第1次 园林植物遗传育种技术--绪论

园林植物遗传育种技术,学院：生物化学工程学院专业：园艺园林技术专业主讲教师：张雅慧,第一部分园林植物育种概况第二部分遗传学概论第三部分育种学改良植物性状的技术第四部分观赏植物育种工作发展概况第五部分园林植物育种的原则及任务第六部分园林植物的遗传育种研究进展,本章内容,第一部分园林植物育种概况,园林事业是我国城乡建设中的一个组成部分。人们对园林事业的要求不断提高，不仅需要园林绿地和风景名胜区、森林公园等发挥美化环境、提供优美游憩活动场地，还要求它们在改善环境、保护环境和恢复与建立生态平衡上做出贡献。因此，园林事业的功能是综合性的，其任务是多种多样的。,园林植物是园林事业的主要组成因素和重要内容。人们希望园林绿地中布置着丰富多彩、万紫千红、欣欣向荣、健康美丽的园林植物，也就是说，广大群众期待着所用园林植物既体现出物种多样性，又包含品种多样性（陈俊愉，1998）。我国被西方人士誉称为“园林之母”，意即野生和栽培花卉种质均极丰富，很多奇花嘉木及优良品种最初都是由我国传至世界各地的，如芍药、荷花、梅花、兰花、牡丹、山茶、萱草、杜鹃花等。,一园林植物的概念和在园林建设中的作用,1园林植物的概念：园林植物就是具有观赏价值的植物总称（oramentalplants）。园林植物育种的概念：园林植物育种就是通过引种、选种、杂交育种及良种繁育等途径改良观赏植物固有类型而创造新品种的技术与过程。也就是说以遗传学理论为指导，将天然存在的或人工创造的变异类型通过一定的方法和程序造育出性状基本一致，遗传性相对稳定的符合育种目标与要求的新类型、新品种，并繁育良种苗的过程。,2园林植物在园林建设中的作用：园林植物在园林建设中起着极其重要的作用，它是城市园林绿化的重要物质基础。一个园林风景的好坏取决于园林植物种类的多少。园林植物种类多、观赏价值高的园林风景就好。,园林植物在遗传研究中的特殊作用1.园林植物种类的多样性；2.园林植物变异的多样性（多方向、易检测、可保留）；3.园林植物栽培繁殖方式的多样性；4.保护地栽培；5.生命周期相对较短。,园林植物的种类,木本和草本乔木、灌木和地被植物水生植物、陆地湿生植物、旱生植物露地观赏植物、室内观赏植物栽培观赏、鲜切花装饰观赏,园林植物的种及品种,种（分类学的基本单位）品种（经济学单位）良种（繁育和应用材料）,品种的概念：品种是经人类创造的、经济性状和生物学特性符合人类生产、生活的要求，性状相对整齐一致而稳定遗传的栽培植物群体。无性繁殖的园林植物品种，是由一个个体的枝、芽、鳞茎等营养器官经多次无性繁殖而育成的。因此，又叫做优良无性系。,二观赏植物育种学的任务,尽快丰富观赏植物类别改良现有品种加快良种繁育,三观赏植物的育种目标,观赏性状,树形枝干叶（叶形、叶色）花（花型、花色、花径）果,生物学性状展叶期、绿色持久期开花期、开花期持久性抗逆性（寒、旱、盐碱、病虫）耐修剪,生态习性,水生、湿生、旱生抗旱、抗寒、耐高温喜光、耐阴盐碱地植物、酸性土植物,现代观赏植物育种的目标,花大色艳花型丰满抗逆性强以栽培管理适宜周年生产便于应用,育种工作者的育种目标,现代社会文化主流和流行趋势花文化内涵引导消费创出新意,四育种程序,育种目标的制定种质资源的掌握育种技术的使用和优新品种选育优良品种的繁殖栽培技术优新品种的包装和推广,现代花卉企业中的育种技术,育种目标的确定,种质资源的研究,育种技术的研究,品种试验,良种繁育,品种登录和品种保护,产业化生产,花卉市场,第二部分遗传学概论一遗传学的研究内容,遗传学(Genetics)是研究生物遗传和变异的科学遗传与变异是生物界最普通、最基本的两个特征遗传(heredity)：指生物亲代与子代相似的现象，即生物在世代传递过程中可以保持物种和生物个体各种特性不变；变异(variation)：指生物在亲代与子代之间，以及在子代与子代之间表现出一定差异的现象。遗传与变异是一对矛盾对立统一的两个方面遗传是相对的、保守的，而变异是绝对的、发展的；没有遗传就没有物种的相对稳定，也就不存在变异的问题没有变异特征物种将是一成不变的，也不存在遗传的问题,遗传、变异和选择,遗传、变异和选择是生物进化和新品种选育的三大因素生物进化就是环境条件(选择条件)对生物变异进行自然选择，在自然选择中得以保存的变异传递给子代(遗传)，变异逐代积累导致物种演变、产生新物种动、植物和微生物新品种选育(育种)实际上是一个人工进化过程，只是以选择强度更大的人工选择代替了自然选择，其选择的条件是育种者的要求,遗传、变异与环境,环境改变可以引起变异战国时期考工记就指出：“橘逾淮而北为枳”。表明人们在很早以前就注意到生物生存环境的改变可以引起生物的性状改变生物所表现出的性状变异分为：可遗传(heritable)变异和不可遗传(non-heritable)变异环境引起的变异中包含可以遗传给后代的特性，也包含只在生物当代表现出来，而不能传递给后代的变异西汉的著名唯物主义者王充(王阳明)在论衡中指出：某些偶然变异是不可遗传的考察生物遗传与变异应该在给定环境条件下进行,遗传学的任务,遗传与变异现象的基本规律阐明生物遗传、变异现象及其表现规律遗传的本质与内在规律探索遗传、变异的原因及其物质基础(遗传的本质)，揭示遗传变异的内在规律指导生物遗传改良工作在上述工作基础上指导动、植物和微生物遗传改良(育种)实践,遗传学研究的对象,世界上的一切生物，包括最简单的类病毒到万物之灵的人类，研究其遗传变异规律，因此，从非细胞结构的生物到最高等的人类都是遗传学的研究对象。,二、遗传学的发展简史,*(一)、古代遗传学知识的积累(二)、近代遗传学的奠基1.拉马克：器官用进废退与获得性状遗传2.达尔文：泛生假说3.魏斯曼：种质连续论4.高尔顿：融合遗传假说5.孟德尔：遗传因子假说(三)、遗传学的建立和发展1.初创时期(1900-1910)2.全面发展时期(1910-1952)3.分子遗传学时期(1953-),*(一)、古代遗传学知识的积累,了解即可,(二)、近代遗传学的奠基,1.拉马克：用进废退和获得性状遗传,拉马克（法国的博物学家）认为：生物物种是可变的；遗传变异遵循“用进废退和获得性状遗传”规律拉马克的主要研究领域是生物物种进化，但对生物进化的解释必然涉及对性状遗传与变异现象的解释,器官用进废退和获得性状遗传假说用进废退：生物变异的根本原因是环境条件的改变获得性状遗传：所有生物变异(获得性状)都是可遗传的，并在生物世代间积累。,2.达尔文：,19世纪中叶，达尔文对野生和家养的动植物进行了研究，总结出以自然为中心的进化学说，使生物学有了突破性发展。达尔文也承认获得性状遗传的一些观点，认为生物性状变异都能够传递给后代，理论虽未得到科学的证实，但却使人们得到了“颗粒遗传”的启示，为遗传学的诞生起了积极的推动作用。,3.魏斯曼：种质连续论,新达尔文主义在生物进化方面支持达尔文的选择理论，但在遗传上否定获得性状遗传，魏斯曼是其首创者种质连续论(theoryofcontinuityofgermplasm)多细胞生物由种质和体质组成：种质指生殖细胞，负责生殖和遗传；体质指体细胞，负责营养活动种质是“潜在的”，世代相传，不受体质和环境影响，所以获得性状不能遗传；体质由种质产生，是“被表达的”，不能遗传种质在世代间连续，遗传是由具有一定化学成分和一定分子性质的物质(种质)在世代间传递实现的,*4.高尔顿：融合遗传假说,融合遗传认为：双亲的遗传成分在子代中发生融合，而后表现出来。其根据是，子女的许多特性均表现为双亲的中间类型。因此高尔顿及其学生毕尔生致力于用数学和统计学方法研究亲代与子代间性状表现的关系虽然融合遗传的基本观点并不正确，但是在这一基础上所创建的一系列生物数学分析方法，却为数量遗传、群体遗传的产生和发展奠定了基础,5.孟德尔：遗传因子假说（重点）,遗传因子假说认为：生物性状受细胞内遗传因子(hereditaryfactor)控制遗传因子在生物世代间传递遵循分离和独立分配（自由组合）两个基本规律这两个遗传基本规律是近现代遗传学最主要的、不可动摇的基础，因此，孟德尔被公认为遗传学的创始人。,二、遗传学的发展简史,*(一)、古代遗传学知识的积累(二)、近代遗传学的奠基1.拉马克：器官用进废退与获得性状遗传2.达尔文：泛生假说3.魏斯曼：种质连续论4.高尔顿：融合遗传假说5.孟德尔：遗传因子假说(三)、遗传学的建立和发展1.初创时期(1900-1910)2.全面发展时期(1910-1952)3.分子遗传学时期(1953-),1.初创时期(1900-1910),(1).1900年，三位植物学家：狄弗里斯（DeVrisH.）科伦斯（CorrensC.）冯切尔迈克（VonTschermakE.）在不同国家用多种植物进行了与孟德尔早期研究相类似的杂交育种试验，获得与孟德尔相似的解释，证实孟尔遗传规律，有着重大意义。1900年孟德尔遗传规律的重新发现标志着遗传学的建立和开始发展孟德尔被公认为现代遗传学的创始人。,1、初创时期(1900-1910),(1).1901-1903年，狄弗里斯发表“突变学说”，认为，突变是生物进化的因素。(2).1903年，Sutton和Boveri分别提出染色体遗传理论，认为：遗传因子位于细胞核内染色体上（即萨顿-鲍维里假说），从而将孟德尔遗传规律与细胞学研究结合起来(3).1906年，贝特森（英国的遗传学家）首创“遗传学(Genetics)”，并引入了F1代F2代、等位基因、合子等概念(4).1909年，约翰生（丹麦的遗传学家）发表“纯系学说”，并提出“gene”、“基因型（genotype)”、和“表现型(phenotype)”等概念，以代替孟德尔所谓的“遗传因子”(5).1908年，哈德和温伯格分别推导出群体遗传平衡定律,2.全面发展时期(1910-1952),形成了近代遗传学的主要内容与研究领域，也是本课程的主要内容(1).细胞遗传学/经典遗传学(1910-1940)1910，摩尔根等：性状连锁遗传规律（对黑腹果蝇的研究）摩尔根等人认识到同一对染色体上的两对等位基因，大都一起分离，即“连锁”；少数则进行交换每两个相互连锁的基因间都有一定的交换值。根据交换值，摩尔根等人创造了染色体作图法，并于1913年画出了历史上第一个果蝇基因位置图。摩尔根是遗传学史上的巨人，一生共写了22本书和大约370篇文章，是第一个获得诺贝尔奖的遗传学家,2.全面发展时期(1910-1952),(2).数量遗传学与群体遗传学基础(1920-)费希尔等：数理统计方法在遗传分析中的应用1918年，费希尔发表了重要文献“根据孟德尔遗传假设的亲属间相关的研究”，成功运用多基因假设分析资料，首次将数量变异划分为各个分量，开创了数量性状遗传研究的思想方法。1925年，首次提出了方差分析（ANOVA）方法,为数量遗传学的发展奠定了基础。,2.全面发展时期(1910-1952),(3).微生物遗传学及生化遗传学(1940-1953)1941，Beadle和Tatum等认为：一个基因相当于一个蛋白质，从而提出了“一个基因一个酶”假说（one-gene-one-enzymehypothesis)1944，阿委瑞：肺炎双球菌转化,证明遗传物质是DNA而不是蛋白质1952，赫尔歇和蔡斯：噬菌体重组，用同位素32P和35S标记实验证明DNA噬菌体的遗传物质也是DNA而不是蛋白质(4).其它研究方向1927，穆勒在果蝇、斯塔德勒在玉米中人工诱导基因突变，开始人工诱变的工作，丰富遗传学内容，为育种提供依据1937，布莱克斯里等：植物多倍体诱导（用秋水仙素）杂种优势的遗传理论,3.分子遗传学时期(1953-),1953年Watson和Crick提出DNA分子双螺旋(doublehelix)模型，是分子遗传学及以之为核心的分子生物学建立的标志；20世纪70年代以来，分子遗传学、分子生物学及其实验技术得到飞速发展。,3.分子遗传学时期(1953-),建立了以DNA重组技术为核心的遗传工程，为生物遗传定向操作奠定了基础；取得了人类、多种农业和实验生物基因组的DNA序列信息(结构基因组学)；开创了功能基因组学研究(后基因组学)。,*新研究领域开创与分支学科形成的要素：代表性人物；新的研究技术与方法体系：物理学、化学、数学等学科的新理论与技术；开创性的研究成果(代表性的试验)。,3.分子遗传学时期(1953-),此期代表人物：1、克里克(CrickFHC.，1961)等用实验证明他于1958年提出的关于遗传三联密码的推测。2、1957年开始，尼伦伯格（NirenbergMW.）等着手解译遗传密码，经多人努力至1969年全部解译出64种遗传密码。60年代先后初步阐明mRNA、tRNA以及核糖体功能。3、雅各布（JacobF.）和莫诺（MonodJ.）：1961年提出了大肠杆菌的操纵子学说，阐明微生物基因表达的调节问题。,3.分子遗传学时期(1953-),目前：基因工程定向改变遗传性状。更自由和有效地改变生物性状；打破物种界限，克服远缘杂交困难；培育优良动、植物新品种；治疗人类的一些遗传性疾病,三、遗传学的应用,1.对生命本质的探索生命现象的遗传统一性生命科学在分子水平上的统一2.生物进化理论的基础遗传学研究生物在少数几个世代繁育过程中表现出来的遗传、变异现象与规律生物进化研究生物在长期历史过程中的遗传与变异规律及发展方向,三、遗传学的应用,3.指导动植物、微生物遗传改良工作提高育种工作的预见性创造新的遗传变异提高选择可靠性与效率定向创造和重组遗传变异等,三、遗传学的应用,*4.提高医疗卫生水平遗传病的遗传规律研究、诊断与治疗(基因制剂与基因疗法)细胞组织癌变机制、诊断与防治病原物(细菌、病毒)致病的遗传机理及其防治生物工程药物生产等,第三部分育种学改良植物性状的技术,基本途径引种选种育种,1.育种技术常规技术:非常规技术:,引种技术选择技术杂交技术,诱变育种技术细胞及组织培养技术分子生物学技术,（一）我国现状（二）我国花卉生产现状（三）国际花卉育种现状（四）国际花卉生产现状,第四部分观赏植物育种工作发展概况,我国是世界园林之母,（一）我国现状1、种质资源的保护和利用2、品种培育技术3、品种选育和鉴定技术4、综合育种措施,（二）我国花卉生产现状1.种质资源丰富，没有充分利用；2.育种技术全面，技术不配套；3.品种培育不足,栽培技术跟不上