最-新作物育種學(xué)課后思考題題目及部分答案

最新作物育種學(xué)課后思考題題目及部分答案1.簡(jiǎn)述作物育種學(xué)的核心內(nèi)涵與當(dāng)代學(xué)科發(fā)展的交叉邊界，說(shuō)明其區(qū)別于普通作物栽培學(xué)、分子生物學(xué)研究的核心屬性是什么？答：作物育種學(xué)的核心內(nèi)涵是綜合運(yùn)用遺傳學(xué)、植物生理學(xué)、作物栽培學(xué)、生物化學(xué)、生物信息學(xué)等多學(xué)科理論與技術(shù)方法，定向選育具備穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、綠色高效、適配現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求的優(yōu)良作物品種，并配套構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化良種繁育與產(chǎn)業(yè)化推廣技術(shù)體系的應(yīng)用性學(xué)科，是農(nóng)業(yè)科學(xué)領(lǐng)域直接對(duì)接糧食安全保障需求的核心支撐學(xué)科。當(dāng)代作物育種學(xué)的交叉邊界已經(jīng)從傳統(tǒng)的植物遺傳育種范疇，拓展至融合基因編輯、合成生物學(xué)、表觀遺傳學(xué)、人工智能大數(shù)據(jù)、作物表型組學(xué)等多個(gè)前沿領(lǐng)域的交叉學(xué)科體系，不再是單純的農(nóng)學(xué)下屬分支學(xué)科。其區(qū)別于作物栽培學(xué)、分子生物學(xué)研究的核心屬性有三點(diǎn)：第一是目標(biāo)的定向錨定性，所有育種研究的最終指向都是選育出能夠經(jīng)過(guò)國(guó)家或省級(jí)品種審定、在大田多年多點(diǎn)生產(chǎn)條件下表現(xiàn)出穩(wěn)定品種優(yōu)勢(shì)的可落地品種，不追求實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下單性狀的極致表現(xiàn)，所有理論技術(shù)的驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)都是大田生產(chǎn)適配性；第二是產(chǎn)出的知識(shí)產(chǎn)權(quán)專屬屬性，育成的作物品種是農(nóng)業(yè)領(lǐng)域核心的知識(shí)產(chǎn)權(quán)載體，品種權(quán)的保護(hù)與轉(zhuǎn)化是學(xué)科研究成果落地的核心路徑，區(qū)別于基礎(chǔ)分子生物學(xué)研究產(chǎn)出的公共學(xué)術(shù)知識(shí)；第三是全鏈條的系統(tǒng)屬性，育種學(xué)研究覆蓋從種質(zhì)資源鑒定、親本選育、雜種后代篩選、多年多點(diǎn)品比試驗(yàn)、區(qū)域試驗(yàn)直到種子規(guī)模化繁育的全流程，任意一個(gè)環(huán)節(jié)的缺失都無(wú)法獲得可推廣的優(yōu)良品種，而非針對(duì)單一分子機(jī)制的碎片化研究。2.新中國(guó)成立以來(lái)我國(guó)作物育種的發(fā)展歷程可以劃分為哪幾個(gè)階段？每個(gè)階段的標(biāo)志性成果與核心育種目標(biāo)分別是什么？答：我國(guó)作物育種70余年的發(fā)展歷程可劃分為四個(gè)清晰的階段，各階段的標(biāo)志性成果與育種目標(biāo)均貼合不同時(shí)期國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需求：第一階段為1949-1970年的農(nóng)家種系統(tǒng)篩選與矮化育種階段，這一階段我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基礎(chǔ)極為薄弱，糧食平均畝產(chǎn)僅為113公斤，核心育種目標(biāo)是快速提升作物產(chǎn)量、解決全國(guó)人民的基本溫飽問(wèn)題，標(biāo)志性成果包括水稻矮桿品種矮腳南特、小麥品種南大2419、玉米品種坊塘等，到1970年全國(guó)糧食平均畝產(chǎn)提升至219公斤，增產(chǎn)率達(dá)到93.8%，通過(guò)矮化育種大幅降低了作物倒伏風(fēng)險(xiǎn)，為后續(xù)產(chǎn)量突破奠定了基礎(chǔ)。第二階段為1971-2000年的雜種優(yōu)勢(shì)利用全面普及階段，1973年我國(guó)率先實(shí)現(xiàn)秈型雜交水稻三系配套，后續(xù)逐步完成雜交油菜、雜交玉米、雜交棉花的技術(shù)體系構(gòu)建，這一階段雜交玉米的全國(guó)種植普及率從1970年的不足20%提升至2000年的90%以上，雜交水稻種植普及率超過(guò)70%，同時(shí)兼顧抗病蟲性狀改良，標(biāo)志性成果包括雜交水稻汕優(yōu)63、小麥品種小偃6號(hào)、抗蟲棉品種中棉所12等，2000年全國(guó)糧食平均畝產(chǎn)達(dá)到320公斤，核心育種目標(biāo)從單純追求高產(chǎn)轉(zhuǎn)向“產(chǎn)量為主、兼顧品質(zhì)與抗病性”。第三階段為2001-2020年的分子標(biāo)記輔助育種與綠色品種培育階段，這一階段我國(guó)自主選育的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉市場(chǎng)普及率超過(guò)95%，打破了國(guó)外種業(yè)公司的技術(shù)壟斷，超級(jí)稻百畝片平均畝產(chǎn)先后突破800公斤、1000公斤大關(guān)，小麥品種濟(jì)麥22累計(jì)推廣面積超過(guò)4億畝，成為我國(guó)累計(jì)推廣面積最大的小麥品種，這一階段的核心育種目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、多抗的協(xié)同提升，解決人民群眾從“吃得飽”到“吃得好”的消費(fèi)需求轉(zhuǎn)變。第四階段為2021年至今的智能設(shè)計(jì)育種起步階段，當(dāng)前育種研發(fā)的核心方向是構(gòu)建全基因組選擇技術(shù)體系，培育適配輕簡(jiǎn)化、機(jī)械化栽培的宜機(jī)作物品種，以及氮磷高效利用、低碳排放的綠色作物品種，支撐我國(guó)農(nóng)業(yè)“雙碳”目標(biāo)落地，截至2024年我國(guó)已經(jīng)完成三大主糧作物全基因組選擇參考平臺(tái)的初步搭建，預(yù)計(jì)2030年左右能夠?qū)崿F(xiàn)作物新品種的定向智能創(chuàng)制，育種效率較傳統(tǒng)模式提升3倍以上。3.依據(jù)作物繁殖方式的差異，論述自花授粉作物、異花授粉作物、常異花授粉作物的遺傳群體特征，以及對(duì)應(yīng)適宜采用的育種技術(shù)路徑差異。答：作物繁殖方式的差異直接決定了其群體遺傳特征與適配的育種技術(shù)體系，三者的差異可以從三個(gè)維度明確區(qū)分：第一是自花授粉作物，代表作物包括水稻、小麥、大豆、豌豆等，天然異交率普遍低于4%，長(zhǎng)期自交導(dǎo)致自然群體內(nèi)個(gè)體的基因型純合度超過(guò)98%，群體內(nèi)遺傳同質(zhì)度極高，不同個(gè)體之間的表型差異絕大多數(shù)由可穩(wěn)定遺傳的基因型差異決定，幾乎不存在個(gè)體基因型雜合導(dǎo)致的分離現(xiàn)象。這類作物適配的育種技術(shù)路徑包括系統(tǒng)選擇育種、雜交常規(guī)育種，雜種優(yōu)勢(shì)利用需要配套構(gòu)建三系/兩系不育系繁殖體系，由于其F2代會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的性狀分離，雜交種品種不允許農(nóng)民留種多代種植。第二是異花授粉作物，代表作物包括玉米、白菜型油菜、向日葵、大部分十字花科蔬菜等，天然異交率普遍高于50%，部分作物甚至可以達(dá)到100%，自然群體的遺傳異質(zhì)性極強(qiáng)，個(gè)體基因型高度雜合，如果直接在群體內(nèi)選擇單株進(jìn)行自交留種，后代會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的近交衰退現(xiàn)象，生活力大幅下降。這類作物適配的育種技術(shù)路徑首先是輪回選擇改良群體遺傳基礎(chǔ)，再通過(guò)多代自交選育遺傳純合的優(yōu)良自交系，最終配合組配獲得強(qiáng)優(yōu)勢(shì)雜交種品種，生產(chǎn)上幾乎不推廣種植常規(guī)種，否則群體的品種種性會(huì)在3-5代之內(nèi)完全退化。第三是常異花授粉作物，代表作物包括陸地棉、甘藍(lán)型油菜、高粱等，天然異交率介于5%-50%之間，群體遺傳基礎(chǔ)特征介于自花授粉作物和異花授粉作物之間，個(gè)體基因型雜合度中等，多代自交之后近交衰退表現(xiàn)不明顯。這類作物的育種技術(shù)路徑選擇空間更大，既可以培育遺傳穩(wěn)定的常規(guī)品種，實(shí)現(xiàn)農(nóng)戶多代留種生產(chǎn)，也可以培育雜交種充分利用雜種優(yōu)勢(shì)提升產(chǎn)量潛力，育種過(guò)程中只需要通過(guò)嚴(yán)格的人工套袋自交完成保純，即可避免生物學(xué)混雜導(dǎo)致的品種退化。另外還有一類特殊的無(wú)性繁殖作物，代表作物包括馬鈴薯、甘薯、甘蔗等，育種過(guò)程中一旦篩選到綜合性狀優(yōu)良的單株，就可以通過(guò)塊莖、塊根等無(wú)性繁殖方式完全固定雜種優(yōu)勢(shì)，不需要年年制種，只需要通過(guò)莖尖脫毒技術(shù)清除無(wú)性繁殖體系內(nèi)積累的病毒病，即可長(zhǎng)期維持品種的優(yōu)良種性。4.什么是作物種質(zhì)資源的核心庫(kù)？論述構(gòu)建核心種質(zhì)庫(kù)的取樣原則與技術(shù)流程，說(shuō)明我國(guó)現(xiàn)有作物種質(zhì)資源庫(kù)的保有量以及核心庫(kù)建設(shè)的最新進(jìn)展。答：作物種質(zhì)資源核心庫(kù)是指從某一作物的全部自然種質(zhì)資源群體中，按照科學(xué)的取樣策略篩選出占總資源數(shù)量10%左右的代表性樣本集合，該集合能夠保留原始全部種質(zhì)資源群體92%以上的遺傳變異，同時(shí)剔除重復(fù)冗余的種質(zhì)材料，大幅降低種質(zhì)資源的鑒定與利用成本，是當(dāng)前提升種質(zhì)資源利用效率的核心技術(shù)路徑。構(gòu)建作物核心種質(zhì)庫(kù)的取樣原則分為三點(diǎn)：第一是分層優(yōu)先原則，取樣前首先按照種質(zhì)材料的生態(tài)區(qū)來(lái)源、分類學(xué)地位、野生/栽培屬性進(jìn)行分層，針對(duì)不同分層制定差異化的取樣比例，遺傳多樣性豐富的野生近緣種分層取樣比例提升至15%以上，遺傳背景高度同質(zhì)化的現(xiàn)代選育品種分層取樣比例降低至5%以下，避免取樣偏差；第二是表型與基因型聯(lián)合聚類原則，不能單純基于農(nóng)藝性狀表型數(shù)據(jù)聚類取樣，必須整合全基因組分子標(biāo)記的基因型數(shù)據(jù)作為取樣依據(jù)，避免丟失低頻率分布的優(yōu)異性狀等位變異；第三是驗(yàn)證達(dá)標(biāo)原則，完成核心種質(zhì)初步篩選之后，必須通過(guò)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)證明核心種質(zhì)的遺傳多樣性指數(shù)、等位基因數(shù)目、性狀變異系數(shù)均顯著高于原始群體隨機(jī)抽取的等量樣本，確保不會(huì)出現(xiàn)遺傳多樣性丟失的問(wèn)題。核心種質(zhì)庫(kù)構(gòu)建的標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)流程為：第一步對(duì)全部入庫(kù)種質(zhì)資源開展3年以上的多年多點(diǎn)表型精準(zhǔn)鑒定，獲得所有材料的核心農(nóng)藝性狀、抗逆性狀、品質(zhì)性狀表型數(shù)據(jù)；第二步對(duì)所有種質(zhì)材料開展簡(jiǎn)化基因組測(cè)序，獲得全基因組范圍內(nèi)分布的SNP分子標(biāo)記基因型數(shù)據(jù)；第三步結(jié)合表型與基因型數(shù)據(jù)開展系統(tǒng)聚類分析，確定不同類群的最優(yōu)取樣量，初步篩選出候選核心種質(zhì)材料；第四步對(duì)候選核心種質(zhì)材料進(jìn)行全基因組重測(cè)序與關(guān)鍵性狀表型驗(yàn)證，確認(rèn)其遺傳變異覆蓋度達(dá)標(biāo)之后，完成核心種質(zhì)庫(kù)的構(gòu)建。截至2024年，我國(guó)國(guó)家作物種質(zhì)資源長(zhǎng)期庫(kù)的保存種質(zhì)總量已經(jīng)超過(guò)54萬(wàn)份，是全球第二大作物種質(zhì)資源保有國(guó)，2023年我國(guó)率先完成了水稻、小麥、玉米三大主糧作物核心種質(zhì)庫(kù)的全基因組重測(cè)序，從總計(jì)2萬(wàn)份核心種質(zhì)材料中挖掘到控制耐密性、耐鹽堿、氮磷高效利用等關(guān)鍵性狀的未報(bào)道等位變異327個(gè)，已經(jīng)直接作為模塊化種質(zhì)應(yīng)用到商業(yè)化育種流程中，大幅提升了突破性品種的選育效率。5.純系學(xué)說(shuō)的核心內(nèi)容是什么？結(jié)合現(xiàn)代遺傳學(xué)研究進(jìn)展，分析純系學(xué)說(shuō)的局限性以及其在當(dāng)前自花授粉作物育種中的應(yīng)用價(jià)值。答：純系學(xué)說(shuō)是丹麥遺傳學(xué)家約翰遜在1903年通過(guò)菜豆的單株選擇試驗(yàn)提出的經(jīng)典遺傳學(xué)理論，核心內(nèi)容為：自花授粉作物的單個(gè)遺傳純合個(gè)體通過(guò)連續(xù)自交產(chǎn)生的后代群體就是完全遺傳純合的純系，在純系的內(nèi)部開展單株選擇操作是完全無(wú)效的，因?yàn)榧兿祪?nèi)不同個(gè)體之間的性狀差異全部來(lái)自環(huán)境效應(yīng)，不存在可穩(wěn)定遺傳的變異，只有在混雜了多個(gè)不同純系的異質(zhì)群體內(nèi)開展單株選擇，才能獲得性狀穩(wěn)定的遺傳改良效果。結(jié)合現(xiàn)代遺傳學(xué)研究的最新成果來(lái)看，純系學(xué)說(shuō)存在三點(diǎn)明確的局限性：第一是自然界中不存在絕對(duì)的遺傳純系，自花授粉作物經(jīng)過(guò)多代連續(xù)自交之后，基因組依然會(huì)以10^-6-10^-4的頻率積累隨機(jī)點(diǎn)突變，長(zhǎng)期種植的傳統(tǒng)農(nóng)家品種群體內(nèi)的所謂“純系”內(nèi)部也會(huì)持續(xù)產(chǎn)生新的可遺傳變異，并非完全的遺傳同質(zhì)；第二是純系學(xué)說(shuō)完全忽略了表觀遺傳變異的遺傳效應(yīng)，同一遺傳純合基因型在不同環(huán)境脅迫下產(chǎn)生的DNA甲基化、組蛋白修飾等表觀遺傳變異可以通過(guò)配子傳遞給后代，產(chǎn)生可穩(wěn)定遺傳的性狀差異，這部分變異也可以作為選擇的有效對(duì)象；第三是純系學(xué)說(shuō)沒(méi)有考慮到基因組內(nèi)轉(zhuǎn)座子激活、染色體結(jié)構(gòu)變異等產(chǎn)生的遺傳多樣性，部分作物基因組內(nèi)的轉(zhuǎn)座子在自然環(huán)境刺激下會(huì)發(fā)生定向插入，產(chǎn)生全新的遺傳變異，為育種選擇提供新的材料。盡管存在上述局限性，純系學(xué)說(shuō)直到當(dāng)前依然是自花授粉作物雜交育種后代選擇的核心理論依據(jù)，在水稻、小麥等作物的雜交育種流程中，F(xiàn)2代分離群體中選擇符合育種目標(biāo)的優(yōu)良單株，經(jīng)過(guò)4-5代的連續(xù)自交和單株選擇，即可獲得遺傳穩(wěn)定的純合株系，整個(gè)純化流程的效率超過(guò)95%，較早期缺乏理論指導(dǎo)的無(wú)序選擇模式將育種周期縮短了30%以上，我國(guó)當(dāng)前90%以上的水稻、小麥常規(guī)品種選育流程依然嚴(yán)格遵循純系學(xué)說(shuō)的理論框架開展。6.簡(jiǎn)述雜交育種中親本選配的“四大基本原則”，結(jié)合育種實(shí)踐案例分析不同親本配組模式的優(yōu)劣勢(shì)。答：雜交育種的親本選配四大基本原則是經(jīng)過(guò)全球育種家近百年實(shí)踐驗(yàn)證形成的通用準(zhǔn)則，具體內(nèi)容如下：第一是雙親必須具備較多的優(yōu)良性狀、較少的不良性狀，且雙親的優(yōu)缺點(diǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)充分互補(bǔ)，兩個(gè)親本不能存在共同的致命缺陷，比如不能用兩個(gè)都不抗小麥赤霉病的品種配組，期望選育出高抗赤霉病的后代，概率不足萬(wàn)分之一；第二是雙親之一必須是完全適應(yīng)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)生產(chǎn)條件的主流推廣優(yōu)良品種，作為核心的受體親本，保證育成品種的大田生產(chǎn)適配性，該核心親本的遺傳背景在最終育成品種中的占比一般不低于50%，避免育成的品種只能在試驗(yàn)田表現(xiàn)優(yōu)良、無(wú)法適配大面積生產(chǎn)環(huán)境的問(wèn)題；第三是選擇生態(tài)類型差異較大、地理來(lái)源距離較遠(yuǎn)的親本材料進(jìn)行配組，最大程度擴(kuò)大后代分離群體的遺傳變異幅度，比如用從國(guó)際玉米小麥改良中心引進(jìn)的抗旱小麥種質(zhì)和我國(guó)黃淮麥區(qū)的高產(chǎn)品種進(jìn)行配組，后代更容易篩選出兼顧高產(chǎn)和抗旱特性的突破性新品種；第四是選配的雙親必須具備較高的一般配合力，尤其是作為核心親本的當(dāng)?shù)刂魍破贩N，一般配合力越高，從其雜交后代群體中篩選出超越親本的優(yōu)良變異單株的概率就越大。當(dāng)前主流的雜交配組模式有三類，各自優(yōu)劣勢(shì)非常明確：第一類是單交模式，即直接用兩個(gè)親本材料進(jìn)行一次性雜交，優(yōu)勢(shì)是育種流程簡(jiǎn)單、后代群體遺傳背景相對(duì)簡(jiǎn)單、性狀穩(wěn)定速度快，育種周期較短，劣勢(shì)是后代遺傳基礎(chǔ)狹窄，很難聚合多個(gè)優(yōu)良性狀選育出突破性的大品種，僅適合針對(duì)少數(shù)幾個(gè)性狀進(jìn)行改良的育種場(chǎng)景；第二類是復(fù)交模式，即融合3個(gè)及以上不同親本的遺傳背景，經(jīng)過(guò)多次雜交聚合多個(gè)優(yōu)良變異，代表性品種為我國(guó)大面積推廣的玉米品種農(nóng)大108，其育種過(guò)程中先后聚合了6個(gè)不同來(lái)源自交系的優(yōu)良性狀，優(yōu)勢(shì)是育成的品種綜合性狀突出、抗逆性強(qiáng)、適應(yīng)性廣，劣勢(shì)是后代分離群體規(guī)模大、遺傳背景復(fù)雜、株系純化難度高，育種周期較單交模式長(zhǎng)1-2年；第三類是回交育種模式，以當(dāng)?shù)刂髟缘膬?yōu)良品種作為輪回親本，以攜帶單個(gè)優(yōu)良目標(biāo)性狀的特殊種質(zhì)作為供體親本，經(jīng)過(guò)6-8代的連續(xù)回交完成定向轉(zhuǎn)育，育成的品種除了導(dǎo)入的目標(biāo)改良性狀之外，其余所有農(nóng)藝性狀均和原始主推品種保持一致，優(yōu)勢(shì)是性狀改良精準(zhǔn)可控、育種效率極高，特別適合定向改良主栽品種的單一缺陷，比如快速將抗白粉病基因?qū)氘?dāng)前推廣的主栽小麥品種，不需要重新構(gòu)建大規(guī)模的分離群體。7.測(cè)定作物雜種優(yōu)勢(shì)的三種常用方法是什么？論述當(dāng)前我國(guó)玉米雜種優(yōu)勢(shì)群劃分的主流體系，以及為什么要強(qiáng)調(diào)雜種優(yōu)勢(shì)群的持續(xù)性拓寬。答：當(dāng)前測(cè)定作物雜種優(yōu)勢(shì)強(qiáng)弱的三類主流方法分別是：第一是Griffing配合力測(cè)定法，通過(guò)完全雙列雜交或者半雙列雜交的試驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)所有參試自交系的一般配合力和特殊配合力進(jìn)行量化測(cè)算，配合力數(shù)值越高說(shuō)明該自交系的組配雜種優(yōu)勢(shì)越強(qiáng)，該方法是商業(yè)化育種中篩選骨干自交系的核心方法；第二是雜種優(yōu)勢(shì)指數(shù)法，用雜交一代的目標(biāo)性狀平均表型值除以雙親對(duì)應(yīng)性狀的平均表型值，指數(shù)大于1說(shuō)明該組合存在正向雜種優(yōu)勢(shì)，指數(shù)數(shù)值越大說(shuō)明雜種優(yōu)勢(shì)越強(qiáng)，適合對(duì)大量雜交組合進(jìn)行批量快速初篩；第三是超親優(yōu)勢(shì)計(jì)算法，用雜交一代的性狀平均值減去高值親本的性狀平均值之后除以高值親本的性狀平均值，計(jì)算得到的百分比代表超親優(yōu)勢(shì)水平，生產(chǎn)上具備推廣價(jià)值的玉米、水稻雜交種，其籽粒產(chǎn)量的超親優(yōu)勢(shì)普遍需要達(dá)到10%以上，才能保證在大田生產(chǎn)條件下的產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)。當(dāng)前我國(guó)玉米雜種優(yōu)勢(shì)群劃分的主流體系是經(jīng)過(guò)數(shù)十年育種實(shí)踐驗(yàn)證形成的“五大群五大亞群”劃分方案，五大核心雜種優(yōu)勢(shì)群分別為瑞德群、蘭卡斯特群、旅大紅骨群、唐四平頭群、熱帶亞熱帶種質(zhì)群，經(jīng)過(guò)大量組配試驗(yàn)驗(yàn)證，不同雜種優(yōu)勢(shì)群之間的自交系配組產(chǎn)生的雜種優(yōu)勢(shì)強(qiáng)度，顯著高于同一雜種優(yōu)勢(shì)群內(nèi)部自交系配組產(chǎn)生的優(yōu)勢(shì)強(qiáng)度，我國(guó)當(dāng)前年推廣面積超過(guò)100萬(wàn)畝的玉米雜交種中，90%以上的組合都是來(lái)自不同雜種優(yōu)勢(shì)群的骨干自交系配組育成的。持續(xù)拓寬玉米雜種優(yōu)勢(shì)群的核心原因有三點(diǎn)：第一是當(dāng)前我國(guó)玉米商業(yè)化育種的骨干種質(zhì)遺傳基礎(chǔ)已經(jīng)越來(lái)越狹窄，據(jù)2022年全國(guó)玉米品種區(qū)域試驗(yàn)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)年參試的1600多個(gè)玉米雜交種中，超過(guò)72%的品種血緣都來(lái)自不到10個(gè)核心骨干自交系，一旦出現(xiàn)玉米南方銹病新小種、新的蟲害流行的情況，極有可能引發(fā)全國(guó)范圍的大面積玉米減產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重威脅糧食安全；第二是狹窄的遺傳基礎(chǔ)已經(jīng)很難進(jìn)一步提升玉米的雜種優(yōu)勢(shì)水平，近10年我國(guó)玉米品種區(qū)試的產(chǎn)量對(duì)照增幅已經(jīng)從之前的年均8%下降到當(dāng)前的年均3%左右，亟需導(dǎo)入外源熱帶亞熱帶玉米種質(zhì)的優(yōu)良變異，拓展雜種優(yōu)勢(shì)群的遺傳背景，將玉米的氮素利用效率提升15%以上，進(jìn)一步突破產(chǎn)量潛力天花板；第三是拓寬雜種優(yōu)勢(shì)群能夠大幅提升不同雜交組合的抗逆性狀變異豐富度，更容易培育出耐密植、抗倒伏、適配機(jī)械化籽粒收獲的新一代玉米品種，支撐我國(guó)玉米生產(chǎn)的全程機(jī)械化轉(zhuǎn)型。8.什么是全基因組選擇育種（GS）？論述全基因組選擇技術(shù)相較于傳統(tǒng)分子標(biāo)記輔助育種的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，說(shuō)明當(dāng)前制約我國(guó)主糧作物全基因組選擇技術(shù)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的核心瓶頸有哪些？答：全基因組選擇育種是近年來(lái)快速發(fā)展的前沿智能育種技術(shù)，核心原理是利用分布在作物全基因組上的數(shù)十萬(wàn)甚至數(shù)百萬(wàn)個(gè)SNP分子標(biāo)記位點(diǎn)，結(jié)合覆蓋多環(huán)境、多生態(tài)區(qū)表型鑒定數(shù)據(jù)的大規(guī)模訓(xùn)練群體構(gòu)建預(yù)測(cè)模型，對(duì)未開展田間表型鑒定的待測(cè)育種群體的目標(biāo)性狀表現(xiàn)值進(jìn)行基因組水平的預(yù)測(cè)，不需要等待作物生長(zhǎng)成熟收獲，在苗期就可以通過(guò)基因分型數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)其籽粒產(chǎn)量、抗逆性、品質(zhì)等復(fù)雜性狀的表現(xiàn)值，提前篩選出綜合性狀優(yōu)良的育種單株。相較于傳統(tǒng)的分子標(biāo)記輔助育種技術(shù)，全基因組選擇的優(yōu)勢(shì)非常突出：第一是對(duì)于多基因控制的復(fù)雜數(shù)量性狀，比如作物籽粒產(chǎn)量、非生物耐逆性，傳統(tǒng)分子標(biāo)記輔助育種只能檢測(cè)到效應(yīng)值較大的少數(shù)主效QTL位點(diǎn)，無(wú)法覆蓋海量的微效變異位點(diǎn)，對(duì)產(chǎn)量性狀的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率普遍低于30%，而全基因組選擇技術(shù)可以整合基因組上所有位點(diǎn)的遺傳效應(yīng)信息，對(duì)主糧作物產(chǎn)量性狀的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率可以提升到70%以上，大幅提升復(fù)雜性狀的選擇效率；第二是可以將作物育種的整體周期從傳統(tǒng)的8-10年縮短到3-4年，在苗期階段就淘汰90%以上的不良單株，節(jié)省80%以上的田間試驗(yàn)用地和人力投入，大幅降低育種的時(shí)間成本和資金成本；第三是可以實(shí)現(xiàn)多性狀的協(xié)同定向選擇，能夠同時(shí)對(duì)產(chǎn)量、品質(zhì)、抗病性、適應(yīng)性等10個(gè)以上的性狀進(jìn)行加權(quán)同步篩選，選擇的精準(zhǔn)度和效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的單性狀依次改良的育種模式。當(dāng)前制約我國(guó)主糧作物全基因組選擇技術(shù)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的核心瓶頸有三點(diǎn)：第一是參考訓(xùn)練群體的多環(huán)境表型數(shù)據(jù)積累量不足，我國(guó)當(dāng)前水稻、小麥、玉米主糧作物的全基因組選擇訓(xùn)練群體的多年多點(diǎn)精準(zhǔn)表型鑒定數(shù)據(jù)總量，不到國(guó)際頭部種業(yè)巨頭的20%，導(dǎo)致基因組預(yù)測(cè)模型在不同生態(tài)區(qū)的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率穩(wěn)定性不足，無(wú)法直接跨區(qū)域應(yīng)用；第二是適配商業(yè)化育種需求的低成本基因分型芯片國(guó)產(chǎn)化率不足，部分作物的高通量基因分型芯片依然依賴進(jìn)口，單位樣本的分型成本較國(guó)外高30%以上，尚未達(dá)到大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的成本閾值；第三是不同育種單位的種質(zhì)資源基因型和表型數(shù)據(jù)尚未實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化共享，大量分散在各個(gè)科研院所、種業(yè)企業(yè)的育種數(shù)據(jù)無(wú)法整合形成規(guī)模更大、覆蓋場(chǎng)景更全的訓(xùn)練群體，進(jìn)一步限制了全基因組選擇模型預(yù)測(cè)精度的提升。9.我國(guó)現(xiàn)行的基因編輯作物安全評(píng)價(jià)管理規(guī)范是什么？論述基因編輯作物和傳統(tǒng)轉(zhuǎn)基因作物的本質(zhì)差異，以及基因編輯技術(shù)在作物育種中的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用場(chǎng)景。答：我國(guó)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部2022年正式出臺(tái)實(shí)施的《農(nóng)業(yè)用基因編輯植物安全評(píng)價(jià)指南（試行）》明確規(guī)定：不含有任何外源導(dǎo)入基因片段的基因編輯作物，經(jīng)過(guò)完整的分子特征驗(yàn)證、目標(biāo)性狀食用安全與環(huán)境安全驗(yàn)證之后，可以按照常規(guī)非轉(zhuǎn)基因作物的路徑提交品種審定申請(qǐng)，相較于傳統(tǒng)轉(zhuǎn)基因作物6-10年的長(zhǎng)周期安全評(píng)價(jià)流程，合規(guī)的內(nèi)源基因定向編輯作物的安全評(píng)價(jià)周期可以縮短到1-2年，大幅降低基因編輯作物的產(chǎn)業(yè)化落地門檻。基因編輯作物和傳統(tǒng)轉(zhuǎn)基因作物的本質(zhì)差異在于：傳統(tǒng)轉(zhuǎn)基因作物的基因組中整合了來(lái)自其他外源物種的遺傳物質(zhì)片段，比如將土壤細(xì)菌的Bt殺蟲蛋白基因整合到作物基因組中，使作物獲得抗蟲性狀，基因組中含有異源物種的核酸序列，其生物安全風(fēng)險(xiǎn)需要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期系統(tǒng)評(píng)估；而通過(guò)CRISPR/Cas9、堿基編輯等技術(shù)創(chuàng)制的基因編輯作物，只是對(duì)作物自身的內(nèi)源基因進(jìn)行定點(diǎn)敲除、精準(zhǔn)堿基替換或者原位定向修飾，最終育成的合格品種基因組中完全不存在任何外源物種的基因片段，人工定向創(chuàng)造的遺傳變異和作物自然突變、物理化學(xué)誘變產(chǎn)生的變異完全一致，無(wú)法從分子層面進(jìn)行區(qū)分，不存在傳統(tǒng)轉(zhuǎn)基因作物涉及的外源基因生物安全風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)前基因編輯技術(shù)在作物育種中的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用場(chǎng)景已經(jīng)逐步清晰：第一是定向改良作物的品質(zhì)性狀，通過(guò)編輯控制油脂合成的關(guān)鍵基因，將油菜籽粒的油酸含量提升到80%以上，油品保質(zhì)期延長(zhǎng)2倍，更加符合人體健康需求；第二是定向改良作物的抗除草劑性狀，通過(guò)對(duì)水稻內(nèi)源的ALS基因進(jìn)行定點(diǎn)堿基替換，培育出抗草甘膦除草劑的水稻品種，將大田雜草防控成本降低60%以上；第三是定向改良作物的籽粒品質(zhì)，通過(guò)敲除玉米基因組的直鏈淀粉合成關(guān)鍵基因，培育出全糯性的高產(chǎn)鮮食糯玉米品種，蒸煮品質(zhì)和口感大幅提升，上述三類基因編輯作物預(yù)計(jì)在2025年前后將陸續(xù)進(jìn)入大面積產(chǎn)業(yè)