三系杂交棉：棉花细胞质雄性的研究与利用 9787030312624 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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王学德 著

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030312624

商品编码：29724844440

包装：平装

出版时间：2011-06-01

图书基本信息
图书名称	三系杂交棉：棉花细胞质雄性的研究与利用	作者	王学德
定价	68.00元	出版社	科学出版社
ISBN	9787030312624	出版日期	2011-06-01
字数		页码
版次	1	装帧	平装
开本	16开	商品重量	0.558Kg

内容简介

本书是在系统总结作者二十余年对三系杂交棉的研究成果和实践经验的基础上写成的，既阐述了棉花细胞质雄性和优势的生物学基础，又介绍了三系杂交棉育种、制种和高产栽培等方面的关键技术。书中对棉花细胞质雄性的机理，从细胞学、遗传学和分子生物学等角度进行较深入的探讨，并采用较多的图和表，便于读者的理解和识别。 本书理论与实践紧密结合，对于从事作物遗传育种和栽培的科研、教学和农业技术推广的人员，以及高等院校农学相关专业师生，均具有良好的参考价值。

作者简介

目录

前言 章 杂交棉 节 棉花优势利用的简史 第二节 杂交棉的优势表现 第三节 棉花优势产生的原因 第四节 棉花优势的利用途径 参考文献 第二章 棉花细胞质雄性和三系杂交棉 节 植物细胞质雄性的概念 第二节 棉花细胞质雄性 第三节 三系杂交棉 参考文献 第三章 棉花细胞质雄性的细胞学基础 节 棉花正常花药的结构与花粉的发育 第二节 棉花花药的细胞学特征 第三节 棉花花药的超微结构变异 第四节 棉花花药的程序性细胞死亡 参考文献 第四章 棉花细胞质雄性的遗传学基础 节 恢复基因及其遗传效应 第二节 恢复基因与育性增强基因间的互作效应 第三节 系细胞质基因组 第四节 细胞质的遗传效应 第五节 f1花粉育性对高温和低温胁迫的反应 第六节 外源gst基因提高三系杂交棉花粉育性 参考文献 第五章 棉花细胞质雄性的生理生化基础 节 花药的碳水化合物代谢 第二节 花药的蛋白质及其氨基酸组成 第三节 花药的内源激素代谢 第四节 花药细胞色素氧化酶的特点 第五节 花药的活性氧代谢 第六节 棉花细胞质雄性的机理 参考文献 第六章 三系杂交棉的育种 节 三系杂交棉的亲本选育 第二节 三系杂交棉的亲本选配 第三节 彩色三系杂交棉的选育 第四节 种间三系杂交棉的选育 第五节 具标记性状的三系杂交棉的选育 参考文献 第七章 三系杂交棉的制种 节 三系的开花习性、传粉媒介与制种 第二节 三系杂交棉的制种条件 第三节 三系杂交棉的制种 第四节 棉花授粉昆虫 第五节 三系的提纯复壮和原种生产 参考文献 第八章 三系杂交棉的栽培 节 节省种子用量的栽培措施i——营养钵育苗移栽 第二节 节省种子用量的栽培措施ii——地膜点播栽培 第三节 提高结铃率的栽培 第四节 防止早衰的栽培 参考文献 图版

编辑推荐

文摘

序言

三系杂交棉：基因组编辑与作物改良的探索 前言 作为世界性的重要经济作物，棉花（Gossypium spp.）为全球数十亿人口提供了赖以生存的纤维和油料。随着人口的不断增长和对高品质农产品的需求日益增加，如何持续提升棉花产量、改善纤维品质、增强抗逆性，成为当前农业科研领域面临的重大挑战。传统的育种方法虽然取得了显著成就，但在响应快速变化的环境需求和应对日益严峻的病虫害及气候胁迫方面，其效率和精准度已显不足。近年来，分子生物学和基因组学的飞速发展，特别是基因组编辑技术的涌现，为作物改良带来了革命性的机遇。本书《三系杂交棉：基因组编辑与作物改良的探索》旨在深入探讨基因组编辑技术在三系杂交棉品种改良中的应用潜力，聚焦于核心育种环节，为棉花遗传改良提供新的思路和技术支撑。 第一章 三系杂交棉育种体系回顾与挑战 三系杂交棉育种体系，即通过利用细胞质雄性不育系、保持系和恢复系进行杂交优势利用，是现代棉花育种的基石。自上世纪七八十年代以来，这一体系极大地推动了我国棉花产业的发展，显著提高了单产和纤维品质。然而，随着时间的推移，三系杂交棉育种也逐渐暴露出一些局限性： 种质资源创新不足： 尽管三系育种体系已相对成熟，但优质、抗性强的亲本材料的创新速度有待提高，遗传背景的同质化问题逐渐显现，限制了杂种优势的进一步挖掘。 育种周期长，效率有待提升： 传统的杂交育种过程往往需要经历多代选育，周期较长。同时，对复杂性状的改良，如纤维长度、强度、抗虫性、抗旱性等，需要对多个基因进行精确调控，单一的杂交优势利用已难以满足快速育种的需求。 环境适应性问题： 随着气候变化加剧，极端天气事件频发，现有三系杂交棉品种在抗旱、耐盐碱、耐高温等方面的能力面临严峻考验。 对育种目标性状的精准控制能力有限： 传统育种方法对于单一基因的微调或对多个基因进行组合调控的能力有限，难以实现对特定性状的精细化改良。 因此，迫切需要引入新的、更高效、更精准的育种技术，以突破现有三系杂交棉育种的瓶颈，实现棉花性状的飞跃式提升。 第二章 基因组编辑技术：精准改良的利器 基因组编辑技术，以其高精度、高效率和灵活性，为作物改良提供了前所未有的机遇。本书将重点关注目前在植物领域应用最为广泛的CRISPR-Cas9（Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats and CRISPR-associated protein 9）系统。 CRISPR-Cas9技术的原理与优势： CRISPR-Cas9系统通过设计一段与靶基因序列互补的向导RNA（gRNA）引导Cas9核酸酶到达目标位点，并对其进行切割。这一过程可以导致基因的插入、缺失或替换，从而实现对基因功能的失活、增强或改变。与传统的基因沉默技术或转基因技术相比，CRISPR-Cas9技术具有以下显著优势： 靶向性强： gRNA的设计使得编辑过程高度特异，能够精确地作用于目标基因，减少脱靶效应。 效率高： 在许多植物体系中，CRISPR-Cas9的基因编辑效率较高，能够有效地产生编辑突变体。 多基因编辑： 通过同时设计多个gRNA，可以实现对同一基因组区域或不同染色体上的多个基因进行同步编辑，为复杂性状的改良提供了可能。 无外源基因整合： 在某些策略下（如瞬时表达），CRISPR-Cas9技术可以实现无外源基因的整合，避免了传统转基因技术的某些限制，更容易被公众接受。 基因组编辑在植物研究中的应用现状： 基因组编辑技术已经在模式植物（如拟南芥）和多种农作物（如水稻、小麦、玉米、大豆）中得到了广泛应用，用于解析基因功能、创制新品种。研究表明，该技术能够有效地改良作物产量、品质、抗逆性等重要农艺性状。 第三章 基因组编辑在三系杂交棉核心育种环节的应用前景 本书将深入探讨基因组编辑技术如何应用于三系杂交棉育种的三个核心组成部分：细胞质雄性不育系、保持系和恢复系，以及杂交优势的挖掘。 3.1 细胞质雄性不育系（CMS）的创制与改良 细胞质雄性不育是三系杂交棉育种的基础。CMS系指由细胞质基因组的特定基因（通常与线粒体功能相关）控制，导致雄蕊发育异常，无法产生可育花粉的不育系。 利用基因组编辑修复CMS相关基因： 许多CMS系是由于线粒体基因组的特定基因突变或其与核基因组的互作失调引起的。基因组编辑技术可以被用来精确地校正CMS系中与不育相关的细胞质基因突变，或修复相关的核基因，从而恢复其育性。这为快速创制遗传背景稳定、不育性状纯正的CMS系提供了可能。 创制新型CMS系： 除了修复已有的CMS系，基因组编辑还可以用于在具有优良农艺性状的基因背景下，通过靶向编辑关键基因，人工创制新的CMS系。例如，可以利用基因组编辑技术敲除或修饰参与花粉发育的关键基因，而又不影响植株其他正常生理功能，从而在目标品种中诱导雄性不育。 提高CMS系的抗逆性： 许多CMS系在抗性方面存在短板，易受病虫害侵袭或环境胁迫影响。基因组编辑技术可以被用来导入或激活CMS系中抗性相关的基因，显著增强其抗病、抗虫、抗旱、耐盐碱等能力，提高其在田间的稳定性和生产效率。 3.2 保持系的优化与创新 保持系是用于繁殖CMS系，保证其细胞质雄性不育性状稳定遗传的品系。保持系需要与CMS系在细胞质基因组上保持一致，但在核基因组上不含不育基因，能够产生正常花粉，维持CMS系的纯度。 利用基因组编辑增强保持系的繁殖性能： 保持系在生产上需要能够高效、稳定地繁殖，以满足大规模生产CMS系的需求。基因组编辑技术可以用于优化保持系中与种子产量、繁殖速率、抗逆性相关的基因，提高其繁殖效率和环境适应性。 创制具有多重优势的保持系： 理想的保持系不仅应具有稳定的繁殖能力，还应具备优良的农艺性状，如高产、优质、抗逆等。基因组编辑技术可以整合多种改良性状于同一保持系中，创制出更具综合优势的新型保持系，从而在生产CMS系的同时，也对后续的杂交组合提供潜在的改良。 3.3 恢复系的开发与改良 恢复系携带能够恢复CMS系不育性的基因（R基因）。当CMS系与含有R基因的恢复系杂交时，产生的F1代杂种将恢复雄性育性，并表现出杂种优势。 高效鉴定与定位R基因： 尽管R基因的研究已有一定基础，但对某些复杂R基因的精确鉴定和定位仍有挑战。结合基因组学数据和基因组编辑技术，可以更快速、准确地筛选和验证R基因的功能。 利用基因组编辑精细调控R基因表达： R基因的表达水平和时机对恢复育性至关重要。基因组编辑技术可以用于精确调控R基因的启动子区域，优化其表达模式，确保在杂交后代中实现稳定、有效的育性恢复。 赋予恢复系新的优良性状： 恢复系本身也具备成为优良种质的潜力。通过基因组编辑技术，可以在恢复系中引入抗虫、抗病、抗逆等对杂交后代有益的性状，从而在恢复育性的同时，也为杂交组合带来额外的改良。例如，可以将耐旱相关的基因插入到恢复系中，使其选育出的杂交组合具有更强的抗旱性。 创制多效R基因载体： 针对一些复杂的育性恢复机制，可以利用基因组编辑技术构建能够同时响应多个调控信号、恢复育性的多效R基因，提高恢复的稳定性和普适性。 3.4 杂种优势的挖掘与强化 三系杂交棉的核心在于利用杂种优势。基因组编辑技术可以从更微观的层面，为挖掘和强化杂种优势提供新的途径。 精细调控与杂种优势相关的基因： 许多研究表明，杂种优势的产生与一系列基因的表达差异、基因组互作以及表观遗传修饰有关。基因组编辑技术可以用于精细调控与产量、纤维品质、抗逆性等相关的基因，例如，通过微调这些基因的表达量，或改变其功能，来优化杂交后代的表现。 定向创制具有互补优势的亲本： 通过基因组编辑技术，可以定向地对CMS系、保持系和恢复系的亲本进行改良，使其在不同性状上具有更强的互补性。例如，在一个亲本中引入抗病基因，在另一个亲本中引入优质纤维基因，从而在杂交后代中实现性状的叠加和优势互补。 探索杂种优势的分子机制： 基因组编辑技术为验证与杂种优势相关的假说提供了强大的工具。通过定向编辑潜在的杂种优势相关基因，观察其对杂交后代表现的影响，有助于深入理解杂种优势产生的分子机理，从而指导更科学的育种策略。 第四章 基因组编辑在棉花品质与抗逆性改良中的应用 除了核心育种环节，基因组编辑技术在提升棉花终端产品品质和增强其对环境胁迫的适应性方面也具有巨大的潜力。 纤维品质的提升： 纤维的长度、细度、强度、成熟度等直接影响其应用价值。基因组编辑技术可以靶向调控参与纤维生物合成、生长发育的关键基因，例如，可以优化纤维素合成相关基因的表达，提高纤维长度和强度；调控纤维细胞伸长和角质化过程，改善纤维成熟度。 抗虫性增强： 棉铃虫等害虫是棉花生产的主要威胁。通过基因组编辑技术，可以在棉花基因组中引入抗虫基因，或沉默植物自身的抗虫抑制基因，增强其对害虫的天然防御能力。例如，编辑参与昆虫消化道防御或毒素代谢相关基因，提高棉花的抗虫性。 抗病性改良： 棉花易受枯萎病、黄萎病、炭疽病等多种病害的侵袭。基因组编辑技术可以用于引入或激活广谱性抗病基因，提高棉花对多种病原菌的抗性。 抗旱、耐盐碱等环境胁迫的应对： 气候变化导致干旱、盐碱化等环境胁迫日益严重。基因组编辑技术可以靶向调控参与渗透调节、离子转运、氧化应激响应等过程的基因，提高棉花在干旱、盐碱等不利环境下的生长和产量。 油料品质的优化： 棉籽油是重要的食用油和工业原料。基因组编辑技术可以用于调控棉籽中脂肪酸的组成，例如，提高油酸含量，降低亚油酸含量，生产更健康的食用油，或针对特定工业用途优化油料成分。 第五章 挑战与展望 尽管基因组编辑技术为三系杂交棉育种带来了前所未有的机遇，但在实际应用中仍面临一些挑战： 编辑效率与脱靶效应： 尽管CRISPR-Cas9技术效率较高，但在某些棉花品种或特定基因位点上，编辑效率仍需提升。同时，脱靶效应的风险依然存在，需要开发更精确的编辑工具和评估方法。 编辑工具的递送： 高效、稳定的基因组编辑工具递送至棉花细胞是实现基因编辑的关键。目前常用的方法如农杆菌介导转化、基因枪转化等，在效率和普适性方面仍有改进空间。 编辑突变的筛选与鉴定： 大量编辑突变体的筛选和鉴定需要高效的分子检测手段和生物信息学分析工具。 伦理与法规问题： 基因组编辑作物的商业化应用需要克服社会接受度、监管审批等伦理与法规层面的障碍。 多基因复杂性状的精准调控： 许多重要农艺性状（如产量、抗逆性）受多个基因的复杂调控，如何利用基因组编辑技术实现对多基因的协同改良，仍是需要深入研究的方向。 结语 《三系杂交棉：基因组编辑与作物改良的探索》一书，旨在系统性地梳理基因组编辑技术在三系杂交棉育种体系中，从细胞质雄性不育系、保持系、恢复系的创制与改良，到杂种优势的深度挖掘，再到品质与抗逆性等终端性状的优化等各个环节的巨大潜力。本书不仅回顾了三系杂交棉育种的辉煌成就，更着眼于未来，将基因组编辑这一颠覆性技术融入其中，为棉花遗传改良的创新发展提供了一个广阔的理论框架和实践指导。我们相信，随着基因组编辑技术的不断成熟和应用策略的不断优化，必将推动三系杂交棉育种进入一个全新的、更加精准、高效的时代，为保障国家粮食安全、满足人民日益增长的美好生活需要做出更大贡献。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计虽然朴实，但透着一股严谨的学术气息。封面上“三系杂交棉”几个字，立刻将我的思绪拉回到那个关于农业技术革新和国家粮食安全的时代。我之前对棉花育种了解不多，总觉得那是一个充满汗水和经验的传统领域。但读完这本书，我才意识到，原来在看似简单的棉花种植背后，蕴藏着如此深厚的科学智慧和技术突破。特别是关于细胞质雄性不育的研究，这对于我这个门外汉来说，简直像打开了一个全新的世界。书中对“三系”的阐述，无论是“亲本系”、“保持系”还是“恢复系”，都用非常清晰的逻辑和详实的例子进行了解释，让我能够一步步地理解杂交育种的原理和关键。我印象最深的是，作者并没有停留在理论层面，而是详细介绍了这些理论如何在实际的育种工作中得以应用，以及这些技术如何为提高棉花产量和品质做出了巨大贡献。这本书让我对“科技兴农”有了更深刻的认识，也让我对中国农业科研人员的智慧和辛勤付出了由衷的敬佩。如果说之前我对棉花育种只是“略有耳闻”，那么现在我可以说，至少对“三系杂交棉”这一重要的技术有了“管中窥豹”的理解，这得益于作者扎实的学识和清晰的表达。

评分☆☆☆☆☆

在阅读这本书的过程中，我最大的收获就是对“三系杂交”这个概念有了从模糊到清晰的转变。最初，我可能只是觉得这是一个听起来很专业的育种术语，但读完之后，我才真正理解了它背后所蕴含的科学原理和实际意义。作者在阐述“细胞质雄性不育”时，非常注重逻辑性和条理性，从细胞层面、基因层面到实际应用层面，层层深入，让我这个生物学背景不强的读者也能轻松理解。我尤其喜欢书中对“亲本系”、“保持系”和“恢复系”之间相互关系的详细解释，这种“三足鼎立”的模式，在育种过程中起到了至关重要的作用，也让我体会到了科学设计的精妙。书中提供的研究成果和实际应用案例，更是为我描绘了一个清晰的画面：这项技术如何一步步地从实验室走向田间，最终惠及广大农民。这本书不仅仅是学术研究的成果展示，更是技术转化和产业化应用的成功范例。它让我看到了科学研究的价值所在，也让我对未来农业科技的发展充满了期待。对于任何想要了解现代棉花育种的人来说，这本书都提供了一个非常全面且易于理解的视角。

评分☆☆☆☆☆

我一直对农业科技的发展抱有浓厚的兴趣，尤其关注那些能够带来革命性变化的育种技术。这本书恰好满足了我的好奇心。《三系杂交棉》不仅仅是一本关于棉花育种的书，它更是一部关于生命科学探索和技术应用相结合的典范。我之前对“细胞质雄性不育”的概念略有耳闻，但一直不甚了解其具体机理和应用价值。这本书则以一种系统性的方式，将这一研究领域的核心内容进行了梳理和阐述。作者通过大量的实例和数据，展示了三系杂交棉育种技术的优越性，以及它在提高棉花产量、改善纤维品质方面的突出贡献。我特别欣赏书中关于如何利用细胞质雄性不育来克服自花授粉限制，实现高效杂交育种的论述。这种精妙的设计，让我感受到了科学家们在解决农业生产难题时所展现出的非凡智慧。阅读此书，我不仅增长了知识，更对农业科技在解决人类生存和发展问题中的重要作用有了更深刻的认识。这本书的价值，远超其纸面本身，它承载着中国农业科技的进步史，以及无数科研工作者的心血。

评分☆☆☆☆☆

这本书对于我这样的农业爱好者来说，绝对是一场及时雨。我一直对如何提高农作物产量和品质很感兴趣，特别是对于我们国家至关重要的棉花产业。在阅读过程中，我最大的感受就是“知其然，更知其所以然”。书中关于“三系杂交”的详细介绍，不仅仅是简单罗列育种流程，而是深入探讨了每一个环节背后的科学原理。例如，为什么需要“亲本系”、“保持系”和“恢复系”？它们各自扮演着怎样的角色？作者通过对这些问题的深入解答，让我对杂交育种的精妙之处有了深刻的理解。特别是关于“细胞质雄性不育”在这一过程中的关键作用，作者用了大量的篇幅进行了讲解，从基因层面到生理层面，都解释得非常到位。我甚至能联想到，在实际的棉花种植中，掌握了这些育种技术，就相当于掌握了提升产量和品质的“金钥匙”。这本书给我带来的不仅仅是知识，更是一种解决问题的思路和方法。它让我认识到，科学技术是推动农业发展最强大的动力，而对于我们这些普通人来说，了解这些知识，也能更好地理解我们餐桌上的食物，以及背后付出的努力。

评分☆☆☆☆☆

我必须承认，在翻开这本书之前，我对“细胞质雄性不育”这个概念是完全陌生的，甚至觉得这个词汇本身就带着一丝枯燥的科学术语感。然而，这本书以一种令人意想不到的引人入胜的方式，将这个相对晦涩的领域呈现在我面前。作者巧妙地将复杂的生物学机理，通过层层递进的方式进行了剖析，让我这个非专业读者也能体会到其中的精妙之处。我特别喜欢书中关于“母系遗传”和“父系遗传”的对比分析，这种直观的比较让“细胞质”的作用变得不再抽象。书中对基因在细胞质中的表达以及其对雄蕊发育的影响，进行了细致入微的描绘，仿佛我能亲眼看到基因在细胞内舞蹈，最终导致花粉的产生受阻。这不仅仅是文字的堆砌，更是作者将自己深厚的科研积累，用一种通俗易懂的方式进行转化。我甚至能想象到，在实验室里，科研人员们是如何通过无数次的实验和观察，才一步步揭开了这些细胞层面的秘密。这本书让我对遗传学的奥秘有了全新的认识，也让我开始重新审视生命体的复杂性和多样性，原来一个小小的棉花，其繁衍后代的机制也如此值得研究和探索。