抗病虫育种
病虫害的抗性机制与遗传育种
02
遗传育种在病虫害防治中的应用
传统育种
杂交育种
通过有性杂交，将具有抗性的优良性状组合在一 起，培育出具有更强抗性的新品种。
选择育种
在自然或人工创造的条件下，选择具有优良性状 的个体进行繁殖，以逐渐强化其抗性。
系统育种
根据植物的生长发育规律和遗传规律，通过科学 的管理手段，使植物按照人们的意愿生长发育。
病虫害的抗性机制与遗传育种
汇报人:可编辑
2024-01-06
目
CONTENCT
录
• 病虫害抗性机制 • 遗传育种在病虫害防治中的应用 • 病虫害抗性遗传研究 • 病虫害抗性遗传育种策略 • 病虫害抗性遗传育种的前景与挑战
01
病虫害抗性机制
生理抗性
耐受性
病虫害通过生理机制对农药产生的耐受性，使其能 够在农药存在下生存和繁殖。
基因组学技术
利用基因组学技术，全面解析病 虫害的基因组结构，发现与抗性 相关的关键基因，为抗性育种提 供指导。
分子标记辅助选择
利用分子标记辅助选择技术，快 速准确地筛选具有优良抗性基因 的种质资源，加速抗性育种进程 。
抗性遗传资源的挖掘与利用
1 2 3
全球范围内搜集种质资源
搜集和保存全球范围内具有抗性的种质资源，建 立抗性基因库，为抗性育种提供丰富的遗传材料 。
分子育种
分子标记辅助选择
利用分子标记技术，快速准确地检测和选择具有 抗性的基因型，提高育种效率。
CRISPR-Cas9系统
利用这一系统对植物基因进行精确编辑，创造出 具有特定抗性的新品种。
基因转移
将具有抗性的基因从一个生物体转移到另一个生 物体，创造出具有新性状的新品种。
ZFNs和TALENs
作物抗病虫遗传育种-V1
作物抗病虫遗传育种-V1作物抗病虫遗传育种作物是人类最基本的生物资源之一，发展健康、高效的农业生产是保障人类生存和持续发展的重要保障。
作物病虫害一直是农业生产中的重要问题之一，传统的农业防治方法主要依赖化学农药，但化学农药带来的环境污染及其对人类健康的危害已经引起了世界各国的高度关注。
因此，从遗传学的角度来改善作物的抗病虫能力已成为当今农业科学研究的热点之一。
1.抗病虫遗传育种的概念遗传育种是指利用遗传学原理和方法加速农作物品种改良的过程。
抗病虫遗传育种就是通过改良抗病虫性状的遗传基础来培育抗病虫的优良品种。
常用的遗传育种方法主要包括杂交育种、重组育种、转基因育种等。
2.抗病虫遗传育种的原理作物植株的抗病虫性状主要是由遗传因素控制的，可以通过遗传育种来提高植株对病虫害的抵抗力。
抗病虫遗传育种的原理主要包括以下几个方面：(1)基因筛选：将抗病虫相关的基因筛选出来，通过杂交或育种方法将其引入到优良品种中。
(2)克隆基因：将抗病虫基因直接克隆，通过基因工程等技术加速育种过程。
(3)基因组学筛选：现代遗传学技术的发展，如高通量测序等，可以对整个基因组进行筛选，提高效率和精确度。
(4)转座子技术：转座子是一种能够在基因组中移动的DNA序列，可以被用来激活或关闭相应的基因，从而提高作物对病虫害的抵抗力。
(5)组织培养技术：利用组织培养技术可以加速育种过程，如离体培养、植物细胞将性等。
3.抗病虫遗传育种的应用抗病虫遗传育种技术已经广泛应用于植物育种领域，丰富了作物品种资源，培育了许多抗病虫性强、产量高的作物品种。
其中，水稻的抗病虫育种取得了重大进展，新品种不但产量高，而且对病虫害的抵抗力也大大提高。
此外，小麦、玉米、棉花、蔬菜等作物的抗病虫育种也在不断推进中。
4.抗病虫遗传育种的前景随着科技的不断进步和人们对生态环境保护和安全健康的重视，抗病虫遗传育种作为一种优良的农业技术，其在未来的应用前景会越来越广阔。
未来的抗病虫遗传育种技术将更加精细化、高效化，为农业生产提供更有效的技术手段，并推动农业可持续发展。
第十二章 抗病虫育种
第十二章抗病虫育种抗病虫育种是以选育对某些病害或虫害具有抵抗能力的优良品种为主要目标的育种工作。
第一节抗病虫育种的意义与特点一、抗病虫育种的意义与作用二、抗病虫育种的特点一、抗病虫育种的意义与作用1、抗病虫育种的重要性1840 年 ~1845 年爱尔兰马铃薯晚疫病大面积流行，引起饥荒和民族的迁移；1940 年前后，水稻胡麻叶斑病导致了孟加拉国的饥荒；1950 年在中国，小麦条锈病大流行，使小麦减产 15~20% ；1970 年，美国玉米带因小斑流行而减产 15%。
据估计，全世界农作物每年因虫害损失达280~360 亿美元，因病害损失达 230~297 亿美元。
2、抗病虫育种的意义①抗病虫品种的选用是建立综合防治体系的重要基础；②可抑制菌源数量和虫口密度、降低病虫危害、提高防治效果；③减少环境污染和人、畜中毒；④保持生态平衡；⑤投资少、收效大。
3、抗病虫育种的作用①到 1979 年，美国培育出 42 个抗黑森瘿蚊的小麦品种，使小麦年增产值达 2.38 亿美元；②中国广大冬麦区，从 20 世纪 50 年代后，引进、育成抗锈良种，有效地控制了条锈病的发生和危害；③ Gallum,M.L. 等（ 1975 ）估计：美国由于采用了小麦、大麦、玉米、高粱等作物的抗虫品种， 10 年内便可挽回产量损失 30 亿美元。
二、抗病虫育种的特点寄主和寄生物的协同进化在自然生态系统中，寄主植物与有害生物（病原菌和害虫）大多是遗传上具有多样性的异质群体。
双方通过相互适应和选择而协同进化（ co-evolution ）。
定向选择（ directional selection ）：当垂直抗性品种大面积推广后，相应的毒性小种（ virulent race ）便会大量繁殖增多。
稳定化选择（ stabilizing selection ）：当生产上一个抗强毒性小种的品种的面积减少，感病品种的面积扩大时，因强度性小种适应性差，竞争不过无毒性或弱毒性小种，而频率下降，一些无毒性或弱毒性小种的频率升高，而不能形成优势小种（ preferential race,priority race ）。
作物抗病虫遗传育种(一)
作物抗病虫遗传育种(一)作物抗病虫遗传育种作物生长过程中，它们会遭受到各种病虫害的侵袭，从而导致产量下降，甚至全面减产。
在现代农业中，农业科学家为了提高农作物的生产效率和质量，并保障人们的食品安全，开展了作物抗病虫遗传育种研究，以改善作物种质和提高抗病虫性能。
在这篇文章中，我们将讨论作物抗病虫遗传育种的意义、方法以及它的实践应用。
一、意义作物抗病虫遗传育种的意义在于：将野生植物抗病虫的功能基因导入耕作植物；提高作物对病虫的抗性和耐受性；增加抗病虫基因库，提高作物遗传多样性；减少农药使用量，降低环境污染；保障农民和消费者的健康；提高作物产量和质量等。
二、方法（1）选择材料：选择受害最小的、抗病虫最佳的品种和规模化生产材料作为遗传材料，将抗病虫基因与作物材料进行杂交和选育。
（2）筛选病虫：根据病虫的感染能力和杀死率进行挑选，筛选更适合作物生长环境的病虫。
（3）选择导入技术：常用的技术包括融合基因、化学诱导基因变异、基因编辑等。
在选择具体的导入技术时，需要根据作物的生长习性、结构特点、病虫的种类和数量等进行筛选。
（4）选育与鉴定：在所选品种或物种中通过杂交、回交等育种方法，获得遗传材料稳定和优质的抗病虫育种系，通过热带肖孕法鉴定最优抗病虫的稳定遗传系，实现抗病虫功能稳定并具有经济效益的生产物种。
三、实践应用抗病虫遗传育种在实践中的应用非常广泛。
例如，我国水稻的“二系杂交”就是一种通过抗病虫遗传育种改良而来。
同时，抗病虫遗传育种还被广泛用于玉米、黄瓜、番茄等作物的改良中。
此外，在一些国家，例如美国和加拿大，基因编辑对于提高作物的抗病能力和生产高质量作物也得到了广泛应用。
综合来看，作物抗病虫遗传育种的研究和应用不仅有助于保障农民和消费者的健康，减少环境污染，还能促进优质高产的农产品的生产，对于满足全世界日益增长的粮食需求、实现"绿色发展"，都有着非常重要的意义。
抗病虫育种
抗病虫育种一抗病虫育种的意义与作用1 抗病性、抗虫性的概念（1）抗病性：农作物某品种对某种病害不感染或感染程度较轻，生长发育和农艺性状受害较小，可称具有抗病性。
（2）抗虫性：指寄主植物所具有的能抵御或减轻某些害虫的侵袭或危害的能力。
2 抗病虫育种的意义与作用（1）抗病虫育种是防治作物病虫害的主要方法。
（2）比其他防治病害的方法经济有效、简单易行、效果稳定，而且也没有药剂引起的公害。
3 抗病虫育种的特点抗病虫育种不仅与作物本身的遗传特性有关，而且与寄生物或有害生物的遗传，作物与寄生物之间的相互作用以及两者对环境的敏感性等有关。
寄主植物和寄生物之间具有协同进化的关系。
4 基因对基因学说针对寄主方面每一个垂直抗病基因，在病原菌方面或迟或早也会出现一个相对应的毒性基因；毒性基因只能克服其相应的抗性基因，而产生毒性（致病）效应；在寄主—寄生物体系中，任何一方的每个基因都只有在另一方相应基因的作用下，才能被鉴定出来。
二作物抗病虫性的类别与机制1 病原菌致病性及其变异(1)致病性：a 毒性（virulence）：指的是病原菌能克服某一专化抗性基因而侵染该品种的特殊能力，是一种质量性状，又称为专化性致病性。
b 侵袭力(aggressivenese)：指在能够侵染寄主的前提下，病原菌在寄生生活中的生长繁殖速率和强度，是一种数量性状，又称非专化性致病性。
(2)生理小种(physiological race)：同一病原菌可以分化成许多类型，不同类型之间对某一品种的专化致病性有明显差异，这种根据病原菌致病性差别划分出的类型，就是生理小种。
（3）致病性的遗传毒性：单基因隐性遗传侵袭力：可能是多基因遗传（4）致病性的变异a 突变：真菌和病毒中已发现不少新的毒性基因来自突变。
b 有性杂交：病原真菌小种间、变种间和种间杂交后基因发生重组。
c 体细胞重组d 适应性变异2 作物抗病虫性的类别（1）按抗病虫性分类免疫：某寄主作物群体在任何已知的条件下，从不受某种特定病原菌浸染危害或某种特定害虫取食危害特性。
农作物抗病虫害育种与品种改良
汇报人：可编辑 2024-01-07
目 录
• 农作物抗病虫害育种概述 • 农作物抗病虫害品种改良 • 农作物抗病虫害育种与品种改良的挑战与前景 • 农作物抗病虫害育种与品种改良的实践应用
01
CATALOGUE
农作物抗病虫害育种概述
定义与重要性
定义
农作物抗病虫害育种是指通过遗传改良，培育具有抗病、抗虫能力的作物新品 种的过程。
案例
某地区针对当地主要病虫害，通过传 统育种与分子育种相结合的方法，成 功培育出多个抗病虫害小麦新品种， 有效提高了该地区小麦生产的产量和 品质。
03
CATALOGUE
农作物抗病虫害育种与品种改良的挑战与 前景
面临的挑战
病虫害的多样性
抗性遗传的复杂性
不同地区、不同作物面临的病虫害种类繁 多，增加了育种和品种改良的难度。
未来发展前景与展望
技术进步推动
随着基因组学、生物信息学等领域的不断发展，农作物抗 病虫害育种与品种改良将迎来更多的技术突破和应用。
环境友好型农业的发展
随着人们对环境保护意识的提高，环境友好型农业将成为未来发 展的趋势，为农作物抗病虫害育种与品种改良提供了广阔的发展
空间。
满足可持续发展的需求
在全球气候变化和资源紧张的背景下，发展具有抗逆性、高产优 质、资源节约型的农作物新品种，对于保障全球粮食安全和可持
续发展具有重要意义。
04
CATALOGUE
农作物抗病虫害育种与品种改良的实践应 用
在农业生产中的应用
提高农作物产量
优化农业结构
通过抗病虫害育种和品种改良，可以 减少农作物受到病虫害的侵害，提高 农作物的产量和品质。
病虫害抗性机制与抗性育种
提高抗性育种效率的策略与建议
加强基础研究
加强病虫害抗性机制的基础研究，为抗性育 种提供理论支持。
加强国际合作
加强国际合作，共享抗性资源和育种技术， 提高育种效率。
推广抗性育种技术
推广先进的抗性育种技术，提高育种人员的 技能和素质。
THANK YOU
感谢各位观看
抗性机制单一
单一的抗性机制容易受到病虫害的适应性攻击，导致 抗性效果不稳定。
抗性育种的未来发展方向
发掘新的抗性资源
寻找和发掘更多的抗性资源，提高抗性育种的 多样性。
基因编辑技术
利用基因编辑技术对作物进行精准改良，提高 抗性效果。
联合育种
通过联合育种的方式，将多个抗性基因聚合到同一作物中，提高抗性效果和稳 定性。
变异来源
病虫害抗性的变异来源可以是突变、基因重组、基因漂移等。这些变异可以发生在自然 条件下或通过人工诱变和基因工程技术获得。
选择与进化
在长期的进化过程中，植物对病虫害的抗性不断得到选择和进化，使得植物能够更好地 适应多变的生态环境。
02
抗性育种方法
传统抗性育种
01
抗性品种筛选
通过在自然或人工模拟的环境中 ，对大量品种进行抗性鉴定，筛 选出具有较强抗性的品种。
通过分析数量性状基因座 （QTL），定位与抗性相 关的基因区域。
关联分析
利用全基因组关联分析， 发现与抗性相关的基因变 异位点，为育种提供指导 。
基因编辑技术在抗性育种中的应用
基因敲除
通过编辑技术，使目标基因失去功能，产生具有抗性的新品种。
基因过表达
使目标基因过量表达，提高品种的抗性水平。
基因编辑与其他技术的结合
基因编辑技术可以与传统的杂交、回交等方法结合，加速抗性育种 进程。
抗病虫育种技术
因的影响，即抗性是寄主与寄生物（病虫） 双方的基因型互作的结果，但它们也各自有 其独立的遗传系统。 针对寄主方面每一个垂直抗病基因，在 病原菌方面或迟或早也会出现一个相对应的 毒性基因。毒性基因只能克服其相应的抗性 基因，而产生毒性（致病）效应。在寄主-寄 生物体系中，任何一方的每个基因都只有在 另一方相应基因的作用下，才能被鉴定出来。
上述概念延伸到寄主-昆虫的关系时也同样存 在，即当寄主中每有一个主效抗性基因时，在 昆虫方面便迟早会有一个相应的致害基因。当 寄主具有抗虫基因时而昆虫不具有致害基因时， 则表现为抗虫；而当寄主具有抗虫基因时，但 昆虫具有相应的致害基因时，寄主则是不抗虫 的。
第二节 抗病性及其鉴定
一、病原菌致病性的遗传和变异
过去认为基因对基因学说主要是针对主效基因 制约的垂直抗性而言，目前认为：在微效基因系 统中也可能存在着基因对基因的关系，只是当若 干个乃至多个微效基因共同决定着抗病性和致病 性时，分化互作很小，难以从试验误差中区分开 来而被忽略。 同时，就每一个微效基因而言，虽然存在着基 因对基因的关系，但是其专化性很弱，相对品种 对相对小种的定向选择作用也就不大，因而小种 的组成变化较慢，所以就总的系统而言，抗病性 能稳定持久。
（多基因，水平抗病性）
⑴ 垂直抗性（小种特异性或专化性抗性）
同一寄主品种对病原菌的不同的生理小种具有特异 反应或专化反应。 特点是抗、感反应表现明显，易于识别。往往受单 基因或几个主基因的控制，抗病×感病杂交后代的抗 性一般按孟德尔遗传规律分离。 但抗病性易随病原菌生理小种的变异而丧失，大面 积推广易使侵染它的生理小种上升为优势小种。
（二）致病性的遗传
对真菌病害的遗传研究认为： 毒性为单基因隐性遗传。 侵染力是多基因遗传。
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2 作物抗病虫性的类别
（1）按抗病虫性分类
免疫：某寄主作物群体在任何已知的条件下，从不
受某种特定病原菌浸染危害或某种特定害虫 取食危害特性。 高抗：寄主作物群体受病菌危害很小的特性。 中抗：受病菌危害程度低于该种作物受害平均值。
中感：危害程度等于或大于该种作物受害平均值。
高感：远远高于受害平均值的特性。
作物
病原物
环境
作物、病原物及环境之间的关系
4 基因对基因学说 针对寄主方面每一个垂直抗病基因，在病 原菌方面或迟或早也会出现一个相对应的毒性 基因； 毒性基因只能克服其相应的抗性基因， 而产生毒性（致病）效应；在寄主—寄生物体 系中，任何一方的每个基因都只有在另一方相 应基因的作用下，才能被鉴定出来。源自二 作物抗病虫性的类别与机制
1 病原菌致病性及其变异 (1)致病性： a 毒性（virulence） ：指的是病原菌能克服某 一专化抗性基因而侵染该品种的特殊能力，是 一种质量性状，又称为专化性致病性。
b 侵袭力(aggressivenese) ：指在能够侵染寄主 的前提下，病原菌在寄生生活中的生长繁殖速 率和强度，是一种数量性状，又称非专化性致 病性。
三 抗病虫性的遗传
1 主效基因遗传
（1）基因的显隐性：在一般情况下，抗病虫性 为显性，感病虫性为隐性。 （2）复等位性：抗性基因常有复等位性，每个 等位基因或抗不同生理小种或具有不同类型效 应。比如，有的是完全抗病，有的是中度抗病。
（3）不同抗病基因间连锁和互作： 同一病害不同抗性基因间的连锁或不同 病害抗性基因间的连锁都有利于培育多抗和 兼抗品种。
四
抗病虫性鉴定
1 田间鉴定 (1)抗病性的田间鉴定 一般在专设病圃中进行。病圃中要均匀 地种植感病材料做诱发行。 田间抗病性鉴定依据的指标既有定性的， 也有定量的。如根据病菌侵染点及周围枯死 反应的有无或强弱、病斑大小、色泽等分为 免疫、高抗、中抗和高感等级别；或根据病 株率、病叶率、严重度和病情指数等区分抗 病性差异。
第十二章 抗病虫育种
马铃薯晚疫病
小麦条锈病
一 抗病虫育种的意义与作用
1 抗病性、抗虫性的概念
（1）抗病性：农作物某品种对某种病害不感染 或感染程度较轻，生长发育和农艺性状受害较 小，可称具有抗病性。
（2）抗虫性：指寄主植物所具有的能抵御或减 轻某些害虫的侵袭或危害的能力。
抗 虫 玉 米
抗 虫 向 日 葵
2 按寄主—病原菌的专化性有无分类
(1)垂直抗病性(vertical resistance)
寄主对某些病菌生理小种具有免疫或高抗， 而对另一些生理小种则高度感染。 如果把具有这种抗病性的品种对某一病原 菌不同生理小种的抗性反应画成柱形图时，可 以看到各柱顶端高低相差悬殊，所以称作垂直 抗性。
(2)水平抗病性(horizontal resistance)
耐病：当某一寄主品种被病原菌侵染，其发病程 度与感病品种相当，产量、籽粒饱满度及其他 农艺性状等不受损害或影响较小。
（2） 抗虫性机制 a 不选择性：某些作物品种本身具有某些形态和生理 等特征特性，表现出对某些害虫具有拒降落、拒取食、 拒产卵和拒栖息等特性。 b 抗生性：某些寄主作物体内含有毒素或抑制剂，或 缺乏昆虫生长发育所需要的一些特定的营养物质，致 使取食后，其幼龄若虫或幼虫死亡，或发育和繁殖受 到有害影响的特性。 c 耐害性：有些作物品种遭受虫害后，仍能正常生长 发育，在个体或群体水平上均表现出一定的再生或补 偿能力，不致大幅度减产的特性。
(2)生理小种(physiological race) ：同一病原菌 可以分化成许多类型，不同类型之间对某一品 种的专化致病性有明显差异，这种根据病原菌 致病性差别划分出的类型，就是生理小种。
（3）致病性的遗传 毒性：单基因隐性遗传 侵袭力：可能是多基因遗传
（4）致病性的变异 a 突变：真菌和病毒中已发现不少新的毒性基因 来自突变。 b 有性杂交：病原真菌小种间、变种间和种间杂 交后基因发生重组。 c 体细胞重组 异核现象和拟性重组 d 适应性变异
2 抗病虫育种的意义与作用 （1）抗病虫育种是防治作物病虫害的主要 方法。 （2）比其他防治病害的方法经济有效、简单易 行、效果稳定，而且也没有药剂引起的公害。
目前，抗病育种的主要对象是流行性强
的气传病害，如小麦条锈病、白粉病，水稻
稻瘟病、白叶枯病，玉米大小斑病等；顽固
的土传病害， 如小麦赤霉病、根腐病、全蚀
寄主品种对所有小种的反应是一致的，对 病原物不同小种没有特异反应或专化反应。
若把具有这种抗性的品种对某一病原物不 同小种的抗性反应画成一柱形图时，可看到各 柱顶端相差无几，所以叫做水平抗性 。
相 对 病 指 （ 感 病 性 ）
相 对 病 指 （ 感 病 性 ）
生理小种
生理小种
垂直抗病性示意图
水平抗病性示意图
2 微效多基因遗传
作物的水平抗性或中等程度抗性多为多基 因控制的数量性状，属于微效多基因遗传。
F2的抗性分离呈连续的正态分布或偏正态 分布，有明显的超亲现象，其抗性程度易受环 境条件的影响。
3 细胞质遗传 又称非染色体遗传，即控制抗性的遗传物 质涉及细胞质中的质体和线粒体，与染色体无 关。 特点：正、反交表现不一样，抗性表现为母本遗 传；抗、感亲本杂交后代自交或与亲本回 交，抗性不发生分离。
3 抗病虫性机制
（1）抗病性机制 抗侵入：当病原菌侵入寄主前后，寄主可以 凭借固有的或诱发的组织结构障碍，阻止病原 菌的侵入和侵入后建立寄生关系。 抗扩展：病原菌侵入寄主体内建立寄生关系 后，仍会遇到寄主某些组织结构、生理生化特 性等方面的抑制而难于进一步扩展。 过敏性坏死反应
避病：感病的寄主品种在一定条件下避开病原菌 的侵染而未发病的现象称为避病。 包括时间避病和空间避病。
病，棉花枯、黄萎病、玉米丝黑穗病，以及
用其它方法很难防治的病害，如小麦红、黄
矮病，马铃薯各种病毒病等。
小麦根腐病
小麦白粉病
水稻白叶枯病
水稻稻瘟病
3 抗病虫育种的特点 抗病虫育种不仅与作物本身的遗传特性 有关，而且与寄生物或有害生物的遗传，作 物与寄生物之间的相互作用以及两者对环境 的敏感性等有关。 寄主植物和寄生物之间具有协同进化的 关系。