菊花种质资源与育种的研究课件

Page 1菊花种质资源与育种的研究菊花种质资源与育种的研究菊花种质资源与育种的研究菊花种质资源与育种的研究 冯鸿冯鸿 1可编辑ppt菊花种质资源与育种的研究 冯鸿 1可编辑pptPage 2 菊花（菊花（Dendranthema morifolium）是我国十大传统名花和世）是我国十大传统名花和世界四大切花之一，具有观赏、食用以及界四大切花之一，具有观赏、食用以及药用等多种价值。因此菊花种质资源的药用等多种价值。因此菊花种质资源的收集、整理、评价及新品种的选育备受收集、整理、评价及新品种的选育备受关注。我国是栽培菊花的起源中心和菊关注。我国是栽培菊花的起源中心和菊属种质资源的分布中心，菊属有属种质资源的分布中心，菊属有40余种，余种，在我国分布的就有在我国分布的就有20余种，栽培品种达余种，栽培品种达3000余个。余个。2可编辑ppt 菊花（DendranthPage 3寒秋之魂菊花寒秋之魂菊花3可编辑ppt寒秋之魂菊花3可编辑pptPage 44可编辑ppt4可编辑pptPage 55可编辑ppt5可编辑pptPage 66可编辑ppt6可编辑pptPage 7 菊花近缘种属植物中具有许多栽培菊花近缘种属植物中具有许多栽培菊花所缺乏的优良性状，如抗旱、抗病、菊花所缺乏的优良性状，如抗旱、抗病、抗虫、抗盐、匍匐及多花性等，将以上抗虫、抗盐、匍匐及多花性等，将以上性状导入栽培菊花进行种质创新和品种性状导入栽培菊花进行种质创新和品种改良是菊花育种中极其重要的。改良是菊花育种中极其重要的。7可编辑ppt 菊花近缘种属植物中具有许多栽培菊花所缺乏Page 81.1.菊花种质资源调查与研究菊花种质资源调查与研究菊花种质资源调查与研究菊花种质资源调查与研究 菊菊花花原原产产我我国国，在在一一千千八八百百多多年年的的栽栽培培和和应应用用历历史史过过程程中中形形成成了了大大量量色色彩彩丰丰富富多多姿姿态态各各异异的的栽栽培培品品种种。关关于于我我国国菊菊花花品品种种的的发发展展从从文文献及各种菊花专著记载可见一斑。献及各种菊花专著记载可见一斑。8可编辑ppt1.菊花种质资源调查与研究 菊花原产我国，在一千Page 9 宋宋代代刘刘蒙蒙的的菊菊谱谱是是我我国国现现存存也也是是世世界界最最早早的的菊菊花花专专著著，记记菊菊36品品；至至元元代代，杨杨维维帧帧黄黄华华传传记记菊菊163品品；明明朝朝王王象象晋晋群群芳芳谱谱记记菊菊273品品；清清代代计计楠楠菊菊说说记记菊菊233品品；到到民民国国期期间间，南南京京金金陵陵大大学学园园艺艺实实验验场场收收集集并并保保存存菊菊花花品品种种达达630品品（李李鸿鸿渐渐，1993）。解解放放后后，随随着着园园艺艺事事业业的的发发展展，从从全全国国各各地地收收集集整整理理出出菊菊花花品品种种有有3 000个个，具具有较高观赏价值（李鸿渐和邵建文，有较高观赏价值（李鸿渐和邵建文，1990）。）。9可编辑ppt 宋代刘蒙的菊谱是我国现存也是世界最早的菊花专著Page 10 菊菊花花种种质质资资源源的的研研究究主主要要集集中中在在生生物物学学、形形态态学学、细细胞胞学学和和分分子子标标记记等等。北北京京林林业业大大学学陈陈俊俊愉愉等等（1995 ）通通过过种种间间杂杂交交、染染色色体体分分析析和和原原种种地地自自然然分分布布等等的的研研究究，证证明明菊菊花花是是由由我我国国长长江江中中下下游游地地区区的的野野菊菊（D.indicum）、毛毛华华菊菊（D.vestitum）和和 紫紫 花花 野野 菊菊（Dzawadski）天天然然杂杂交交，经经先先辈辈长长期期选选育育而来，证明我国是栽培菊花的故乡。而来，证明我国是栽培菊花的故乡。10可编辑ppt 菊花种质资源的研究主要集中在生物学、形态学、细胞Page 11 利用栽培菊与野菊和毛华菊不同倍性的几利用栽培菊与野菊和毛华菊不同倍性的几种中国野生菊之间进行杂交，然后结合细胞种中国野生菊之间进行杂交，然后结合细胞遗传学手段对其杂种后代的中期染色体分析遗传学手段对其杂种后代的中期染色体分析发现：发现：u菊属的系统演化是一个从低倍到高倍异源多菊属的系统演化是一个从低倍到高倍异源多倍体化的过程；倍体化的过程；u四倍体和六倍体栽培菊花极可能直接从野生四倍体和六倍体栽培菊花极可能直接从野生的四倍体野菊或六倍体毛华菊演化而来；的四倍体野菊或六倍体毛华菊演化而来；u野菊可能是毛华菊两个染色体组的供体，毛野菊可能是毛华菊两个染色体组的供体，毛华菊极有可能是由野菊与另一个二倍体菊杂华菊极有可能是由野菊与另一个二倍体菊杂交而成。交而成。11可编辑ppt 利用栽培菊与野菊和毛华菊不同倍性的几种中国野生菊Page 12 另外另外分子标记分子标记也可用于种质资源鉴定和亲也可用于种质资源鉴定和亲缘关系的分析，通过种间杂交、染色体分析缘关系的分析，通过种间杂交、染色体分析和原种地的自然分布，结合数量分类学和和原种地的自然分布，结合数量分类学和RAPD技术，戴思兰等（技术，戴思兰等（1998）对菊属）对菊属26个个分类居群间的亲缘关系和分类居群间的亲缘关系和7个野生菊的系统发个野生菊的系统发育关系进行了研究，从分子水平上验证了现育关系进行了研究，从分子水平上验证了现代栽培菊花是以毛华菊和野菊种间天然杂交代栽培菊花是以毛华菊和野菊种间天然杂交为基础，然后紫花野菊和菊花脑（为基础，然后紫花野菊和菊花脑（D.nankingense）等又参与杂交，再经过人工选）等又参与杂交，再经过人工选择形成的栽培杂种复合体。择形成的栽培杂种复合体。12可编辑ppt 另外分子标记也可用于种质资源鉴定和亲缘关系的分析，Page 13 在品种鉴定上在品种鉴定上Jackson等（等（2000）运）运用用PCR技术分析微卫星技术分析微卫星DNA，对菊花的，对菊花的一些群体进行了分子水平上的研究。陈一些群体进行了分子水平上的研究。陈发律等（发律等（2001）对）对 5个小菊品种（或种）个小菊品种（或种）进行了耐热性鉴定。这些研究为菊花种进行了耐热性鉴定。这些研究为菊花种质资源的合理开发利用及菊花遗传改良质资源的合理开发利用及菊花遗传改良奠定了基础。奠定了基础。13可编辑ppt 在品种鉴定上Jackson等（2000）运用PCPage 142.2.菊花育种的研究菊花育种的研究菊花育种的研究菊花育种的研究2.1杂交育种杂交育种 栽栽培培菊菊花花是是高高度度杂杂合合的的异异源源多多倍倍体体或或整整倍倍体体，遗遗传传背背景景极极其其复复杂杂，研研究究其其遗遗传传规规律律较较为为困困难难，但但通通过过大大量量的的杂杂交交工工作作，仔仔细细观观察察记记录录其其亲亲本本及及杂杂交交后后代代的的性性状状，经经过过统统计计分分析析，仍仍能能发发现现一一定定的的遗传规律。遗传规律。14可编辑ppt2.菊花育种的研究2.1杂交育种14可编辑pptPage 15 英国的萨顿种子公司用菊花和野菊英国的萨顿种子公司用菊花和野菊杂交育成悬崖小菊（杂交育成悬崖小菊（Boase et al.1997）。）。Fukai等（等（2000）利用）利用10个菊花栽培品个菊花栽培品种与起源于日本的种与起源于日本的 Dboreale、Dcrssum和和 D.joponucum等野生菊进行了等野生菊进行了杂交，选育出了一批花期早和花色丰富杂交，选育出了一批花期早和花色丰富的新品种。我国在杂交育种方面也开展的新品种。我国在杂交育种方面也开展了大工作，培育出许多优良品种或品系。了大工作，培育出许多优良品种或品系。15可编辑ppt 英国的萨顿种子公司用菊花和野菊杂交育成悬崖小菊（BPage 16 江苏省农业科学院园艺研究所利用江苏省农业科学院园艺研究所利用抗逆性强、花型小并具香味的菊花当地抗逆性强、花型小并具香味的菊花当地种和野生种资源与花型、花色奇特或可种和野生种资源与花型、花色奇特或可以在夏秋两季开花的菊花品种进行杂交，以在夏秋两季开花的菊花品种进行杂交，选出了一批分枝多、花量大、花期长、选出了一批分枝多、花量大、花期长、花色美观艳丽的夏季耐高温高湿的小花花色美观艳丽的夏季耐高温高湿的小花型品系型品系。16可编辑ppt 江苏省农业科学院园艺研究所利用抗逆性强、花型小并具Page 17规律规律规律规律-开花的时间开花的时间开花的时间开花的时间 利利用用花花期期较较早早的的菊菊花花品品种种作作母母本本进进行大量杂交育种工作发现：行大量杂交育种工作发现：u夏菊与夏菊杂交，夏菊与夏菊杂交，FI代仍为夏菊类型；代仍为夏菊类型；u夏夏菊菊与与秋秋菊菊杂杂交交，FI代代中中出出现现夏夏菊菊、国国庆菊及早秋菊等类型；庆菊及早秋菊等类型；u秋秋菊菊与与秋秋菊菊杂杂交交，FI代代偶偶尔尔有有国国庆庆菊菊类类型，没有夏菊类型。型，没有夏菊类型。17可编辑ppt规律-开花的时间 利用花期较早的菊花品种作母本Page 18规律规律规律规律-形状形状形状形状u对株高而言，对株高而言，FI代变异较多，出现许多代变异较多，出现许多超亲类型。超亲类型。u所选用父母本的花型、花序直径和叶部所选用父母本的花型、花序直径和叶部特征相近的品种，特征相近的品种，F FI I代花型均圆整美观。代花型均圆整美观。u杂交后代的舌状花数目、筒状花数目和花序杂交后代的舌状花数目、筒状花数目和花序直径与双亲比较，直径与双亲比较，FI代表现出明显的遗传优代表现出明显的遗传优势。势。u花型上，平盘型的遗传能力比单窄瓣型的强。花型上，平盘型的遗传能力比单窄瓣型的强。18可编辑ppt规律-形状对株高而言，FI代变异较多，出现许多超亲类型。Page 19规律规律规律规律形状形状形状形状 通过长期的杂交育种研究发现：通过长期的杂交育种研究发现：u大菊与大菊杂交，大菊与大菊杂交，FI代基本上是大菊；代基本上是大菊；u小菊与小菊杂交，小菊与小菊杂交，FI代基本上都是小菊；代基本上都是小菊；u大菊与小菊杂交，大菊与小菊杂交，FI代性状变异较大。代性状变异较大。19可编辑ppt规律形状 通过长期的杂交育种研究发现：19可编辑Page 20规律规律规律规律-颜色颜色颜色颜色u 红色红色遗传能力大于黄色，且表现出较强的遗传能力大于黄色，且表现出较强的偏母性遗传特点，而原始色的黄色和白色没偏母性遗传特点，而原始色的黄色和白色没有明显的偏母件遗传，以白色系品种作母本，有明显的偏母件遗传，以白色系品种作母本，后代会出现许多亲本不具有的花色。后代会出现许多亲本不具有的花色。u花色相同或相近的品种间杂交，花色变花色相同或相近的品种间杂交，花色变异较小。异较小。u花色差异大或复色的亲本杂交，花色差异大或复色的亲本杂交，FI代植代植株中花色种类较多。株中花色种类较多。20可编辑ppt规律-颜色 红色遗传能力大于黄色，且表现出较强的偏母性Page 212.22.2诱变育种诱变育种诱变育种诱变育种2.2.1化学诱变化学诱变 化学诱变指利用诱变剂处理植物的化学诱变指利用诱变剂处理植物的种子、幼苗、花药、花粉、愈伤组织和种子、幼苗、花药、花粉、愈伤组织和幼胚等组织器官，造成幼胚等组织器官，造成DNA的缺失及修的缺失及修补，基因重组或者基因突变的生物学效补，基因重组或者基因突变的生物学效应，引起有机体变异，创造新的种质。应，引起有机体变异，创造新的种质。21可编辑ppt2.2诱变育种2.2.1化学诱变21可编辑pptPage 22 化学诱变对于供体损伤较少，诱变频化学诱变对于供体损伤较少，诱变频率较低，但是有利突变较多，也可以用率较低，但是有利突变较多，也可以用来进行来进行抗性突变抗性突变种质筛选，产生新的抗种质筛选，产生新的抗性基因类型。影响化学诱变的因素除不性基因类型。影响化学诱变的因素除不同诱变剂本身的理化特性和被处理材料同诱变剂本身的理化特性和被处理材料的遗传类型及生理状态外，还有浓度、的遗传类型及生理状态外，还有浓度、处理时间、温度、溶液处理时间、温度、溶液pH值及缓冲液的值及缓冲液的使用等。使用等。22可编辑ppt 化学诱变对于供体损伤较少，诱变频率较低，但是有利Page 23 花卉上应用较多的例子是秋水仙素花卉上应用较多的例子是秋水仙素诱导多倍体，用秋水仙素浸种菊花脑种诱导多倍体，用秋水仙素浸种菊花脑种子，获得了四倍体菊花脑和嵌合体。子，获得了四倍体菊花脑和嵌合体。23可编辑ppt 花卉上应用较多的例子是秋水仙素诱导多倍体，用秋水仙Page 242.2.22.2.2辐射育种辐射育种辐射育种辐射育种 菊花非常适合辐射诱变，因其在遗菊花非常适合辐射诱变，因其在遗传上高度杂合，且其进化是从低倍到高传上高度杂合，且其进化是从低倍到高倍的异源多倍体化的过程，容易导致遗倍的异源多倍体化的过程，容易导致遗传因子的复杂变化。菊花辐射育种开始传因子的复杂变化。菊花辐射育种开始于于20世纪世纪60年代，目前已经成为菊花遗年代，目前已经成为菊花遗传改良的重要手段之一。传改良的重要手段之一。24可编辑ppt2.2.2辐射育种 菊花非常适合辐射诱变，因其在遗Page 252.3.2.3.生物技术育种生物技术育种生物技术育种生物技术育种 生物技术深入到细胞水平和基因水平生物技术深入到细胞水平和基因水平来定向地改造生物，提高育种的来定向地改造生物，提高育种的目的性目的性和可操作性。生物技术在植物上的应用，和可操作性。生物技术在植物上的应用，可打破种间杂交的障碍，扩展遗传物质可打破种间杂交的障碍，扩展遗传物质交流的范围，为种质创新提供更有利的交流的范围，为种质创新提供更有利的措施，使品种改良方法现代化和高效化。措施，使品种改良方法现代化和高效化。25可编辑ppt2.3.生物技术育种 生物技术深入到细胞水平和基Page 262.3.1 2.3.1 细胞工程细胞工程细胞工程细胞工程 植物细胞工程就是在植物细胞全能植物细胞工程就是在植物细胞全能性的基础上，利用植物组织和细胞培养性的基础上，利用植物组织和细胞培养及其他遗传操作，对植物进行改良，选及其他遗传操作，对植物进行改良，选育有优良性状的新品种，保存具有重要育有优良性状的新品种，保存具有重要价值或濒于灭绝的植物种类，使资源的价值或濒于灭绝的植物种类，使资源的创新达到一个新的水平。创新达到一个新的水平。26可编辑ppt2.3.1 细胞工程 植物细胞工程就是在植物细胞全Page 272.32.31 11 1 体细胞变异的利用体细胞变异的利用体细胞变异的利用体细胞变异的利用 组织培养再生的植株中，存在广泛的变组织培养再生的植株中，存在广泛的变异。利用菊花异。利用菊花花蕾花蕾培养，得到了具有变异的培养，得到了具有变异的植株。裘文达和李曙轩（植株。裘文达和李曙轩（1983）利用菊花）利用菊花花花瓣组织瓣组织培养，培育出了培养，培育出了3个新的类型。个新的类型。单细胞对外界环境很敏感，一些外界因单细胞对外界环境很敏感，一些外界因素（射线、激光和离子束、冷热处理以及盐素（射线、激光和离子束、冷热处理以及盐胁迫等）很容易使其遗传物质发生变异，并胁迫等）很容易使其遗传物质发生变异，并且单细胞一旦发生无性系变异之后，细胞团、且单细胞一旦发生无性系变异之后，细胞团、愈伤和植株等各个阶段都会保持这一变异特愈伤和植株等各个阶段都会保持这一变异特性，从而保证了再生植株的纯合性，在较短性，从而保证了再生植株的纯合性，在较短时间内获得有利用价值的突变体。时间内获得有利用价值的突变体。27可编辑ppt2.311 体细胞变异的利用 组织培养再生的Page 28 变异的细胞（植株）在不同的外界变异的细胞（植株）在不同的外界因子胁迫下将形成不同特性的无性系。因子胁迫下将形成不同特性的无性系。体细胞变异的利用，可以得到常规育种体细胞变异的利用，可以得到常规育种中不易得到的遗传变异，创建新的种质中不易得到的遗传变异，创建新的种质资源，观赏植物由于其育种目标的多元资源，观赏植物由于其育种目标的多元性，使体细胞变异的应用前景更为广阔。性，使体细胞变异的应用前景更为广阔。28可编辑ppt 变异的细胞（植株）在不同的外界因子胁迫下将形成不同Page 292.3.12.3.12 2 胚拯救胚拯救胚拯救胚拯救 远缘杂交可以引进优良野生种质资源，远缘杂交可以引进优良野生种质资源，提高抗性和品质，扩大基因库。菊花由提高抗性和品质，扩大基因库。菊花由于同源性差异，双亲生理上的不协调，于同源性差异，双亲生理上的不协调，胚与胚乳的不亲和等原因，远缘杂交很胚与胚乳的不亲和等原因，远缘杂交很难得到种子，或者得到了也不萌发，或难得到种子，或者得到了也不萌发，或萌发后夭亡。萌发后夭亡。29可编辑ppt2.3.12 胚拯救 远缘杂交可以引进优良野生Page 30 利利用用生生物物技技术术可可以以克克服服远远缘缘杂杂交交障障碍碍，克克服服受受精精前前不不亲亲和和现现象象，而而胚胚拯拯救救技技术术被被认认为为是是克克服服受受精精后后障障碍碍的的有有效效手手段段。Watannabe（1977）利利用用两两个个二二倍倍体体的的野野生生菊菊（Chrysanthemurn boreale和和 C.makinoi）和和多多倍倍体体栽栽培培菊菊花花杂杂交交后后进进行行胚胚拯拯救救，获获得得不不同同倍倍性性的的杂杂种种，杂杂种种的的外外部部形形态态性性状状相相似似于于多多倍倍体体，同同时还得到孤雄生殖的单倍体。时还得到孤雄生殖的单倍体。30可编辑ppt 利用生物技术可以克服远缘杂交障碍，克服受精前不亲和Page 312.32.31 13 3 原生质体培养和体细胞杂交原生质体培养和体细胞杂交原生质体培养和体细胞杂交原生质体培养和体细胞杂交 利利用用直直接接酶酶解解花花瓣瓣愈愈伤伤组组织织获获得得原原生生质质体体的的方方法法实实现现了了菊菊花花植植株株再再生生，利利用用酶酶解解菊菊花花茎茎尖尖和和幼幼嫩嫩的的叶叶片片产产生生原原生生质体的方法也实现了植株再生。质体的方法也实现了植株再生。31可编辑ppt2.313 原生质体培养和体细胞杂交 利用直接Page 32 原原生生质质体体对对外外界界环环境境很很敏敏感感，一一些些外外界界因因素素（射射线线、激激光光、离离子子束束、冷冷热热处处理理和和盐盐胁胁迫迫等等）很很容容易易使使其其遗遗传传物物质质发发生生变变异异。同同时时原原生生质质体体也也是是单单细细胞胞，一一旦旦发发生生无无性性系系变变异异，细细胞胞团团、愈愈伤伤和和植植株株等等各各个个阶阶段段都都会会保保持持这这一一变变异异特特性性，从而保证了再生植株的纯合性。从而保证了再生植株的纯合性。32可编辑ppt 原生质体对外界环境很敏感，一些外界因素（射线、激Page 332.3.2 2.3.2 基因工程基因工程基因工程基因工程 基因工程在菊花育种中的应用重点基因工程在菊花育种中的应用重点集中在花色、株型、抗性和花期等的改集中在花色、株型、抗性和花期等的改良上。良上。CourtneyGutterson用用TDNA作作为载体将苯基苯乙烯酮合成酶（为载体将苯基苯乙烯酮合成酶（CHS）基因以有义和反义方向导入开粉红色花基因以有义和反义方向导入开粉红色花的菊花品种的菊花品种Moneymaker中，获得了中，获得了133株有义植株和株有义植株和83株反义植株，其中株反义植株，其中各有各有3株开白花和浅粉色花，而其余植株开白花和浅粉色花，而其余植株仍开粉红色花。株仍开粉红色花。33可编辑ppt2.3.2 基因工程 基因工程在菊花育种中的应用重Page 34 在开白色和浅粉色花的植株中由于在开白色和浅粉色花的植株中由于cDNA与与mRNA结合，而使结合，而使CHS表达降表达降低，导致苯基苯乙烯酮前体物质咖啡酸低，导致苯基苯乙烯酮前体物质咖啡酸含量提高。白花植株通过无性繁殖仍能含量提高。白花植株通过无性繁殖仍能稳定地遗传下去，但后代开白花的植株稳定地遗传下去，但后代开白花的植株中有一些花仍为粉红色，这可能是反义中有一些花仍为粉红色，这可能是反义RAN未能够完全抑制未能够完全抑制CHS基因表达的缘基因表达的缘故。故。34可编辑ppt 在开白色和浅粉色花的植株中由于cDNA与mRNA结Page 352.4 2.4 2.4 2.4 菊花育种存在问题与展望菊花育种存在问题与展望菊花育种存在问题与展望菊花育种存在问题与展望u 加强基础性研究工作加强基础性研究工作 进进行行重重要要性性状状遗遗传传基基础础研研究究，重重要要性性状状相相关关基基因因定定位位和分子克隆等和分子克隆等 u加强菊花种质资源的研究和利用加强菊花种质资源的研究和利用 充充分分发发掘掘种种质质资资源源的的优优异异基基因因并并加加以以科科学学合合理理的的开开发发利利用用，使其为育种工作服务。使其为育种工作服务。u加强生物技术育种加强生物技术育种 生生物物技技术术育育种种与与传传统统育育种种各各具具优优势势，必必须须把把两两者紧密结合起来。者紧密结合起来。35可编辑ppt2.4 菊花育种存在问题与展望 加强基础性研究工作35可