《作物育种学实验A1》教学大纲

一、基本信息

二、课程简介

《作物育种学实验A1》是与《作物育种学》相配套的实验教学环节，是农学专业（本科）三年级学生的必修专业课程。本课程在强调系统性和实用性的基础上，突出科学性和先进性，是一门实践性很强的课程。本课程以小麦、玉米、水稻、棉花等主要农作物为代表，实验内容以作物育种的实践环节为主，涉及育种材料的准备、规划、播种，育种过程中重要性状的鉴定调查，亲本选择、自交与杂交技术，品种（系）评选与材料收获、良种繁育、品质分析等作物育种工作的全过程。

三、课程目标

课程目标1：通过实践操作加深学生对《作物育种学》基本概念、基本理论的认识和理解，使学生在理论学习的基础上丰富实践知识、培养实践技能，提高其综合应用多种学科、多种育种方法参与作物品种选育和繁育的能力。

四、课程目标对毕业要求的支撑关系

五、先修课程

《作物育种学》

六、教学内容

1.实验项目名称：小麦籽粒谷蛋白提取         4学时

1.1实验类型：验证性实验

1.2实验目的：学习并掌握籽粒谷蛋白的提取方法。

1.3实验内容：

（1）主要内容：研磨小麦籽粒，加入谷蛋白提取液，水浴，震荡，离心，取上清。

（2）实验材料和仪器设备：小麦籽粒，研钵，电子天平，台式冷冻离心机，控温摇床，水浴锅，1.5ml离心管，异丙醇，SDS，DTT，Tris-HCl（pH 6.8），甘油，蒸馏水等。

1.4教学目标：掌握籽粒谷蛋白的提取方法

2.实验项目名称：聚丙烯酰胺凝胶制备         4学时

2.1实验类型：验证性实验

2.2实验目的：学习和掌握聚丙烯酰胺凝胶的制备方法。

2.3实验内容：

（1）主要内容：配制1%琼脂，封槽；配制12%的分离胶，正丁醇封顶，配制浓缩胶，插梳子，待胶凝固后拔梳子，蒸馏水冲洗，完成聚丙烯酰胺凝胶的制备。

（2）实验材料和仪器设备：双垂直板电泳槽，制胶架底槽，梳子，棕色瓶，琼脂，盐酸，Tris，丙烯酰胺，N，N’-甲叉双丙烯酰胺，30%分离胶贮液，TEMED，SDS，过硫酸铵，正丁醇等。

2.4教学目标：掌握聚丙烯酰胺凝胶的制备方法

3.实验项目名称：聚丙烯酰胺凝胶电泳与染色观察 4学时

3.1实验类型：综合设计性实验

3.2实验目的：学习和掌握聚丙烯酰胺凝胶电泳分离小麦高分子量麦谷蛋白亚基的方法。

3.3实验内容：

（1）主要内容：配制电极缓冲液、样品溶解液、染色液、脱色液，电泳不同小麦谷蛋白样品，染色、脱色后观察、分析不同小麦样品的高分子量麦谷蛋白亚基组成。

（2）实验材料和仪器设备：不同小麦谷蛋白样品，电泳仪，双垂直板电泳槽，凝胶成像系统，移液器，Tris，甘氨酸，SDS，巯基乙醇，甘油，溴酚蓝，pH7.2磷酸缓冲液，考马斯亮蓝G-250，甲醇，冰乙酸，蒸馏水等。

3.4教学目标：掌握聚丙烯酰胺凝胶电泳分离小麦高分子量麦谷蛋白亚基的方法，根据电泳结果可判断不同品种的麦谷蛋白亚基

4.实验项目名称：玉米种子生产技术           4学时

4.1实验类型：综合设计性实验

4.2实验目的：学习和掌握玉米自交系繁育和杂交种制种技术。

4.3实验内容：

（1）主要内容：观察玉米自交系和杂交制种田的种植方式，了解选地、播种等各环节要求和工作内容，实际操作去杂去劣、母本去雄，辅助授粉。

（2）实验材料和仪器设备：玉米自交系繁种区和杂交制种区，钢卷尺，米尺等。

4.4教学目标：掌握玉米自交系繁育和杂交种制种技术。

5.实验项目名称：玉米杂种优势测定           4学时

5.1实验类型：验证性实验

5.2实验目的：学习并掌握测定玉米杂种优势的方法，了解玉米杂种F₁与亲本自交系间性状的表现特点。

5.3实验内容：

（1）实验材料和仪器设备：玉米杂种F₁及其亲本自交系，钢卷尺，米尺，游标卡尺，铅笔等。

（2）主要内容：选取测定玉米杂种F₁及其亲本自交系的代表性植株5~10株，测量其株高、穗位高、叶长、叶宽、穗粗、穗长、穗行数、行粒数等性状，计算杂种优势指数，分析杂种F₁与亲本自交系间性状的表现特点。

5.4教学目标：掌握玉米杂种优势的各种计算方法，可比较玉米自交系与杂种F₁在株高、穗位高、叶长、叶宽、穗粗、穗长、穗行数、行粒数等性状的差异。

6.实验项目名称：棉花自交和杂交技术         4学时

6.1实验类型：验证性实验

6.2实验目的：了解棉花的花器构造和开花习性，掌握棉花自交和杂交技术。

6.3实验内容：

（1）实验材料和仪器设备：不同棉花品种，白棉线，新毛笔，纸牌，麦管或塑料吸管，小酒杯，铅笔，70%酒精棉球等。

（2）主要内容：观察棉花花器构造，了解开花习性。选株定蕾，扎线自交或去雄，隔离，授粉，挂牌，管理，收获。

6.4教学目标：熟悉棉花花器构造及开花习性，、杂交技术，能够独立并熟练完成株定蕾，去雄，去雄花蕾隔离，授粉，管理收获等整个杂交过程。

7.实验项目名称：棉花室内考种与品系评选     4学时

7.1实验类型：综合设计性实验

7.2实验目的：熟悉棉花室内考种的基本项目和标准，掌握考种的一般方法，对不同品系的经济性状进行评选。

7.3实验内容：

（1）实验材料和仪器设备：棉花样品，小型轧花机，1/100电子天平，小钢尺（20厘米，精确到毫米），大头针，小梳子（一头密一头稀），黑绒板，具有统计功能的计算器等。

（2）主要内容：对不同棉花样品的单铃重、衣分、纤维长度、长度整齐度、籽指和衣指等性状进行测定，根据结果对不同棉花样品进行评选。

7.4教学目标：学会对不同棉花样品的主要经济性状进行室内鉴定，可根据结果对不同棉花样品进行评选。

8.实验项目名称：稻米品质分析               4学时

8.1实验类型：综合设计性实验

8.2实验目的：学习和掌握稻米主要品质特性的测定方法。

8.3实验内容：

（1）实验材料和仪器设备：稻米样品，稻谷出糙机或砻谷机，电子天平（感量0.01克），铝盘（直径20厘米左右），搪瓷盘，圆孔筛（2.0mm），谷物轮廓投影仪，直尺（毫米），黑布，镊子，100目筛子等。

（2）主要内容：测定稻米样品的出糙率、精米率、整精米率，评价稻米的碾磨品质。测定米粒的长度、长宽比、垩白粒率，计算垩白大小、垩白度，评价稻米的外观品质。

8.4教学目标：通过实际操作，初步学会稻米研磨品质和外观品质的测定。

七、课程教学内容对课程教学目标的支撑关系

八、考核评价

九、思政德育教学案例

案例1： 

名称：赵振东院士与他的高产优质专用小麦“济南17”

育人目标：加深学生对优质小麦品种的认识，提升学生对选育小麦优质新品种在我国粮食安全及人民生活质量提高上重要性的认识。

结合实验：实验1小麦籽粒谷蛋白提取；实验2聚丙烯酰胺凝胶制备；实验3聚丙烯酰胺凝胶电泳与染色观察

案例内容：赵振东院士，从事小麦研究工作30年，在优质高产与超高产广适品种选育方面取得重要突破。赵院士选育的“济南17”实现了产量和品质的同步提高，成为我国首个高产优质面包小麦品种，在生产实践中年推广面积超过1000万亩、也是我国首个面包小麦“大品种”。成功替代进口，被中科院院士庄巧生称为我国农作物品种结构调整的“开路先锋”。更令人惊叹的是：此后，“济麦19”（2001年）、“济麦20”（2003年）、“济麦22”（2006年）先后育成，济麦系列成为全国小麦品种更新换代的主导品种，截至目前，已累计在全国推广3.15亿亩，增产小麦216.7亿斤，新增经济效益200多亿元。赵振东和他的团队以实践践行了信条：“把论文写在大地上，成果留在农民家”。赵振东院士是一位早上一身露水、中午一身汗水、雨天一身泥水的‘三水专家’，不仅穿的和农民差不多,在田里，累了就随地一坐，说的也都是老农民能听懂的话，一点距离感也没有，被大家称为“农民科学家”。正因为有着深厚的“三农”情怀，赵振东院士才最知道中国人饭碗有多重：“国家要粮食,农民要挣钱，消费者要健康。我们国家人多地少、人增地减，小麦品质上去了，产量也必须跟着上去。”赵振东院士的奋斗故事传递给我们的是“大国三农”情怀、是不忘初心砥砺前行的信念、是“懂农业爱农业爱农民”的奋斗目标。

案例2：

名称：美国玉米种子研发状况

育人目标：种业是农业的“芯片”，加强种质资源保护利用，强化种业科技支撑。

结合实验：实验4玉米种子生产技术

案例内容：美国集中了世界上最大的种业集团公司，世界排名前三的分别是孟山都、先锋、先正达。这些公司有强大的研发队伍，企业有雄厚的硬性技术研发资金支持，掌握着世界最先进的种质资源和育种手段，牢牢控制着世界种子产业的制高点。（1）集团规模巨大。先锋公司介绍，在全球的90个国家有种子业务，员工有11000多人；在24个国家有78个种子生产基地；全球有110个研究中心。（2）研究手段先进。据先锋公司介绍，自1926年创始人亨利·华莱士先生（1933年任美国农业部长，1941年任副总统）研究应用玉米杂交种开始，经历了双交种、单交种、转基因品种三个阶段，目前处于基因研究阶段。（3）高投入确保占领技术制高点。在现有条件下，各公司仍然把创新放在企业发展的第一位，加大经费投入。这些公司在科研育种方面投入重金，建设最先进的研究设施以确保技术领先。利用先进的遗传理论和生物技术手段进行育种研究，如利用分子标记进行基因鉴定、定位和分离、识别基因功能或基因效应，利用转基因工程和生物技术，把期望性状导入适宜的玉米杂交种，有效地提高玉米杂交种的育种速度，育成时间从10-20年缩短到5-6年。（4）研究机制先进。这些公司掌握着世界最先进的种质资源，资源实行信息化管理，每种资源的特征特性资料非常健全，育种者根据需要选择亲本进行组合，并且公司在全球的育种者都可以应用种质资源，实现了资源属公司所有，而非个别育种者。并且公司之间遵守法律，尊重知识产权。（5）各个环节严格规范。从亲本生产、供应、种植、隔离、管理、去雄、收获、加工、检验等种子生产各个环节都有严格的程序。（6）种子加工生产设备。先锋公司玉米种子生产完全按加工能力落实制种面积。

对比世界种业巨头，我国种业仍面临着巨大挑战，在品种资源、研发投入、研究机制等品种创新方面存在先天不足；在种子程序化生产、检测保证种子质量，最终投放市场的产品质量存在许多问题；在规范经营、依法经营、市场开拓和经营策略上存在有待进一步加强，需要加快整合、加大投入、创新机制，最终做大做强。种业是农业的“芯片”，也是国家战略性、基础性核心产业。“十四五”时期，我国将做强优势，补上短板，加强种质资源保护利用，强化种业科技支撑，支持企业做大做强，建设现代种业基地，加快构建中国特色现代种业体系。

案例3： 

名称：郑单958与先玉335对玉米育种思路的启示

育人目标：加强农业种质资源创制与新品种培育攻关，选育绿色、抗逆、高产、优质、专用和宜机械化作业的突破性新种质、新品种，保障国家粮食安全。

结合实验：实验5玉米杂种优势测定

案例内容：通过比较郑单958与先玉335特征特性，可以看出两品种在株型、高产稳产、抗性等方面表现出强杂种优势：①郑单958具有株型紧凑、光能利用率高、高产稳产、多抗、耐密、抗旱、杂种优势强等突出的优点，稳产性强于先玉335，缺点是生育日数比先玉335稍长，在东三省玉米带光热资源不够充足，限制其耐密性优势的发挥，后期不能完全正常成熟，对产量造成一定影响，同时也影响品质，因此，更适于黄淮海夏玉米区种植。②先玉335具有出苗快、整齐、苗期生长健壮的优势，表现为高产、稳产、早熟，脱水快，出籽率高，容重高，商品品质好，适合机械化收获，丰产性强于郑单958，缺点是前期发根慢，容易发生根倒，耐密性和适应性稍差，有些地方易感大小斑病和虫害。先玉335更适于东北春玉米区种植，预计在东北区种植而积仍将逐步增加，但在黄淮海地区，玉米生长期间雨热同季且伴随大风，先玉335抽雄期容易倒伏，且重感大小斑病。

郑单958和先玉335是农业部向全国主推的两大玉米品种。在农业部公布的2008年玉米主要品种种植而积中，郑单958排在第一位，先玉335排在第三位。这两个品种之所以在玉米育种行业具有举足重轻的地位，是由其育种基础试材所决定。

农以种为先。种子是农业的“芯片”。种业位于农业产业链的最前端，已经成为国家战略性、基础性核心产业。农业种质资源是保障国家粮食安全与重要农产品供给的战略性资源，是种业原始创新的物质基础。近年来，我国农业种质资源面临的挑战越来越严峻，留住好种子、好品种、加强资源保护与利用的紧迫性越来越强烈。农业种质资源创制与新品种培育攻关，重点在绿色、抗逆、高产、优质、专用和宜机械化作业的突破性新种质、新品种创新方面取得重大进展，利用基因编辑、分子标记辅助选择、全基因组选择等技术手段，规模化创制遗传稳定、目标性状突出、综合性状优良的新种质、新品种。

案例4： 

名称：从尘封的科技档案追述鲁棉一号选育历程

育人目标：培养“大国三农”情怀、服务生产奉献社会精神。

结合实验：实验6棉花自交和杂交技术

案例内容：“一粒种子在合适的‘土壤’下，可以改变一个世界”。山东省棉花研究所（山东棉花研究中心前身）育出的鲁棉一号种子，彻底结束了美国岱字棉品种在我国黄河流域棉区长达20多年的主导地位，也结束了我国人民缺衣少穿、一年只有几尺布票的历史，一度使我国由棉花进口国变为出口国。这都记录在棉花科技档案中。山东省棉花研究所科技档案工作开展较早，到1957年逐渐走上正轨，“文化大革命”中遭受破坏，粉碎“四人帮”后又逐渐恢复，至1980年着手建立技术档案室，配备专人，订立制度，科技档案重新分类整理，至1981年9月共整理、保存科技档案7大类552卷，其中与鲁棉一号选育有关的档案23卷，占育种研究课题档案的9.43%。这一卷卷尘封的档案，记述了鲁棉一号育种人艰辛探索、风雨磨砺的育种历程，也显示了棉花科技档案的重要性。

十、应用型教学案例

案例1： 

名称：赵振东院士与他的高产优质专用小麦“济南17”

育人目标：制定适宜的育种目标，服务农业生产和人民生活。

结合实验：实验1小麦籽粒谷蛋白提取；实验2聚丙烯酰胺凝胶制备；实验3聚丙烯酰胺凝胶电泳与染色观察

案例内容：济南17号（924142）系山东省农业科学院作物研究所用临汾5064作母本、鲁麦13作父本杂交育成的高产优质面包小麦新品种，1999年通过山东省品种审定。济南17号综合品质好。蛋白含量15.51%，湿面筋36.600，沉降值55.4 ml，吸水率62.30%，面团稳定时间15.7 min，面包和馒头品质优良。

案例2：

名称：先玉335的选育及其特征特性

育人目标：紧密结合生产实践需求，选育绿色、抗逆、高产、优质、专用和宜机械化作业的突破性新品种，保障国家粮食安全。

结合实验：实验4玉米种子生产技术

案例内容：很多品种制种时出现许多困难，如双亲需要错期播种、花期不遇、双亲的亲和差等，都会增加制种难度和提高成本。关国种业公司开辟了“单粒播种”的先河，如“先玉335”出苗率高，制种产量高，成本降低，自然会为商家创造了很大的利润空间，从而增加市场占有率。因此，要考虑制种成本低，销售价格能为广大种植者接受，才能满足市场需求。先玉335是由是关国先锋公司选育的玉米杂交种。由敦煌种业先锋良种有限公司按照关国先锋公司的质量标准和专有技术独家生产加工销售。母本PH6WC，从PH01N x PH09B杂交组合选育而成，来源于Reid种群；父本PH4CV，从PH7V0 x PHBE2杂交组合选育而成，来源于Lancaster种群。先玉335具有出苗快、整齐、苗期生长健壮的优势，表现为高产、稳产、早熟，脱水快，出籽率高，容重高，商品品质好，适合机械化收获，丰产性强于郑单958。

案例3： 

名称：郑单958的选育及其特征特性

育人目标：紧密结合生产实践需求，选育绿色、抗逆、高产、优质、专用和宜机械化作业的突破性新品种，保障国家粮食安全。

结合实验：实验5玉米杂种优势测定

案例内容：郑单958是河南省农业科学院堵纯信教授1996年以郑58为母本，以昌7-2为父本育成的单交种，2000年9月通过河南省品种审定委员会审定。母本郑58是掖478的变异杂株，经自交分离选择育成的，株型紧凑，抗倒性强，抗大、小斑病，抗青枯病、穗粒腐病和黑粉病，具有较高的一般配合力，繁制种产量高。父本昌7-2是从昌单7号（V59 x黄早四）中选育成的二环系，运用相同雄亲交叉巢式遗传设计，导入亚热带玉米种质S901（SW AN1选系）选育而成，它综合性状优良，适应性广，抗病性强，配合力和自身产量都高。郑单958具有株型紧凑、光能利用率高、高产稳产、多抗、耐密、抗旱、杂种优势强等突出的优点，稳产性强于先玉335，缺点是生育日数比先玉335稍长，在东三省玉米带光热资源不够充足，限制其耐密性优势的发挥，后期不能完全正常成熟，对产量造成一定影响，同时也影响品质，因此，更适于黄淮海夏玉米区种植。

案例4 

名称：鲁棉一号的选育过程

育人目标：结合生产需求，选育具有适应性广、抗逆性强、早熟、稳产高产等突出性状，且在多生态区域繁殖推广的品种。

结合实验：实验6棉花自交和杂交技术

案例内容：鲁棉一号是1961年采用中棉所2号和1195系杂交，定向选择，1971年将第9代种子进行⁶⁰Co ɣ射线照射，通过鉴定、选择培育，1976年定名为鲁棉一号。1976-1977年参加山东省棉花品种区域试验，在聊城、惠民、德州、菏泽、临沂、济宁、泰安等地区2年25点次平均每667 m²产皮棉73.22 kg，比岱字棉15号增产55.04%。在1977-1978年国家棉花区试中，在河南、河北、山西、江苏、湖北和山东等12省市2年22点次，平均每667 m²产皮棉79.7 kg，比岱字棉15号增产39.48%。从而看出鲁棉一号

十一、教材及学习资料

(一)选用教材

教材类型：其他

教材使用情况：自编（本校教师主编且出版）

教材名称：宋宪亮，作物育种学试验及实习指导，中国农业出版社，2016年3月，第1版

(二)学习资料

[1]李宪彬，作物育种学实验，山东农业大学自编教材，2002年1月。

[2]官春云，作物育种学实验，中国农业出版社，2006年8月，第一版。

[3]南京农业大学作物育种教研室，作物育种学实验指导，2000年。

[4]洪德林，作物育种学实验技术，科学出版社，2010年8月，第一版。