园林植物育种学-园林植物种质资源

其次章园林植物种质资源本章教学目的和要求正确理解园林植物种质资源的概念。把握园林植物种质资源的分类、调查、收集与保存方法。本章教学重点和难点重点：1．园林植物种质资源的概念与分类。2．园林植物种质资源的调查、收集及保存方法。难点：种质资源的概念以及园林植物种质资源的争论、评价与创。教学内容：第一节种质资源的概念及其争论意义一、种质资源的有关概念种质〔Germplasm〕：传物质总体。种质资源〔Germplasmresources〕：携带种质的载体。可以是群体、个体，也可以是器官、组织、细胞、个别染色体乃至DNA片断。即种质应包括群体、个体、配子及分子等不同水平的种质。〔Germplasmresourcesoflandscapeplants〕：指包含肯定的遗括野生种、半野生种和各种栽培类型。其他有关概念绝灭种〔extinctspecies〕：指已有过文字记载，或在发表的资料中做过具体描述，但在目前的自然分布范围内，这种植物个体已找不到种群。濒危种：一种植物从前在它的整个分布区或某个分布区，是一个重要组成局部，但目前已处于有绝灭危急的境地。渐危种：某些植物由于人为或自然的缘由，可预见它在整个分布区或某个分布区的重要位置会发生变化，很可能成为濒危种类。稀有种：指特有的单种科、单种属或少种属的代表植物，它们在自己的分布区数量少，有的种类可能群居在一起，有的则零星分布，但未处于灭亡的境地。术语辨析：种质资源〔Germplasmresources〕；遗传资源〔Geneticresources〕；基因资源〔Generesources〕基因库〔genepools〕：某一物种所包含的形形色色基因的总和。品种资源：培育品种的原材料。20世纪60年月以前的种质资源概念。二、种质资源的争论意义．种质资源是开展育种工作的物质根底没有好的种质资源，就不行能育成好的品种；植物育种进展进程的事实说明，突破性成就打算于关键性基因资源的觉察和利用。如现代月季的育种实践。．种质资源是不断进展赏识植物的主要来源据统计，全球植物有35～40万种，其中1/6具有赏识性；这些花卉植物有很多还处于野生状态，尚待人们对其进展调查、收集、保存、争论和利用。我国野生的赏识植物资源极为丰富，通过引种、驯化，选拔野花进花园。植物种质资源是人类的贵重财宝。JRHarlan〔1970〕“人类的命运将”。三、保护种质资源的迫切性．植物种质资源的多样性面临着严峻危机植物种质资源的多样性包括生态系统多样性、种间多样性和种内遗传多样性三个水平，其中前者是后二者的前提。环境恶化ó森林破坏ó物种灭亡ó食物链断裂．种质资源多样性的流失与农业特别是育种工作中的缺乏远见有直接关系1950年“绿色革命”e成就＋成千上万贵重的种质资源和地方品种消逝Canada：60％的小麦4个品种；96％的油菜4个品种；70％的玉米6个品种遗传根底狭窄化，适应性脆弱．抢救种质资源刻不容缓其次节植物起源中心与我国园林植物种质资源一、世界栽培植物起源中心1．瓦维洛夫的作物起源中心学说〔theoryofcenterofcroporigin〕前苏联植物学家瓦维洛夫〔Vavilov〕从1920年～1940年，先后180次，对60多个国家和地区进展广泛的植物考察和收集，通过形态学、解剖学、分类学、细胞学和遗传学分析，杂交和育种试验以及种、变种和栽培植物变异多样性的地理分布争论，于1926年发表《栽培植物起源的争论》。提出：“物种形成的地理局部化”：物种的多样性在地球上的分布是不均匀的“栽培植物的起源中心”：古代文明发源地1935年，将全球的栽培植物划分为八大初生起源中心和3个亚中心：〕中国起源中心〔东亚起源中心〕：石竹、报春、百合、牡丹、芍药、菊花、山茶、梅花、蜡梅、银杏、樟树、刚竹等〕印度起源中心：海芋、椰子、印度橡皮树、虎尾兰、依兰等马来西亚亚中心：柚、槟榔、面包果、依兰等〕中亚起源中心〔阿富汗、塔吉克、乌兹别克等〕：豌豆、杏、西洋梨、苹果、阿月浑子、胡桃等〕近东起源中心〔小亚细亚、伊朗、外高加索〕：无花果、石榴、罂粟、番红花、郁金香、鸢尾等〕地中海起源中心：熏衣草、油橄榄、突厥蔷薇、仙客来、风信子、锥花丝石竹、球根鸢尾等〕埃塞俄比亚〔阿比西尼亚〕起源中心：黄秋葵、咖啡、油棕、芦荟、景天、伽蓝菜等〕中美起源中心〔墨西哥及中美洲〕：万寿菊、百日草、仙人掌、大丽花、一品红等〕南美起源中心〔秘鲁、厄瓜多尔、玻利维亚等〕：西番莲、番石榴、六出花、花烛、朱顶红等智利亚中心：马铃薯、草莓等巴西－巴拉圭亚中心：番樱桃、凤梨、西番莲等2．“”的进展〕哈兰〔JRHarlan,1971〕认为：有些作物的起源中心和变异中心并不全都，作物的起源和变异要综合空间和时间来论证。相符：中东、华北、中美地区〔作物起源中心〕不相符：非洲、东南亚、南美—东印度群岛〔非中心〕亚热带、温带中心与热带非中心相对应〔Zhukovsky,1970将8个起源中心进展为12个100多处。地区范围扩大：如埃塞俄比亚中心e非洲中心马来西亚亚中心e印尼—印支起源中心增欧洲—西伯尼亚、澳大利亚、北美三个中心转变了作物起源中心的概念〕1975年，茹考夫斯基和吉文〔A．C．Zeven〕合编了《栽培植物及其多样性中心》，将栽培植物的起源中心改称为“栽培植物的多样性中心”。〕1982年，吉文与韦特〔Wet〕又将“多样性中心”一词改为“多样性地区”，使瓦维洛夫的学说得到了进展。二、我国园林植物种质资源概况我国园林植物种质资源的特点：〕种类繁多、变异丰富8000种。我国原产的植物资源不仅数量多，而且变异广泛、类型丰富。如圆柏〔偃柏、鹿角〔〔7-8月〕、中山〔4-6月〕、低山〔2-3月〕等〕。〕分布集中在相对较小的范围内，集中分布众多的种类。如：兰属世界有50余种，我国云南省就有33种；百合属世界共80余种，我国产42种，云南23种；台湾〔“自然植物园”〕35771/4为该地区特有。〕特点突出、遗传性好在假设干科、属、种上绝无仅有。如银杏、金钱松、水杉、珙桐、杜仲、金花茶等。早花种类与品种多，四季开花种与品种多，花有芳香的种与品种多，特点优异突出的种与品种多，抗逆性强的种与品种多。×美国板栗，解决了板栗疫病的危机。我国园林植物种质资源的现状〕面临的危机布局不合理；濒危物种尚待抢救；家底不清，品种混杂；良种失传，品种退化。花卉资源大国没有成为花卉产业大国！〕应有的工作种质资源的考察；种质资源圃的建立；种质资源的收集和保存种质资源信息库的建立；种质资源的争论；种质资源的创与品种培育第三节种质资源的分类、调查、收集与保存一、种质资源的分类依据来源可将园林植物种质资源分为本地种质资源、外地种质资源、野生种质资源和人工制造的种质资源。本地种质资源：指在当地的自然和栽培条件下，经长期的栽培与选育而得到的植物品种和类型。地方品种特点：对当地的自然和栽培条件具有高度的适应性与抗逆性；由于长期生长在相像的环境下，遗传性较保守，对不同环境的适应范围较窄；选育品种最主要、最根本的原始材料。外地种质资源：由国内其它地区或国外引进的植物品种和类型。特点：因其来自国内外不同的生境，具有多种多样的生物学和经济学上的遗传性状；对本地的自然与栽培条件适应力量相对较差；改进本地品种的重要材料。野生种质资源：未经人们栽培的自然界野生的园林植物。特点：长期自然选择的结果，具有高度的适应性和丰富的抗性基因，如耐瘠薄、抗寒、抗旱、抗盐碱、抗病虫害等；经济性较差；砧木与抗性育种的重要资源。人工制造的种质资源：人工应用杂交、诱变等方法所获得的变异类型。特点：具有比自然资源中更、更丰富的遗传性状，是进一步育种的贵重遗传资源。二、种质资源的调查调查前的预备组织预备：依据考察任务的大小成立考察小组，一般2-4人。收集资料：气候、地形、土壤、植被、交通、人文地理、植物的生活史、物候、分布带、有关种的分化演化、生长地区、种的鉴定等。调查方法与步骤〕选择考察地点与路线〕实地调查记录：调查者姓名、日期、地点、海拔、坡向、坡度、土壤、地下水位、种名、数量、主要性状、群落的种类组成、拍照等〕资料的整理与总结〔编写调查说明书〕调查的主要内容〕品种资源的复查〕野生花卉种质资源的调查〕种类品种代表植株的调查一般概况：来源、栽培历史、分布特点、生产反响等生物学特性：生长开花习性、物候期、抗性等形态特征：植株、茎、叶、花、果实、种子等赏识与经济性状：产量、品质、用途等三、种质资源的收集种质资源收集的原则依据收集的目的和要求、单位的具体条件和任务，确定收集的对象，包括类别和数量；收集范围由近及远，依据需要先后进展；种苗的收集应遵照种苗调拨制度的规定，留意检疫；收集工作应细致周到、清楚无误，做好登记核对，尽量避开材料的重复和遗漏。种质资源收集的方法〕直接收集收集的材料：种子、枝条、植株、球根、花粉等收集数量：充分保持育种材料的变异性收集方式：专业队伍与当地的单位或群众结合收集材料的整理、分类、编号登记：收集日期、地点，收集者姓名、单位，植物材料名称、产地自然环境或栽培条件、分布特点、生殖方法、形态、生物学特性、经济性状等〕交换、购置主要有针对性地收集我国缺少的园林植物品种资源，对于国外引种的材料，要留意严格检疫，并隔离试种。conversation〕利用自然或人工制造的适宜环境保存种质资源。作用：防止资源流失，便于争论和利用。保存方法：就地保存、异地种植保存、种子保存、离体试管保存和基因文库保存等。．就地保存：在资源植物的产地，通过保护其生态环境到达保存资源的目的。如各类自然保护区。优点：保存原有的生态环境与生物多样性；保存费用较低缺点：易受自然灾难．异地种植保存：选择与资源植物生态环境相近的地段建立异地保存基地，有效地保存种质资源；可分级分类建立，集中与分散相结合。如植物园、树木园、花圃、品种资源圃等。优点：基因型集中、比较安全、治理争论便利缺点：费用较高、基因易发生混杂．种子保存：是以种子为生殖材料的种类最简便、最经济、应用最普遍的资源保存方法。优点：种子简洁采集、数量大而体积小，便于贮存、包装、运输、分发。〕种子的类型正常型〔orthodoxtype〕种子：通过适当降低种子含水量，降低贮存温度可以显著延长其贮存时期的一类种子。顽拗型〔recalcitranttype〕种子：在枯燥、低温的条件下反而会快速丧失生活力的一类种子。如核桃、栗、榛、椰子、番樱桃、山竹子、油棕、南洋杉、七叶树、杨、柳、枫、栎、樟、茶、佛手、菱筹。一般不便于种子保存。〕保存方法：贮藏保存：通过掌握贮藏条件来保存资源种子的生活力。贮藏条件：低温、枯燥、密封三种贮藏库：短期库、中期库和长期库①短期库：又称“工作收集”〔workingcollection〕。任务：临时贮存应用材料，并分发种子供争论、鉴定、利用。要求：库温10~15℃或稍高，R．H．50%~60%，种子存入纸袋或布袋，一般可存放5年左右。②中期库：又称“活泼库”。任务：生殖更，对种质进展描述鉴定、记录存档，向育种家供给种子。要求：库温0~10℃，R．H．60%以下，种子含水量8%左右，种子存入防潮10～20年。③长期库：又称“根底收集”〔basecollection〕任务：中期库的后盾，防范中期库种质丧失，一般不分发种子；为确保遗传完整性，只有在必要时才进展生殖更。-10-18℃或-20R．H50%5%~8%，存入密封的种子盒内，每5~1050～100年。4．离体试管保存：适用于顽拗型植物、水生植物和无性生殖植物。必要性：田间保存要求大量土地和常常治理；无性生殖器官如球茎等不适于长期保存，需要频繁地进展生殖更。离体试管保存的方法：缓慢生长离体保存和超低温保存。1〕缓慢生长离体保存如：甘薯腋芽培育物在温度从28℃降到226周增加到55周，承受防止培育基蒸发的措施后，使继代培育期限增加到83周。在培育基中参加化学抑制剂如甘露醇，或激素类物质如脱落酸可提高延缓效果。木薯茎尖培育物在温度从30℃下降到202％蔗糖和mg/LBA，保存15个月后存活率仍能到达95％。将草莓从分生组织培育的小植株保存在4℃无光的冰箱中，3个月检查一次，发现枯燥时参加1-2滴颖培育液，保存6年后，用这些小植株培育的草莓发育正常。用上述方法保存的试管苗进展继代培育，可马上恢复生长。但由于有时需继代培育和中期保存。2〕超低温保存〔Cryopreservation〕：是指在-80℃〔干冰温度〕以下的超低温中保存种质的技术，通常使用液氮〔-196℃〕保存，或称LN保存。超低温保存的特点：在超低温条件下，细胞的整个代谢和生长活动根本或者完全停顿，保证不会引起遗传性状的变异，便于长期保存。超低温保存的原理：通过承受适当的冰冻保护剂、降温速度和化冻方式，使生物细胞在降温顺解冻过程中避开细胞内结冰，从而不受损伤或受到较小的损伤。超低温保存的一般程序：①培育材料的选择与预生长：细胞〔培育5-9天的幼龄细胞、指数生长期〕，芽〔冬芽〕；LETowill〔1981〕2天左右可明显提高在液氮中保存茎尖的存活率。②预处理〔冰冻保护〕：用冰冻保护剂处理培育物。〔cryoprotectiveagentCPADMSO〔二甲基亚砜〕、甘油、乙二醇〔EG〕、乙酰胺、丙二醇〔PG〕等，多属低分子中性物程，到达保护的目的；非渗透型冰冻保护剂：聚乙烯吡咯烷酮〔polyvingylpyrollidone，PVP〕、蔗糖〔sucrose〕、葡聚糖〔dextrane〕、聚乙二醇〔polyethyleneglycol，PEG〕、白蛋白〔albumin〕、羟乙基淀粉〔hydroxyethylstarch，HES〕〔电解质〕浓度，从而起到保护作用。③冰冻：关键在于降温速度快速冰冻法：将经冷冻保护处理后的材料直接投入液氮中。慢速冰冻法：以每分钟下降0．1-10℃的速度降温。两步冰冻法：先用慢速法降到肯定温度，使细胞到达适当的保护性脱水，再投入液氮中快速冰冻。④保存：短期和中期保存〔-80℃至-100℃〕；长期保存〔-196℃〕⑤化冻与恢复生长快速化冻：35-40℃温水中进展，多数承受此法。慢速化冻：0℃或2-3℃或室温下进展，保存冬芽者多承受该法。⑥生活力与变异检测再培育：依据培育物颜色的变化进展推断荧光染色法：0．1%的二醋酸酯荧光素TTC法：2,3,5-三苯基四氮唑氯化物复原法超低温保存的方法：①传统的降温冰冻方法：快速冰冻法、慢速冰冻法、两步法、逐级冰冻法②玻璃化保存方法：玻璃化法、包埋玻璃化法玻璃化〔vitrification〕是指液体转变为非晶体〔玻璃态〕的固化过程。使溶液玻璃化有两条途径：一是大幅度提高冷却速率；二是增加溶液浓度。玻璃化法：将生物材料经高浓度的玻璃化溶液快速脱水后，直接投入液氮，使生物材料连同玻璃化溶液发生玻璃化转变，进入玻璃态。包埋玻璃化法：是包埋－脱水法和玻璃化法的结合。保存材料先用藻酸钙包埋，然后经蔗糖浓度梯度脱水和玻璃化溶液处理后直接浸入液氮保存。③其他超低温保存方法枯燥法〔desiccation〕预培育法〔pregrowth〕预培育枯燥法(pregrowth-desiccation)包埋脱水法〔encapsulation-dehydration〕5．基因文库保存〔g