第二章種質(zhì)資源課件

—華南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院植物育種系植物育種學(xué)總論第二章 種質(zhì)資源第一節(jié) 種質(zhì)資源的意義

第二

節(jié)

作物起源中心學(xué)說(shuō)

第三

節(jié) 種質(zhì)資源的類別第四節(jié) 種質(zhì)資源工作的內(nèi)容一、概念二、 重

要性（一）種質(zhì)資源是育種工作的物質(zhì)基礎(chǔ)（二）是不斷發(fā)展新作物的主要來(lái)源（三）為避免品種遺傳基礎(chǔ)貧乏，必須利用更多

的基因資源（四）是生物學(xué)基礎(chǔ)理論研究的重要材料（五）是有生命的財(cái)富，亟待保護(hù)（一）廣義

（二）狹

義第一節(jié) 種質(zhì)資源的意義概念：一切具有一定種質(zhì)或基因、可供育種及相關(guān)研究利用的各種生物類型稱為種質(zhì)資源。也稱

遺傳資源（genetic

resources）基因資源（gene

resources）△種質(zhì)資源（germplasm

resources）包括可用于育種、栽培或其它生物學(xué)研究的各種植物類型及品種。形式有：植株、種子、器官、組織、花粉、細(xì)胞、DNA片段。狹義上指：用于選育新品種的材料，也稱育種的原始材料。（一）是育種工作的物質(zhì)基礎(chǔ)植物種質(zhì)資源是在漫長(zhǎng)的歷史過(guò)程中，由自然演化和人工創(chuàng)造而形成的一種重要的自然資源。作物育種工作就是根據(jù)人類的意志對(duì)各種各樣的品種資源以各種手段進(jìn)行利用、加工和改造。因此，種質(zhì)資源是人類利用植物的遺傳變異選育新品種的主要材料來(lái)源，是開(kāi)展育種工作的物質(zhì)基礎(chǔ)。二、重要性水稻的矮化育種與“低腳烏尖”、“矮腳南特” 等矮源;小麥的矮化育種與“農(nóng)林10號(hào)”;雜種優(yōu)勢(shì)利用育種中雄性不育的資源：水稻的野敗細(xì)胞質(zhì)，油菜的Polima細(xì)胞質(zhì);抗性育種中的病蟲(chóng)害抗性資源等;高賴氨酸玉米Opeque-2，賴氨酸含量比普通玉米高70%。育種工作的成敗很大程度上決定于發(fā)掘和掌握品種資源的數(shù)量和質(zhì)量，以及對(duì)它們研究的廣度和深度。例如：廣泛搜集（收集）、保存和深入研究種質(zhì)資源是現(xiàn)代育種工作的重要特點(diǎn)之一。現(xiàn)有的作物都是在不同的歷史時(shí)期由野生植物馴化而來(lái)的。迄今人類利用的植物資源是很少的。地球上記載的30

萬(wàn)種植物，被人類利用的僅約3000種，即1%，而作為食用作物的僅

1500

種，即0.5%，可見(jiàn)發(fā)掘植物資源的潛力還很大。（二）是不斷發(fā)展新作物的主要來(lái)源隨著生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類將繼續(xù)不斷從野生植物資源中發(fā)展更多的新作物，以滿足生產(chǎn)和生活日益增長(zhǎng)的需要。例：甜葉菊、羅布麻、野苧麻、橡膠草、銀膠菊甜葉菊（sweetening

chrysanthemum）學(xué)名Stevia

rebaudianum

Bertoni，屬雙子葉植物綱，菊科多年生草本植物。原產(chǎn)南美洲巴拉圭和巴西交界

的阿曼拜山脈，現(xiàn)已成為栽培作物。其甜度為蔗糖的

100倍，而熱能幾乎為零。少數(shù)優(yōu)良品種的推廣,以及育種單位和育種家在育種中選用遺傳基礎(chǔ)相同的一些基因資源，從而導(dǎo)致栽培品種的遺傳基礎(chǔ)同一化。將造成以下不良后果：抗逆性脆弱。有利重組的數(shù)量受到遺傳基礎(chǔ)狹窄的限制將使育種工作進(jìn)展緩慢，甚至停滯不前。（三）為避免品種遺傳基礎(chǔ)貧乏，必須利用更多的基因資源不同的種質(zhì)資源各具有不同的生理和遺傳特性,以及不同的生態(tài)特點(diǎn),對(duì)其進(jìn)行深入研究,有助于闡明作物的起源、演變、分類、形態(tài)、生態(tài)、生理和遺傳方面的問(wèn)題。（四）是生物學(xué)基礎(chǔ)理論研究的重要材料美國(guó)：1801-1850年 滅絕了4個(gè)植物種 1851-1999年滅絕了41個(gè)植物種1901-1950年滅絕了45個(gè)植物種據(jù)估計(jì)：400年前每3年消失一個(gè)物種，而20世紀(jì)以來(lái)，平均每8個(gè)月就消失一個(gè)物種。云南景洪：1964-1965年有21處野生稻群落，1978-1979年只剩7處了。（五）是有生命的財(cái)富，亟待保護(hù)15第二節(jié) 作物起源中心學(xué)說(shuō)齊文和茹考夫斯對(duì)作物起源中心學(xué)說(shuō)的發(fā)展哈倫對(duì)作物起源中心學(xué)說(shuō)的發(fā)展瓦維洛夫作物起源中心學(xué)說(shuō)作物起源中心學(xué)說(shuō)

作物起源中心（center

of

origin

of

crops）有兩個(gè)特征，即基因的多樣性和顯性基因的頻率較高。又名基因中心或變異多樣性中心。

最初始的起源地稱為原生起源中心（primaryorigin

center）。當(dāng)作物由原生起源中心地向外擴(kuò)散到一定范圍時(shí)，在邊緣地點(diǎn)形成次生起源中心（secondary

origin

center）。一、瓦維洛夫的作物起源中心學(xué)說(shuō)在一定的生態(tài)環(huán)境中，一年生草本作物間在遺傳 性狀上存在一種相似的平行現(xiàn)象。根據(jù)馴化的來(lái)源，作物分為兩類：第一類是原生作物，如：小麥、大麥、玉米、棉花等。

第二類是次生作物，如：燕麥和黑麥。一、瓦維洛夫的作物起源中心學(xué)說(shuō)12345678瓦維洛夫的作物起源中心8B8A1.

中國(guó)起源中心主要起源作物有黍、稷、粟、高粱、祼粒無(wú)芒大

麥、蕎麥、大豆、茶、

大麻、苧麻等。主要起源作物有水稻、綠豆、飯豆、豇豆、甘蔗、芝麻、紅麻等。2.

印度起源中心2A.

印度—馬來(lái)亞補(bǔ)充區(qū)3.

中亞細(xì)亞起源中心主要起源作物有普通小麥、密穗小麥、印度圓粒小麥、豌豆、蠶豆、非洲棉等4.

西亞中心主要起源作物有一粒小麥、二粒小麥、黑麥、葡萄、石榴、胡桃、無(wú)花果、苜蓿等。5.

地中海起源中心許多蔬菜作物，包括甜菜和許多古老的牧草都起源于這一中心。為小麥、粒用豆類的次生起源地。6.

埃塞俄比亞起源中心四倍體小麥的變異類型極其多樣。7.

南美和中美洲起源中心主要起源作物有陸地棉、甘薯、番茄等。存在大

量玉米變異類型。8. 南美（秘魯—厄瓜多爾—玻利維亞）中心許多塊莖作物，包括馬鈴薯的特有栽培種都起源于此地。8A.

智利亞中心重要的種有木薯、花生和鳳梨8B.

巴西—巴拉圭亞中心主要有花生、可可、橡膠樹(shù)等特有種齊文和茹考夫斯基對(duì)起源中心學(xué)說(shuō)的發(fā)展齊文（1970）和茹考夫斯基（1975）在瓦維洛夫?qū)W說(shuō)的基礎(chǔ)上, 將8個(gè)起源中心所包括的地區(qū)范圍擴(kuò)大，又增加了4個(gè)起源中心，使之能包括所有已發(fā)現(xiàn)的作物基因種類，即有12個(gè)大基因中心1.中國(guó)—日本中心3.澳大利亞中心5.中亞細(xì)亞中心7.地中海中心9.歐洲—西伯利亞中心11.中美和墨西哥中心2.東南亞洲中心4.印度中心6.西亞細(xì)亞中心8.非洲中心10.南美中心12.北美中心Harlan

認(rèn)為遺傳多樣化中心不一定是起源中心，起源中心不一定是多樣性基因中心；有些物種的起源中心至今還無(wú)法確定，有的作物可能起源于幾個(gè)不同的地區(qū)。他提出了作物起源的中心和非中心體系（centerand

no-centersystem)：Harlan的有關(guān)作物起源的觀點(diǎn)農(nóng)業(yè)分別獨(dú)立地開(kāi)始于三個(gè)地區(qū),即近東、中國(guó)和中美洲，存在著有一個(gè)中心和一個(gè)非中心組成的體系；在一個(gè)非中心內(nèi)，當(dāng)農(nóng)業(yè)傳入后，土生的許多植物種才被栽培化，在非中心栽培化的一些主要作物可能在某些情況下傳播到它的中心。三個(gè)中心和非中心為：Harlan的有關(guān)作物起源的觀點(diǎn)中心 非中心A1

近東

A2

非洲B1

中國(guó)

B2

東南亞C1

中美

C2

南美Harlan的有關(guān)作物起源的觀點(diǎn)地球上物種分布不均勻，到起源中心或多樣性中心進(jìn)行考察和收集，可以得到豐富的種質(zhì)資源。第三節(jié) 種質(zhì)資源的類別一、根據(jù)親緣關(guān)系分種質(zhì)資源的種類繁多，為了便于研究和利用，常根據(jù)

其親緣關(guān)系，生態(tài)類型和來(lái)源等進(jìn)行分類。Hanlan

和Dewet（1971）把基因庫(kù)分為三類：初級(jí)基因庫(kù)（Gp-1）：相當(dāng)于傳統(tǒng)的生物種的概念，即在該基因庫(kù)內(nèi)的各個(gè)類型間能相互雜交、雜種可育、基因轉(zhuǎn)移較簡(jiǎn)單。次級(jí)基因庫(kù)（Gp-2）：包括能和該物種雜交的生物種與近緣種。三級(jí)基因庫(kù)（Gp-3）：與該作物親緣關(guān)系較遠(yuǎn)的類型，與該作物雜交時(shí)，雜交不實(shí)和雜種不育現(xiàn)象十分嚴(yán)重。第三節(jié) 種質(zhì)資源的類別種質(zhì)資源的類別及特點(diǎn)按育種實(shí)用價(jià)值分類野生近緣種原始栽培類型地方品種主栽品種人工創(chuàng)造的種質(zhì)資源1.

野生近緣種特點(diǎn)：具有作物所缺少的某些抗逆性（抗病蟲(chóng)、旱寒、鹽堿等），可通過(guò)遠(yuǎn)緣雜交及現(xiàn)代生物技術(shù)轉(zhuǎn)移入作物?？捎糜趧?chuàng)造雄性不育系、優(yōu)質(zhì)、NC雜種。農(nóng)家品種花殼麥西藏半野生小麥普通野生稻(O.sativa)野生稻的地上莖(匍匐莖)西藏半野生小麥41花芒半野生大麥(西藏):芒上能開(kāi)花結(jié)籽123野生大豆大豆起源于中國(guó)，我國(guó)有豐富的野生大豆資源，目前已收集4000多份，這是野生大豆，紫花園葉，小豆莢。2.

原始栽培類型特點(diǎn)：為現(xiàn)代栽培作物的原始種或參與種。多有一技之長(zhǎng)，但不良性狀遺傳率高，多與雜草共生。一年生野生大麥西藏半野生小麥3.

地方品種特點(diǎn)：具有稀有可利用特性，如抗病蟲(chóng)性，對(duì)生態(tài)環(huán)境適應(yīng)性，品質(zhì)性狀以及特 殊性狀。別有價(jià)值的的特農(nóng)家品種花殼麥小佛手小麥形形色色的稻谷穗型24個(gè)稻的品種籽粒和谷粒4.

主栽品種特點(diǎn)：對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)條件有良好的適應(yīng)性與豐產(chǎn)性。一般被用作育種的基本材料。農(nóng)家品種花殼麥大豆-冀黃1055.

人工創(chuàng)造的種質(zhì)資源特點(diǎn)：多具有某些缺點(diǎn)而不能成為品種，但具有一些明顯的優(yōu)良性狀。廣東、廣西農(nóng)科院在研究、鑒定現(xiàn)存的稻種資源中，符合要求的矮稈資源只有0.1%，抗白葉枯病

的僅占0.3-0.58%，抗稻瘟病的只有0.06%，高光效的2%。所以現(xiàn)代育種工作還利用各種手段創(chuàng)造各種突變體或中間材料。如利用太谷核不育基因創(chuàng)造小麥赤霉病抗源。第四節(jié) 種質(zhì)資源工作的內(nèi)容一、搜集方法二、整

理三、保

存四、研究和利用（一）考察收集（二）交換與轉(zhuǎn)引（一）歸

類（二）系統(tǒng)分類（一）要

求（二）方

法（一）鑒定和研究（二）利

用（一）考察收集有計(jì)劃地組織到國(guó)內(nèi)外進(jìn)行考察、采集。是收集品種資源的主要途徑。1.規(guī)模：根據(jù)目的、任務(wù)而定。取樣方法：根據(jù)該地區(qū)生態(tài)條件確定樣品間距和路線。情況 復(fù)雜的地區(qū)，樣點(diǎn)間距小。樣本數(shù)量以充分代表收集地的遺傳變異性為好。 自交草本植物應(yīng)至少?gòu)?0

株上采100

粒種子， 異交草本植物至少要從200-300

株上各采取幾粒 種子。3.記錄：包括采集者的編號(hào)

用采集者的姓名或姓名的第一各字母構(gòu)成主持收集單位或個(gè)人名稱采集日期采集地點(diǎn)品種或類型名稱產(chǎn)地的自然、耕作、栽培條件

經(jīng)度、緯度、海拔、種植季節(jié)、灌溉等分別用1、2、3、4、5、6、7、8表示樣本來(lái)源分別用1、2、3、4、5、6、7、8表示來(lái)源于荒野、農(nóng)田、農(nóng)莊儲(chǔ)存、農(nóng)村庭院、鄉(xiāng)鎮(zhèn)集市、商場(chǎng)、研究單位及其他樣本情況分別用1、2、3、4、5、6表示野生種、野草、育種者品系、原始栽培種或地方種、育成品種或其他樣本的主要形態(tài)特征生物學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)性狀，最好附有照片群眾反映等（二）交換與轉(zhuǎn)引1、應(yīng)做好記錄工作：來(lái)源、名稱、主要經(jīng)濟(jì)性狀、生育期、抗性等。2、注意檢疫。（一）歸

類1.

首先應(yīng)將樣本對(duì)照現(xiàn)場(chǎng)記錄，進(jìn)行初步整理歸類，將同種異名者歸類，以減少重復(fù)；以將同名異種者分開(kāi)，訂正錯(cuò)誤。（二）系統(tǒng)分類2.

確定每份材料所屬的植物分類學(xué)地位和

生態(tài)類型，為保存和進(jìn)一步研究利用提供依據(jù)。（一）保存要求保存生活力：發(fā)芽率>50%保存遺傳性：防止丟失、變異、混雜服務(wù)方便。1.

種植保存：每1-2年種一次，通過(guò)種植繁殖種子，以保存生活力。原則: ①盡量少種；②集中和分散保存。來(lái)自條件懸殊地區(qū)的

品種資源應(yīng)分別在不同的生態(tài)地點(diǎn)保存。（二） 方法

序號(hào)種質(zhì)圃名稱面積（畝）作物保存份數(shù)保存的種、變種及近緣野生種1國(guó)家種質(zhì)廣州野生稻圃6.7野生稻430021個(gè)種2國(guó)家種質(zhì)南寧野生稻圃6.3野生稻463317個(gè)種3國(guó)家種質(zhì)廣州甘薯圃30.0甘薯9501個(gè)種國(guó)家級(jí)作物種質(zhì)資源圃保存多年生無(wú)性繁殖作物種質(zhì)資源份數(shù)及種類61國(guó)家種質(zhì)圃浙江杭州茶樹(shù)圃呼和浩特牧草圃江蘇鎮(zhèn)江桑樹(shù)圃2. 貯藏保存：控制貯藏條件（溫度、濕度）以保持品種資源種子的生活力。原理：迫使種子處于代謝作用的最低限度。主要因素：溫度：與種子壽命呈負(fù)相關(guān)，30-0℃范圍內(nèi)，每降低

5℃，種子壽命延長(zhǎng)一倍。濕度：影響種子含水量，與種子壽命負(fù)相關(guān)，在含水量14-4%范圍內(nèi)，每減少1%，種子壽命可延長(zhǎng)一倍。氧氣、未成熟、不飽滿、損傷：增強(qiáng)呼吸作用與種子的壽命負(fù)相關(guān)。方法：①干燥器可保存3-5年，發(fā)芽率仍達(dá)

85%。②利用自然條件在干燥、年均溫度底的地區(qū)可設(shè)置天然資源庫(kù)，如烏魯木齊放置11年，發(fā)芽率87.6%。③品種資源庫(kù)例：IRRI短期貯藏庫(kù)

溫度10oC、 濕度45%，種子紙裝或在布袋中保存5年中期貯藏庫(kù)

1-4oC、濕度45%，種子放置在密閉的鋁盒或玻璃容器內(nèi)，可保存25年以上長(zhǎng)期貯藏庫(kù)

-10oC、濕度30%，種子放置真空包裝的鋁盒中，可保存70年國(guó)家種質(zhì)庫(kù)是全國(guó)作物種質(zhì)資源長(zhǎng)期保存與研究中心,總建筑面積為3200平方米，由試驗(yàn)區(qū)、種子入庫(kù)前處理操作區(qū)、保存區(qū)三部分組成。保存區(qū)建有兩個(gè)長(zhǎng)期貯藏冷庫(kù)，總面積為300平方米，其容量可保存種質(zhì)40余萬(wàn)份。種質(zhì)貯藏條件為：

溫度-18℃±1℃，相對(duì)濕度<50%。國(guó)

家

種

質(zhì)

庫(kù)3.

試管保存：原理：植物細(xì)胞的遺傳全能性。培養(yǎng)物：愈傷組織、懸浮細(xì)胞、幼芽生長(zhǎng)點(diǎn)、花粉、花藥、體細(xì)胞、原生質(zhì)體、幼胚、組織塊等。（3）優(yōu)點(diǎn)：①

所需空間小，繁殖不受季節(jié)限制例：葡萄

用組織培養(yǎng)的