大豆株型与高光效育种的理论与实践——我50年大豆育种科学生涯(第一部分)

文章总结了杜维广从1975年到2024年从事大豆育种50年的研究经历,包括常规育种、高光效育种、理想株型育种、践行分子模块设计育种和全基因组QTL-allele设计育种(组合设计和基因型设计)新方法。本文系统总结了大豆株型与高光效育种的理论与实践,阐述了大豆植株是光能吸收的载体,从而株型与高光效关联;提出理想株型和理想型设计方案及其育种瓶颈,并对耐密大豆株型进行了探讨;提出高光效育种理念和技术路线及其高光效光合生理基础和高光效育种瓶颈。通过对30年高光效育种历程的总结,为从事大豆育种研究的科技人员作进一步研究提供参考。

白菜型油菜IGT基因家族的鉴定与表达分析

IGT是调控植物分枝角度的关键基因家族,且对植物的产量、生物量以及观赏效果都有着重要作用。本研究基于白菜型油菜(Brassica rapa)、拟南芥(Arabidopsis thaliana)等基因组序列信息,在全基因组水平上,对IGT基因家族进行理化性质分析、染色体定位、亚细胞定位预测、进化关系、顺式元件预测、共线性及表达模式分析。结果表明,在白菜型油菜中共鉴定到11个IGT基因;系统进化关系将其分为7个分枝,每个分枝均由相似的保守基序组成;染色体定位和共线性分析表明,在杂交和多倍化的过程中,该家族成员的染色体并未发生明显的变化,且片段复制和同源拷贝可能是其扩张的主要方式。在多数IGT启动子中发现光响应元件占主导地位,脱落酸、茉莉酸甲酯响应元件次之,表明IGT启动子可能为诱导型启动子。转录组分析发现,白菜型油菜的IGT基因在不同组织(愈伤组织、花、叶、根、角果、茎)中有着不同的表达模式,尤其是TAC1基因(BraIGT-11)在花中有着较高的表达水平,叶和茎则次之,表明TAC1在调控分枝角度和花发育等方面可能发挥着重要的功能。综上所述,本研究为后续BraIGT基因功能的研究提供了理论依据,同时也为白菜型油菜理想株型的选育以及分子育种提供了参考。

油菜理想株型研究进展

本文定义了油菜理想株型的内涵,强调油菜的多功能性和理想株型的功能特定性。油菜理想株型是实现油菜某种特定功能,有利于相关经济效益最大化所具备的植株形态。阐明了油菜单株株型和群体株型两个维度之间的关系。梳理了油菜株型研究的基本脉络,提出油菜理想株型研究的四个阶段:初级阶段、成熟阶段、数字化阶段和分子生物技术阶段。系统构建了油菜株型的指标体系,株型指标包括了根、茎、叶、分枝、花、角果以及冠层结构形态等。归纳并提出了形态测量法、经验总结法、试验统计法、数字模拟法、栽培调控法和遗传改良法的油菜株型研究方法划分,提出了光合效能原理,形态结构原理,源、库、流原理,作物生理原理的油菜株型研究基本原理分类。介绍了基于籽粒丰产、基于机械直播、基于菜用或饲用、基于观赏性的四种典型油菜理想株型特征和内涵。分析了油菜株型研究存在的不足,并对油菜理想株型的基本特征、建构策略和研究趋势进行了讨论和展望。

北方粳型稻超高产育种理论与实践

从育种理论、育种技术及育种实践等方面,综合评述了中国北方粳型稻超高产育种研究进展与前景,认为培育和推广超级稻是继株型育种和杂交稻之后,提高北方粳稻综合生产能力,实现北方水稻生产跨越式发展的重要途径。在“利用籼粳稻杂交创造新株型和强优势,通过复交优化性状组配,聚合有利基因,选育理想株型与优势利用相结合的超级稻”育种理论与技术路线确立之后,北方粳型超级粳稻在常规育种方面已取得重大突破,成功地培育出一批优质抗病的超级稻新品种并已广泛应用于生产,如沈农265、沈农606、吉粳88等。与常规超级稻育种相比,超级杂交粳稻育种研究进展则相对较缓慢。这一方面是由于北方气候与生态条件的限制,另一方面是育种技术相对落后。解决优势与生育期的矛盾、产量与品质的矛盾以及提高制种产量等问题,仍然是北方超级杂交粳稻育种所面临的严峻挑战。本文还讨论了与粳型超级稻育种有关的生理和遗传问题。

玉米理想株型育种的研究进展与展望

以耐密植为目标的理想株型育种是快速提高玉米产量潜力的重要途径之一。综述了玉米理想株型的概念、株型主要形态性状构成因子及其遗传规律。讨论了未来理想株型育种注意的几个问题。

旱地小麦理想株型研究进展

理想株型选择是旱地小麦节水栽培和高产育种的重要前提。围绕群体条件下旱地小麦产量形成、节水效率和干旱适应性等关键指标,从根型、茎型、叶型和穗型4个方面总结了旱地小麦株型演变规律和调控机理。旱地小麦从野生近缘种二倍体和四倍体向现代六倍体进化的漫长演变过程中,株型经历了从"高根冠比、低收获指数、高冠幅/株高比、小穗和种子扁长"等"杂草"型向"低根冠比、高收获指数和高粒叶比及小冠幅/株高、大穗多粒"的"作物"型的演变。从株型各组件演变规律看,根型以根系大小适中、根条数较多、根系生理活性较高为主;茎型以各茎节长度比例趋近"黄金分割"演变,株高控制在80-100 cm左右的适中高度;叶型以叶片直立、旗叶长宽比例适中为主,倒二叶长维持在20 cm左右;穗型以直立、大穗和小穗数多为主;单株分蘖数趋于减少,株型结构趋于紧凑。上述组件特征将促使旱地小麦向弱竞争能力的方向发展。总之,旱地小麦经历了自然选择和人工选择双重压力,其株型结构有利于群体产量和水分利用效率提高,从而获得较高的种群适合度。

中国超级稻育种研究进展与前景

综合评述了中国超级稻育种研究进展与前景,认为培育和推广超级稻,是继株型改良和杂交稻育种之后,提高水稻综合生产能力,实现水稻单产水平进一步提高的重要途径。在"利用籼粳稻杂交创造新株型和强优势,通过复交优化性状组配聚合有利基因,选育理想株型与优势利用相结合的超级稻"育种理论与技术路线确立之后,在常规超级稻育种和超级杂交稻育种两方面都已取得重大突破,成功地创造出一批新株型优异种质,培育出一批优质抗病的超级稻新品种和新组合。这些超级稻新品种、新组合已广泛地应用于水稻生产实践,并已取得较好的增产效果。

水稻理想株型育种研究进展

理想株型与杂种优势利用相结合是实现水稻单产突破的重要途径之一。综述了理想株型的概念、株型构成因子及其相互关系、国内外株型育种的主要理论及存在的问题。提出了动态理想型的株型观点和水稻动态理想型的主要塑造途径,对水稻动态理想型育种进行了展望。

水稻新株型明恢86及其系列组合的选育研究

通过选用籼粳交中间材料与籼型强恢材料杂交导入广亲和基因的育种方法 ,将粳稻基因渗入籼稻恢复系 ,育成的三系及二系新株型恢复系明恢 86。它具有广亲和性 ,恢复力强 ,恢复谱广 ,米质优 ,配合力好 ,抗稻瘟病 ,制种产量高等特点。其与野败型、矮败型、K型败、印尼水田谷型、冈型败、D型败、两用不育系、新质源不育系 (岳 4A)等多个不育系配组 ,均表现出强优的杂种优势和优良的综合性状 ,其中汕优明 86、福两优2 186、II优明 86、已先后通过福建省或三明市农作物品种审定委员会审定。目前 。

辽宁杂交粳稻育种有关问题探讨

针对目前北方杂交粳稻发展中存在的问题 ,笔者结合自己多年的育种实践 ,提出了杂交粳稻育种的研究方向和技术路线。

优质稻核心种质绿珍占8号及其衍生系统的株型和品质理想模式研究

分别对青六矮 1号→绿珍占 8号→绿源占衍生系统早季性状和晚季性状进行综合分析 ,结果表明 :1)早季产量和食味品质与 15项农艺性状和 9项品质性状均不存在显著相关 ,着粒密度与垩白度、直链淀粉含量、不完善粒率呈极显著负相关 ,与胶稠度、粒型呈极显著正相关 ;2 )晚季产量与结实率、穗长和剑叶长均呈极显著正相关 ,与倒 2叶长和倒 3叶长呈极显著负相关 ,与倒 2叶宽和倒 3叶宽呈极显著正相关。食味品质与垩白粒率和垩白度呈显著负相关 ,与胶稠度呈极显著正相关。主成分分析表明 :1)早季垩白度因子对食味品质有极显著负线性关系 ;2 )晚季穗长因子对产量有极显著正线性关系 ;整精米率因子对食味品质有极显著负线性关系。综合分析结果表明 ,华南籼稻早晚兼用型品种 (系 )同一套品种 (系 )早季种植和晚季种植时 ,大多数性状及其相互关系有显著差异 ,同一套育种材料在早季和晚季的株型和品质理想模式有显著不同。讨论了供试材料品种改良的综合育种指标。

高产优质中籼稻扬稻6号“理想株型”的构建

以扬稻4号/3021的F1经^60Co-γ辐射的后代为材料,运用“高生长量、高库容量、高充实度”的选择模式、个体植株“大、挺、疏、透、实、优、”及群体植株“足、强、秀、抗、立”的选择指标,对M1-M10连续选择,构建扬稻6号“理想株型”。系统分析扬稻6号株型的库容、茎系、叶系、群体以及抗逆特征,并讨论了长江中下游中籼稻“理想株型”构建的模式和田间选择方法。

一份抗纹枯病水稻品种ZH5的抗病虫特性和生物学性状

两年的温室、大田人工接种和自然诱发等抗病虫鉴定结果表明,ZH5除抗纹枯病外,对稻瘟病、白叶枯病和稻飞虱也具有较好的抗性。生育期、株型观察和稻米外观品质分析表明,ZH5综合农艺性状好,具备"理想株型"的特征。由于具有优质、高产、多抗的特性,ZH5是无公害优质稻生产的理想品种,也是优质、多抗育种,特别是抗纹枯病育种的理想抗源材料。

华南双季超高产水稻抽穗期理想株型结构研究

对华南稻区新育成的超高产杂交稻组合粤杂122、丰优428、泗优998、培杂67和超高产常规稻品种广超3号、胜泰1号等6个材料抽穗期的主要形态性状进行了差异显著性测验及对产量的通径分析,提出了华南双季稻超高产育种抽穗期理想形态指标分别为:早季株高90～105 cm;每蔸茎数11～12条;剑叶长35～40 cm;剑叶宽2.1～2.2 cm;倒2叶长、宽为46～50 cm和1.8～2.1 cm;倒3叶长、宽为59～64 cm和1.4～1.9 cm;剑叶开张角7°～14°;倒2叶、倒3叶开张角为18°和20°～33°.晚季株高95～100 cm;每蔸茎数9～15条;剑叶长30～41 cm;剑叶宽1.8～2.0 cm;倒2叶长、宽为53～61 cm、1.3～1.8 cm;倒3叶长、宽为52～58 cm、1.2～1.5 cm;剑叶开张角9°～19°;倒2叶、倒3叶开张角为15°～37°、16°～49°.同时测定了参试材料的主要生理性状,并对华南双季稻超高产育种抽穗期的适宜生理指标进行了探讨.

水稻植株形态遗传改良的研究进展

回顾了水稻株形育种的发展历程,归纳了茎、蘖、叶、穗、根五大理想株形形态指标的研究进展,指出了目前株形研究存在的问题,并对今后株形遗传改良的研究方向进行了阐述。

理想株型优质水稻恢复系华恢451的选育及应用

华恢451是湖南亚华种业科学研究院用"明恢63/Lemon"t的F5代株系作母本与先恢207杂交选育而成的水稻新恢复系。该恢复系株叶型理想,株型紧凑,剑叶直立,呈凹形,分蘖力中等,穗大粒多,颖尖无色,恢复力强,配合力好,品质优良,中感稻瘟病,抗高温能力强,耐寒性好。所配组合产量高,米质优,其中华优451、K优451、亚华优451、H28优451先后通过了省或国家品种审定;H28优451被评为湖南省2等优质米品种,三香优451和Q优451被评为湖南省3等优质米品种,K优451、亚华优451区试中米质均达到国标3级优质稻谷标准,应用前景广阔。

杂交水稻叶片形态性状配合力分析

选择具有不同株型特征的3个不育系和15个恢复系,采用NCⅡ交配设计分析水稻上3叶叶长等15个叶片形态性状的配合力。试验结果表明:倒2叶叶宽、剑叶叶宽等12个性状均以基因加性效应为主,而倒1～2叶叶枕距、剑叶披垂角和剑叶比叶重等3个性状以基因的非加性效应为主。多数叶片形态性状受恢复系的影响更大,其中以剑叶叶长、叶宽和剑叶面积以及倒2叶叶长等4个性状最为突出;倒2～3叶叶枕距则受不育系的影响更大;剑叶披垂角等性状以不育系与恢复系互作效应为主。就塑造杂交稻理想叶型而言,培矮64S为最佳不育系,热研1号为最好的恢复系,其次是密阳23、三不吃、9311等,以这些材料为亲本容易配制超级杂交稻理想株型模式所要求的叶片形态。

高粱理想株型研究Ⅱ不同株型结构冠层光分布与产量

研究表明 ,同一种基因型不同株型结构的产量差异主要是因为冠层内光分布不同所致 ,冠层内光分布不同其叶片的功能期也有差异。上层透光率与产量呈正相关关系 ,而下层的透光率与产量呈负相关关系。故保证上层有较高的透光率 ,而底层不应有漏光损失则可以获得较高产量 。

北方超级粳稻育种研究进展与前景

从育种理论、育种技术及新品种选育等方面,综合评述了中国北方超级粳稻育种研究的进展与前景,认为培育和推广超级稻是继株型育种和杂交稻之后,提高北方粳稻综合生产能力,实现北方水稻生产跨越式发展的重要途径。在“利用籼粳稻杂交创造新株型和强优势,通过回交或复交优化性状组配,聚合有利基因,进而选育理想株型与优势利用相结合的超级稻”育种理论与技术路线确立之后,常规超级梗稻育种已取得了重大突破,成功地培育出一批优质抗病的超级稻新品种并已广泛应用于生产。与常规超级稻育种相比,超级杂交粳稻育种研究进展相对较缓慢。这一方面是由于北方气候与生态条件的限制,另一方面是育种技术研究相对落后。解决优势与生育期的矛盾、产量与品质的矛盾以及提高制种产量等问题,仍然是北方超级杂交粳稻育种所面临的严峻挑战。讨论了与超级粳稻育种有关的生理和遗传问题。

杂交水稻超高产育种策略

分析了我国杂交稻超高产育种的现状 ,着重讨论了以创制广亲和恢复系和广亲和不育系以及理想株型塑造等为核心的杂交稻产量超高产育种策略 ,并提出了今后应加强的研究内容。