作物栽培和育種學導論練習題

作物栽培和育種學導論練習題一、名詞解釋（共20題，每題3分，總分60分）1.生物產量2.經濟產量3.作物生育期4.作物溫光反應特性5.葉面積指數（LAI）6.光合勢7.經濟系數8.耕作制度9.復種指數10.間作11.套作12.品種13.種質資源14.引種15.選擇育種16.雜交育種17.雜種優勢18.配合力19.誘變育種20.分子標記輔助育種參考答案要點：1.生物產量指作物整個生育期內通過光合作用和吸收作用積累的所有有機物質的總量，通常以地上部分干物質重量計算，單位常用kg/畝或t/hm2。2.經濟產量指作物栽培目標所獲得的主要產品的重量，比如水稻的籽粒、馬鈴薯的塊莖、棉花的籽棉產量，是農業生產中直接計算收益的核心指標。3.作物生育期指作物從播種出苗到整個植株成熟收獲的全部生長天數，不同作物的生育期差異極大，春小麥一般為80-120天，中晚熟冬小麥為230-270天，中稻為120-150天。4.作物溫光反應特性指作物必須經歷特定的溫度和光照周期誘導才能從營養生長轉向生殖生長、完成花芽分化并正常抽穗結實的特性，是作物長期適應原產地生態環境形成的遺傳屬性。5.葉面積指數指單位土地面積上所有作物綠葉面積的總和，高產栽培條件下禾谷類作物適宜葉面積指數一般為4-6，過大易導致群體郁閉、通風透光差、倒伏風險提升。6.光合勢指某一生育階段內作物群體葉面積的累加值，計算方式為生育階段天數乘以該階段平均葉面積，單位為m2·d/畝，是衡量作物光合生產持續能力的核心參數。7.經濟系數又稱收獲指數，指經濟產量與生物產量的比值，反映作物有機物質向收獲器官轉運分配的效率，正常栽培條件下馬鈴薯的經濟系數可達0.7-0.8，水稻為0.4-0.5，普通小麥為0.3-0.4，纖維類作物經濟系數普遍低于0.3。8.耕作制度指一個地區或生產單位為了實現農業可持續生產，對作物種植制度和配套養地制度制定的綜合性農作體系，核心目標是實現作物、土壤、環境三者的協調統一，提升耕地綜合生產能力。9.復種指數指全年內作物收獲總面積與耕地總面積的比值，以百分比計算，我國南方熱帶地區復種指數可達250%-300%，華北平原多為150%-180%，東北平原多低于100%。10.間作指在同一地塊上同一生長季節內，分行或分帶間隔種植兩種或兩種以上生育期相近作物的種植模式，比如玉米間作大豆，能夠充分利用不同作物的株型、養分需求差異提升光能和土地利用率。11.套作指在前季作物生長發育的后期，在其株行間播種或移栽后季作物的種植模式，核心作用是充分利用生長季節資源，銜接不同熟性作物的茬口，提升復種指數，比如小麥套種玉米。12.品種是人類在特定生態和生產條件下創造的，具有穩定遺傳特性、產量品質抗性等性狀表現一致、能夠滿足生產和消費需求的作物群體，屬于重要的農業生產資料，并非植物分類學上的物種概念。13.種質資源又稱遺傳資源，指所有攜帶不同遺傳物質的作物類型，包括地方品種、野生近緣種、人工突變體、育種中間材料等，是開展新品種選育的物質基礎。14.引種指從本地以外的其他地區或者境外引進新的作物品種或者種質資源材料，經過適應性試驗后直接在本地推廣種植或者作為育種材料利用的技術環節。15.選擇育種又稱系統育種，是直接從現有的作物群體中選擇符合育種目標的優良變異單株，經過多代系統比較鑒定，最終培育出新品種的傳統育種方法。16.雜交育種指通過人工選配兩個或者兩個以上遺傳背景不同的親本進行有性雜交，使控制不同優良性狀的基因重新組合，之后在雜交后代群體中篩選獲得兼具多個親本優良特性的新品種的常規育種技術，是目前國內外應用最廣泛、成果最多的作物育種途徑。17.雜種優勢指兩個遺傳性不同的親本雜交產生的第一代雜種F1，在生長勢、生活力、抗逆性、產量、品質等性狀表現上優于雙親平均值甚至優于雙親中最優親本的現象，是當前作物增產的核心技術路徑之一。18.配合力指某一個親本品種或者品系和其他若干個不同親本雜交之后，其雜交后代的性狀表現的平均能力，分為一般配合力和特殊配合力兩類，是雜交育種和親本選配的核心參考指標。19.誘變育種指利用物理誘變因素比如射線、等離子體，或者化學誘變劑比如烷化劑、堿基類似物處理作物種子、花粉或者植株器官，人工誘導遺傳物質發生變異，之后從變異群體中篩選獲得優良變異個體培育新品種的技術。20.分子標記輔助育種指通過檢測與目標性狀基因緊密連鎖的DNA分子標記，在作物生長早期甚至種子階段就能精準篩選攜帶目標優良基因的個體，大幅提升育種選擇效率、縮短育種周期的現代育種技術。二、填空題（共30空，每空1分，總分30分）1.按照作物用途和植物學系統相結合的分類方法，通常可以將作物分為3大部分，分別是______、工業原料作物、______，其中第一大類糧食作物又可以進一步分為禾谷類作物、______、______三個亞類。2.水稻的溫光反應三特性分別是指______、感光性、______，其中______是決定水稻品種生育期長短的核心基礎屬性。3.禾谷類作物的產量構成因素由______、每穗實粒數、______三個部分組成，三個產量因素的乘積即為單位面積經濟產量。4.作物群體的光能利用率目前我國高產田塊平均水平約為______%，遠低于理論上限5%，提升光能利用率是作物高產栽培的核心研究方向。5.提高作物群體光合生產量的核心調控途徑包括擴大光合面積、______、______、減少有機物質消耗四個方面。6.作物生長發育過程中對水分需求最敏感、缺水對產量影響最大的時期被稱為______，小麥的該時期為______，水稻的該時期為孕穗到抽穗期。7.輪作的核心三大作用分別是______、均衡利用土壤養分和水分、______。8.連作引發的作物生長障礙主要包括營養物質偏耗、______、______三個類型，可通過合理的水肥調控、土壤消殺、抗性品種選育等途徑消減。9.19世紀初期丹麥學者W.約翰森提出的______學說是傳統自花授粉作物選擇育種的核心理論基礎。10.按照種質資源的育種實用價值分類，通常可以將種質資源分為地方品種、______、近緣野生植物、______四類。11.雜交育種工作中，我國育種家總結的親本選配四大基本原則分別是______、親本之一必須是當地大面積推廣的優良主栽品種、合理利用具有特殊優良性狀的遠緣種質、______。12.雜交育種按照雜交親本涉及的數量可以分為單交、______、______、多系雜交等不同類型。13.利用作物雜種優勢必須滿足三個基本條件：一是親本間具有強的雜種優勢潛力，二是雜交親本的______要高，三是大批量生產雜交種子的技術流程簡單可行。14.三系配套雜交育種體系中的“三系”分別指雄性不育系、______、______，三者必須配套才能實現雜交種子的規模化生產。15.目前主流的作物雜種優勢遺傳假說分別是______和超顯性假說，兩種假說都從不同層面對雜種優勢的形成機理做出了解釋。參考答案要點：1.糧食作物；綠肥與飼料作物；豆類作物；薯類作物2.基本營養生長性；感溫性；基本營養生長性3.單位面積有效穗數；千粒重4.1-25.延長光合時間；提升光合速率6.水分臨界期；孕穗期到灌漿期7.有效防治病蟲草害；改善土壤理化性狀和肥力8.有害物質積累；土壤微生物群落失衡9.純系10.主栽品種；人工創造的種質資源11.雙親必須具備較多的優點且性狀互補；親本的遺傳背景適應性良好12.復交；回交13.異交結實率14.雄性不育保持系；雄性不育恢復系15.顯性假說三、單項選擇題（共20題，每題2分，總分40分）1.以下作物中經濟系數最高的是（）A.冬小麥B.棉花C.馬鈴薯D.大豆2.我國東北地區的早熟春小麥品種引種到西南高原地區種植，通常會出現的表型是（）A.提前成熟產量提升B.生育期大幅延遲C.不能抽穗結實D.抗寒性顯著下降3.高產麥田適宜的葉面積指數最大值應當維持在以下哪個區間（）A.1-2B.3-5C.6-8D.9-104.以下哪種種植模式屬于典型的套作（）A.玉米田同時種植大豆B.冬小麥生長后期在行間播種夏玉米C.果園行間種植三葉草D.甘蔗田間種植花生5.從育種學概念判斷，以下不屬于品種固有特性的是（）A.穩定性B.一致性C.區域適應性D.永恒不變性6.短日照作物水稻北種南引之后，通常出現的生育期變化是（）A.生育期延長B.生育期縮短C.生育期完全不變D.苗期大量凍死7.以下種質資源類型中遺傳多樣性最豐富、攜帶大量稀有抗性基因的是（）A.新培育的主栽品種B.外來引進改良品種C.地方農家品種D.推廣多年的常規種8.雜交育種工作中，雜種后代選擇效率最高的世代是（）A.F1代B.F2代C.F5代之后的穩定世代D.種子階段9.以下作物中目前還沒有實現規模化雜種優勢商業化利用的是（）A.玉米B.水稻C.普通小麥D.甘藍型油菜10.物理誘變育種中目前應用最廣泛、誘變效果最穩定的輻射源是（）A.X射線B.鈷60伽馬射線C.紅外線D.紫外線11.作物生長發育所需的大量元素共有多少種（）A.6B.7C.9D.1312.復種技術開展的首要前提條件是（）A.土壤肥力充足B.生長季節熱量資源滿足C.勞動力充足D.降水充沛13.以下哪種病害屬于典型的連作障礙誘導加重的土傳病害（）A.小麥銹病B.玉米大斑病C.大豆根腐病D.稻飛虱蟲害14.選擇育種在自花授粉作物中的選擇效果要明顯優于異花授粉作物，核心原因是（）A.自花授粉作物后代自然純合度高B.自花授粉作物產量更高C.自花授粉作物變異更多D.自花授粉作物抗性更強15.衡量兩個親本雜交后代雜種優勢表現強度的超標優勢指的是（）A.F1產量超過雙親平均值的幅度B.F1產量超過雙親最優值的幅度C.F1產量超過當地主栽對照品種的幅度D.F1產量超過生產預期值的幅度16.以下耕作措施中不屬于土壤基本耕作的是（）A.翻耕B.深松耕C.旋耕D.耙地17.水稻群體產量形成過程中，干物質積累量對經濟產量貢獻最大的生育階段是（）A.苗期B.分蘗期C.拔節孕穗期到灌漿成熟期D.休眠期18.以下分子標記類型中屬于第三代分子標記，檢測精度最高、覆蓋全基因組的是（）A.RFLP標記B.SSR標記C.SNP標記D.RAPD標記19.不育系和保持系雜交之后，后代的育性表現是（）A.全部可育B.全部不育C.一半可育一半不育D.1/4可育20.作物栽培學中，“源”“庫”“流”理論中的“庫”指的是（）A.葉片等光合生產器官B.產量儲存和接納器官C.有機物質運輸系統D.根系吸收器官參考答案：1-5CABBD6-10BCCCB11-15CBCAC16-20DCCBB四、簡答題（共6題，每題10分，總分60分）1.為什么矮桿緊湊型作物品種的經濟系數普遍高于高桿松散型作物品種？參考答案要點：第一，矮桿品種的株高降低后，植株用于莖稈等營養器官生長的有機物質分配比例大幅減少，更多光合產物能夠向籽粒等收獲目標器官轉運，直接提升經濟產量占比；第二，矮桿品種的抗倒伏能力顯著提升，在高肥水栽培條件下不會因為倒伏出現大量營養物質消耗、籽粒灌漿受阻的問題，能夠穩定維持較高的經濟系數；第三，矮桿緊湊型品種的葉片在群體中排布更加合理，中下部葉片的通風透光條件更好，葉片光合效率更高，光合產物的無效消耗更少，也能進一步提升有機物質向收獲器官的分配比例。據測定，矮桿小麥品種的莖稈干物質占總生物產量的比例比傳統高桿品種低15%-20%，這部分節約的有機物質幾乎全部流向籽粒，直接推動經濟系數從0.3左右提升到0.4以上。2.簡述作物溫光反應特性在農業生產中的三個主要應用方向。參考答案要點：第一，在引種工作中的應用：不同緯度地區引種時必須根據作物的溫光反應特性預判品種的生育期表現，比如北方長日照冬小麥品種引到南方低緯度地區，因為冬季溫度無法滿足春化低溫需求，春季光照時長達不到長日照誘導要求，會出現延遲抽穗甚至不能正常抽穗結實的問題，引種前必須開展小規模適應性試驗；第二，在品種布局和耕作制度調整中的應用：多熟制地區要根據不同作物品種的溫光特性搭配熟性銜接的品種，比如南方雙季稻區早稻要選擇感溫性較弱、基本營養生長期較長的品種，保證早稻不會因為苗期溫度高而過早抽穗導致產量降低，晚稻要選擇感光性強的品種，保證短日照誘導下能夠在安全抽穗期前正常成熟；第三，在作物栽培管理中的應用：針對具有不同溫光特性的品種制定對應的播期調節方案，比如對感溫性極強的春性小麥品種，不能過早播種，避免冬季溫度過高完成春化作用導致年前拔穗發生凍害。3.簡述連作導致作物減產的核心原因以及對應的消減技術路徑。參考答案要點：連作減產的核心原因分為三類：一是土壤養分偏耗，特定作物長期連作會持續大量消耗土壤中自身偏好吸收的特定養分元素，導致土壤該類養分嚴重匱乏，養分比例失衡，作物生長發育養分供給不足；二是有毒有害物質積累，作物根系分泌的自毒性有機酸、酚酸類物質，以及作物殘茬腐解產生的有害物質在土壤中逐年積累，會直接抑制作物根系的生長和活性，比如連作5年以上的大豆土壤中根系分泌的酚酸類物質濃度會提升3倍以上，顯著抑制根瘤菌活性；三是土壤微生物群落失衡，連續種植同一作物會導致依賴該作物生存的病原菌、有害蟲卵大量繁殖，根際促生有益微生物豐度持續下降，土傳病蟲害爆發風險逐年提升。對應的消減路徑包括：第一，實施配方施肥技術，針對性補充連作作物偏好吸收的養分元素，維持土壤養分均衡；第二，采用土壤滅菌消毒技術、生物菌肥施用技術，調節根際微生物群落結構，提升有益微生物占比；第三，選育抗自毒、抗土傳病害的耐連作作物品種，從作物自身層面提升連作耐受能力。4.簡述雜交育種工作中親本選配的核心原則以及背后的遺傳學邏輯。參考答案要點：親本選配四大原則分別是性狀互補原則、核心本地優良親本原則、特殊種質利用原則、遺傳差異適度原則。背后的遺傳學邏輯：第一，性狀互補原則要求雙親各自攜帶的優良性狀能夠通過雜交后代的基因重組整合到同一個個體中，克服雙親的缺點，聚合多個優良等位基因；第二，選擇本地主栽品種作為親本之一，是因為本地主栽品種經過多年種植已經充分適應了當地的生態環境和生產條件，其雜交后代更容易保留良好的區域適應性，培育出的品種能夠快速適配本地生產需求；第三，合理利用具有特殊性狀的遠緣種質，能夠將普通栽培品種不具備的稀有抗病、抗逆、優質基因導入到新品種遺傳背景中，突破現有主栽品種的性狀瓶頸；第四，保持親本間適度的遺傳差異，能夠保證雜交后代群體有足夠大的分離變異幅度，提升篩選獲得超優變異單株的概率，避免雙親遺傳背景過于相似導致后代變異匱乏。5.為什么作物雜種優勢只在F1代表現最為突出，F2代會出現明顯的雜種優勢衰退現象？參考答案要點：雜種優勢的核心遺傳基礎是F1代個體的基因型處于高度雜合狀態，無論是顯性假說中顯性優良等位基因的互補效應，還是超顯性假說中等位基因異質結合的互作效應，都要求位點處于雜合狀態才能表現出最優的性狀表現。當F1代自交產生F2代群體時，根據孟德爾遺傳分離定律，所有雜合的基因位點都會發生遺傳分離，群體中純合位點的比例會按照1/2n的比例快速提升，大量原本處于雜合狀態的優良位點變成純合狀態，對應的雜種優勢效應就會逐步喪失；同時F2代群體的基因型表現出高度的多樣化，不同單株的基因型雜合程度差異極大，性狀表現嚴重分離，群體的整體生長勢、整齊度、抗逆性、產量水平都會比高度一致的F1代顯著下降，也就是出現雜種優勢衰退。據統計，玉米F2代的產量水平比F1代雜交種平均下降30%-40%，水稻F2代的產量水平比F1代雜交種平均下降20%-30%。五、論述題（共2題，每題35分，總分70分）1.結合作物栽培學和育種學的核心理論，論述“良種配良法”是實現作物高產、優質、高效生產的核心底層邏輯，結合黃淮海平原冬小麥主產區的生產實際舉例說明。參考答案要點：首先，作物品種是決定產量潛力上限的核心內在遺傳基礎，過去70年我國黃淮海冬麥區的主栽品種經歷了5次大規模更新換代，每次品種更新都推動區域小麥產量提升10%-15%，目前培育的超高產冬小麥品種產量潛力已經突破12t/hm2，是上世紀50年代地方品種產量潛力的3倍以上。但是品種的優良性狀表達完全依賴適配的栽培技術體系，如果栽培技術和品種特性不匹配，再優良的品種也無法發揮其產量潛力：比如當前推廣的半冬性矮桿高產品種，其群體適宜葉面積指數上限可達6-7，耐高肥水、抗倒伏能力強，如果沿用傳統老品種的低水肥、低播種量的栽培方法，會導致群體穗數不足，產量潛力只能發揮60%不到。其次，栽培技術的優化能夠為良種的性狀表達提供最優的環境條件，協調作物生長源庫流關系，最大程度挖掘品種的產量潛力：比如針對黃淮海主栽的強筋小麥品種，其籽粒蛋白質含量形成的關鍵生育階段是灌漿期，配套的調優栽培技術要求在灌漿期追施75kg/hm2的氮肥，同時調控后期土壤水分含量保持在田間持水量的70%-75%，能夠讓籽粒蛋白質含量提升2個百分點以上，完全達到國家強筋小麥標準，而如果采用普通小麥的栽培管理方法，該品種的品質性狀無法達到強筋要求，優良的品種特性無法體現。第三，良種選育和良法推廣是互相促進的協同關系：過去黃淮海地區小麥高肥水栽培技術的普及推動倒伏問題成為生產瓶頸，育種家針對性選育了一批株高75cm以下、抗倒伏能力極強的矮桿高產品種，反過來進一步支撐了更高產量水平的栽培技術落地，形成了“品種改進-技術升級-產量提升”的正向循環。生產實踐數據表明，