《植物育种学实验A2》教学大纲

一、基本信息

二、课程简介

植物育种学和植物育种学实验均是植物科学与技术专业的主要专业课程，两者既密切配合，又各有侧重，具有一定的完整性和独立性，植物育种学实验主要为配合植物育种学理论课的讲授，增强学生的对理论的理解、锻炼动手能力和独立思考能力。《植物育种学实验A2》着重介绍小麦等植物新品种选育过程中需要的各种技术的操作，包括小麦锈病接种鉴定、有性杂交、杂种优势观察分析、育种程序观察分析和育种试验设计等。实验项目类型以综合型实验为主，包含病害鉴定、杂交技术、观察分析等；辅以一个综合设计实验，为小麦育种试验设计。针对作物育种学实验实践性强的特点，为巩固课堂教学学习效果，增强学生动手能力，加强平时成绩中对实验效果的考察，小麦接种和杂交实验结束后，待种子结实考察接种和杂交效果。

三、课程目标

课程目标1：重点介绍小麦等植物新品种选育过程中需要的锈病接种鉴定、有性杂交、杂种优势观察分析、育种程序观察分析和育种试验设计等技术,通过观察花器构造，动手进行去雄、授粉、收获，接种，观察分析等，加深对课程中抗病育种、杂交育种和杂种优势利用章节的理解（知识目标）。

课程目标2：使学生加深对植物育种的基本概念、基本原理的理解，拓宽学生知识面，巩固课堂教学学习效果，丰富学生的实践知识，提高其综合应用多种学科、多种育种方法选育和繁育小麦等植物新品种的能力，具有较强的实践性（能力目标）。

四、课程目标对毕业要求的支撑关系

五、先修课程

六、应与理论课程同步。教学内容

1.实验项目：小麦条锈病接种与鉴定     4学时

1.1实验类型：综合型实验

1.2实验目的：学习掌握小麦条锈病的接种和鉴定方法，并评定小麦品种对条锈病的抵抗能力。

1.3实验内容：

练习常用的接种方法—注射接种法：将小麦病原菌制成悬浮液，于高倍（400x）视野中平均有10-20个病菌孢子数即可。在4月上旬（一般4月5-10号）日平均气温9-13℃时进行注射接种，此时小麦2片叶未伸出。通常下午3点以后接种，接种后浇水，每隔5天观察一次发病情况。用注射器将孢子悬浮液从小麦茎心叶下1cm左右处注射，针头宜向下倾斜，不能穿透，每茎注射量以心叶处有水滴出现时为度。大田接种时，可在感病材料诱发行上间隔1m为一个接种点，每点接种5个单茎。

接种后，约二周后即可发病。但成株的抗病性鉴定一般在小麦乳熟期以后，锈病发展到高峰时进行，每个品种逐个进行调查记载。

1.4教学目标：加深对理论课抗病育种方法的理解，锻炼动手能力。

2. 实验项目：小麦有性杂交技术     4学时

2.1实验类型：综合型实验

2.2实验目的：了解小麦开花生物学的基本知识，初步掌握小麦有性杂交技术。

2.3实验内容：小麦花器构造；与有性杂交有关的开花习性。

实验步骤：选株选穗；整穗；去雄；授粉；管理收获。

2.4教学目标：加深对理论课小麦杂交育种方法的理解，锻炼动手能力。

3.实验项目：小麦杂种优势研究利用的观察分析3学时

3.1实验类型：演示性实验

3.2实验目的：观察小麦K型、V型、T型和太谷雄性不育系的育性特征，初步掌握小麦“三系”选育的方法和各个主要环节的工作要点及其操作技术。

3.3实验内容：

小麦雄性不育系选育；恢复系选育；初配组合鉴定和初选组合比较；不育系繁殖和杂交制种；化学杀雄制种田。

3.4教学目标：加深对理论课小麦杂种优势利用的理解，锻炼独立思考能力。

4.实验项目：小麦杂交育种程序观察与分析   4学时

4.1实验类型：综合型实验

4.2实验目的：了解各个实验圃的田间设计和工作内容，以增加品种选育实践的感性认识，加深课堂学习效果。

4.3实验内容：观察分析各种植区段（包括原始材料圃、选种圃、品系鉴定圃、品种比较试验圃、试验保护和繁殖区）的种植方式，性状表现特点，主要工作内容和收获方法等。

4.4教学目标：加深对理论课小麦育种的理解，锻炼独立思考能力。

5. 实验项目：小麦育种试验设计       3学时

5.1实验类型：综合设计型实验

5.2实验目的：以小麦杂交育种为代表，实验内容相互衔接，形成植物育种全过程的整体概念。学会小麦育种试验田的区划设计和田间播种计划书的编订的方法步骤。

5.3实验内容：各试验圃（包括原始材料圃、选种圃、品系鉴定圃、品种比较试验圃、试验保护和繁殖区）区划前的准备；绘制田间区划示意图；编制田间试验计划书；试验地区划。

5.4教学目标：加深对理论课小麦育种的理解，培养规划设计能力。

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：冬小麦新种质“矮孟牛”

育人目标：国家粮食安全

结合实验：实验2小麦有性杂交技术

内容：习近平总书记指出“中国人要把饭碗端在自己手里，而且要装自己的粮食！”，如何实现自己的碗里装自己的粮食？如何保障国家粮食安全？老一代育种家李睛祺教授用其一生的事业，完美诠释了总书记的这句话。1997年12月26日,国家科学技术奖励大会在北京人民大会堂隆重举行,摘取本年度唯一国家科学技术发明一等奖桂冠的是山东农业大学李晴祺等专家的研究课题“冬小麦矮秆、多抗、高产新种质‘矮孟牛’的创造及利用”。温家宝握着李晴祺的手亲切地说:“你们为国家做出了重大贡献,党和国家感谢你们。” 矮孟牛是通过聚合杂交创制的小麦骨干亲本，其组合为“矮丰3 号//孟县201/牛朱特”，亲本矮丰3号含有矮源水源86（含Rht1 和Rht2）、赤小麦（含Rht8 和Rht9）、丰抗源中农28、碧玉麦、丹麦1 号、蚂蚱麦、关中老麦、小佛手等的血缘，孟县201 含有丰抗源阿勃和日本的茨城1 号的基因，牛朱特含有来源于黑麦的Petkus，其1R 上携带抗病（Yr9，Pm8）、丰产基因。可见，矮孟牛种质是四大洲优良基因重组的结果，是不同抗病基因、丰产基因融合的结晶，遗传基础极为丰富。迄今已用其作亲本培育出26 个国家或省审定小麦新品种，100 多份稳定小麦新品系。在这些品种中，鲁麦1 号、鲁麦5 号、鲁麦8 号、鲁麦11、鲁215953累计推广面积都曾达到1 280 万hm2 左右，共增产小麦70.33 亿元。矮孟牛及其衍生系的利用，有力保障了国家粮食安全，也对“谁来养活中国人”疑问给出了有力的反驳。

案例2：

名称：克隆“国宝级”小麦雄性不育基因

育人目标：实现藏粮于技

结合实验：实验3小麦杂种优势研究利用的观察分析

内容：习近平总书记指出，保障粮食安全始终是国计民生的头等大事，要实现藏粮于地、藏粮于技。如何实现藏粮于技？在农业科学领域要占领制高点。2017年4月28日，国际著名学术期刊Nature Communications以《小麦Ms2基因编码的稀有蛋白导致禾本科植物的雄性不育》(Wheat Ms2 encodes for an orphan protein that confers male sterility in grass species)为题发表了山东农业大学付道林教授领衔的科研团队的研究成果，标志着太谷核不育小麦研究方面取得重大突破，成功克隆了太谷核不育基因并对其机理进行了探讨，为将来实现小麦等作物的杂交制种创造了条件。1972年，山西省太谷县农业技术员高忠丽在田间发现了一株天然雄性不育小麦。因这种小麦具备异花授粉习性，可用于小麦轮回选择育种，被视为国宝级种质资源，是我国严禁对外交换的宝贵基因资源。1979年，中国农科院邓景扬博士将这个小麦命名为“太谷核不育小麦”，并将其不育基因命名为Ta1（国际基因代码Ms2）。上世纪90年代末，中国农科院刘秉华研究员创制出“矮败小麦”，即矮秆和不育紧密连锁的太谷核不育小麦。太谷核不育基因Ms2属于国宝级基因，通过生物技术将该基因用于杂种优势研究和杂交制种工程，将会对小麦等自花授粉作物的育种产生重大影响。为确保我国对该基因的自主知识产权，国家倾注了大量人力和物力来克隆Ms2基因。尽管由于小麦基因组庞大、基因复杂，Ms2基因克隆难度非常大，但有关科研人员几十年如一日锲而不舍地进行攻关。2000年山东农大孙兰珍团队在国家自然科学基金资助下，开展Ms2基因的遗传标记研究；2010年，付道林团队开始利用图位克隆技术进行Ms2基因的克隆研究，并在2014年得到国家自然基金资助。太谷核不育小麦是“国宝级”种质资源，太谷核不育基因同样是国宝级”基因。为保证我国的自主知识产权，山东农业大学已经针对该基因及其启动子的应用申请了国际和国内专利。

十、应用型教学案例

案例1：

名称：科学家找到小麦抗条锈病新基因

育人目标：加深条锈病鉴定理解

结合实验：实验1小麦条锈病接种与鉴定

内容：2019年9月6日，《自然通讯》杂志在线发表一个新的小麦抗条锈病基因YrAS2388（国际编号Yr28）。小麦条锈病俗称“黄疸病”，是一种发生普遍、蔓延迅速、危害巨大的真菌病害，其损伤小麦叶片功能、限制小麦籽粒发育，严重年份可造成40%的减产，并显著降低小麦籽粒品质。受遗传基础狭窄、条锈病抗源匮乏等特点的影响，近年来，我国小麦条锈病呈现逐年加重的趋势，对国家粮食安全造成严重威胁。山东农业大学吴佳洁等科研团队历经十年，从小麦D基因组祖先节节麦中获得了抗条锈病基因YrAS2388。该基因只在节节麦和由节节麦创制的人工合成小麦中存在，而在普通小麦及其他麦族物种中未检测到，因此该基因在今后的小麦育种中具有重要的利用价值。研究人员根据该基因序列开发了功能标记，利用这些标记可实现YrAS2388的分子辅助选择，加速该基因向小麦品种中的转移利用。山东农业大学与四川农业大学已就YrAS2388基因的分子标记及抗条锈病应用申请了专利。

案例2：

名称：小麦精准育种方法

育人目标：加深小麦育种方法理解

结合实验：实验4小麦杂交育种程序观察与分析

内容：2019年6月12日，小麦新品种“山农30”在山东泰安市岱岳区马庄镇小麦高产攻关田实打亩产828.7公斤，刷新全国冬小麦小面积单产最高纪录。4天后的6月16日这一记录就被刷新，山东省淄博市桓台县新城镇小麦高产攻关田所种植的“山农29”，经实打验收亩产835.2公斤。而这两个品种选育者都是山东农业大学李斯深教授。至2018年，李斯深教授先后选育出6个国家级小麦新品种泰农18、山农17、山农21、山农25、山农29、山农30。他根据数量遗传学的理论原理，创新了了小麦精准育种方法，提出 “组合/穗行选择法”，也就是在亲本杂交产生的第一、二代中，选出综合性状好的杂交组合，而在第三、四、五代中，把获得的优秀穗子分行种植，找出表现好的穗行，再通过穗行选择直到性状稳定下来。用这个方法与传统单株选择相比，改单株选择为穗行选择，育种效率大大提高，可以在有限的土地上实现精准育种。李斯深教授用这种方法育成了山农25号、山农29号、山农30号等新品种和一批新品系。很多小麦育种同行对李斯深教授的 “组合/穗行选择法”赞叹不已，纷纷在小麦育种研究中使用。山东农业大学已就“小麦组合/穗行选择法”应用申请了国家发明专利。

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

教材名称：陈学森主编，植物育种学实验，高等教育出版社，2004，第1版。

(二)学习资料

[1] 李宪彬主编，作物育种学实验，开云网页版自编教材，2002

[2]宋宪亮主编，作物育种学实验及实习指导，中国农业出版社，2015

[3]申宗坦主编，作物育种学实验，农业出版社，1995

[4]董洪平主编，作物遗传育种实验技术与方法，中国农业科技出版社，1996

[5]中国农业大学遗传育种系，作物育种实践教学指导书，1996

[6]南京农业大学作物育种教研室，作物育种学实验指导，2000

[7]扬州大学开云网页版，作物育种学实验指导，1997

[8]黑龙江八一农垦大学作物系，作物育种学实验，1999

[9]内蒙古农牧学院农学系，作物育种学实习指导，1996

[10]河北农业技术师范学院，作物育种学实验指导，1991