第三章种质资源课件

第三章种质资源种质库（germplasmpool）：指以种为单位的群体内的全部遗传物质，它由许多个体的不同基因所组成。又称基因库。种质资源（germplasmresource）

具有种质并能繁殖的生物体的统称。或称基因资源（generesourse）。7/20/20234种质资源包括：栽培种、野生种及近缘种，人工创造的种质材料。蕴藏种质的主要材料是：植株、种子，根、茎、叶、芽等无性繁殖器官和营养器官，及愈伤组织、分生组织、花粉、合子、细胞、原生质体、以及染色体和核酸片段等。

7/20/202357/20/202367/20/202377/20/202387/20/202397/20/2023101.1种质资源的作用与现状1.1.1种质资源的作用种质资源是地球生命的基础。是人类赖以生存和发展的基础，是最为宝贵的自然财富。是利用和改良生物的物质基础，是育种的原始材料及生命科学研究的基础材料。7/20/202311

一个基因或者一个物种可以影响一个国家的有关的经济发展；一个优良的生态群落的建立可以改善一个地区的环境。实例：野生稻雄性败育基因矮杆基因（绿色革命）野生马铃薯抗晚疫病基因7/20/202312提供各种工业原料、医药品，在娱乐、旅游业中也起着重要作用。

拥有种质资源的数量和质量，以及对其研究的程度是决定育种效果的重要条件，也是衡量一个国家或研究单位育种水平的重要标志。7/20/202313生态系统多样性热带雨林、常绿阔叶林、温带落叶阔叶林、寒带针叶林、红树林、草原、高寒草甸、...

7/20/202314生态系统多样性7/20/2023151.1.2种质资源的现状与存在问题（1）发展理念的误区造成种质资源的遗传侵蚀

人类对品种良种化和遗传一致性的要求，使传统的品种被改良品种所取代，并使之加速灭绝。减少了种质资源遗传多样性。更大的一致性倾向或遗传单一性增加了主要作物对流行性病虫害潜在的遗传脆弱性。7/20/202316地质史上已发生过5次自然大灭绝(Wilson,1989)原因：地质变化和大灾变；地球又一次进入大灭绝时期，当代物种灭绝速度比自然灭绝速度快1000倍(Wilson,1989)！有花植物中约有5％~10％的物种处于受威胁或濒危之中（陈心启等,1998）

1个物种灭绝可能影响到几十个物种的生存。生物多样性保育的紧迫性7/20/202317人类对资源的需求日趋增长，逐渐造成生态环境的破坏和生物资源流失。如大量采挖野生资源。大量砍伐和焚烧森林，过度放牧，使大量野生动物、植物失去栖生、繁衍的场所。（2）人类活动及现代科技的发展对种质资源的影响7/20/202318城市、工矿的发展占用大量绿地，植被的破坏加剧了生态环境的恶化，反过来又导致了生物资源的进一步流失，形成了恶性循环。现代科技的迅猛发展产生了某些负面的影响。农业机械的广泛应用，使不适应现代机械要求的品种有逐步消失的危险;化学肥料和农药的大规模使用，造成大量种质资源减少,用飞机喷撒农药，使野生资源也受到损失;生物工程的安全性等。B7/20/2023191.2种质资源的类型和特点按其来源分类种质资源的类别：本地的种质资源外地的种质资源野生的种质资源人工创造的种质资源7/20/2023201.2种质资源的类型和特点按其来源分类亲缘关系分类种质资源的类别：植物学分类：科、属、种7/20/2023211.2种质资源的类型和特点按其来源分类亲缘关系分类育种实用性分类种质资源的类别：现代优良品种或高产品种、主要商品品种、次要品种、具有特长的、过时类型、育种材料、突变体、原始类型、野草类和野生种十类。

7/20/2023221.2种质资源的类型和特点按其来源分类亲缘关系分类育种实用性分类生态类型分类、用途分类种质资源的类别：地方品种、主栽品种、原始栽培类型、野生种及近缘种、育种材料种质资源的类型及性质来分类7/20/2023231.2.1地方品种指那些在局部地区内栽培的品种，或古老的农家品种是长期自然选择和人工选择的结果。特定的适应性和抗逆性强适合当地特殊的饮食或观赏消费习惯和栽培习惯大多没有经过现代育种技术的改良。7/20/202324有些材料虽有明显缺点，但往往具有某些罕见的特性，以及具备一些在目前看来虽然并不重要的特殊经济价值。往往因优良新品种的推广而被淘汰（特别是过时的或极为零星分散的品种）。是最重要的，具极大遗传价值和育种潜力的种质资源。7/20/2023251.2.2主栽品种经由现代育种技术改良过的品种，或称改良品种。遗传多样性较地方品种单一，即基因库较狭窄。适应当前新的消费习惯和生产方式。具有较好的丰产性和较广的适应性及抗逆性。但外地或外国引入的品种对本国（地）的特殊气候条件的适应性差于本国（地）的主栽品种它们是育种的基本材料。7/20/2023261.2.3原始栽培类型具有原始农业性状的类型。是现代栽培作物的原始种或参与种，是经数千年的发展而产生的。不少原始栽培类型已经绝灭。现今往往要在人们不容易到达的地区才能搜集到。基因库丰富，对本地区气候条件适应性强。是难得的育种材料。7/20/2023271.2.4野生种及近缘种野生种是生物进化长期自然选择的的结果栽培作物近缘种是介于栽培和野生类型之间的不同程度的过渡类型，是人工选择的成果。具备生物多样性,常带有作物所缺少的某些抗逆基因，在育种上往往作为抗源资源加以利用。7/20/202328在生产上有些野生近缘种也作为嫁接砧木加以利用。由于人类对生态环境的不断干扰和破坏，很多野生近缘种已从开垦地上退走，有些种已濒于灭绝。它是生物科学及植物育种的源泉。7/20/2023291.2.5人工育种材料各种育种途径的中间材料。如这种材料可以是杂种后代、物理化学诱变育成的突变体，人工诱变的多倍体、体细胞融合材料、远缘杂交材料、转基因材料等等，有人称之为育种中间材料。虽然它们具有某些缺点，而不能成为新的品种，但因具有一些明显的优良性状，仍不失为一种优良的亲本或种质资源。这类材料，因育种工作的不断发展会日益增加，这样会大大丰富种质资源的遗传多样性。B7/20/2023301．3园艺作物的起源和进化远古时期的地理隔离野生植物就地驯化变种和品种全世界形成了不同的作物起源中心社会发展商业、旅游及战争各起源中心作物向着中心以外传播逐渐演化成现今世界园艺作物分布的现状野生植物人类采集移栽选择杂交和培育栽培品种7/20/2023311.3.1瓦维洛夫的作物起源中心学说（theoryoforigincenterofcrops）较系统地对作物起源中心研究分类影响较大的有三大系统：即德坎多尔的“三大起源中心论”瓦维洛夫的“八大起源中心论”和茹考夫斯基的“十二大起源中心论”。7/20/202332瓦维洛夫的起源中心学说1920-1940年间，苏联瓦维洛夫考察队跨亚、欧、非、美洲60多个国家，先后180次，搜集了25万余份植物材料。于1935年发表了《育种的理论基础》一书，提出栽培植物起源中心学说，并首次绘制了栽培植物起源中心图。7/20/2023337/20/2023341.3.1.1作物起源中心学说的主要内容提出主要世界作物八大起源中心（centeroforiginofcrops），及其地理分布和植物种类和特点。作物起源中心有两个主要特征即基因的多样性和显性基因的频率较高，又名为基因中心或变异多样化中心7/20/2023351.3.1.1作物起源中心的主要内容最初始的起源地称为初生起源中心（primaryorigincenter）往往是作物显性性状和最大遗传多样性的聚集地区。作物由初生起源中心地向外扩散到一定范围时，在边缘地又会因作物本身的自交和自然隔离而形成新的隐性基因控制的多样化地区，即为次生起源中心（secondaryorigincenter）。常常具有可利用价值的性状，如种子、果实增大等。7/20/202336在一定的生态环境中，在相近植物的遗传变异性中出现平行现象。即同源平行变异律（lawofparallelvariation）。同源平行变异律在作物选育和引种中有重要的指导意义。7/20/2023371.3.1.1作物起源中心的主要内容提出主要世界作物八大起源中心作物起源中心有两个主要特征（基因的多样性和显性基因的频率较高）起源中心分为初生起源中心次生起源中心同源平行变异律总结：7/20/2023381.3.1.2世界8个作物起源中心（1）中国起源中心或东亚起源中心，主要是中国，其次有日本、朝鲜主要起源的园艺作物如：桃、杏、梅、樱桃、山楂、枣、银杏、柿、榛、甜橙、香橙、枇杷、龙眼、荔枝、柚、不结球白菜、大白菜、葱、莴笋、丝瓜、茼蒿、牡丹、芍药、菊花等。7/20/202339（2）印度起源中心包括缅甸和阿萨姆（印度东部的省）。主要起源的园艺作物如：芒果、桔、柠檬、枸橼、椰子、茄子、苦瓜、葫芦、丝瓜、蛇瓜、虎尾兰等。（2a）印度一马来亚起源中心（印度起源中心的补充）包括马亚群岛，一些大岛屿如爪哇、婆罗州、苏门答腊以及菲律宾和印度支那。主要起源的园艺作物如：穗桔、棕榈槟榔、面包树、柚、依兰、硕竹、豆蔻等。7/20/202340（3）中亚起源中心包括印度西北部、克什米尔、阿富汗、塔吉克和乌兹别克。主要起源的园艺作物如：胡萝卜、洋葱、大蒜、菠菜、杏、梨、扁桃、枣、葡萄、胡桃、阿月浑子等（4）近东起源中心包括小亚细亚、伊朗、外高加索。主要起源的园艺作物如：无花果、石榴、葡萄、苹果、柿、梨、胡桃、扁桃、欧洲甜樱桃、欧榛、莴苣、韭葱、甜菜、南瓜、胡萝卜、甘蓝、香芹菜、月桂、罂粟、番红花等。7/20/202341（5）地中海起源中心包括地中海沿岸地区。主要起源的园艺作物如：油橄榄、甘蓝、芹菜、茴香、大蒜、洋葱、萝卜、黑芥、白芥、石刁柏、月桂、大马士革蔷薇、鸢尾等。（6）埃塞俄比亚起源中心包括埃塞俄比亚和厄立特里亚山区。主要起源的园艺作物如：埃塞俄比亚芭蕉、咖啡、油棕、西瓜、豇豆、芫荽、秋葵等。7/20/202342（7）墨西哥—中美起源中心包括墨西哥—中美所属地区。主要起源的园艺作物如：木瓜、番石榴、番茄、辣椒、菜豆、南瓜、仙人掌、龙舌兰、虎皮兰等。（8）南美起源中心包括秘鲁、厄瓜多尔、玻利维亚。主要起源的园艺作物如：西番莲、番荔枝、番石榴、马铃薯、番茄、辣椒、南瓜等。7/20/202343（8a）智利亚中心主要起源的园艺作物如：马铃薯、草莓等。（8b）巴西—巴拉圭亚中心主要起源的园艺作物如：番樱桃、风梨、西番莲等

7/20/2023447/20/202345表1-1原产于中国的主要园艺作物种类国内栽培历史年）种类国内栽培历史年）种类国内栽培历史年）种类国内栽培历史年）桃>1300大白菜>1400芋（4）>2400白兰花>1000杏>2600叶芥>2600薹菜>1500菊花>3000中国李>2600大葱>2600芥蓝>800月季>2000白梨>2600茭白>2100根芥>400桂花>1800砂梨>2600菱>3000蕹菜>1600翠菊>1000山楂>2000莲藕>2500慈姑>2100百合>1500柿>1800萝卜>2200萱草>3000腊梅>2000枣>2300姜>2000中国兰花>2000芍药>4000板栗>2300茎芥>1000梅花>2000山茶>1400猕猴桃>1200毛豆>5000牡丹>2000丁香>1000荔枝>2000冬瓜>2000杜鹃>1500水仙>2000枇杷>1700苘蒿>900玉簪>2000不结球白菜>1500荸荠>2100凤仙花>400B7/20/2023461.4种质资源的搜集与保存国务院办公厅于2004年25号文发布“关于加强生物物种资源保护和管理的通知”要求各地区、各有关部门充分认识生物物种资源保护和管理的重要性和紧迫性，开展生物物种资源调查，做好生物物种资源编目工作，制定生物物种资源保护与利用规划，加强生物物种资源保护基础能力建设、管理制度建设和科学研究等。2004年，江苏省政府办公厅根据《国办通知》，颁布了《省政府办公厅关于加强生物物种资源保护和管理工作的通知》。7/20/2023471.4种质资源的搜集与保存1.4.1种质资源的调查1.4.1.1种质资源调查的目的和意义摸清当地的园艺资源，可以直接或间接地应用于生产。为园艺作物发展规划或品种区域化提供资料。编写园艺作物志，或整理成文献。为资源的搜集、保存和研究利用提供了信息。7/20/2023481.4.1.2种质资源调查的主要内容地区情况调查:社会经济和自然(地形、气象、土壤、植被等)园艺资源概况调查:栽培历史和分布，种类和品种，繁殖方法和栽培管理，生产供销和利用及存在的问题和提出的要求。园艺种类品种调查:

记载种类和品种的一般概况，生物学特性，形态特征，经济性状以及某些潜在的可利用价值等。标本资料采集和制作:对植物的根、茎、叶、花、果等器官进行录相或绘图，成分分析和标本的制作。资源调查整理和总结做好最后的资料整理和总结分析工作。7/20/2023491.4.2种质资源的搜集根据需要和目的，有针对性地搜集种质资源。对需要的种质资源要采用一切必要途径进行搜集。如，通讯联系、现场引种。组织考察队进行搜集。种苗的搜集要遵照种苗的调拨制度。要求质量高、典型、有生活力，以便繁殖和保存。一定要注意检疫。搜集时应由近及远，从本地到外地，逐步进行搜集。集时要做到细致、无误、分类，不重复、不遗漏。1.4.2.1种质资源搜集的一般原则7/20/2023501.4.2.2种质资源搜集的方法（1）当地种质资源的搜集

主要是当地的优良品种或品系，不用鉴定或生态适应等问题，只要采用适当的材料就地保存即可。

7/20/2023511.4.2.2种质资源搜集的方法（1）当地种质资源的搜集

（2）野生种质资源的搜集

必须搜集本属内每个种的野生植物，获取属内全部的有利基因。搜集区域应注重种类丰富的遗传多样性中心和经常出现某些特异性状的地区。搜集时间以花期或果实成熟期为宜，有利于材料开花结果习性，果实经济性状等性状的鉴定。搜集这类种质时应注意某些特定性状，特别是经济性状和抗性。特别是在恶劣的气候条件下依然生存的植株。7/20/2023521.4.2.2种质资源搜集的方法（1）当地种质资源的搜集

（2）野生种质资源的搜集

（3）外地种质资源的搜集

是指从国内外其它地区引入种质资源，简单引种或驯化引种。搜集时要调查两地生态环境，一般来讲，驯化引种必须搜集种子，简单引种可引进接穗或无性繁殖材料。搜集时一定要严格遵守检疫和编号登记制度搜集后的外地种质要多点试验，再进行大规模推广。7/20/2023531.4.3种质资源的整理搜集到的种质资源将样本对照现场记录，进行初步整理归类，将同物异名者合并，将同名异物者予以订正。给以科学的登记和编号，包括统一编号、品种名称、原产地、来源地、保存单位，或用以查找重复和定位号等项目以便为保存和进一步研究提供依据。7/20/2023541.4.4种质资源的保存是指利用天然或人工创造的适宜环境保存种质资源。防止资源流失，便于研究利用。保存的种质资源主要包括以下几个方面：（1）主栽品种、地方品种、过时品种、原始栽培类型、野生近缘种、育种材料等。（2）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。（3）尚未很好改良利用，但具有潜在利用价值的种质。7/20/202355

种质资源保存的方式（1）就地保存指在园艺植物生长所处的自然环境中采取措施，来保护和保存种质资源。建立自然保护区、人为圈护古树和名花。

可可西里自然保护区贵州茂兰自然保护区自然保护区7/20/2023567/20/202357（2）迁地保存（种植保存、资源圃保存）指将园艺植物由原产地或次生地整株迁离，移栽在资源圃等圃中加以保存。

建立诸如园艺种质资源圃、品种园、植物观赏园、原始材料圃。

主要适用于无性繁殖园艺植物的保存。广东省农业科学院果树研究所资源圃目前收集保存国内外香蕉种质215份，

还收集了国内外柑桔、龙眼、番石榴、木瓜、芒果、西番莲、杨桃、菠萝、树菠萝、枇杷、黄皮等优良果树种质资源，其中柑桔种质资源共有30份，龙眼50份、枇杷32份，芒果46份，菠萝29个品种（品系），橄榄31份，板栗18份，柿18份，其他49份，共23个树种，303份种质资源。7/20/202358（3）种子保存

建立植物种子库保存种子，这是目前以种子为繁殖材料的植物应用最普通的资源保存方法。

正常性种子（orthodox）种子含水量干燥到5％或更低，但不影响其寿命，这类种子为正常性种子。一般的粮食、蔬菜和花卉种子都是正常性种子。顽拗性（recalitrant）种子顽拗性种子大多是产于热带、亚热带植物及水生植物的种子，如：枇杷、荔枝、芒果、鳄梨、菠萝蜜、番樱桃、茭白等的种子在干燥过程中往往发生脱水损害，其含水量降低到12~31％之间时，就会迅速降低活力，甚至全部死亡。7/20/202359种子的寿命

种子的寿命决定于植物的遗传外，影响种子寿命的主要环境因素是贮存湿度和温度。不同植物的种子寿命对温度和湿度的反应有所差异，一般种子含水量在8％以下，密封在薄铁罐或玻璃容器内放在阴凉室内，多数种子可保持生活力10年左右。7/20/202360保存种子的种质库的类型

短期库任务是临时贮存应用材料，并分发种子供研究、鉴定、利用，库温10~20℃，相对湿度45~60％，种子存入纸袋或布袋，一般可存放5年左右。

7/20/202361保存种子的种质库的类型

短期库中期库任务是繁殖更新，对种质进行描述鉴定、记录存档，向育种家提供种子，库温0~10℃，相对湿度60％以下，种子含水量8％左右，种子存入防潮布袋，硅胶的聚乙烯瓶或螺旋口铁罐，要求安全贮存10~20年；7/20/202362保存种子的种质库的类型

短期库中期库长期库是中期库的后盾，防备中期库种质丢失，一般不分发种子；为确保遗传完整性，只有在必要时才进行繁殖更新，库温在-10℃，-18℃或-20℃，相对湿度50％以下，种子含水量5％~8％，种子存入盒口密封的种子盒内，每5~10年检测种子发芽力，要求能安全贮存种子50~100年。国家种质库

7/20/202363一般用于多年生无性繁殖植物、水生植物和其它种子为顽拗性的种类。可以生态习性分，如水生植物资源圃。或以科或属为单位，如梨属、山茶属、杜鹃属等各类植物的资源圃。（4）资源圃种质保存7/20/202364（5）离体保存

离体条件下，保存植物的细胞、组织或器官等方式保存种质资源。最适合的植物：顽拗性植物、水生植物和无性繁殖植物的种质资源离体保存。7/20/202365（6）基因文库保存

B从植物中提取大分子量的DNA，用限制性内切酶将其切成许多DNA片段。然后再通过载体把该DNA片段转移到繁殖速度快的大肠杆菌中去，通过大肠杆菌的无性繁殖，产生大量的、生物体中的单拷贝基因。不仅可以长期保存该物种的遗传资源，而且还可以通过反复的培养繁殖、筛选，来获得各种基因。7/20/2023661.5种质资源的评价与利用1.5.1种质资源的鉴定对搜集保存的资源进行全面的性状鉴定和研究，作出科学评价。可以说知之越深则用之越当。种质资源鉴定技术经历了从外部形态到内部生化，最后深入到DNA的三个研究层次。目前，种质资源鉴定技术正朝着综合化、自动化、计算机化的方向发展。7/20/202367表1-2种质资源鉴定技术分类研究层次鉴定依据鉴定方法、技术备注形态学形态特征种子形态特征鉴定法幼苗形态特征鉴定法植株形态特征鉴定法直观、经济栽培学栽培性状栽培性状鉴定法分辨率低细胞学染色体特征染色体计数鉴定法染色体核型鉴定法标记少解剖学组织构造特征种皮解剖鉴定法果皮解剖鉴定法根皮率鉴定法分辨率低物理学荧光特性超显微结构特征电导性荧光鉴定法荧光扫描图谱鉴定法花粉电镜扫描鉴定法电阻、电导率鉴定法分辨率低标记少稳定性差7/20/202368表1-2种质资源鉴定技术分类（续表）生理学生理反应激素反应敏感性鉴定法光周期反应鉴定法缺矿质元素反应鉴定法稳定性差稳定性差标记少化学化学成分色谱鉴定法层析鉴定法酚类染色鉴定法碘化钾鉴定法次生物质鉴定法多态性低多态性低多态性低多态性低生物化学蛋白质生化特性同工酶电泳鉴定法醇溶蛋白电泳鉴定法谷蛋白电泳鉴定法多态性较强分子生物学DNA序列差异RFLP技术鉴定法RAPD技术鉴定法SSR技术鉴定法AFLP技术鉴定法原位杂交技术鉴定法多态性高精度高标记多7/20/2023691.5.2种质资源的评价在搜集、保存、研究鉴定种质资源的基础上，对种质资源进行恰如其分的评价，是有效合理地利用种质资源的重要前提。评价涉及到多层次的研究领域，需要多个学科协作完成，国际标准化以及编码化的种质资源的评价体系和有效的操作程序。7/20/202370所基因库研究所计算机化数据室外单位赠予田间搜集增殖复份样品送其它长期保存中心登记性状描述全面评价交流学科评价遗传学细胞学植物化学生理学等农艺评价抗病性抗逆性丰产性品质鉴定发芽生长

基因库

研究所计算机化数据室基因库登记资源的评价及操作程序（CGIAR，1982

7/20/2023711.5.3种质资源的利用园艺资源的直接利用如许多野生种、近缘野生种或半栽培种园艺材料经过鉴定评价后直接用作砧木或观赏植物

园艺资源的间接利用可以作为育种原始材料加以利用。特别是近缘野生种综合性状较差或很差，但往往有着某些潜在的育种利用价值，如抗逆性很强等特性。7/20/2023721.6种质资源的创新种质创新（germplasmenhancement）泛指人们利用各种变异，通过人工选择的方法，根据不同目的而创造成的新作物、新品种、新类型、新材料。广义的种质创新除了上述含义外还应包括种质拓展（germplasmdevelopment），指使种质具有较多的优良性状，如将高产与优质结合起来；以及种质改进（germplasmimprovement）泛指改进种质的某一性状。