园艺植物育种学：第三章 种质资源-1

山东农业大学园艺科学与工程学院山东农业大学园艺科学与工程学院第三章第三章 种质资源种质资源 第三章第三章 种质资源种质资源一、种质资源的概念及意义一、种质资源的概念及意义二、作物起源中心二、作物起源中心三三、种质资源的收集与保存、种质资源的收集与保存四四、种质资源的评价（研究）、种质资源的评价（研究）五五、种质资源的创新与利用、种质资源的创新与利用 山东农业大学园艺科学与工程学院山东农业大学园艺科学与工程学院第三章第三章 种质资源种质资源一、种质资源的概念及意义一、种质资源的概念及意义（一）概念（一）概念1、种质种质（Germplasm）是指决定生物遗传性状，并将其遗传信息从亲代传是指决定生物遗传性状，并将其遗传信息从亲代传给后代的遗传物质，在遗传学上称为基因（给后代的遗传物质，在遗传学上称为基因（gene）。）。携带携带种质种质的载体可以是群体、个体、器官、组织、的载体可以是群体、个体、器官、组织、细胞、染色体或者细胞、染色体或者DNA片段。片段。山东农业大学园艺科学与工程学院山东农业大学园艺科学与工程学院第三章第三章 种质资源种质资源 2 2、种质资源、种质资源（Germplasm resources）遗传资源（遗传资源（genetic resources）基因库（基因库（genebank）在遗传、育种及生产上有利用价值的一切植物材料。在遗传、育种及生产上有利用价值的一切植物材料。园艺植物的种质资源就是指决定园艺植物各种性状的园艺植物的种质资源就是指决定园艺植物各种性状的遗传信息载体的总称。遗传信息载体的总称。山东农业大学园艺科学与工程学院山东农业大学园艺科学与工程学院第三章第三章 种质资源种质资源 2 2、种质资源、种质资源（Germplasm resources）野生种（或变种）野生种（或变种）诱变材料诱变材料 半野生种（或变种）半野生种（或变种）杂交材料杂交材料 栽培品种（或类型）栽培品种（或类型）细胞融合材料细胞融合材料 人工创造的种质材料人工创造的种质材料 转基因材料转基因材料 园艺学园艺学栽培性栽培性山东农业大学园艺科学与工程学院山东农业大学园艺科学与工程学院第三章第三章 种质资源种质资源（二）园艺种质资源的意义（二）园艺种质资源的意义 1、园艺种质资源是人类生存和国民经济可持续发展的、园艺种质资源是人类生存和国民经济可持续发展的物质基础，是一个国家安全的重要组成部分。物质基础，是一个国家安全的重要组成部分。v 是人们生活必需的副食品是人们生活必需的副食品v具有一定的医疗保健价值具有一定的医疗保健价值 v可作为工业原料可作为工业原料山东农业大学园艺科学与工程学院山东农业大学园艺科学与工程学院第三章第三章 种质资源种质资源2 2、种质资源是植物育种的物质基础、种质资源是植物育种的物质基础 “巧妇难做无米之炊巧妇难做无米之炊”世世 界界 的的 粮粮 食食 安安 全全主要取决于主要取决于 粮粮 食食 总总 产产 量量粮食总产粮食总产 量量 的的 提提 高高主要取决于主要取决于 单位面积产量单位面积产量单位面积产量的提高单位面积产量的提高主要取决于主要取决于 品品 种种品品 种种 的的 突突 破破主要取决于主要取决于 种种 质质（基因）（基因）人类的命运将取决于人类理解和发掘植物资源的能力。山东农业大学园艺科学与工程学院山东农业大学园艺科学与工程学院第三章第三章 种质资源种质资源二、作物起源中心二、作物起源中心（一）意义（一）意义 果树品种生物学习性的形成，一方面与遗传有关，同果树品种生物学习性的形成，一方面与遗传有关，同时受环境条件的影响。因此，研究果树的起源与演化，不时受环境条件的影响。因此，研究果树的起源与演化，不仅有助于丰富和发展生物进化理论，而且对果树引种、区仅有助于丰富和发展生物进化理论，而且对果树引种、区域化栽培及新品种选育都有重大意义。域化栽培及新品种选育都有重大意义。山东农业大学园艺科学与工程学院山东农业大学园艺科学与工程学院第三章第三章 种质资源种质资源二、作物起源中心二、作物起源中心（二）研究方法（二）研究方法 果树起源、演化的研究要采取野外调查、室内实验及文果树起源、演化的研究要采取野外调查、室内实验及文献查证相结合的办法，主要依据及方法有：献查证相结合的办法，主要依据及方法有：1、古文献资料的分析与查证、古文献资料的分析与查证2、考古资料（化石等）的分析、考古资料（化石等）的分析3、现有野生果树资源的分布及多样性调查、现有野生果树资源的分布及多样性调查4、根据细胞学（染色体定量与定性研究）、同工、根据细胞学（染色体定量与定性研究）、同工 酶分析及分子生物学等方面的研究进行综合分析。酶分析及分子生物学等方面的研究进行综合分析。山东农业大学园艺科学与工程学院山东农业大学园艺科学与工程学院第三章第三章 种质资源种质资源（三）世界作物起源中心（三）世界作物起源中心 这里所讲的起源中心（这里所讲的起源中心（Original centre）有两层）有两层含义：含义：一是指物种多样性中心一是指物种多样性中心二是指一个物种种内的遗传变异中心或多样性中心或基因二是指一个物种种内的遗传变异中心或多样性中心或基因中心中心初生中心初生中心:最初始的起源地。最初始的起源地。次生中心：次生中心：作物由原生起源中心向外扩散到一定范围作物由原生起源中心向外扩散到一定范围 时，因作物的本身自交和自然隔离而形成时，因作物的本身自交和自然隔离而形成 的新的多样化地区。的新的多样化地区。山东农业大学园艺科学与工程学院山东农业大学园艺科学与工程学院第三章第三章 种质资源种质资源 对世界作物起源中心的研究，有影响的研究者有三人：1、瑞典的De candle,他于1904年发表栽培植物的起源，将世界果树分为东部原生种群区和西部原生种群区。2、前苏联的瓦维洛夫，他于19231933年，带领考察队到亚洲、欧洲等68个国家进行了为期8年的全球性考察，采集植物标本25余万份，先后发表了“育种的植物地理基础”等研究论文，首次提出了栽培植物起源中心学说，创立了八大起源中心。瓦维洛夫被誉为20世纪的“达尔文”。3、前苏联的茹考夫斯基，在瓦维洛夫研究工作的基础上，于1970年发表了“栽培植物的新发源地”等论文，补充了四个，成为十二个起源中心。山东农业大学园艺科学与工程学院山东农业大学园艺科学与工程学院第三章第三章 种质资源种质资源起源于我国的园艺植物主要有起源于我国的园艺植物主要有：果果桃、李、杏、梨、栗、梅、柿、栆、桃、李、杏、梨、栗、梅、柿、栆、柑、桔、橙、柚等柑、桔、橙、柚等菜菜姜、蒜、萝卜、白菜等姜、蒜、萝卜、白菜等花花牡丹、菊花、芍药、月季、水仙、牡丹、菊花、芍药、月季、水仙、杜鹃、百合等杜鹃、百合等就目前野生和栽培的果树构成而言，中国的确在世界上首屈一指就目前野生和栽培的果树构成而言，中国的确在世界上首屈一指瓦维洛夫瓦维洛夫蔷薇科约有蔷薇科约有100个属我国有个属我国有60个属个属蔷薇科约有蔷薇科约有2000个种我国有个种我国有900个种个种山东农业大学园艺科学与工程学院山东农业大学园艺科学与工程学院第三章第三章 种质资源种质资源三、种质资源的保护与保存三、种质资源的保护与保存（一）目的意义（一）目的意义 1、防止流失、防止流失 2、研究利用、研究利用据国家环境保护委员会公布的资料,列人国家级保护的珍稀濒危植物中野生果树有39种2变种,占受保护种子植物的10.93%,共涉及到20个科,其中二级保护植物16种1变种,三级保护植物23种1变种。山东农业大学园艺科学与工程学院山东农业大学园艺科学与工程学院第三章第三章 种质资源种质资源二、种质资源的保存（一）种植保存（一）种植保存就地保存：就地保存比较简单，是在发现物就地保存：就地保存比较简单，是在发现物 种多样性的地区建立自然保护区，我国种多样性的地区建立自然保护区，我国 已建立各类自然保护区，如长白已建立各类自然保护区，如长白 山、神农架、黄果树等自然保护区；山、神农架、黄果树等自然保护区；迁地保存迁地保存：是对那些在本地区难以正常生长是对那些在本地区难以正常生长 和繁殖的种类，将其迁移到更适合的地和繁殖的种类，将其迁移到更适合的地 方。如我国己在各地建立了方。如我国己在各地建立了17个果树种个果树种 质资源圃。质资源圃。乔乔木木果果树树每每一一品品种种栽栽植植保保存存35株株，灌灌木木和和藤藤本本果果树树68株，草本果树株，草本果树2025株，珍贵资源应适当增加株数。株，珍贵资源应适当增加株数。山东农业大学园艺科学与工程学院山东农业大学园艺科学与工程学院第三章第三章 种质资源种质资源（二）（二）种子种子保存保存适合于用种子繁殖的植物。就是将植物适合于用种子繁殖的植物。就是将植物的种子贮藏在种质库中，通过调节温度、湿的种子贮藏在种质库中，通过调节温度、湿度及气体成分使种子得以较长时间地保存。度及气体成分使种子得以较长时间地保存。根据温湿度条件不同及贮藏年限的不同，种根据温湿度条件不同及贮藏年限的不同，种质库分三个档次，即中期库、长期库和短期质库分三个档次，即中期库、长期库和短期库。库。低温、干燥和缺氧延长种子寿命。低温、干燥和缺氧延长种子寿命。山东农业大学园艺科学与工程学院山东农业大学园艺科学与工程学院第三章第三章 种质资源种质资源短期库：温度短期库：温度20，相对湿度，相对湿度45，布袋，布袋或纸袋内，或纸袋内，25年（稻种）。年（稻种）。中期库：温度中期库：温度4，相对湿度，相对湿度45，密封，密封的铝盒或玻璃瓶内，的铝盒或玻璃瓶内，25年（稻种）。年（稻种）。长期库：温度长期库：温度10，相对湿度，相对湿度30，真，真空、密封的小铝盒内，空、密封的小铝盒内，75年（稻种）。年（稻种）。山东农业大学园艺科学与工程学院山东农业大学园艺科学与工程学院第三章第三章 种质资源种质资源（三）离体试管保存离体试管保存1）即组织培养保存，是现代生物技术在种质资源工作中的应用。它是把植物的茎尖、根尖、细胞等保存在试管中，隔一定时间继代培养一次，当有需要时再使其生根后移栽到田间即可。可以储藏种子储藏不易保存的某些物质，如不能产生种子的多被体材料和无性繁殖器官。饥饿法降低营养水平施生长延缓剂多效唑PP333、ABA等提高渗透压，减少氧气浓度等1-2年继代一次山东农业大学园艺科学与工程学院山东农业大学园艺科学与工程学院第三章第三章 种质资源种质资源2）营养体超低温保存概概 念念超超低低温温保保存存是是指指在在80以以下下的的超超低低温温中中保保存存种种质质资资源源的的一一整整套套生生物物学学技技术术，通通常常也也称称为为液液氮氮保保存存。保保存存的的材材料料有有原原生生质质体体、悬悬浮浮细细胞胞、愈愈伤伤组组织织、体体细细胞胞胚胚、花花粉粉、花花药药、茎茎尖尖分分生生组织、芽、茎段等。组织、芽、茎段等。优优 点点在超低温条件下保存材料可在超低温条件下保存材料可以大大减慢甚至终止代谢过以大大减慢甚至终止代谢过程和衰老过程，保持生物材程和衰老过程，保持生物材料的稳定性，而且这种方法料的稳定性，而且这种方法不受土地、人力等条件限制，不受土地、人力等条件限制，取材方便，效率高，极大的取材方便，效率高，极大的节省开支，此外避免种质保节省开支，此外避免种质保存进程中的自然变异，同时存进程中的自然变异，同时有利于种质在国际间的交换有利于种质在国际间的交换。山东农业大学园艺科学与工程学院山东农业大学园艺科学与工程学院第三章第三章 种质资源种质资源 休休眠眠期期的的果果树树枝枝条条或或插插穗穗在在低低温温保保湿湿（22，相相对对湿湿度度96%98%）条件下可以短期贮藏营养体保存）条件下可以短期贮藏营养体保存 对对于于不不需需要要嫁嫁接接的的树树种种如如石石榴榴、枣枣树树或或砧砧木木还还可可以以利利用用根根进行保存。进行保存。近年来研究利用液氮冻结保存是一种良好方法近年来研究利用液氮冻结保存是一种良好方法 如如苹苹果果，枝枝条条先先行行预预冷冷到到-40，而而后后置置于于-70-90-196的的低低温温下下保保存存，需需用用时时经经融融化化解解冻冻，在在嫁嫁接接繁繁殖殖，成活率可达成活率可达80%，接芽生长良好。，接芽生长良好。山东农业大学园艺科学与工程学院山东农业大学园艺科学与工程学院第三章第三章 种质资源种质资源（四）基因文库保存（五）利用保存用重组DNA技术将某种生物细胞的总 DNA 或染色体DNA的所有片断随机地连接到基因载体上,然后转移到适当的宿主细胞中，通过细胞增殖而构成各个片段的无性繁殖系（克隆），在制备的克隆数目多到可以把某种生物的全部基因都包含在内的情况下，这一组克隆的总体就被称为某种生物的基因文库。建立和使用基因文库是分离基因，特别是分离高等真核生物基因的有效手段。