園林植物育種學(xué)-園林植物種質(zhì)資源

其次章園林植物種質(zhì)資源本章教學(xué)目的和要求正確理解園林植物種質(zhì)資源的概念。把握園林植物種質(zhì)資源的分類、調(diào)查、收集與保存方法。本章教學(xué)重點和難點重點：1．園林植物種質(zhì)資源的概念與分類。2．園林植物種質(zhì)資源的調(diào)查、收集及保存方法。難點：種質(zhì)資源的概念以及園林植物種質(zhì)資源的爭論、評價與創(chuàng)。教學(xué)內(nèi)容：第一節(jié)種質(zhì)資源的概念及其爭論意義一、種質(zhì)資源的有關(guān)概念種質(zhì)〔Germplasm〕：傳物質(zhì)總體。種質(zhì)資源〔Germplasmresources〕：攜帶種質(zhì)的載體。可以是群體、個體，也可以是器官、組織、細(xì)胞、個別染色體乃至DNA片斷。即種質(zhì)應(yīng)包括群體、個體、配子及分子等不同水平的種質(zhì)。〔Germplasmresourcesoflandscapeplants〕：指包含肯定的遺括野生種、半野生種和各種栽培類型。其他有關(guān)概念絕滅種〔extinctspecies〕：指已有過文字記載，或在發(fā)表的資料中做過具體描述，但在目前的自然分布范圍內(nèi)，這種植物個體已找不到種群。瀕危種：一種植物從前在它的整個分布區(qū)或某個分布區(qū)，是一個重要組成局部，但目前已處于有絕滅危急的境地。漸危種：某些植物由于人為或自然的緣由，可預(yù)見它在整個分布區(qū)或某個分布區(qū)的重要位置會發(fā)生變化，很可能成為瀕危種類。稀有種：指特有的單種科、單種屬或少種屬的代表植物，它們在自己的分布區(qū)數(shù)量少，有的種類可能群居在一起，有的則零星分布，但未處于滅亡的境地。術(shù)語辨析：種質(zhì)資源〔Germplasmresources〕；遺傳資源〔Geneticresources〕；基因資源〔Generesources〕基因庫〔genepools〕：某一物種所包含的形形色色基因的總和。品種資源：培育品種的原材料。20世紀(jì)60年月以前的種質(zhì)資源概念。二、種質(zhì)資源的爭論意義．種質(zhì)資源是開展育種工作的物質(zhì)根底沒有好的種質(zhì)資源，就不行能育成好的品種；植物育種進(jìn)展進(jìn)程的事實說明，突破性成就打算于關(guān)鍵性基因資源的覺察和利用。如現(xiàn)代月季的育種實踐。．種質(zhì)資源是不斷進(jìn)展賞識植物的主要來源據(jù)統(tǒng)計，全球植物有35～40萬種，其中1/6具有賞識性；這些花卉植物有很多還處于野生狀態(tài)，尚待人們對其進(jìn)展調(diào)查、收集、保存、爭論和利用。我國野生的賞識植物資源極為豐富，通過引種、馴化，選拔野花進(jìn)花園。植物種質(zhì)資源是人類的貴重財寶。JRHarlan〔1970〕“人類的命運將”。三、保護(hù)種質(zhì)資源的迫切性．植物種質(zhì)資源的多樣性面臨著嚴(yán)峻危機(jī)植物種質(zhì)資源的多樣性包括生態(tài)系統(tǒng)多樣性、種間多樣性和種內(nèi)遺傳多樣性三個水平，其中前者是后二者的前提。環(huán)境惡化ó森林破壞ó物種滅亡ó食物鏈斷裂．種質(zhì)資源多樣性的流失與農(nóng)業(yè)特別是育種工作中的缺乏遠(yuǎn)見有直接關(guān)系1950年“綠色革命”e成就＋成千上萬貴重的種質(zhì)資源和地方品種消逝Canada：60％的小麥4個品種；96％的油菜4個品種；70％的玉米6個品種遺傳根底狹窄化，適應(yīng)性脆弱．搶救種質(zhì)資源刻不容緩其次節(jié)植物起源中心與我國園林植物種質(zhì)資源一、世界栽培植物起源中心1．瓦維洛夫的作物起源中心學(xué)說〔theoryofcenterofcroporigin〕前蘇聯(lián)植物學(xué)家瓦維洛夫〔Vavilov〕從1920年～1940年，先后180次，對60多個國家和地區(qū)進(jìn)展廣泛的植物考察和收集，通過形態(tài)學(xué)、解剖學(xué)、分類學(xué)、細(xì)胞學(xué)和遺傳學(xué)分析，雜交和育種試驗以及種、變種和栽培植物變異多樣性的地理分布爭論，于1926年發(fā)表《栽培植物起源的爭論》。提出：“物種形成的地理局部化”：物種的多樣性在地球上的分布是不均勻的“栽培植物的起源中心”：古代文明發(fā)源地1935年，將全球的栽培植物劃分為八大初生起源中心和3個亞中心：〕中國起源中心〔東亞起源中心〕：石竹、報春、百合、牡丹、芍藥、菊花、山茶、梅花、蠟梅、銀杏、樟樹、剛竹等〕印度起源中心：海芋、椰子、印度橡皮樹、虎尾蘭、依蘭等馬來西亞亞中心：柚、檳榔、面包果、依蘭等〕中亞起源中心〔阿富汗、塔吉克、烏茲別克等〕：豌豆、杏、西洋梨、蘋果、阿月渾子、胡桃等〕近東起源中心〔小亞細(xì)亞、伊朗、外高加索〕：無花果、石榴、罌粟、番紅花、郁金香、鳶尾等〕地中海起源中心：熏衣草、油橄欖、突厥薔薇、仙客來、風(fēng)信子、錐花絲石竹、球根鳶尾等〕埃塞俄比亞〔阿比西尼亞〕起源中心：黃秋葵、咖啡、油棕、蘆薈、景天、伽藍(lán)菜等〕中美起源中心〔墨西哥及中美洲〕：萬壽菊、百日草、仙人掌、大麗花、一品紅等〕南美起源中心〔秘魯、厄瓜多爾、玻利維亞等〕：西番蓮、番石榴、六出花、花燭、朱頂紅等智利亞中心：馬鈴薯、草莓等巴西－巴拉圭亞中心：番櫻桃、鳳梨、西番蓮等2．“”的進(jìn)展〕哈蘭〔JRHarlan,1971〕認(rèn)為：有些作物的起源中心和變異中心并不全都，作物的起源和變異要綜合空間和時間來論證。相符：中東、華北、中美地區(qū)〔作物起源中心〕不相符：非洲、東南亞、南美—東印度群島〔非中心〕亞熱帶、溫帶中心與熱帶非中心相對應(yīng)〔Zhukovsky,1970將8個起源中心進(jìn)展為12個100多處。地區(qū)范圍擴(kuò)大：如埃塞俄比亞中心e非洲中心馬來西亞亞中心e印尼—印支起源中心增歐洲—西伯尼亞、澳大利亞、北美三個中心轉(zhuǎn)變了作物起源中心的概念〕1975年，茹考夫斯基和吉文〔A．C．Zeven〕合編了《栽培植物及其多樣性中心》，將栽培植物的起源中心改稱為“栽培植物的多樣性中心”?！?982年，吉文與韋特〔Wet〕又將“多樣性中心”一詞改為“多樣性地區(qū)”，使瓦維洛夫的學(xué)說得到了進(jìn)展。二、我國園林植物種質(zhì)資源概況我國園林植物種質(zhì)資源的特點：〕種類繁多、變異豐富8000種。我國原產(chǎn)的植物資源不僅數(shù)量多，而且變異廣泛、類型豐富。如圓柏〔偃柏、鹿角〔〔7-8月〕、中山〔4-6月〕、低山〔2-3月〕等〕?！撤植技性谙鄬^小的范圍內(nèi)，集中分布眾多的種類。如：蘭屬世界有50余種，我國云南省就有33種；百合屬世界共80余種，我國產(chǎn)42種，云南23種；臺灣〔“自然植物園”〕35771/4為該地區(qū)特有。〕特點突出、遺傳性好在假設(shè)干科、屬、種上絕無僅有。如銀杏、金錢松、水杉、珙桐、杜仲、金花茶等。早花種類與品種多，四季開花種與品種多，花有芳香的種與品種多，特點優(yōu)異突出的種與品種多，抗逆性強(qiáng)的種與品種多?！撩绹謇?，解決了板栗疫病的危機(jī)。我國園林植物種質(zhì)資源的現(xiàn)狀〕面臨的危機(jī)布局不合理；瀕危物種尚待搶救；家底不清，品種混雜；良種失傳，品種退化?；ɑ苜Y源大國沒有成為花卉產(chǎn)業(yè)大國！〕應(yīng)有的工作種質(zhì)資源的考察；種質(zhì)資源圃的建立；種質(zhì)資源的收集和保存種質(zhì)資源信息庫的建立；種質(zhì)資源的爭論；種質(zhì)資源的創(chuàng)與品種培育第三節(jié)種質(zhì)資源的分類、調(diào)查、收集與保存一、種質(zhì)資源的分類依據(jù)來源可將園林植物種質(zhì)資源分為本地種質(zhì)資源、外地種質(zhì)資源、野生種質(zhì)資源和人工制造的種質(zhì)資源。本地種質(zhì)資源：指在當(dāng)?shù)氐淖匀缓驮耘鄺l件下，經(jīng)長期的栽培與選育而得到的植物品種和類型。地方品種特點：對當(dāng)?shù)氐淖匀缓驮耘鄺l件具有高度的適應(yīng)性與抗逆性；由于長期生長在相像的環(huán)境下，遺傳性較保守，對不同環(huán)境的適應(yīng)范圍較窄；選育品種最主要、最根本的原始材料。外地種質(zhì)資源：由國內(nèi)其它地區(qū)或國外引進(jìn)的植物品種和類型。特點：因其來自國內(nèi)外不同的生境，具有多種多樣的生物學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)上的遺傳性狀；對本地的自然與栽培條件適應(yīng)力量相對較差；改進(jìn)本地品種的重要材料。野生種質(zhì)資源：未經(jīng)人們栽培的自然界野生的園林植物。特點：長期自然選擇的結(jié)果，具有高度的適應(yīng)性和豐富的抗性基因，如耐瘠薄、抗寒、抗旱、抗鹽堿、抗病蟲害等；經(jīng)濟(jì)性較差；砧木與抗性育種的重要資源。人工制造的種質(zhì)資源：人工應(yīng)用雜交、誘變等方法所獲得的變異類型。特點：具有比自然資源中更、更豐富的遺傳性狀，是進(jìn)一步育種的貴重遺傳資源。二、種質(zhì)資源的調(diào)查調(diào)查前的預(yù)備組織預(yù)備：依據(jù)考察任務(wù)的大小成立考察小組，一般2-4人。收集資料：氣候、地形、土壤、植被、交通、人文地理、植物的生活史、物候、分布帶、有關(guān)種的分化演化、生長地區(qū)、種的鑒定等。調(diào)查方法與步驟〕選擇考察地點與路線〕實地調(diào)查記錄：調(diào)查者姓名、日期、地點、海拔、坡向、坡度、土壤、地下水位、種名、數(shù)量、主要性狀、群落的種類組成、拍照等〕資料的整理與總結(jié)〔編寫調(diào)查說明書〕調(diào)查的主要內(nèi)容〕品種資源的復(fù)查〕野生花卉種質(zhì)資源的調(diào)查〕種類品種代表植株的調(diào)查一般概況：來源、栽培歷史、分布特點、生產(chǎn)反響等生物學(xué)特性：生長開花習(xí)性、物候期、抗性等形態(tài)特征：植株、莖、葉、花、果實、種子等賞識與經(jīng)濟(jì)性狀：產(chǎn)量、品質(zhì)、用途等三、種質(zhì)資源的收集種質(zhì)資源收集的原則依據(jù)收集的目的和要求、單位的具體條件和任務(wù)，確定收集的對象，包括類別和數(shù)量；收集范圍由近及遠(yuǎn)，依據(jù)需要先后進(jìn)展；種苗的收集應(yīng)遵照種苗調(diào)撥制度的規(guī)定，留意檢疫；收集工作應(yīng)細(xì)致周到、清楚無誤，做好登記核對，盡量避開材料的重復(fù)和遺漏。種質(zhì)資源收集的方法〕直接收集收集的材料：種子、枝條、植株、球根、花粉等收集數(shù)量：充分保持育種材料的變異性收集方式：專業(yè)隊伍與當(dāng)?shù)氐膯挝换蛉罕娊Y(jié)合收集材料的整理、分類、編號登記：收集日期、地點，收集者姓名、單位，植物材料名稱、產(chǎn)地自然環(huán)境或栽培條件、分布特點、生殖方法、形態(tài)、生物學(xué)特性、經(jīng)濟(jì)性狀等〕交換、購置主要有針對性地收集我國缺少的園林植物品種資源，對于國外引種的材料，要留意嚴(yán)格檢疫，并隔離試種。conversation〕利用自然或人工制造的適宜環(huán)境保存種質(zhì)資源。作用：防止資源流失，便于爭論和利用。保存方法：就地保存、異地種植保存、種子保存、離體試管保存和基因文庫保存等。．就地保存：在資源植物的產(chǎn)地，通過保護(hù)其生態(tài)環(huán)境到達(dá)保存資源的目的。如各類自然保護(hù)區(qū)。優(yōu)點：保存原有的生態(tài)環(huán)境與生物多樣性；保存費用較低缺點：易受自然災(zāi)難．異地種植保存：選擇與資源植物生態(tài)環(huán)境相近的地段建立異地保存基地，有效地保存種質(zhì)資源；可分級分類建立，集中與分散相結(jié)合。如植物園、樹木園、花圃、品種資源圃等。優(yōu)點：基因型集中、比較安全、治理爭論便利缺點：費用較高、基因易發(fā)生混雜．種子保存：是以種子為生殖材料的種類最簡便、最經(jīng)濟(jì)、應(yīng)用最普遍的資源保存方法。優(yōu)點：種子簡潔采集、數(shù)量大而體積小，便于貯存、包裝、運輸、分發(fā)。〕種子的類型正常型〔orthodoxtype〕種子：通過適當(dāng)降低種子含水量，降低貯存溫度可以顯著延長其貯存時期的一類種子。頑拗型〔recalcitranttype〕種子：在枯燥、低溫的條件下反而會快速喪失生活力的一類種子。如核桃、栗、榛、椰子、番櫻桃、山竹子、油棕、南洋杉、七葉樹、楊、柳、楓、櫟、樟、茶、佛手、菱籌。一般不便于種子保存?！潮４娣椒ǎ嘿A藏保存：通過掌握貯藏條件來保存資源種子的生活力。貯藏條件：低溫、枯燥、密封三種貯藏庫：短期庫、中期庫和長期庫①短期庫：又稱“工作收集”〔workingcollection〕。任務(wù)：臨時貯存應(yīng)用材料，并分發(fā)種子供爭論、鑒定、利用。要求：庫溫10~15℃或稍高，R．H．50%~60%，種子存入紙袋或布袋，一般可存放5年左右。②中期庫：又稱“活潑庫”。任務(wù)：生殖更，對種質(zhì)進(jìn)展描述鑒定、記錄存檔，向育種家供給種子。要求：庫溫0~10℃，R．H．60%以下，種子含水量8%左右，種子存入防潮10～20年。③長期庫：又稱“根底收集”〔basecollection〕任務(wù)：中期庫的后盾，防范中期庫種質(zhì)喪失，一般不分發(fā)種子；為確保遺傳完整性，只有在必要時才進(jìn)展生殖更。-10-18℃或-20R．H50%5%~8%，存入密封的種子盒內(nèi)，每5~1050～100年。4．離體試管保存：適用于頑拗型植物、水生植物和無性生殖植物。必要性：田間保存要求大量土地和常常治理；無性生殖器官如球莖等不適于長期保存，需要頻繁地進(jìn)展生殖更。離體試管保存的方法：緩慢生長離體保存和超低溫保存。1〕緩慢生長離體保存如：甘薯腋芽培育物在溫度從28℃降到226周增加到55周，承受防止培育基蒸發(fā)的措施后，使繼代培育期限增加到83周。在培育基中參加化學(xué)抑制劑如甘露醇，或激素類物質(zhì)如脫落酸可提高延緩效果。木薯莖尖培育物在溫度從30℃下降到202％蔗糖和mg/LBA，保存15個月后存活率仍能到達(dá)95％。將草莓從分生組織培育的小植株保存在4℃無光的冰箱中，3個月檢查一次，發(fā)現(xiàn)枯燥時參加1-2滴穎培育液，保存6年后，用這些小植株培育的草莓發(fā)育正常。用上述方法保存的試管苗進(jìn)展繼代培育，可馬上恢復(fù)生長。但由于有時需繼代培育和中期保存。2〕超低溫保存〔Cryopreservation〕：是指在-80℃〔干冰溫度〕以下的超低溫中保存種質(zhì)的技術(shù)，通常使用液氮〔-196℃〕保存，或稱LN保存。超低溫保存的特點：在超低溫條件下，細(xì)胞的整個代謝和生長活動根本或者完全停頓，保證不會引起遺傳性狀的變異，便于長期保存。超低溫保存的原理：通過承受適當(dāng)?shù)谋鶅霰Ｗo(hù)劑、降溫速度和化凍方式，使生物細(xì)胞在降溫順解凍過程中避開細(xì)胞內(nèi)結(jié)冰，從而不受損傷或受到較小的損傷。超低溫保存的一般程序：①培育材料的選擇與預(yù)生長：細(xì)胞〔培育5-9天的幼齡細(xì)胞、指數(shù)生長期〕，芽〔冬芽〕；LETowill〔1981〕2天左右可明顯提高在液氮中保存莖尖的存活率。②預(yù)處理〔冰凍保護(hù)〕：用冰凍保護(hù)劑處理培育物?！瞔ryoprotectiveagentCPADMSO〔二甲基亞砜〕、甘油、乙二醇〔EG〕、乙酰胺、丙二醇〔PG〕等，多屬低分子中性物程，到達(dá)保護(hù)的目的；非滲透型冰凍保護(hù)劑：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〕、羥乙基淀粉〔hydroxyethylstarch，HES〕〔電解質(zhì)〕濃度，從而起到保護(hù)作用。③冰凍：關(guān)鍵在于降溫速度快速冰凍法：將經(jīng)冷凍保護(hù)處理后的材料直接投入液氮中。慢速冰凍法：以每分鐘下降0．1-10℃的速度降溫。兩步冰凍法：先用慢速法降到肯定溫度，使細(xì)胞到達(dá)適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)性脫水，再投入液氮中快速冰凍。④保存：短期和中期保存〔-80℃至-100℃〕；長期保存〔-196℃〕⑤化凍與恢復(fù)生長快速化凍：35-40℃溫水中進(jìn)展，多數(shù)承受此法。慢速化凍：0℃或2-3℃或室溫下進(jìn)展，保存冬芽者多承受該法。⑥生活力與變異檢測再培育：依據(jù)培育物顏色的變化進(jìn)展推斷熒光染色法：0．1%的二醋酸酯熒光素TTC法：2,3,5-三苯基四氮唑氯化物復(fù)原法超低溫保存的方法：①傳統(tǒng)的降溫冰凍方法：快速冰凍法、慢速冰凍法、兩步法、逐級冰凍法②玻璃化保存方法：玻璃化法、包埋玻璃化法玻璃化〔vitrification〕是指液體轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷w〔玻璃態(tài)〕的固化過程。使溶液玻璃化有兩條途徑：一是大幅度提高冷卻速率；二是增加溶液濃度。玻璃化法：將生物材料經(jīng)高濃度的玻璃化溶液快速脫水后，直接投入液氮，使生物材料連同玻璃化溶液發(fā)生玻璃化轉(zhuǎn)變，進(jìn)入玻璃態(tài)。包埋玻璃化法：是包埋－脫水法和玻璃化法的結(jié)合。保存材料先用藻酸鈣包埋，然后經(jīng)蔗糖濃度梯度脫水和玻璃化溶液處理后直接浸入液氮保存。③其他超低溫保存方法枯燥法〔desiccation〕預(yù)培育法〔pregrowth〕預(yù)培育枯燥法(pregrowth-desiccation)包埋脫水法〔encapsulation-dehydration〕5．基因文庫保存〔g