《无性系育种》PPT课件.ppt

第六章无性系育种 一 无性系育种的概念和现状 无性繁殖 vegetativepropagateion 是指没有精子或卵子直接参与的繁殖过程 由树木母体的一群细胞 一部分组织或器官 通过体细胞的有丝分裂 而分化发育成各种组织和器官 直到长成完整的植株 无性系 clone 是指某一原始母株通过无性繁殖所产生的一群个体的总称 无性系育种 clonalbreeding 对于易于无性繁殖的树种 从普通林分 人工林分或杂种群体中选出的优良单株 无性繁殖形成无性系 按育种目标和要求对各无性系进行比较鉴定 评选出最优无性系 最后推广应用于生产 无性繁殖是树木新品种 引进品种 珍稀濒危品种扩大繁殖的重要方式之一 70年代以来 树木的无性繁殖应用在林木遗传改良上取得了很大的进展 开辟了无性系林业的新阶段 据统计 目前世界上有几十个国家都开展了林木树种无性繁殖和无性系造林的研究 在阔叶用材树种中 已在人工林和园林绿化中应用无性系的树种有 杨树 柳树 桉树 泡桐 木麻黄 柚木 刺槐 悬铃木 杜仲 榆树 鹅掌揪等 经济林树种有油茶 油桐 漆树 核桃 板栗 枣等 杨树 柳树无性系的应用 在林业生产中已发挥了巨大的作用 是森林树种无性系应用最早取得成效的实例 一是这类树种易于种间杂交 容易获得杂种 二是容易扦插繁殖 中国杨树人工林面积已居世界首位 在用材树种中 杨树无性系育种和无性系造林开展的最早 规模最大 也最有成效 这些人工林所使用的无性系 大多起源于黑杨派 即美洲黑杨 欧洲黑杨和它们的杂种一欧美杨 桉树具有速生 丰产和用途广泛等优点 是世界上热带 亚热带地区的重要人工造林树种 造林面积约占世界人工林总面积的15 近20年来被广泛用作纸浆原料 经济效益显著 人工造林面积迅速扩大 推动了林木遗传改良事业的发展 匈牙利刺槐无性系林经营也很有成效 刺槐林面积占森林总面积近1 5 为了提高木材工业利用率和扩大木材出口 选育优良无性系进行栽培 44年生时无性系林的立木材积达到454立方米 针叶树种通常扦插生很较难 与阔叶树相比 其无性系造林会受到更多的限制 我国的杉木 水杉和日本的柳杉 扁柏属于针叶树种中少数容易扦插生根的树种 二 无性繁殖的应用及其特点 1 在森林遗传学研究中的应用 用于搜集保存遗传多样性 种质资源的保存和转移 试验材料的遗传评价 通过无性系测定 评价基因型X环境互作 估算环境和遗传相关 及幼年和成年相关 加快繁殖周期以促进育种和遗传测定 2 在林木改良中的应用 无性系选育是树木育种的一种手段 能使杂合体的基因型材料 通过无性繁殖和无性系测定 形成遗传型和表现型一致的群体 通过嫁接扦插等方法营建无性系种子园 用于生产遗传品质经过改良的种子 植物细胞和组织培养技术 如微体繁殖 原生质体培养与融合等遗传操作手段 在林木改良中的应用已日益广泛 3 在林业生产中的应用 通过无性系改良而实现无性系造林 营造生产性林木种子园 对于多年生果树 观赏树木和特用经济树种 无性繁殖一直是一种主要的生产繁殖方式 4 无性繁殖的优越性 1 具有获取最大遗传增益的潜力无性系选育是对优良基因型的直接利用 是选亲本用亲本 它利用的是基因的加性效应 非加性效应 甚至母体效应在内的全部遗传效应 使之在无性系中表达 所以是增益最大的一种选择方式 2 避免因实生繁殖产生的分化 3 缩短改良周期 在某些情况下有机会从林木改良中快速取得成果 三 无性繁殖方法 1 扦插繁殖 cuttagepropagation 扦插的种类有 嫩枝扦插 硬枝扦插 根插 芽叶插等 影响插条生根的内在因素 主要是指植物解剖结构 生长激素和抑制剂的种类和水平 因树种 种源 家系和无性系的不同 插条生根能力有差别 影响扦插生根的外界因素 主要是指湿度 温度 通气状况和光照 嫩枝扦插 插根繁殖 2 嫁接 grafting 嫁接的方法很多 按接穗材料的不同可分为芽接 枝接 根接三大类 决定嫁接成败的因素主要有 砧木的选择 接穗的选择与贮藏 最适季节的选择 嫁接者的技能 嫁接方法的选用及嫁接后的管理等 从树木本身来看 影响嫁接成活的因子主要是嫁接亲和力 graftingaffinity 嫁接亲和力 graftingaffinity 是指砧木和接穗内部组织结构 遗传和生理特性的相似性 通过嫁接能够愈合生长及成活后生理上能相互适应 伐根嫁接 一般地说 亲缘关系越近 亲合力强 同种间或同一无性系间的亲和力最强 这种嫁接组合通常称为 共砧嫁接 或 本砧嫁接 3 组织培养 tissueculture 组织培养是利用植物体的器官 组织或细胞 通过无菌操作接种于人工配制的培养基上 通过生物化学和物理环境条件的控制 在一定的光照和温度条件下培养 使之被诱导 增殖 然后再生成为完整的植株 3 组织培养 tissueculture 目前已有许多树木可通过组织培养进行繁殖 当前 用体细胞胚 茎尖或腋芽作为外植体 都容易获得再生植株 研究表明 组培主要分为以下几种 阔叶树的45 由腋芽 13 由不定芽 25 由愈伤组织诱导成苗 17 由不定胚形成苗 同样 针叶树分别为28 55 5 12 可见由不定芽诱导成苗比阔叶树多 MS 6 BA0 6mg l NAA0 1mg l 蔗糖1 5 琼脂0 6 1 2MS IBA0 4mg l 蔗糖1 5 琼脂0 6 WPM 6 BA1 0 KT0 3 NAA0 01 WPM 6 BA0 5 KT0 3 NAA0 01 WPM 6 BA1 5 KT0 3 NAA0 01 regenerationfromtheleafofbirch 欧洲白桦叶片培养 农杆菌介导的基因转化 叶盘法 Testof S1 MS 6 BA1 0 KT0 3 NAA0 01S2 WPM 6 BA1 0 KT0 3 NAA0 01S3 MCM 6 BA1 0 KT0 3 NAA0 01 S1S2S3 effectamongthemediaontheregenerationofbirchbyrootculture 白华根系培养 通过愈伤组织诱导芽的产生 目前 能大量产生体细胞胚的植物约有43科 92属 100余种 树木体胚诱导和培养 花旗松胚种生产过程 冷冻保存 有胚种子 胚培养 扩大繁殖 播胚种 苗木生产 胚苗 1 2 3 4 5 6 造林 四 树木无性繁殖中的非遗传效应 各种无性繁殖方式 不管哪一种 都将遇到共同的难题 就是繁殖材料的非遗传效应 这些非遗传因素的影响 虽然只对繁当代起作用 对有性后代的遗传没有影响 但这种作用是长期持久的 在林木无性繁殖有重要影响 树木无性繁殖中的主要非遗传效应是成熟效应 年龄效应 和位置效应 topophysis 树木有三种形式的老化 l 年代老化 Chronologicalageing 是指简单地计算年代或年龄的一种形式的老化 2 生理老化 Physiologicalageing 这是从物质代谢角度来看待老化而区分的类别 生理老化是指代谢活动上的复杂化 3 个体发育老化 Ontogeneticageing 这是指种子萌发到彻底衰老一生中所经历的发育周期 对一株大树 幼年期与成年期截然不同的特征与特性可在同一株大树上共存 树木允许自己的不同部位在不同时期达到不同程度的老化 树木这种老化现象称为 年老梯度 越是大树顶端 越是大树外端 它们的枝条虽在年龄上是最年轻的 但在阶段上则是最年老的 相反树木的基都 包括根区 在年龄上是最老的 但在阶段上是最年轻的 幼化 老化 老化 成熟效应 cyclophysis 是指繁殖材料的生理老化 很大程度上取决于母树年龄 母树年龄增加 衰老加深 无性繁殖能力逐步下降 生长也随之受到抑制 穗条从母株分离后 经过无性繁殖 各分株的生长发育表现 因原株的成熟度不同而异 位置效应 topophysis 是指来自母树不同部位的枝条 在形态和生理发育上存在潜在差异 这些差异是受位置的影响产生的 当被扦插和嫁接后 在相当的时间内保持母树分支的原有习性 如采自下部侧生枝条 常有倾斜生长的趋势 NL100R NL100A NL100A NL100R 欧洲栎树无性繁殖位置效应 成熟效应 位置效应 繁殖材料的粗细 繁殖技术等因素引起的各种非遗传偏差 称之为C效应 C效应只对当代起作用 对后代的遗传没有影响 五 无性系选育 无性系育种 clonalbreeding 对于易于无性繁殖的树种 从普通林分 人工林分或杂种群体中选出的优良单株 无性繁殖形成无性系 按育种目标和要求对各无性系进行比较鉴定 评选出最优无性系 最后推广应用于生产 1 无性系选育的一般程序 以实生种子园子代为基础 以无性系种子园子代为基础 以自然界优良表现型或优良种源为基础 以自然杂种或人工杂种为基础 2 阔叶树无性选育实例 为了防止无性系衰退 必须保存多样化的基因库 3 针叶树无性系选育实例 六 无性系育种中应注意的问题 一 采用多系造林 以防遗传基础窄化 无性系数目多少取决于很多因素 如轮伐期长短 栽植面积大小 不同无性系间配合性以及寄主和病虫害间的关系等 许多国家在无性系造林时规定了无性系数目 一般认为 分无性系小面积营造纯林 各无性系插花式安排较好 不宜用多无性系随机混合造林 二 优树取样材料的幼年性与一致