森林基因资源1课件

第一章遗传资源的收集、保存和利用第一节、遗传资源的概念和重要性遗传资源(geneticresources)，也称为基因资源(generesources)，指以种为单位的群体内的全部遗传物质，或种内基因组、基因型变异的总和。

一、概念目前国际上植物遗传育种文献大都采用种质资源这一名词。一般认为，种质资源与遗传资源和基因资源是同义词。种质资源(germplasmresources)：是指选育新品种的基础材料，包括各种植物的栽培种、野生种的繁殖材料以及利用上述繁殖材料人工创造的各种植物的遗传材料。

育种资源（breedingresources）是遗传资源的组成部分，指在选育优良品种工作中直接利用的繁殖材料，往往是根据品种选育目标调查、收集的资源。因此，遗传资源与育种资源的涵义既相关，但又有区别。

但目前我们利用的植物种类只有约3000余种。其中中草药就占了很大一部分，栽培作物只有175种，其中16种，提供了人类食物的2/3。有一半以上没有研究过，有许多在人类还没有认识前就灭绝了。在东北大小兴安岭和长白山等林区，有兴安落叶松、长白落叶松、樟子松、红皮云杉、鱼鳞云杉、红松、臭冷杉、水曲柳、紫椴、糠椴、黄波罗、胡桃楸、春榆、辽杨、大青杨、赤杨、蒙古栎等。人工栽培过的树种有约1000种,主要造林树种约210种。红松在华北区，有油松、侧柏、白皮松、华北落叶松、白杆、杜松、栓皮栎、麻栎、檞树、泡桐、臭椿、香椿、楸树、毛白杨、小叶杨、旱柳、白榆、国槐等。人工栽培过的树种有约1000种,主要造林树种约210种。油松华南区，树种组成丰富，除华东、华中部分树种延伸分布到该区外，尚有木荷、火力楠、格木、竹柏、米老排、蚬木、金丝李等有发展前途的用材树种。木荷西南区是世界公认树种资源丰富的地区之一，云南松、思茅松、华山松、云南油杉等已有较广泛的栽植，尚有许多树种没有利用，潜力很大。思茅松西北地区树种较少，但也有不少重要的用材树种，如新疆落叶松、新疆云杉、青海云杉、新疆冷杉、新疆五针松、新疆杨等，在广阔的干旱沙漠地区，有胡杨、白刺、柽柳、多枝柽柳、柠条、花棒、沙棘、沙柳等适应性强的灌木，可用于生态建设。2.集约经营和育种过程使遗传基础变窄,必须补充新资源在集约经营和选育过程中，往往把注意力集中在少数经济性状上，从而使群体或个体的遗传基础变窄。为选育优良品种，必须具备丰富的资源作后盾，不断地引进，补充新的资源，多世代育种工作才不会受到很大制约。防患于未然，必须重视遗传资源的调查、搜集、保存、研究和利用工作。随着经济的发展，工艺过程的改革，对林木新品种的要求也会发生改变，只重视当前所需性状，对有潜在利用价值的资源滥砍滥伐，任其毁灭，育种工作将会面临“无米之炊”。3.对林木新品种的需求会不断发生变化。4.现有的遗传资源是长期进化的结果,来之不易今天复杂而丰富的物种和遗传资源是生物经历6亿多年自然演化中形成的，是生物适应繁杂、变化的自然环境的结果，是进化的结果。生物多样性不仅为人类提供了食物、能源、药品和工业原料，在维持生态平衡和稳定环境方面发挥着重要作用，理应十分珍惜。地球上每年大约有2000万公顷森林被砍伐。8千年前全球天然林面积为80.8亿hm2，到1996年底，62%的森林已消失了，仅剩下了30.4亿hm2。森林面积的锐减，导致许多物种的绝灭或生存受到威胁。第二节生物多样性和遗传流失一、树木基因资源的流失在热带地区的15万种植物中，至少有1/3的物种将处于濒临灭绝的险境。巴西是世界上植物种类最多的国家之一，仅高等植物就有4万多种，按照当前森林砍伐的速度，30年后，这里的森林将会全部消失。现在全球有10％的植物处于危机之中，英国植物学家预言，如果不采取预防性措施，到2050年，现在已知的25万中植物将有2－2.5万种将灭绝。据研究，每消灭一种植物，就有10－30种依附于这种植物的动物消失。物种不断减少，灭绝速度为自然灭绝速度的1千倍，即每天约有75种被消灭。二、生物多样性的内涵

生物多样性包含3个层次的内容，即生态（生物群落）多样性、物种多样性和种内遗传多样性。1.生态系统多样性生态系统多样性(ecosystemdiversity)是指生物圈内生境、生物群落和生态学过程的多样化以及生态系统内生境差异和生态过程变化的多样性。2.物种多样性物种多样性(speciesdiversity)是指某一区域内物种的多样化程度。3.遗传多样性遗传多样性(geneticdiversity)通常是指物种内不同群体(又称种群或居群)间，或同一个群体内不同个体间的遗传变异；遗传多样性表示物种内基因的丰富程度以及基因的变异状况。三、遗传多样性的检测

形态特征的检测形态特征或表型性状检测遗传变异是最直接，也是最简易的方法，但在许多情况下表型并不能真实反映遗传型。2.染色体特征检测染色体是遗传物质的载体，是基因携带者，染色体数目、结构、核型特征上的变异是种群遗传多样性的重要来源4.DNA变异检测常用的DNA分子标记方法有RFLP技术、基于PCR的各种检测方法和重复序列分析技术。SSR分析AFLP分析扩增限制性内切酶酶切片段长度多态性

四、基因资源流失的原因

1、自然因素2、生物因素3、人为因素掠夺式资源开发使基因资源丧失引种引起资源流失品种改良带来基因资源贫乏经济发展使基因资源丧失

我国已经制定了《环境保护法》、《森林法》、《草原法》、《野生动物保护法》、《森林和野生动物类型自然保护区管理办法》、《珍稀濒危动植物名录》等保护自然的法律和政策。我国于1956年建立了第一个自然保护区——广东鼎湖山自然保护区以来，截至2003年底，全国共建立各类自然保护区1999处，总面积达到144万km2。其中，国家级自然保护区226个，面积为89万km2，占国土面积14％以上，面积居世界第一。此外，自上世纪50年代开始的种源试验，60年代以来开展的选优-种子园等工作，收集了大批育种资源。二、基因资源的类别与特点1、栽培学分类种

(species)

：树木分类学中最基本单位，通常是指进化系统上的等级，种是进化过程上的一定阶段。类型(type)：种内发生在形态上、生理上或地理上的变异称为类型。如形态型、地理型、物候型等；品系：在育种学上，品系是指遗传性状比较稳定一致而起源于共同祖先的群体，在实际应用中，往往将某个表现较好的类型后代称之为品系。无性系(clone)：由同一株树木经无性繁殖所获得的一群个体，称为一个无性系。用来繁殖无性系的母株称为无性系原株，组成无性系的个体称为无性系分株。家系(family)：两个遗传型间交配产生的一批后代称为家系，双亲相同的后代群体叫全同胞家系(full-subfamily)，双亲中只有一方相同的后代群体叫半同胞家系(half-subfamily)。品种(cultivar)：是经过人工选育的，优良性状经过人工选育所证实,属遗传性的控制，适应一定的自然和栽培条件，遗传性状比较稳定一致，在产量和品质上符合人类要求的栽培植物群体。（1）本地基因资源在当地自然条件下，经长期培育和选择得到的优良树种、品种或类型。（2）外地基因资源2、综合分类指从国外或外地其它引入的树种、品种或类型。（3）野生基因资源自然界野生的，未经人们栽培的树种。（4）人工创造的基因资源通过杂交、诱变等方法获得的基因资源。人工创造的资源，需要通过培育、选择、鉴定，才能在生产上应用。三、基因资源的调查1、地区情况调查。包括社会和自然条件两个方面。地形、地貌、气候、土壤、植被等。2、树木概况调查。包括分布、种类、栽培历史、繁殖方法、栽培管理特点。3、树种种类、品种（变种）、类型代表株调查。包括一般情况、生物学特性、形态特征、生态性状、经济性状等。4、图表、标本制作和采集5、调查资源的整理与总结。四、基因资源的收集收集时应特别注意以下几个问题：1、收集乡土、珍贵、稀有树种和濒危树种；2、收集同树种的栽培种和野生种。3、收集和探索一些高产、抗病虫、抗逆性强的特殊类型。4、收集不同生态环境中的基因资源。5、收集古寺庙、公园、古典园林和房前屋后有价值的古树。在我国目前条件下，可考虑结合优树选择、地理种源试验的采样和优良林分的建立等进行。收集的材料要进行详细登记。收集的材料原则上可以是传递基因物种的任何器官，如种子、枝条、花粉、组培苗等。但种子是最普遍最重要的收集材料。因为它体积小，一粒种子就是一个基因型，能提供丰富的遗传变异，同时能较好地反映原始群体的遗传组成。（一）原境保存原境保存(insituconservation)是指在原来的环境或生境中对保存的对象进行保存。原境保存保存下来的不仅是原种群的基因及基因型频率，而且整个生态系统都保存下来。保存群体与原始群体都在同一生态环境中生长，没有新环境选择压的淘汰，这时保存群体与原始群体没有区别所以这种保存又称为静态保存，就象不曾发生过保存处理那样。五、基因资源的保存一般人为，要使保存的林分维持一个相对稳定的生态系统，并对原生态系统具有代表性，应维持100－1000公顷的面积，如果保存的对象是异交的散生树木，则需要至少25000个个体，才能维持群体的相对杂合性。（二）异境保存异境保存(exsituconservation)是指在区别与原始群体生态环境下的某一地点，将要进行保存的来自不同生态区的单株上采集的种子或枝条，营造集中成片的人工林，以实现基因保存。1、进化保存(evolutionaryconservation)多样性的个体，在新的环境影响下，物竞天择，适者生存，在遗传、变异和自然选择作用下，林分朝着适应的一方进化，最后保存下来的是与风土气候相适应的产物……进化保存的群体。进化保存属于动态保存，是林木基因资源保存的重要方式。进化保存的例子很多，如全分布区种源试验、种源地理变异、引种试验、多树种适地适树适品种选择等试验。选择保存是当前林木种质资源保存中的主要形式。对与分布广泛的平原阔叶散生树种，如无集中林分，轮伐期短，栽培地点世代变化很大的杨、柳、榆、槐、泡桐等树种，走选择保存的路，可能是比较现实的。选择保存也属于进化保存的范畴，只不过进化的方向不同。进化保存是朝自然选择的方向进化，其主宰作用是自然，选择保存是朝人工选择的方向进化，其主宰作用是人。两者都是在动态条件下边保存，边生长，边适应，边进化。都属于动态保存。4、选择保存(selectionconservation)选择保存是指保存的对象是由人来确定的，保存中和保存后仍不断进行选择。这种保存服务于人的既定目的，是为育种、经营或利用服务的一种保存方式。其主要目的是未来保存经济上有重要经济价值的基因或基因型免于丢失或灭绝。

（三）离体保存(invitroconservation)离体保存(invitroconservation)利用种子、根、茎和花粉等的贮藏来保存种质资源。1、种子贮藏利用种子贮藏是当前保存基因资源最容易最经济的方法。绝大多数的植物种子，可通过降低贮藏期间的温度和水分来延长它们的存活期。通过种子库保存种子。据研究，影响种子安全贮藏的主要因素是种子本身的含水量、贮藏的适宜温度和相对湿度。1972年哈林顿对植物种子贮藏条件之间的关系提出两条规律：在含水量5－14％的范围内，种子含水量每增加1％，则种子寿命减半；而温度在0－50oC范围内，种子温度每升高5oC，种子寿命减半。

一般说，种子安全贮藏的理想条件是：空气相对湿度约15％，温度-20oC或更低；空气中含氧少，含二氧化碳多，容器要密封，贮藏室保持黑暗。研究表明，在贮藏期间，如果种子发芽率不低于90％，则极长期贮藏的种子可应用700年，长期贮藏的种子可应用150年。树木种子一般30－50年即可更换一代种子。2、花粉贮藏花粉体积小，贮藏花粉要比贮藏种子或营养体要省事。但目前花粉贮藏方法还存在一些问题，在实际应用中受到限制。3、营养体贮藏

对插穗或接穗进行贮藏.贮藏树木穗条的常用温度是-2至2oC，根据贮藏的时间、植物休眠状态、和贮藏库的结构而定。在许多试验中，植物细胞和组织在液体氮温度（-196oC）下贮藏不同时期后，仍能存活并再生成完整植株。4、利用组织培养技术利用组培技术长期贮藏分生组织茎尖等，对于树木种质资源保存具有特殊价值。主要优点：遗传性比较稳定；繁殖潜力大；所需空间小等。搜集保存评价利用调查树种起源、分布、生物学特性、经济和生态性状调查确定采集种子和穗条的地点，组织考察或交换、引