第三章 种质资源

1、第 三 章 种 质 资 源 第三章 种质资源 第一节 种质资源的重要性 第二节 作物起源中心学说 第三节 种质资源的研究与利用 第四节 电子计算机在种质资源管理中的应 用 第一节 种质资源工作的重要性 一一. 种质资源的基本概念：种质资源的基本概念： 种质种质（GermplasmGermplasm）：是决定生物遗传性状并将遗传）：是决定生物遗传性状并将遗传 信息从亲代传递给子代的遗传物质的总称。信息从亲代传递给子代的遗传物质的总称。 种质库种质库：又称基因库（：又称基因库（GenebankGenebank），是指以种为单），是指以种为单 位的群体内的全部遗传物质，它位的群体内的全部遗传物质，它

2、 由许多个体的不同基因所组成。由许多个体的不同基因所组成。 种质资源种质资源（GermplasmGermplasm resource)resource)：又称遗传资源：又称遗传资源 （GeneticGenetic resource)resource)，具有种，具有种 质并能繁殖的生物体总称。质并能繁殖的生物体总称。 二. 种质资源工作的重要性 1.种质资源是人类赖以生存和发展的根本。种质资源是人类赖以生存和发展的根本。 2.种质资源是育种工作的物质基础。种质资源是育种工作的物质基础。 3.育种工作突破性的成就，取决于关键性基因资育种工作突破性的成就，取决于关键性基因资 源的发掘与利用。源的发掘

3、与利用。 4.种质资源是不断发展新作物的主要来源。种质资源是不断发展新作物的主要来源。 5.实现新的育种目标，必须拥有更多的基因资源。实现新的育种目标，必须拥有更多的基因资源。 6.种质资源种质资源是理论研究的重要材料。是理论研究的重要材料。 第二节 作物起源中心学说 一、瓦维洛夫的作物起源中心学说一、瓦维洛夫的作物起源中心学说 学说的内容： 1.作物起源中心有两个主要特征： 基因的多样性和显性基因频率高， 又名为基因中心或多样化变异中心。 2.最初始的起源地为原生起源中心。最初始的起源地为原生起源中心。 瓦维洛夫的作物起源 中心学说 显性基因变异显性基因变异 选择选择 隐性基因变异隐性基因变

4、异 二级起源中心二级起源中心 原生起源中心原生起源中心 （次生起源中心）（次生起源中心） 引出引出 起源中心的标志 原生起源中心原生起源中心次生起源中心次生起源中心 有野生祖先有野生祖先 有原始特有类型有原始特有类型 有明显的遗传多样性有明显的遗传多样性 有大量的显性基因有大量的显性基因 无野生祖先无野生祖先 有新的特有类型有新的特有类型 有大量的变异有大量的变异 有大量的隐性基因有大量的隐性基因 瓦维洛夫的作物起源中 心学说 3.在一定的生态环境中，一年生草本作物间 在性状的遗传变异上存在一种相似的平行 现象。 如地中海地区的禾本科及豆科作物均无例外地表现 为植株茂盛、穗大粒大、子色淡、高产

5、抗病； 而中国的作物则发育期短、株矮、穗粒小、后期灌 浆快、多为无芒或勾芒（指麦类） 4. 根据驯化的来源，将作物分为两类， 原生作物：人类有目的驯化的植物。如小麦、大麦、玉米、 棉花等。 次生作物：与原生作物伴生的杂草，当其被传播到不适宜于 原生作物而适宜于自身生长的环境且 具有一定 的利用价值时，就被人类分离而成为栽培 的主体。 如燕麦和黑麦，在中亚和西亚本是混生 在小麦、大麦田内的杂草，到更北的地方种植时由于耐寒 性强于小麦和大麦，就被分离出来成为次生作物。 1 2 3 4 5 6 7 8 瓦维洛夫的作物起源中心 8A 8B 1. 中国起源中心（东亚中心） 主要起源作物有黍、主要起源作物

6、有黍、 稷、粟、高粱、稷、粟、高粱、祼祼 粒无芒大麦、荞麦、粒无芒大麦、荞麦、 大豆、茶、大麻、大豆、茶、大麻、 苎麻等。苎麻等。 主要起源作物有水稻、主要起源作物有水稻、 绿豆、饭豆、豇豆、绿豆、饭豆、豇豆、 甘蔗、芝麻、红麻等。甘蔗、芝麻、红麻等。 2. 印度起源中心 2A. 印度马来西亚补充区 主要起源作物有薏主要起源作物有薏 苡、香蕉等。苡、香蕉等。 3. 中亚细亚起源中心 主要起源作物有普通主要起源作物有普通 小麦、密穗小麦、印小麦、密穗小麦、印 度圆粒小麦、豌豆、度圆粒小麦、豌豆、 蚕豆、非洲棉等蚕豆、非洲棉等 4. 西亚中心 主要起源作物有一粒主要起源作物有一粒 小麦、二粒小麦、

7、黑小麦、二粒小麦、黑 麦、葡萄、石榴、胡麦、葡萄、石榴、胡 桃、无花果、苜蓿等。桃、无花果、苜蓿等。 5. 地中海起源中心 许多蔬菜作物，包括甜许多蔬菜作物，包括甜 菜和许多古老的牧草都菜和许多古老的牧草都 起源于这一中心。起源于这一中心。 为小麦、粒用豆类的次为小麦、粒用豆类的次 生起源地。生起源地。 6. 埃塞俄比亚起源中心 小麦、大麦的变种类小麦、大麦的变种类 型极其多样。型极其多样。 7. 7. 南美和中美洲起源中心南美和中美洲起源中心 主要起源作物有陆地主要起源作物有陆地 棉、甘薯、番茄等。棉、甘薯、番茄等。 存在大量玉米变异类存在大量玉米变异类 型。型。 8. 8. 南美（秘鲁南美

8、（秘鲁厄瓜多尔厄瓜多尔玻利维亚）玻利维亚） 中心中心 许多块茎作物，包括许多块茎作物，包括 马铃薯的特有栽培种马铃薯的特有栽培种 都起源于此地。都起源于此地。 8A. 8A. 智利中心智利中心 重要的种有木薯、重要的种有木薯、 花生和凤梨花生和凤梨 8B. 8B. 巴西巴西巴拉圭中心巴拉圭中心 主要有花生、可可、主要有花生、可可、 橡胶树等特有种橡胶树等特有种 二.作物起源中心学说的发展 1. 哈伦对作物起源中心学说的发展 根据作物扩散面积的远近和大小， 分为5种类型： 土生型 半土生型 单一型 有次生中心 无中心 2. 2. 齐文和茹考夫斯基对起源中心学说的发展齐文和茹考夫斯基对起源中心学说

9、的发展 将作物起源中心扩大为将作物起源中心扩大为1212个中心：个中心： 1.1.中国中国日本中心日本中心 2.2.东南亚东南亚 洲中心洲中心 3.3.澳大利亚中心澳大利亚中心 4.4.印度印度 中心中心 5.5.中亚细亚中心中亚细亚中心 6.6.西亚西亚 细亚中心细亚中心 7.7.地中海中心地中海中心 8.8.非非 洲中心洲中心 9.9.欧洲欧洲西伯利亚中心西伯利亚中心 10.10.南美中心南美中心 11.11.中美和墨西哥中心中美和墨西哥中心 12.12.北美中心北美中心 第三节 种质资源的类别、特点及利用价值 一、根据基因系统分类一、根据基因系统分类 种质资源根据亲缘关系进行分类，种质资

10、源根据亲缘关系进行分类，Harland等，等， 将基因库分为：将基因库分为： 初级基因库：同一种内的材料。初级基因库：同一种内的材料。 次级基因库：种间材料或近缘野生种、近次级基因库：种间材料或近缘野生种、近 缘属植物。缘属植物。 三级基因库：远缘种属。杂交不实和杂种三级基因库：远缘种属。杂交不实和杂种 不育现象十分严重的材料。不育现象十分严重的材料。 二、按照来源分类 种质资源分为四类： 本地种质资源 外地种质资源 野生种质资源 人工创造种质资源 古老的地方品种和当前推广的改良品种。 特点： 对当地自然条件和生态特点具有高度适应性 。 反映了当地人民生产和生活的需要。 类型丰富，并具有独特的

11、优良性状。 古老的地方品种，不耐肥水，产量低。 利用价值： 经改良，可选育成适于当地的优良品种。 在杂交育种中常用作亲本之一。 1.本地种质资源本地种质资源 2. 外地种植资外地种植资 源源 由其他国家或地区引入的作物品种和植物类型。由其他国家或地区引入的作物品种和植物类型。 特点：特点： 能反映各自原产地区的自然条件和生产特点能反映各自原产地区的自然条件和生产特点 多数外地种质资源对本地条件适应性差多数外地种质资源对本地条件适应性差 具有本地资源中没有的遗传性状，如玉米大穗、大粒性状；具有本地资源中没有的遗传性状，如玉米大穗、大粒性状；O2基因，水基因，水 稻矮杆性状，油菜双低性状等，某些抗

12、病性等。稻矮杆性状，油菜双低性状等，某些抗病性等。 利用价值：利用价值： 直接引种用于生产直接引种用于生产 用作杂交亲本用作杂交亲本 利用遗传性变化选育品种利用遗传性变化选育品种 3.野生种质资源野生种质资源 是指各种作物的近缘野生种和有价值的野生植物。是指各种作物的近缘野生种和有价值的野生植物。 特点：特点： 可能具有栽培植物所缺少的抗可能具有栽培植物所缺少的抗(病、虫病、虫)性性,获得栽培作物中没获得栽培作物中没 有的新基因。有的新基因。 可能具有一些特殊的性状，如不育、矮秆等。可能具有一些特殊的性状，如不育、矮秆等。 利用价值：利用价值： 驯化成新的栽培植物驯化成新的栽培植物 通过杂交育

13、种等方法把优良基因转移到栽培植物中来通过杂交育种等方法把优良基因转移到栽培植物中来,培育新培育新 作物或新类型、新材料。作物或新类型、新材料。 4.人工创造种质资源人工创造种质资源 包括人工诱变而产生的突变体、远缘杂交创造的新包括人工诱变而产生的突变体、远缘杂交创造的新 类型、育种过程中的中间材料、基因工程创造的新种质等。类型、育种过程中的中间材料、基因工程创造的新种质等。 特点：特点： 人工创造的种质资源是多种多样的人工创造的种质资源是多种多样的，具有自然界所没有的，具有自然界所没有的 种质。种质。 利用价值：利用价值： 可作为育种的中间材料。可作为育种的中间材料。 第四节 种质资源工作内容

14、 一.种质资源的搜集 二.种质资源的整理 三.种质资源的鉴定 四.种质资源的保存 五.种质资源的研究 六.种质资源的创新 七.种质资源的利用 一一. 种质资源的搜集种质资源的搜集 1.1.收集收集 主要是指直接考察收集主要是指直接考察收集 2.2.征集征集 主要是指通过通讯方式向有关方主要是指通过通讯方式向有关方 面面 索求种质资源索求种质资源 3.3.交换交换 是指育种工作者彼此之间互通各是指育种工作者彼此之间互通各 自自 所需的种质资源所需的种质资源 4.4.转引转引 一般是指通过第三者获取所需要一般是指通过第三者获取所需要 的的 种质资源种质资源 二二.收集材料整理收集材料整理 1. 1

15、. 及时进行归类，将同种异名者合并，同名及时进行归类，将同种异名者合并，同名 异种者区分开。并进行统一的编号。异种者区分开。并进行统一的编号。 2.2.进行简单的分类，确定材料的植物学地位、进行简单的分类，确定材料的植物学地位、 生态类型、亲缘关系和生育特性。生态类型、亲缘关系和生育特性。 三、种质资源的鉴定 种质资源鉴定和研究的主要内容有：种质资源鉴定和研究的主要内容有： 特征、特性的观察特征、特性的观察 特征、特性的鉴定特征、特性的鉴定 四四.种质资源的保存种质资源的保存 1.种质资源保存应掌握一定的原则：种质资源保存应掌握一定的原则： 种质资源经过保存后，必须保持各样本种质资源经过保存后

16、，必须保持各样本 的生活力。的生活力。 保持原有的遗传变异度。保持原有的遗传变异度。 维持一定的样本数量。维持一定的样本数量。 2. 种质资源保存范围 用于应用研究和基础研究的种质。用于应用研究和基础研究的种质。 可能灭绝的稀有种和已经濒危的种质，可能灭绝的稀有种和已经濒危的种质， 特别是栽培种的野生祖先。特别是栽培种的野生祖先。 具有经济利用潜力但尚未被利用的种质。具有经济利用潜力但尚未被利用的种质。 普及教育有用的种质。普及教育有用的种质。 3.3.保存的方式保存的方式 （1 1）种植保存）种植保存 （2 2）贮藏保存）贮藏保存 （3 3）试管保存）试管保存( (离体保存）离体保存） （4

17、 4）基因文库技术）基因文库技术 （5 5）利用保存）利用保存 （1）种植保存 根据不同作物种子和营养体生活力的长短，隔一根据不同作物种子和营养体生活力的长短，隔一 定的时间在田间种植一次。定的时间在田间种植一次。 材料多时，可进行轮换种植。材料多时，可进行轮换种植。 种植保存需要注意两点：种植保存需要注意两点： 种植条件尽可能与原产地条件相似，以减少种植条件尽可能与原产地条件相似，以减少 由于生态条件的改变而引起变异。由于生态条件的改变而引起变异。 尽可能避免和减少天然杂交和人为混杂，以尽可能避免和减少天然杂交和人为混杂，以 保持原品种或类型的遗传特点和群体结构。保持原品种或类型的遗传特点和

18、群体结构。 （2）贮藏保存）贮藏保存 用控制贮藏条件（温度和湿度）的方法保持种质用控制贮藏条件（温度和湿度）的方法保持种质 资源的生活力。资源的生活力。 温度温度30-0，每降低，每降低5，种子的寿命延长，种子的寿命延长1倍。倍。 种子含水量种子含水量14-4% 14-4% ，每减少，每减少1%1%，寿命延长，寿命延长1 1倍。倍。 种质资源的保存 资源库 温度 湿度 种子贮藏在 短期库 10 50% 纸袋中可保存5 年。 中期库 0-5 40-50% 密闭容器内保存 20年。 长期库 -10- -1535% 真空包装中保存70 年。 （3）试管保存）试管保存(离体保存）离体保存） 用试管保存

19、植物的组织和细胞的培养物。用试管保存植物的组织和细胞的培养物。 常用的培养物有：愈伤组织、悬浮细胞、幼常用的培养物有：愈伤组织、悬浮细胞、幼 芽生长点、花粉、花药、体细胞、原生质体、芽生长点、花粉、花药、体细胞、原生质体、 幼胚等。幼胚等。 利用试管保存的优点：利用试管保存的优点： 所需空间小所需空间小 可以解决常规方法不易保存的种质资源。可以解决常规方法不易保存的种质资源。 繁殖时不受季节限制，繁殖速度快。繁殖时不受季节限制，繁殖速度快。 培养物不带病虫害，便于种质交流。培养物不带病虫害，便于种质交流。 （4 4）基因文库技术）基因文库技术 从动、植物或微生物从动、植物或微生物 中提取中提取

20、DNA 用限制性内切酶切成片段用限制性内切酶切成片段 连接到载体连接到载体转移到大肠杆菌细胞转移到大肠杆菌细胞 无性繁殖，产生大量无性繁殖，产生大量 单拷贝基因单拷贝基因 需要某个基因时，需要某个基因时， “钩取钩取”。 五五. .种质资源的研究种质资源的研究 种质资源研究的主要内容有：种质资源研究的主要内容有： 研究性状遗传变异特点。研究性状遗传变异特点。 遗传潜力、选择可靠性、选择效果。遗传潜力、选择可靠性、选择效果。 与性状相关基因的研究。与性状相关基因的研究。 基因型与环境互作效应。基因型与环境互作效应。 六、种质资源的创新六、种质资源的创新 1、育种过程中产生的新品种、新品系 2、自然突变和天然杂交产生的植物新类型和新物种 3、通过远缘杂交、细胞工程、染色体工程、基因工 程、诱