Nguyên Tắc Di Truyền và Lai Giống Cây Trồng: Phần 1

Nguyên tắc di truyền và lai giống cây trồng là những khái niệm cơ bản trong nông nghiệp hiện đại. 295 trang · Blackwell Publishing · 2007.

• Tác giả: George Acquaah
• Trường học: Blackwell Publishing
• Chuyên ngành: Plant Genetics and Breeding
• Đề tài: Nguyên Tắc Di Truyền và Lai Giống Cây Trồng
• Loại tài liệu: textbook
• Năm xuất bản: 2007
• Địa điểm: Malden

Mục lục chi tiết

• Dedication To my parents Shiloh and Ernestina With love and admiration
• Copyright © 2007 by George Acquaah
• Preface
• Acknowledgments
• Part I. Part I: Underlying science and methods of plant breeding
• 1. Section 1: Historical perspectives and importance of plant breeding
• 1.1. History and role of plant breeding in society
• 2. Section 2: General biological concepts
• 2.1. The art and science of plant breeding
• 2.2. Plant cellular organization and genetic structure: an overview
• 2.3. Plant reproductive systems
• 3. Section 3: Germplasm issues
• 3.1. Variation: types, origin, and scale
• 3.2. Plant genetic resources for plant breeding
• 4. Section 4: Genetic analysis in plant breeding
• 4.1. Introduction to concepts of population genetics
• 4.2. Introduction to quantitative genetics
• 4.3. Common statistical methods in plant breeding
• 5. Section 5: Tools in plant breeding
• 5.1. Sexual hybridization and wide crosses in plant breeding
• 5.2. Tissue culture and the breeding of clonally propagated plants
• 5.3. Mutagenesis in plant breeding
• 5.4. Polyploidy in plant breeding
• 5.5. Biotechnology in plant breeding
• 5.6. Issues in the application of biotechnology in plant breeding
• 6. Section 6: Classic methods of plant breeding
• 6.1. Breeding self-pollinated species
• 6.2. Breeding cross-pollinated species
• 6.3. Breeding hybrid cultivars
• 7. Section 7: Selected breeding objectives
• 7.1. Breeding for physiological and morphological traits
• 7.2. Breeding for resistance to diseases and insect pests
• 7.3. Breeding for resistance to abiotic stresses
• 7.4. Breeding compositional traits and added value
• 8. Section 8: Cultivar release and commercial seed production
• 8.1. Performance evaluation for crop cultivar release
• 8.2. Seed certification and commercial seed multiplication
• 8.3. International plant breeding efforts
• 8.4. Emerging concepts in plant breeding
• Part II. Part II: Breeding selected crops
• 27. Breeding wheat
• 28. Breeding corn
• 29. Breeding rice
• 30. Breeding sorghum
• 31. Breeding soybean
• 32. Breeding peanut
• 33. Breeding potato
• 34. Breeding cotton
• Glossary
• Appendix 1: Internet resources
• Appendix 2: Conversion rates
• Index

Tóm tắt

I. Tổng quan về Nguyên Tắc Di Truyền và Lai Giống Cây Trồng

Nguyên tắc di truyền và lai giống cây trồng là những khái niệm cơ bản trong nông nghiệp hiện đại. Chúng không chỉ giúp cải thiện năng suất cây trồng mà còn đảm bảo an ninh lương thực. Việc hiểu rõ về di truyền học và các phương pháp lai giống là rất quan trọng để phát triển các giống cây trồng mới, có khả năng chống chịu tốt hơn với điều kiện môi trường khắc nghiệt.

1.1. Di truyền học và vai trò của nó trong nông nghiệp

Di truyền học là nền tảng của lai giống cây trồng. Nó giúp xác định cách thức các đặc điểm di truyền được truyền từ thế hệ này sang thế hệ khác. Các nghiên cứu về di truyền học đã chỉ ra rằng việc hiểu rõ về gen và di truyền có thể dẫn đến việc phát triển các giống cây trồng có năng suất cao hơn và chất lượng tốt hơn.

1.2. Lai giống cây trồng Khái niệm và tầm quan trọng

Lai giống cây trồng là quá trình kết hợp các gen từ hai hoặc nhiều giống khác nhau để tạo ra giống mới. Phương pháp này không chỉ giúp cải thiện năng suất mà còn tạo ra các giống cây trồng có khả năng chống chịu tốt hơn với sâu bệnh và điều kiện khí hậu bất lợi.

II. Các thách thức trong Nguyên Tắc Di Truyền và Lai Giống Cây Trồng

Mặc dù có nhiều lợi ích, nhưng việc áp dụng nguyên tắc di truyền và lai giống cây trồng cũng gặp phải nhiều thách thức. Các vấn đề như sự biến đổi khí hậu, sự kháng thuốc của sâu bệnh, và sự suy giảm đa dạng di truyền đang đặt ra nhiều áp lực lên ngành nông nghiệp.

2.1. Biến đổi khí hậu và ảnh hưởng đến di truyền cây trồng

Biến đổi khí hậu đang làm thay đổi các điều kiện sinh trưởng của cây trồng. Điều này ảnh hưởng đến khả năng sinh sản và phát triển của các giống cây trồng hiện tại. Các nhà nghiên cứu cần tìm ra các giống cây trồng có khả năng thích ứng tốt hơn với những thay đổi này.

2.2. Sự kháng thuốc của sâu bệnh Thách thức lớn trong lai giống

Sự kháng thuốc của sâu bệnh là một trong những thách thức lớn nhất mà nông dân phải đối mặt. Việc phát triển các giống cây trồng có khả năng kháng sâu bệnh là rất cần thiết để bảo vệ mùa màng và đảm bảo năng suất.

III. Phương pháp lai giống cây trồng hiệu quả nhất hiện nay

Có nhiều phương pháp lai giống cây trồng khác nhau, mỗi phương pháp đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Việc lựa chọn phương pháp phù hợp sẽ giúp tối ưu hóa quá trình phát triển giống cây trồng mới.

3.1. Lai giống truyền thống Ưu điểm và nhược điểm

Lai giống truyền thống là phương pháp đã được sử dụng từ lâu. Phương pháp này giúp tạo ra các giống cây trồng mới thông qua việc kết hợp các gen từ các giống khác nhau. Tuy nhiên, thời gian để phát triển giống mới có thể kéo dài và không đảm bảo tính chính xác cao.

3.2. Công nghệ sinh học trong lai giống cây trồng

Công nghệ sinh học đã mở ra nhiều cơ hội mới trong lai giống cây trồng. Các kỹ thuật như chỉnh sửa gen và nhân bản tế bào giúp tạo ra các giống cây trồng có đặc tính mong muốn một cách nhanh chóng và chính xác hơn.

IV. Ứng dụng thực tiễn của Nguyên Tắc Di Truyền trong nông nghiệp

Nguyên tắc di truyền và lai giống cây trồng đã được áp dụng rộng rãi trong nông nghiệp. Các giống cây trồng mới không chỉ giúp tăng năng suất mà còn cải thiện chất lượng sản phẩm nông nghiệp.

4.1. Các giống cây trồng biến đổi gen Lợi ích và rủi ro

Các giống cây trồng biến đổi gen đã mang lại nhiều lợi ích như tăng năng suất và khả năng chống chịu với sâu bệnh. Tuy nhiên, việc sử dụng chúng cũng đặt ra nhiều câu hỏi về an toàn thực phẩm và tác động đến môi trường.

4.2. Nghiên cứu và phát triển giống cây trồng mới

Nghiên cứu và phát triển giống cây trồng mới là một lĩnh vực quan trọng trong nông nghiệp hiện đại. Các nghiên cứu này không chỉ giúp cải thiện năng suất mà còn đảm bảo an ninh lương thực cho tương lai.

V. Kết luận và tương lai của Nguyên Tắc Di Truyền và Lai Giống Cây Trồng

Nguyên tắc di truyền và lai giống cây trồng sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển nông nghiệp bền vững. Việc áp dụng các công nghệ mới sẽ giúp cải thiện hiệu quả sản xuất và đảm bảo an ninh lương thực trong tương lai.

5.1. Tương lai của công nghệ di truyền trong nông nghiệp

Công nghệ di truyền sẽ tiếp tục phát triển và mở ra nhiều cơ hội mới cho ngành nông nghiệp. Việc áp dụng các công nghệ mới sẽ giúp tạo ra các giống cây trồng có khả năng chống chịu tốt hơn với điều kiện môi trường khắc nghiệt.

5.2. Định hướng phát triển bền vững trong lai giống cây trồng

Định hướng phát triển bền vững trong lai giống cây trồng là rất cần thiết để đảm bảo an ninh lương thực. Các nhà nghiên cứu cần tìm ra các phương pháp lai giống hiệu quả và bền vững hơn để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của xã hội.

Nội dung chính

Tổng quan về giáo trình

Principles of Plant Genetics and Breeding (tác giả: George Acquaah, Nhà xuất bản Blackwell Publishing, 2007; mã số ISBN-13: 978-1-4051-3646-4) là giáo trình chuẩn mực được biên soạn cho bậc đại học năm cuối (upper undergraduate) và học viên sau đại học giai đoạn đầu (early graduate) thuộc các ngành Di truyền học, Nông học, Khoa học Cây trồng và Công nghệ Sinh học Nông nghiệp. Giáo trình đóng vai trò là học liệu trung tâm kết nối khoa học di truyền cơ bản với các quy trình kỹ thuật cải tiến giống cây trồng phục vụ sản xuất thương mại.

Mục tiêu học tập của giáo trình bao gồm:

• Cung cấp cơ sở lý thuyết về tổ chức tế bào, di truyền Mendel, di truyền quần thể và di truyền số lượng;
• Phân tích và so sánh các phương pháp chọn giống truyền thống và công nghệ sinh học phân tử;
• Trang bị năng lực thiết kế, đánh giá khảo nghiệm đồng ruộng và quản trị quy trình phát hành giống mới.

Giáo trình có cấu trúc gồm hai phần chính (34 chương):

• Part I: Underlying science and methods of plant breeding (Chương 1–26): Trình bày khoa học nền tảng, công cụ, phương pháp chọn giống, mục tiêu chọn lọc, quy trình phát hành giống và các xu hướng mới.
• Part II: Breeding selected crops (Chương 27–34): Trình bày chi tiết quy trình ứng dụng chọn giống trên 8 loại cây trồng kinh tế chủ lực.

Điểm đặc trưng của tài liệu là phương pháp tiếp cận cân bằng giữa kỹ thuật chọn giống cổ điển (conventional breeding) và công nghệ sinh học hiện đại (biotechnology/molecular breeding), đồng thời tích hợp các chuyên đề về sở hữu trí tuệ, đạo đức sinh học, quản lý nguồn gen và các bài viết thực tiễn từ chuyên gia trong ngành nông nghiệp ("Industry highlights boxes").

---

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương và chủ đề chính

Giáo trình triển khai cấu trúc nội dung tuần tự qua 34 chương với các chuyên đề then chốt:

• Chương 1 & 2 (Lịch sử, vai trò xã hội và bản chất của chọn giống): Định nghĩa chọn giống thực vật là nỗ lực chủ động của con người nhằm biến đổi vật chất di truyền để phục vụ nhu cầu xã hội. Phân tích lịch sử từ thời kỳ thuần hóa cây hoang dại, các mốc phát triển tiền Mendel đến giai đoạn hậu Mendel. So sánh sự khác biệt giữa tiến hóa tự nhiên (evolution), thuần hóa (domestication) và chọn giống (plant breeding). Định vị nhà chọn giống như một nhà quản trị ra quyết định qua 4 khía cạnh: tổ chức cơ sở vật chất, lập kế hoạch - kiểm soát, điều hành nhân sự và ra quyết định chuyên môn.
• Chương 3, 7 & 8 (Cơ sở di truyền học và phân tích di truyền): Cung cấp kiến thức về tổ chức tế bào thực vật (eukaryote/prokaryote), cấu trúc DNA và sự phân bào; các định luật Mendel; nguyên lý di truyền quần thể (cân bằng Hardy - Weinberg); di truyền số lượng (quantitative genetics) và tương tác giữa kiểu gen với môi trường ($G \times E$).
• Chương 9 (Phương pháp thống kê ứng dụng trong chọn giống): Phân tích phương sai, thiết kế thí nghiệm đồng ruộng, đánh giá độ ổn định năng suất và các thủ tục phân tích đa biến ứng dụng phần mềm chuyên dụng như MSTAT.
• Chương 10 đến 15 (Công cụ chọn giống thực vật): Trình bày kỹ thuật lai hữu tính, nuôi cấy mô in vitro, tạo giống đa bội thể (polyploidy), tạo đột biến nhân tạo (mutagenesis), kỹ thuật DNA tái tổ hợp (rDNA), chuyển gen (transgenesis), thiết kế mồi PCR, chỉ thị phân tử (RAPD, RFLP, SNP, SSR) và đánh giá rủi ro an toàn sinh học.
• Chương 16, 17 & 18 (Phương pháp chọn giống cổ điển): Quy trình chọn giống cho loài tự thụ phấn (pedigree, bulk breeding, single-seed descent), loài thụ phấn chéo (recurrent selection, synthetic varieties) và sản xuất giống ưu thế lai (hybrid cultivars) dựa trên lý thuyết dòng thuần và phương pháp lai kép (double-cross).
• Chương 19 đến 22 (Mục tiêu chọn giống chuyên biệt): Chọn giống kháng bệnh và sâu hại, chống chịu stress phi sinh học (hạn hán, nhiễm mặn, ngộ độc nhôm), cải thiện đặc tính sinh lý - hình thái (chống đổ ngã, tính cảm quang) và nâng cao giá trị dinh dưỡng (ngô giàu protein QPM, lúa vàng giàu pro-vitamin A).
• Chương 27 đến 34 (Chọn giống trên cây trồng cụ thể): Quy trình và chiến lược chọn giống chi tiết cho 8 cây trồng: lúa mì (wheat), ngô (corn), lúa nước (rice), lúa miến (sorghum), đậu tương (soybean), lạc (peanut), khoai tây (potato) và bông (cotton).

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình thiết lập các hệ thống lý thuyết khoa học:

• Lý thuyết di truyền học cổ điển và hiện đại: Thuyết dòng thuần (pure-line theory) của Wilhelm Johannsen (1903), định luật phân ly và phân ly độc lập của Gregor Mendel (1865), mô hình đa yếu tố (multiple factor hypothesis) của Nilsson-Ehle đối với tính trạng số lượng.
• Nguyên lý ưu thế lai (Heterosis): Cơ chế di truyền ưu thế lai và kỹ thuật lai tạo dòng đơn, dòng kép thương mại (D.F. Jones, 1919).
• Di truyền học quần thể: Động thái tần số alen, cấu trúc nguồn gen (germplasm) và hiện tượng xói mòn di truyền (genetic vulnerability).

Kỹ năng phát triển

• Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Thực hiện kỹ thuật lai nhân tạo, thụ phấn bổ sung, thao tác nuôi cấy mô thực vật, ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn lọc hỗ trợ bởi chỉ thị (Marker-Assisted Selection - MAS).
• Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Ước tính các hệ số di truyền (heritability), phân tích tương tác $G \times E$, xử lý số liệu biến dị di truyền và diễn giải kết quả phân tích thống kê đa biến.
• Năng lực thực tiễn (Practical competencies): Lập kế hoạch quản lý quần thể phân ly (từ hàng chục nghìn dòng ban đầu xuống một giống ưu tú phát hành), xây dựng hồ sơ chứng nhận hạt giống (seed certification) và đăng ký bảo hộ giống cây trồng (Plant Variety Protection).

---

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình áp dụng phương pháp sư phạm tiếp cận theo logic tích hợp: xây dựng nền tảng lý thuyết sinh học $\rightarrow$ làm chủ công cụ và phương pháp $\rightarrow$ xác định mục tiêu chọn lọc $\rightarrow$ ứng dụng trên đối tượng cây trồng cụ thể.

Cấu trúc mỗi chương được chuẩn hóa nhằm tối ưu hóa việc dạy và học:

• Mục đích và kết quả kỳ vọng (Purpose and expected outcomes): Đặt ra các tiêu chuẩn kiến thức và kỹ năng cần đạt trước khi tiếp cận nội dung chi tiết.
• Hệ thống đánh giá kết quả (Outcomes assessment): Cuối mỗi chương đều có phần đánh giá toàn diện chia làm 3 phần:
  • Part A: Câu hỏi Đúng/Sai (True/False) nhằm kiểm tra việc nắm bắt các khái niệm cơ bản.
  • Part B: Câu hỏi điền khuyết và trả lời ngắn (Short answer) tập trung vào thuật ngữ, sự kiện lịch sử và các định luật.
  • Part C: Câu hỏi tự luận/tiểu luận (Brief essay) yêu cầu tổng hợp, so sánh và phân tích sâu các vấn đề khoa học hoặc kinh tế - xã hội.
• Nghiên cứu tình huống từ thực tiễn ("Industry highlights boxes"): Mỗi chương tích hợp các bài viết đóng góp từ các nhà khoa học và chuyên gia quốc tế (từ CIMMYT, IRRI, ICRISAT, ICARDA, USDA-ARS, Pioneer Hi-Bred, Monsanto). Các trường hợp điển hình gồm có:
  • Lịch sử phát triển giống lúa mì bán lùn của Norman Borlaug trong Cách mạng Xanh;
  • Ứng dụng công nghệ chuyển gen kháng sâu Bt trên ngô và tính kháng thuốc diệt cỏ Roundup Ready® trên đậu tương;
  • Chương trình phát triển ngô giàu protein (QPM) tại khu vực châu Phi cận Sahara của TS. Twumasi Afriyie;
  • Chọn giống lúa mạch có sự tham gia của nông dân tại ICARDA do S. Grando và S. Ceccarelli thực hiện.

---

Điểm nổi bật và cập nhật

• Kết hợp hài hòa giữa công nghệ truyền thống và công nghệ mới: Giáo trình không xem nhẹ phương pháp truyền thống (hybridization, pedigree selection) mà định vị công nghệ sinh học phân tử (rDNA, molecular markers) như công cụ bổ trợ (complementary tools) nhằm nâng cao độ chính xác và rút ngắn thời gian chọn lọc.
• Tích hợp các khái niệm mới chưa từng có ở các giáo trình cùng bậc: Đưa vào phân tích chính thức hai hướng tiếp cận đang phát triển: Chọn giống có sự tham gia của người dân (Decentralized Participatory Plant Breeding) và Chọn giống cho nông nghiệp hữu cơ (Organic Plant Breeding).
• Phân tích khía cạnh sở hữu trí tuệ và đạo đức sinh học: Trình bày chi tiết về luật bảo hộ giống cây trồng, bằng sáng chế (patents), quyền sở hữu trí tuệ đối với nguồn gen và khung pháp lý đánh giá rủi ro an toàn sinh học của cây trồng biến đổi gen do các cơ quan như USDA-APHIS và EPA giám sát.
• Dữ liệu kinh tế - xã hội và cơ cấu ngành giống: Phản ánh bức tranh thị trường ngành hạt giống, dẫn chứng số liệu khảo sát của K. Frey về cơ cấu phân bổ nhân lực giữa khu vực công (Land-Grant universities, USDA) và khu vực tư nhân (các tập đoàn đa quốc gia), làm rõ sự chuyển dịch đầu tư nghiên cứu giữa cây thụ phấn chéo và cây tự thụ phấn.

---

Đối tượng sử dụng giáo trình

• Sinh viên đại học và học viên cao học:
  • Sinh viên năm thứ 3 và năm thứ 4 chuyên ngành Nông học, Khoa học Cây trồng, Di truyền học, Công nghệ Sinh học, Làm vườn (Horticulture).
  • Học viên cao học năm thứ nhất cần tài liệu hệ thống hóa các nguyên lý di truyền ứng dụng và các phương pháp thống kê trong nghiên cứu giống.
• Điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành các học phần: Di truyền học đại cương, Sinh học tế bào, Thực vật học, Sinh lý thực vật và Thống kê sinh học cơ bản.
• Giảng viên và nhà nghiên cứu:
  • Giảng viên sử dụng làm khung giáo trình giảng dạy chính khóa, khai thác ngân hàng câu hỏi đánh giá chuẩn hóa và bộ công cụ hình ảnh giảng dạy (Artwork CD-ROM).
  • Cán bộ kỹ thuật và nhà chọn giống tại các viện nghiên cứu, doanh nghiệp hạt giống sử dụng làm cẩm nang tra cứu thông số kỹ thuật và quy trình chuẩn trên từng loại cây trồng.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với trình độ nào?
Giáo trình được thiết kế chuyên biệt cho sinh viên đại học năm cuối (upper undergraduate) đến học viên cao học giai đoạn đầu (early graduate) thuộc khối ngành khoa học nông nghiệp và sinh học ứng dụng.

2. Người học cần chuẩn bị kiến thức nền tảng nào trước khi học?
Cần có kiến thức vững chắc về cấu trúc tế bào, cơ chế truyền đạt vật chất di truyền (DNA, nhiễm sắc thể), các quy luật di truyền Mendel và kỹ năng tính toán xác suất, thống kê cơ bản.

3. Điểm khác biệt cốt lõi của giáo trình so với các sách chọn giống truyền thống là gì?
Giáo trình tích hợp đồng thời giữa phương pháp cổ điển và các công cụ sinh học phân tử hiện đại, bổ sung các nội dung về quyền sở hữu trí tuệ, phân tích rủi ro cây trồng biến đổi gen và các tình huống ứng dụng thực tế từ chuyên gia công nghiệp.

4. Phương pháp tự học giáo trình như thế nào để đạt hiệu quả cao?
Người học nên tiếp cận tuần tự theo từng Section ở Part I để nắm vững lý thuyết và công cụ, hoàn thành toàn bộ hệ thống câu hỏi đánh giá cuối chương (Part A, B, C), sau đó đối chiếu ứng dụng thực tế ở Part II trên loại cây trồng cụ thể mà mình quan tâm.

5. Giáo trình có những tài liệu bổ trợ nào đi kèm?
Giáo trình cung cấp Bảng thuật ngữ chi tiết (Glossary, trang 556), Phụ lục 1 về danh mục tài nguyên Internet (Internet resources), Phụ lục 2 về hệ số quy đổi đơn vị đo lường (Conversion rates), Chỉ mục tra cứu (Index) và đĩa CD hình ảnh minh họa (Artwork CD-ROM) dành riêng cho giảng viên.

---

Kết luận

Principles of Plant Genetics and Breeding của George Acquaah là tài liệu học thuật toàn diện, phản ánh chính xác các nguyên tắc khoa học và phương pháp luận của ngành chọn giống cây trồng hiện đại. Giáo trình xác lập một lộ trình học tập logic từ việc nắm vững khoa học cơ bản (tế bào học, di truyền học Mendel, di truyền quần thể, di truyền số lượng), làm chủ các công cụ truyền thống và công nghệ sinh học, cho đến việc triển khai các chương trình chọn giống trên các cây trồng chủ lực như lúa mì, lúa nước, ngô, đậu tương và bông. Thông qua hệ thống đánh giá chuẩn mực và các tư liệu thực chứng phong phú, tài liệu đáp ứng đầy đủ yêu cầu đào tạo học thuật và nghiên cứu chuyên sâu trong lĩnh vực nông nghiệp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Principles of Plant Genetics and Breeding Dedication To my parents Shiloh and Ernestina With love and admiration Principles of Plant Genetics and Breeding George Acquaah Copyright © 2007 by George Acquaah BLACKWELL PUBLISHING 350 Main Street, Malden, MA 02148-5020, USA 9600 Garsington Road, Oxford OX4 2DQ, UK 550 Swanston Street, Carlton, Victoria 3053, Australia The right of George Acquaah to be identified as the Author of this Work has been asserted in accordance with the UK Copyright, Designs, and Patents Act 1988. All rights reserved. No part of this publication may be reproduced, stored in a retrieval system, or transmitted, in any form or by any means, electronic, mechanical, photocopying, recording or otherwise, except as permitted by the UK Copyright, Designs, and Patents Act 1988, without the prior permission of the publisher. First published 2007 by Blackwell Publishing Ltd 1 2007 Library of Congress Cataloging-in-Publication Data Acquaah, George.

Principles of plant genetics and breeding / George Acquaah. Includes bibliographical references and index. ISBN-13: 978-1-4051-3646-4 (hardback : alk. paper) ISBN-10: 1-4051-3646-4 (hardback : alk.5′233—dc22 2006004754 A catalogue record for this title is available from the British Library.

Set in 10/12pt Galliard by Graphicraft Limited, Hong Kong Printed and bound in UK by TJ International Ltd The publisher’s policy is to use permanent paper from mills that operate a sustainable forestry policy, and which has been manufactured from pulp processed using acid-free and elementary chlorine-free practices. Furthermore, the publisher ensures that the text paper and cover board used have met acceptable environmental accreditation standards. For further information on Blackwell Publishing, visit our website: www.com Contents Industry highlights boxes, vii Industry highlights box authors, ix Preface, xi Acknowledgments, xiii Part I Underlying science and methods of plant breeding, 1 Section 1 Historical perspectives and importance of plant breeding, 2 1 History and role of plant breeding in society, 3 Section 2 General biological concepts, 16 2 The art and science of plant breeding, 17 3 Plant cellular organization and genetic structure: an overview, 35 4 Plant reproductive systems, 55 Section 3 Germplasm issues, 74 5 Variation: types, origin, and scale, 75 6 Plant genetic resources for plant breeding, 87 Section 4 Genetic analysis in plant breeding, 108 7 Introduction to concepts of population genetics, 109 8 Introduction to quantitative genetics, 121 9 Common statistical methods in plant breeding, 146 Section 5 Tools in plant breeding, 163 10 Sexual hybridization and wide crosses in plant breeding, 164 11 Tissue culture and the breeding of clonally propagated plants, 181 12 Mutagenesis in plant breeding, 199 13 Polyploidy in plant breeding, 214 14 Biotechnology in plant breeding, 231 15 Issues in the application of biotechnology in plant breeding, 257 Section 6 Classic methods of plant breeding, 281 16 Breeding self-pollinated species, 282 17 Breeding cross-pollinated species, 313 18 Breeding hybrid cultivars, 334 Section 7 Selected breeding objectives, 351 19 Breeding for physiological and morphological traits, 352 20 Breeding for resistance to diseases and insect pests, 367 21 Breeding for resistance to abiotic stresses, 385 22 Breeding compositional traits and added value, 404 Section 8 Cultivar release and commercial seed production, 417 23 Performance evaluation for crop cultivar release, 418 24 Seed certification and commercial seed multiplication, 435 vi CONTENTS 25 International plant breeding efforts, 450 26 Emerging concepts in plant breeding, 462 Part II Breeding selected crops, 471 27 Breeding wheat, 472 28 Breeding corn, 485 29 Breeding rice, 498 30 Breeding sorghum, 509 31 Breeding soybean, 519 32 Breeding peanut, 529 33 Breeding potato, 537 34 Breeding cotton, 546 Glossary, 556 Appendix 1: Internet resources, 561 Appendix 2: Conversion rates, 563 Index, 564 Industry highlights boxes Chapter 1 Chapter 12 Normal Ernest Borlaug: the man and his passion Current apple breeding programs to release apple scab- George Acquaah resistant scion cultivars F. Laurens Chapter 2 Introduction and adaptation of new crops Chapter 13 Jaime Prohens, Adrián Rodríguez-Burruezo, and Fer- Application of tissue culture for tall wheatgrass improve- nando Nuez ment Kanyand Matand and George Acquaah Chapter 3 No box Chapter 14 Bioinformatics for sequence and genomic data Chapter 4 Hugh B.

Deerfield II, and Maize × Tripsacum hybridization and the transfer of Alexander J.