微重力

未及地球重力十分之一的微重力是影響飛行生物生長發(fā)育的重要因素。

2、空間輻射

空間輻射環(huán)境的幾種主要成分，如質(zhì)子、高能重離子，與物質(zhì)作用時由于它們經(jīng)跡結(jié)構(gòu)

的特點，對生物細胞內(nèi)靶分子DNA的化學損傷也有其特色?？臻g輻射主要導致生物系統(tǒng)遺傳

物質(zhì)的損傷，諸如突變、腫瘤形成，染色體畸變，細胞失活，發(fā)育異常等。重離子輻身生物

學研究的結(jié)果表明，此類的離子能更有效的導致細胞內(nèi)遺傳物質(zhì)DNA分子的雙鏈斷裂，其中

非直接性斷裂所占的比率較高，從而對細胞有更強的殺傷及致突變和致癌變能力。

3、空間輻射和微重力環(huán)境的復合效應。

空間飛行環(huán)境中的諸因素常會同時對生物樣本產(chǎn)生影響。

大麥和小麥空間飛行后，染色體結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，表現(xiàn)在花粉母細胞減數(shù)分裂中，經(jīng)空

間處理的種子當代出現(xiàn)更多的染色體橋和落后的染色體，并且染色體的數(shù)目也出現(xiàn)了異常。

對空間輻射及微重力環(huán)境兩者間有協(xié)同作用。但由于系統(tǒng)的復雜及實驗條件的難以控制，不

同的材料，不同的實驗系統(tǒng)往往得出不完全一致的結(jié)果。

二、空間誘變的生物學效應

1、誘變對形態(tài)學性狀的影響

經(jīng)空間處理的植物種子回收后，地面種植的后代在形態(tài)學上發(fā)生了料為顯著的變異，水

稻在SPz代中，分奧數(shù)、穗長、穗粒數(shù)，粒型，干料重等農(nóng)藝性狀發(fā)生了變異。番茄SPi幼

苗生長旺盛，主根增長，花期提前，株高增多，抗病性增加等，大麥和小麥莖加粗并有矮化

現(xiàn)象，且分蕤增多。

2、誘變對植物生長發(fā)育的影響

對原生質(zhì)體再生植株過程的研究發(fā)現(xiàn)，在微重力狀態(tài)下，原生質(zhì)體的細胞壁合成延緩，

細胞聚集體中的細胞數(shù)量少，纖維素合成速率較低而果膠酶合成速率較高，單糖合成多糖的

過程中也有些輕微變化，重力因素影響細胞壁的合成，并進而影響植株發(fā)育。

3、空間誘變對細胞亞顯微結(jié)構(gòu)的影響

對于植物根部平衡石的影響。植物向重性的感受部位是根冠和莖頂端，重力刺激被傳

到生長部位，植物就產(chǎn)生了向重性的生長。平衡石即在根冠中柱細胞中的造粉體。造粉體具

有較大的比重，有感受重力的能力。

空間誘變對細胞結(jié)構(gòu)的改變，呈現(xiàn)出的細胞壁和細胞器的變化是逆境條件下植物發(fā)生

的變化。微重力條件對植物起到了脅迫作用。細胞呈現(xiàn)出不適應性，甚至出現(xiàn)了細胞迅速衰

老的變化。葉綠體片層結(jié)構(gòu)扭曲，斷裂，邊緣模糊，線粒體邊緣模糊，內(nèi)含物溢出以及崎不

明顯。細胞壁收縮，呈現(xiàn)多角形式，折皺形，說明細胞壁及細胞器在重力條件下形成了一定

模式，一旦失去了重力，細胞壁及細胞內(nèi)含物的排列順序也受到了干擾，呈現(xiàn)出無序的狀態(tài)。

4、空間誘變植物生理生化特性的影響

光合特性的變化，幼芽的干重降低了25%,而Oz釋放量水平不受顯著影響。微重力條件

下植株葉的光補償點提高了約33%,可能是由于葉的暗呼吸速率提高造成的。

對細胞中鈣水平及分布的影響。鈣離子作為第二信使參與了微重力作用下引起的植物

細胞的信號轉(zhuǎn)導，鈣離子的分布與重力作用有顯著的相關(guān)性，重力作用對鈣離子吸收，分布

和運轉(zhuǎn)均有重要影響，

種子活力的變化

空間飛行可提高番茄種子活力和促進初期生長，這與其提高種子及幼苗體內(nèi)活性氧防御

酶系統(tǒng)的活性，增強種子抗菌素氧化能力和延緩種子衰老有關(guān)。

空間誘變對于蛋白質(zhì)的影響，不同作物對空間處理的生物學反應不同，微重力不足以改

變蛋白質(zhì)肽鏈的構(gòu)象及與蛋白質(zhì)分子聯(lián)系較強的溶劑分子的結(jié)合狀況，但微重力可能改善與

蛋白質(zhì)分子聯(lián)系較弱的有序水分子結(jié)構(gòu)。微重力改進蛋白質(zhì)晶體質(zhì)量的機理。

三、開展空間誘變育種的研究

空間誘變育種在農(nóng)作物育種中的應用水稻誘變獲得了早相新品系V5025及晚釉新品系

V5121,二者具有早熟，大穗，結(jié)實高，大粒，優(yōu)質(zhì)，豐產(chǎn)和抗菌素病的特點。綠豆種子長

莢型突變系，莢長16cm長莢種子粒數(shù)為15-19粒。

空間誘變育種在蔬菜類作物種的應用，獲得優(yōu)良的番茄新品系TF873,果型大，VC含

量高，早熟，抗菌素病蟲害及風味俱佳等優(yōu)良特性的太空椒87-2。

對經(jīng)過空間處理過的作物進行形態(tài)學，細胞學，生理學及分子生物學方面的研究，有助

于深入了解空間各種復雜因素對植物作用的重量生化和分子機理以及各誘變因素間的相互

作用?？臻g誘變育種和其他的育種方法相比，具有其獨特性（綜合性）。

第四章分子標記在植物遺傳育種中的應用原理及現(xiàn)狀

對目標性狀（如豐產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗逆等）的選擇是新品種選育過程的中心環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的育

種方法主要是根據(jù)植物在田間的表現(xiàn)進行評價和選擇。表型性狀不僅取決于遺傳組成，也受

控于環(huán)境條件，有時環(huán)境條件的影響可遮蓋植株在基因型上的差異，特別是對受多基因控制

的數(shù)量性狀的選擇，更難做到準確。

傳統(tǒng)的育種方法仍存在周期長，預見性差，工作量大，工作效率低等問題，隨著遺傳標

記來進行輔助選擇，可提高選擇效果。

新技術(shù)與傳統(tǒng)方法相結(jié)合，有可能解決目前育種中一些重要環(huán)節(jié)上的主要難題，從而

大大加速育種工作進程。

1、應用分子標記構(gòu)建基因組圖譜

基因組圖譜是遺傳研究的重要內(nèi)容，又是種質(zhì)資源，育種及基因克隆等許多應用研究的

理論依據(jù)和基礎(chǔ)。

基因組圖譜包括以染色體重組交換為基礎(chǔ)的遺傳圖譜和以DNA的核昔酸序列為基礎(chǔ)的

物理圖譜。

物理圖譜是反映基因組DNA中基因或標記間的實際距離的圖譜。可在不同規(guī)模和水平上

進行繪制，如低分辨水平的顯微鏡下染色體染色譜帶；較高分辨水平的限制性酶切圖譜；最

高分辨水平的某一作物的基因組全序列。

遺傳學家利用形態(tài)標記，生化標記和傳統(tǒng)的細胞遺傳學方法，為構(gòu)建各種主要作物的遺

傳圖譜進行了大量工作，并取得了一定的進展，但是由于形態(tài)標記和生化標記數(shù)目少，除極

少數(shù)作物（如玉米、番茄）外，在分子標記出現(xiàn)之前，大多數(shù)作物還沒有一個較為完整的遺

傳連鎖圖，極大地限制了遺傳學理論研究和應用研究的進展。目前主要農(nóng)作物、果樹、蔬菜

等的RFLPs、RAPDs遺傳圖譜已相繼建立。

利用分子標記構(gòu)建遺傳圖譜的理論基礎(chǔ)是染色體的交換與重組，兩點測驗和三點測驗

是其基本程序。由于作圖群體的不斷增大和標記數(shù)量的II益擴增，如今的遺傳圖譜構(gòu)建已不

得不計算機化了。

遺傳圖譜構(gòu)建過程主要包括：

1、選擇和建立適合的作圖群體

2、確立遺傳連鎖群

3、基因排序和遺傳距離的確定。

具體方法以分子標記篩選DNA序列差異較大而又不影響后代育性的材料作為親本,用具

有多態(tài)性的分子標記（雙親在等位區(qū)段表現(xiàn)不同的帶型）檢測該雙親的分離群體（如松代

群體、回交、重組自交系、加倍單倍體等）單株DNA。

標記圖譜應是一個飽和連鎖圖譜，即在所有染色體上每間隔10—20個交換單位或更近

就有一個標記，使任何經(jīng)典基因（包括數(shù)量性狀基因）都包含在分子標記內(nèi)，可見分子標記

連鎖圖本身對植物育種沒有用處，只有當它與目標性狀結(jié)合起來，才能發(fā)揮作用，必須把

分子標記連鎖圖與染色體對應，如果將分子標記與已知染色體的同工酶標記、形態(tài)標記同時

作圖，根據(jù)分子標記與它們的連鎖，很容易得到分子標記連鎖的對應染色體，利用非整倍體

如缺體、單體、三體或易位系，代換系等材料，也是將分子標記連鎖群與特定染色體對應常

用的方法。

2、應用分子標記定位基因

基因定位就是將具有某一表型性狀的基因定位于分子標記連鎖圖中，實現(xiàn)分子連鎖圖與

經(jīng)典連鎖圖的整合。

質(zhì)量性狀基因的定位

尋找與該目標基因緊密連鎖的分子標記即可，連鎖的緊密程度越高，結(jié)果就越可靠。

尋找與目標性狀連鎖的分子標記的有效方法可通過近等基因系。NIL是指通過多次回交

篩選得到的、品系差異主要在于某一目標性狀的品系。經(jīng)多代回交后得到的是除目標基因及

其鄰近區(qū)域外，已失去了供體其它基因型的品系，這個品質(zhì)與輪回親本就構(gòu)成了一對近等基

因系。近等基因系定位的原理正是鑒別和導入與目標基因連鎖的分子標記。

在沒有近等基因系可利用的情況下，集團分離分析法（分離群體分組分析法）也是篩選

多態(tài)性標記的有效方法。

F2分成抗和不抗兩群

Fl代抗性敏抗

F2個體（F1自交）

不抗抗性

A—-0--0-0-

B0000----------------—

C----0——0-------0——0—

D—0—0-------0-----0-----

用一個引物對兩個親本、Fl、F2個體及按抗性分成的兩個群體進行RAPD分析圖

數(shù)量性狀基因的定位

數(shù)量遺傳學家曾用經(jīng)典的形態(tài)學和細胞學標記法來研究與標記相連鎖的個別數(shù)量性狀，

試圖定位數(shù)量性狀基因，由于這些標記數(shù)量太少以及技術(shù)上的局限性，極大地限制了對數(shù)量

性狀基因位點的深入研究。

1、單標記定位法

2、區(qū)間作圖法

3、復合區(qū)間作圖法

3分子標記在種質(zhì)資源研究上的應用

種質(zhì)資源是發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和開展育種工作的物質(zhì)基礎(chǔ)，種質(zhì)資源的研究工作包括搜集、

保存、鑒定和利用等一系列工作。分子標記在種質(zhì)資源的鑒定、保存和利用研究中主要有以

下幾方面的用途。1）繪制品種（品系）的指紋圖譜；2）種質(zhì)資源的遺傳多樣性及分類研究;

3）種質(zhì)資源的鑒定和選擇。

3.1繪制品種（品系）的指紋圖譜

指紋圖譜是鑒別品種、品系（含雜交親本、自交系）的有力工具，它具有迅速、準確等

優(yōu)點，分子標記在植物遺傳育種中的應用

指紋圖譜技術(shù)主要應滿足兩方面的要求，第一是分辨率高，多態(tài)性強，第二是重復性要

強，即穩(wěn)定可靠。

作物品種指紋圖譜目前主要有兩類型，一類是蛋白質(zhì)電泳指紋圖，其中包括同工酶和貯

藏蛋白（如谷蛋白、醇溶蛋白）。另一類DNA指紋圖譜。DNA指紋的應用主要表現(xiàn)在以下幾

個方面

1）品種鑒定和種子純度鑒定。尤其適于品種間有遺傳差異而品種內(nèi)一致的分析材料，

例如無性繁殖的大多數(shù)果樹的品種鑒定，即使是關(guān)系密切的品種也易借助DNA指紋將其區(qū)別

開來。

2）知識產(chǎn)權(quán)保護。UPOV（世界植物品種保護聯(lián)盟）已交其列為鑒定植物品種真?zhèn)蔚氖?/p>

段，且已得到育種者們的共識，指紋圖譜會充分應用于品種產(chǎn)權(quán)保護中去；

3）種質(zhì)資源的篩選和保存。指紋技術(shù)在篩選和保存種質(zhì)材料及保證遺傳類型多樣性等

方面可能起重要作用?？梢员苊庠谫Y源保存中經(jīng)常發(fā)生的重復、混淆、避免同名異物和同物

異名等現(xiàn)象。

3.2種質(zhì)資源的遺傳多樣性及分類研究

分子標記是檢測種質(zhì)資源遺傳多樣性的有效工具，主要用于以下4方面的研究：

1）研究種質(zhì)資源考察時取樣量的大小，取樣點的選擇；

2）保護種質(zhì)資源遺傳完整性的最小繁種群體和最小繁種量的確定；

3）核心種質(zhì)篩選；

4）種質(zhì)資源（含親本材料）的分類。

3.2.1種質(zhì)資源遺傳多樣性的評價。

經(jīng)典的種質(zhì)資源評價主要是依據(jù)對表型性狀的觀察進行的，對質(zhì)量性狀而言，比較容易

選到具有目標性狀的單株或群體。改良數(shù)量性狀而利用的種質(zhì)一般不是單株，而往往是群體,

描述群體特征常用性狀平均數(shù)，方差、變異系數(shù)等指標作遺傳多樣性分析。分子標記特別是

共顯性分子標記，可以提示整個基因組的變異，并分離出各種等位基因，等位基因數(shù)、多態(tài)

位點比例等。等位基因平均數(shù)、雜合度、平均雜合度等，這些都是描述群體遺傳多樣性的

指標。只有那些遺傳多樣性比較豐富的群體，才有較大的利用價值。

3.2.2種質(zhì)資源的分類。

對種質(zhì)資源的分類，經(jīng)典的方法主要是根據(jù)表型來進行的，即使輔之以生理和生態(tài)指標,

由于廣泛的引種，基因重組，使得分類較為粗糙，分子標記結(jié)合經(jīng)典分類，可大提高分類的

準確性。分子標記可計算自交系間的遺傳距離。

Smith用RFLPs數(shù)據(jù)計算GS（遺傳相似）和MRD（遺傳距離），使同工酶無法區(qū)分的雜交

種B73/LA51和LHU9/LH51區(qū)分開來，并發(fā)現(xiàn)兩者有94.7%的相同譜帶，用MRD作指標進行

聚類或主成分分析，能很好地將眾多的自交系分成若干組，并證明組間配組雜交具有較大優(yōu)

勢，組內(nèi)配組優(yōu)勢不強。

4分子標記在輔助選擇中的應用

目標基因與分子標記緊密連鎖為利用分子標記間接選擇提供了方便，簡稱分子標記輔助

選擇，將給傳統(tǒng)的育種研究帶來革命性的變化

4.1有利基因的轉(zhuǎn)移

為改善某品種的某一性狀，常用的方法是以此品種作輪回親本，以具有目的性狀基因的

另一品系為供體，經(jīng)多次回交。在回交育種過程中，隨著有利基因的導入，與有利基因連鎖

的不利基因（或染色體片段）也會隨之導入，成為“連鎖累贅。利用與目的基因緊密連鎖的

DNA標記，可以直接選擇在目的基因附近發(fā)生重組的個體，從而避免或顯著減少連鎖累贅，

提高選擇效率。

如要把外源種質(zhì)優(yōu)良的隱性性狀通過回交導入另一品種，經(jīng)典方法是回交一次，自交一

次，以分離出雙隱性個體，再與輪回親本回交，用分子標記則可選擇只含目標性狀的雜合體

進行下一輪回交，省去自交，可大大縮短育種年限（AA,Aa）?

另一方面，分子標記也可用于對整個基因組的選擇。在每一次選擇目標基因的同時，要

求基因組的其余部分盡可能與有利的親本（如回交育種中的輪回親本）一致。在個體數(shù)為

100的群體中，以100個RELPs標記輔助選擇，只要三代就可使后代的基因型回復到輪回親

本的99.2%,而隨機挑選則需要7代才能達到，從而大縮短了育種時間.（50%,75%,87.5%,

93.75%,96.875%,98%）

農(nóng)作物有許多基因的表型是相同的，在這種情況下,經(jīng)典的遺傳學研究就無法區(qū)別不同

的基因,采用DNA標記的方法,先在不同的親本中將基因定位,然后通過雜交或回交將不同的

基因轉(zhuǎn)移到一個品種中，通過檢測與不同基因連鎖的分子標記來判斷生物體是否含有某一基

因，以幫助選擇,這樣,實際上將表型的檢測轉(zhuǎn)換成了基因型的檢測，目前，國際水稻研究所已

將抗稻瘟病基因Pi-1,Pi-2和pi-4精細定位,并建成了分別具有這3個基因等位基因系，

他們準備通過兩兩雜交以獲得含有所有這3年基因的新品系，考察這些基因累加以后的表

現(xiàn)，

分子標記對單個基因性狀的選擇,通常是從有目標性狀差異的一對親本雜交的F2開始.

分子標記與目標基因距離越近，目標基因被選到的可能性越大.

對多基因控制的數(shù)量性狀選擇比對單個基因控制的質(zhì)量性狀選擇復雜得多，借助分子標

記間接選擇QTL取決于：

1）QTL的精確定位，它依賴于分子標記連鎖圖的飽和程度及對QTL的準確度量；

2）環(huán)境對QTL的影響，有些QTL表現(xiàn)在不同地點、時間不同，必須采用多點試驗結(jié)果

進行比較。

3）基因型對QTL的影響。

4）選擇效率與性狀遺傳率成反比。

5應用分子標記克隆基因

克隆基因是遺傳標記和基因組作圖最重要的應用之一。許多重要基因只有在克隆后，才

能加深對其基本功能的了解并對其實施修飾以創(chuàng)造新的表型，以及實現(xiàn)其在不同品種或物種

間的轉(zhuǎn)移。

6、分子標記在雜種優(yōu)勢研究中的應用

雜種優(yōu)勢可顯著地提高農(nóng)作物產(chǎn)量和改善品質(zhì)，顯性假說和超顯性假說被廣大遺傳育種

工作者所接受，兩種假說都有認為雙親的遺傳差異和F,的高度雜合性是雜種優(yōu)勢產(chǎn)生的基

礎(chǔ)。因而能夠檢測作物基因組遺傳差異的分子標記技術(shù)，為雜種優(yōu)勢的預測提供了強有力的

工具。

利用分子標記，能夠在整個基因組范圍內(nèi)對大量親本材料間的遺傳距離進行估測，并在

此基礎(chǔ)上有效地預測具的強優(yōu)勢的組合。但是有些研究結(jié)果表明，分子標記遺傳距離與雜種

優(yōu)勢間的相關(guān)性較小，難以預測雜種優(yōu)勢。原因有：

1）標記位點未能更好地覆蓋整個基因組；

2）大多數(shù)標記座位的等位基因可能與雜種優(yōu)勢相關(guān)不密切；

3）存在上位性。如果用許多標記分析，又有可能混入一些對雜種優(yōu)勢無關(guān)的位點，給

分析帶來干擾。

利用高密度分子標記圖譜研究雜種優(yōu)勢時，先檢測與雜種優(yōu)勢表達有關(guān)的座位，然后

用這些座位的雜合性來預測雜種優(yōu)勢，可能是一條有希望的途徑。

7、分子標記在雜交育種上的應用

雜交育種仍是目前植物育種的重要技術(shù)之一，而雜交親本的選配是雜交育種的關(guān)鍵步

驟。測定親本的遺傳距離，確定其親緣關(guān)系，傳統(tǒng)方法主要是利用表型特性來確定其親緣關(guān)

系，難免效率偏低。分子標記由于受環(huán)境因素影響小，且數(shù)量多，因而可以快速鑒別親本之

間的親緣關(guān)系。

雜交育種一般是將帶有不同性狀的兩個親本進行雜交，然后在后代群體中進行分離選

擇，假設(shè)兩對獨立遺傳的基因表現(xiàn)型的選擇如下：

AAbbXaaBB-----?AaBb-------->9：3：3：1

9/16中的1/16為AABB,傳統(tǒng)的選擇在F3或F4代，分子標記在F2代苗期即可進行，

節(jié)省時間、節(jié)省種植面積、省資金。

8、分子標記中追蹤育種過程上的應用

雜交育種是品種改良的最重要方法之一，陳紹江等用RAPDs技術(shù)對大豆育種過程親子遺

傳關(guān)系進行了研究，以組合80024X中19的親本及其育成品系BI、B2為材料進行RAPDs分析，

發(fā)現(xiàn)雙親在遺傳上有較大差異，母本、父本分別有13,6條特征帶，其在子代能夠重組，從

而今、B)勻具有雙親RAPDs標記的特征，但經(jīng)多代選擇，雙親RAPDs特征在育成的子代品系

中的分布是不均衡的，Bi更多地繼承了母本80024的絕大部分RAPDs特征，遺傳上更近于母

本，B?則表現(xiàn)出傾向于父本，這一結(jié)果與田間觀察結(jié)果基本一致，說明利用分子標記追蹤育

種過程、探討親子遺傳關(guān)系是可行的。

9、分子標記在植物遺傳育種中的應用前景

要將分子標記廣泛而深入地應用到遺傳育種的各個領(lǐng)域應注意以下幾個方面：

1、尋找新型的分子標記

2、簡化分子標記技術(shù)，降低成本，實現(xiàn)過程的自動化；

3、改進分析基因組的方法和技術(shù)，

討論題：1、分子標記等現(xiàn)代技術(shù)中材料的重要性。

第五章植物細胞工程

以植物細胞為基本單位在離體條件下進行培養(yǎng)，繁殖或人為的精細操作，使細胞的某些

生物學特性按人們的意愿發(fā)生改變，從而改良品種或制造新種，或加速繁育植物個體或獲

得有用物質(zhì)的過程統(tǒng)稱植物細胞工程。

植物細胞工程所涉及的主要技術(shù)有植物細胞的培養(yǎng)技術(shù)、細胞融合技術(shù)、試管受精技術(shù)、

染色體工程技術(shù)等。以植物細胞全能性為基礎(chǔ)的植物組織與細胞培養(yǎng)技術(shù)：

已能獲得各種試管植株1000多種；

運用花藥和花粉培養(yǎng)技術(shù)已得到多種作物的優(yōu)育品種；

無病毒植株的生產(chǎn)、花卉苗木的快速大量繁殖已收到明顯效益；

運用細胞大量培養(yǎng)技術(shù)可以獲得具有重要經(jīng)濟價值的藥物和其它產(chǎn)品；

試管受精、胚胎培養(yǎng)、細胞融合技術(shù)為植物品種的改良以及獲得前所未有的植物種類提

供了新的途徑。

本章以單細胞培養(yǎng)及其應用為線索，從蔬菜育種學的角度，對植物原生質(zhì)體的培養(yǎng)和體

細胞雜交，花藥培養(yǎng)和花粉培養(yǎng)以及植物細胞突變體的離體篩選三個方面進行介紹。

第一節(jié)原生質(zhì)體培養(yǎng)和體系胞雜交

一、植物原生質(zhì)體培養(yǎng)

細胞壁對植物的生命活動以及對人類及自然界都有很大影響o但由于細胞壁的存在也曾

給植物細胞生物學的研究帶來困難與復雜性。本世紀60年代酶法分離原生質(zhì)體獲得成功，

才促進了植物原生質(zhì)體研究的迅速發(fā)展。

在植物原生質(zhì)體培養(yǎng)研究的發(fā)展過程中值得提出的主要成就

lkinstein(1880)首次起用原生質(zhì)體(protoplast)一詞；

Cocking(1960)首次用酶法制備番茄根原生質(zhì)體獲得成功；

Takebeetal（1971）首次得到煙草葉肉質(zhì)生質(zhì)體培養(yǎng)的再生植株；

Fujimuraetal（1985）獲得第一例禾谷類作物--水稻原生質(zhì)體培養(yǎng)再生植株；

Spangenbergetal（1986）利用甘藍型油菜單個原生質(zhì)體培養(yǎng)再生植株。

到1989年有分屬于31個和科，96個屬的212種植物經(jīng)原生質(zhì)體培養(yǎng)得到了再生植株。

現(xiàn)1993年已增加到49個科，146個屬的320多種植物。

影響原生質(zhì)體能否離體培養(yǎng)得到再生植株的眾因素一般可以歸納為三個方面。即基因型

的選擇，原生質(zhì)體來源的選擇，培養(yǎng)基、培養(yǎng)方法和培養(yǎng)條件的選擇。

（一）基因型對原生質(zhì)體培養(yǎng)的影響

矮牽牛葉肉原生質(zhì)體的不同生長發(fā)育時期是受不同基因控制的。番茄愈傷組織的再生能

力是2個顯性基因所決定的。芙薯從原生質(zhì)體的培養(yǎng)到形成愈傷組織是受2個獨立位點的

顯性基因調(diào)控的?；蛐蛯υ|(zhì)本培養(yǎng)已從組織和細胞水平的探索向分子水平深入。

蔬菜的原生質(zhì)體培養(yǎng)不同的基因型存在明顯的差異。紅菜藁原生質(zhì)體培養(yǎng)中十月紅一號

的原生質(zhì)體在KM8P上可進行分裂和再生，十月紅二號則不能。花椰菜不同熟性的品種，表

現(xiàn)出早熟品種優(yōu)于中熟和晚熟品種，晚熟品種表現(xiàn)最差。洋蔥黃皮品種比紅皮品種的原生

質(zhì)體反應要好。表明適當選擇不同品種或F1作起始材料，對培養(yǎng)成功與否是非常重要的。

（二）原生質(zhì)體的來源

供試植株最好生長在控制條件下可以提高原生質(zhì)體的細胞分裂和植株再生的重演性。例

如在田間種植的與在溫室栽培的煙草或大豆等，即使是取相同部位和葉齡相似的葉片來制

備原生質(zhì)體，它們在離體培養(yǎng)時生長也會有明顯區(qū)別。

比較向日葵幼葉，子葉或下胚軸原生質(zhì)體的培養(yǎng)情況，結(jié)果只有下胚軸原生質(zhì)體培養(yǎng)后

得到了細胞團和形成體細胞胚。而前兩種來源的原生質(zhì)體甚至未能細胞分裂。禾谷類的原

生質(zhì)體培養(yǎng)難度就大得多。

同一種蔬菜作物不同類型來源的外植體所游離的原生質(zhì)體產(chǎn)率及在培養(yǎng)過程中的反應

不盡相同。一般以無菌苗下胚軸原生質(zhì)體培養(yǎng)相對容易成功。

對一外植體不同苗齡或不同生理狀態(tài)的原生質(zhì)體作了比較研究，過嫩的子葉不能游離原

生質(zhì)體，過老則細胞內(nèi)淀粉粒多，造成原生質(zhì)體解體死亡。

（三）酶液的影響

植物原生質(zhì)體游離酶的組成一般沒有多大區(qū)別，主要是纖維素酶和果膠酶，有時再加入

半纖維素酶；就酶的濃度，纖維素酶果