组织培养与植物离体种质资源保存

组织培养与植物离体种质资源保存内容一、植物种质资源保存的目的二、植物种质资源保存的方式及进展三、组织培养技术保存植物资源应用案例四、中国科学院野生生物资源库植物离体库离体保存进展一、植物种质资源保存的目的1、对资源的需求2、物种消失二、植物种质资源保存的目的1、人类对资源的需求植物资源对经济及社会生活的用途食物作物、木材类香料、佐料类糖料、饮料类染料及单宁类环境管理类纤维类、饲料、牧草类药用、毒品、脱毒类油料花卉宗教、礼仪类蜡、胶、松香类作物近缘物种类野生作物类一、植物种质资源保存的目的2、物种消失全球的高等植物已确认有511科，其中有372个科含有全球性的濒危或已绝灭的种。每8种植物就有不止1种植物濒临绝灭。(1997IUCN濒危植物红色名录)植物灭绝的速度在17世纪以前约每年10种，17世纪至20世纪中期约每年100种，现在约为每年数千种，估计很快就会达到每年10000种(PeterRaven,1999)根据IUCN发布的2008年度全球濒危物种红皮书，相对2007年度红皮书，被评估的物种数从41415种增加到44838种。其中，16928种有灭绝的危险，占物种总数的38%；其中极度濒危物种3246种，濒危物种4770种，易危物种8912种。在中国的30000多种高等植物中濒危或接近濒危的高等植物有近5000种,一些种已经绝灭(Jordilo′Pez-PujoletGeSong,2006)EstimatedNumberofdescribedspeciesNumberofspeciesevaluatedby20131996/98200020022003200420062007200820092010201120122013Mosses16236102---808080808080828280807676FernsandAllies12000315---------111140139139139139148163167167Gymnosperms10521,009142141142304305306321323322371377374399FlowerinPlants268000161065186539054926279779678657899790479488116852787649178GreenAlgae424213------------------0000000RedAlgae614458------------------9999999Horsetails151------------------------------------0total307689176045328561157146774832183908448845785008724915693909829世界濒危物种（包括CR，EN，VU）根据2013年1月IUCN统计数据从1996到2013年濒危物种(CR,EN,VU)数量的变化threatenedcategories1996/98200020022003200420062007200820092010201120122013CR909101410461276149015411569157515771619173118211920EN1197126612911634223922582278228023162397256426552871VU3222333133773864459245914600460246074708486149145038Total5328561157146774832183908447845785008724915693909829东亚地区濒危物种EastAsiaEXEWCRENVUNTLR/cdDDLCTotalChina3173188214633145741151HongKong002134107788Japan001791460228265Korea,DemocraticPeople'sRepublicof000263006980Korea,Republicof000426007991Macao000000002222Mongolia000000206668Taiwan,ProvinceofChina011141271061244341Chinatotal3286230244773858951580根据2013年1月IUCN统计数据近50年来，中国约有200种植物灭绝，高等植物中受威胁种已达4000-5000种，占总数的15-20%，高于世界10-15%的水平。

水杉

杉科落叶大乔木，为我国珍贵孑遗树种之一，被世界生物界誉为活化石，产于四川万县、湖北利川、湖南龙山与桑植一带。

桫椤

木本厥类植物，又称“树厥”，既是观赏植物又是经济树种，产于我国南方诸省。

银杉

松科常绿乔木，为我国特有的孑遗树种。树史达1000万年以上，在第三纪晚期的冰川活动中几乎灭绝，仅在地处低纬度的我国西南残存，五十年代被发现。

珙桐

珙桐科落叶乔木，亦称“水梨子”，是驰名世界的观赏树，仅产于湖北兴山县。因珙桐育苗难，成活率低，很难移植，因而目前正日趋减少。

中国国家一级保护植物

金花茶

山茶科小乔木，为我国最珍贵的观赏植物之一。它不仅有绚丽悦目的花朵，其叶还是高级茶科并能入药。仅产于广西邕宁、东兴等地，目前尚不可移植人参

五加科多年生草木植物，名贵药材，仅产于我国东北和朝鲜北部，栽植技术要求高，是有名的经济植物。秃杉

杉科常绿大乔木，是我国最有名的建材树种之一。其木质轻软且密，纹理顺直，产于云南、贵州等地及缅甸北部，但稀少罕见。

望天树

龙脑香料常绿大乔木。顾名思义它有望天之功，树高可达70余米，是世界上最好的船舶、车辆用材的树种，独产于我国西双版纳的原始森林。

二、植物种质资源保存方式及进展1、就地保护（自然保护区）

2、迁地保护:活体（世界范围的植物园）离体（世界范围的种质资源库）种子库离体库DNA库1、就地保护（自然保护区）在19世纪末与20世纪初，人们开始了自然保护区的实践，以此保护濒于灭绝的和有重要经济价值的植物。今天世界上120个国家已经建立了8500多个各种类型的保护区，面积达到14200万hm2(Barzetti,1993)。

中国的自然保护区

这些保护区保护了全国：

70%以上的生态系统类型

80%以上的濒危野生动物

60%的濒危高等植物

截止到2012年，中国自然保护区共计2588个，总面积149万km2，其中国家级保护区335个,总面积93.21万km2。KirstenboschNationalBotanicalGarden南非--品种最丰富的植物园茂物植物园印尼—世界最大热带植物园16000种开花植物9000种4.5万多种16000种帕多瓦植物园意大利—西方最古老的花园皇家邱园—收藏物种最丰富的植物园密苏里植物园--美国最古老的植物园51000种2、迁地保护（植物园）我国已建成200余个各类植物园，具有科研、植物保护、科普教育等综合功能的植物园40个左右，其中中科院的14个植物园引种保存了约2万种高等植物，占全国植物园收集植物的90%左右北京植物园华南植物园武汉植物园西双版纳植物园中国的植物园2、迁地保护（离体保存）

离体保存种子、

DNA活体保存占用空间小投资成本低不受季节、环境影响

珍稀濒危植物种子少或无的植物常规方法难以生长物种……投入成本高受环境影响离体培养组织、器官植物种质资源的应用：种群恢复产业发展英国皇家邱园（RBGKew）:1974年成立组织培养单元，繁殖和保存珍惜濒危和常规方法难以生长的物种离体保存3000多个物种，其中有2000多种属于IUCN名单中的物种苔藓类蕨类兰科食虫植物多肉植物棕榈宿根植物灌木木本植物千年种子库（MillenniumSeedBank

）

1997年启动，8000万英镑建立于英国西萨塞克斯郡已实现了保存全部的英国1400多种野生植物种和全球10%的植物物种的目标。有50多个国家参与，保存30,855种，18亿种子，目标是2020年保存世界物种的25%。世界末日种子库（挪威）

座落于北极南部800英里（约合1287公里）的斯瓦尔巴群岛，耗资900万美元，2008年1月投入使用。可储存450万种约20亿粒主要农作物的种子样本。约1亿粒世界各地的农作物种子被保存在零下18摄氏度的地窖中。美国国家植物种质体系（NPGS）

是由包括美国联邦及州政府的有关组织和研究机构，以及私人的组织和研究机构组成的工作网络体系。NPGS的目的是为了保护植物遗传多样性，同时致力于提高作物的品质和产量。NPGS的重要成员分布在全美国各地，但都通过种质资源信息网络GRIN联系在一起，共同支持和维护着美国国家植物种质体系的建设和运行。

GRIN现已拥有437，127份种质，这些种质来自184个科，1509个属，10，182个种，其中长期保存的种质约为28万份，所有这些种质分别贮藏在26个种质库（圃）中。美国国家基因资源保护中心

国家作物种质库（中国）包括种子库、离体库（试管苗库和超低温库）、DNA库以及种质分类鉴定、质量监测、保存技术研究等实验研究平台，总建筑面积为3200平方米，1986年建成，是全国作物种质资源长期保存中心，也是国作物种质资源保存研究中心。国家作物种质库保存35科192属725种，贮存的种质数量已达到

34万余份，长期保存的种质数量处于世界第一。

中国西南野生生物种质资源库

国家重大科学工程“中国西南野生生物种质资源库”2007年建成，总投资1.48亿元。主要包括种子库、植物离体种质库、DNA库、微生物库、动物种质库、信息中心和植物种质资源圃。计划十五年内将达到19000种190000份（株）。与英国皇家丘植物园“千年种子库”签署了关于野生植物种质资源保护和研究的合作协议保存植物离体材料844种，9132份保存DNA材料1311种12155份

其中包括很多中国特有种，珍稀濒危物种，甚至有野外灭绝物种弥勒苣苔已灭绝中国特有种兰科植物的系统性和抢救性收集，共收集200余种428份中国科学院野生生物资源库

植物离体库原称中国科学院典型培养物保藏委员会，下设11个库，在中国生物多样性的保藏、研究和保护中起着重要作用。包括菌种库、细胞库、病毒库、淡水藻库、海水藻库、动物细胞库、中华民族细胞库、疫病样品库、植物离体库、热带植物种质库、信息库等。

建立于1996年，以离体保存濒危、特有和重要经济植物资源为目标，共收集和保存各种植物培养物500余种3000余份，主要包括苦苣苔科、蕨类、百合科以及其他观赏植物、经济植物和工程植物等。

三、组织培养技术保存植物资源应用案例案例1：野外绝灭物种焰苞唇柱苣苔的抢救性保护焰苞唇柱苣苔Chiritaspadiciformis是王文采1985年根据栽培植株压制的标本发表的苦苣苔科新种，特产于中国广西大明山，具有独特的佛焰苞，在分类学、生态学、园艺学上有重要意义。1992年迁地保护的活植株全部死亡。从1981-2009年间，经过多次广西大明山资源调查，没有第二次采集和引种记录，初步认定已经野外灭绝。目前仅剩中科院植物所通过离体培养得到的植株。表1焰苞唇柱苣苔种群数量变化时间地点事件保存数量记录Records1981以前广西药用植物园引种栽培？方鼎（记录）1981年广西药用植物园采制标本，标本制作时间：1981年8月13日方鼎、覃德海79447（模式标本），存GXMI（广西药用植物研究所）1984年7月8日中国科学院植物研究所引种于广西药用植物园，温室栽培2株李振宇引种，野生花卉组栽培（No.16）1985年7月广西药用植物园以栽培植株为模式，发表新种W.T.Wang,19851986年5月19日中国科学院植物研究所以引种植株为材料，进行组织培养成功，并保存3个试管保存于中国科学院典型培养物保藏委员会植物离体种质库（No.33）1991年广西药用植物园活植株死亡0方鼎（记录）1992年中国科学院植物研究所引种的活植株死亡0栽培记录1992年3月11日（温室搬家）1981-2009广西多次大明山及周边地区资源调查，没有该种的第二次采集和引种记录0丁雨龙1991；李振宇1996；文和群1998；韦毅刚等2004；李振宇等2004；温放2008；

通过离体材料的扩繁，已经成功繁殖植株82株，并分别保存于中国科学院植物研究所北京植物园和广西药用植物园。案例2：丰都车前的发现与抢救丰都车前Plantagofengdouensis(Z.E.Zhao&Y.Wang)Y.Wang&Z.Y.Li

三峡库区两个江心小岛上发现的特有种

2003年６月两个岛被淹没

与武汉植物园合作发表新种丰都车前的发现与抢救◆2005年从模式标本上采集种子组织培养成功◆保存于中国科学院典型培养物保藏委员会植物离体种质库案例3：濒危植物桫椤的繁殖

桫椤科植物是现存唯一的木本蕨类植物，极其珍贵，堪称国宝，被众多国家列为一级保护的濒危植物。1999年，农业部颁布的《国家重点保护野生植物名录》将桫椤科所有种列为国家二级保护植物，其中桫椤(Alsophilaspinulosa(Wall.exHook.)Tryon)被列为国家一级保护植物人工组织培养的桫椤Alsophilaspinulosa

离体保存苦苣苔科植物170余种，包括濒危及稀有种：四数苣苔，药用唇柱苣苔，条叶唇柱苣苔，龙州半蒴苣苔，单座苣苔，秦岭石蝴蝶，异裂苣苔等，具有观赏药用食用价值：红苞半蒴苣苔、烟叶唇柱苣苔、非洲紫罗兰属、好望角苣苔属、鲸鱼花属等全世界有500余属1500余种我国有58属463种；27属375种为中国特有；我国含特有属最多的科。苦苣苔科植物四、中国科学院野生生物资源库

植物离体库离体保存进展‘LittleChatterbox’'Arcturus''BuckeyeCelebration''Karmen''KosmicheskayaLegend''BuckeyeCandySparkler''WhirligigStar''Opera'sElectra''PaintedSilk''Lyon'ssilvermilk'草莓冰激凌Saintpauliasp.离体保存的苦苣苔科非洲紫罗兰属观赏品种

——植物所已引入130余个品种单瓣品种‘Ko'sMistyMoon’‘PolarStar’‘WinterLove’'Everlovesp'‘Lyon'sRendezvous’‘Ko'sYearning’‘Ko'sInnovation’‘Mac'sCrystalCupid’Saintpauliasp.Saintpauliasp.'ThunderSurprise'

重瓣品种'OptimaraLittleMoonstone''Pirate'sGold''Lyon'sPlumPudding'Saintpauliasp.'Rob'sLooseNoodle''DixieDoris'Saintpauliasp.'Ramblinmagic''HelloSunshine''RosieRuffles''BobSerbin''EK-RadugaLiubvi''AddedTouch''AlamoFlame'‘Angel’sPetticoats’W2013737'AncientLace''OptimaraEvergrace'W2013740W2013744'RosieRuffles'W2013749'Rob’sSarsparilla'褶皱品种离体保存的苦苣苔科好望角苣苔属观赏品种——植物所离体库已引入30余种

好望角苣苔自19世纪初在热带非洲被发现，1824年引种到英国，并逐渐在欧洲推开。到20世纪40年代，在欧美已广泛流行，由于好望角苣苔花朵娇媚可爱，花期又长。成为窗台栽培的重要盆花之一。至今，英国的哈米尔顿设计公司和汤普森·摩根公司以及以色列的科恩（Cohen）繁殖苗圃，均是世界好望角苣苔的育种和生产的专业公司，并闻名于全球，常有新品种推向市场。‘SpinArt’‘Neil'sMissThing’‘Bristol'sPartyBoy’‘Wow’‘Verso’‘Silvia’‘Chevrolet’‘Neil'sDetroit’PurplePanda’

离体保存的苦苣苔科垂吊类观赏种

芒毛苣苔Aeschynantus‘MonaLisa’袋鼠花Nematanthus‘wettsteinii’鲸鱼花Columnea‘Midget’

离体保存460余种蕨类植物的配子体及孢子体，包括濒危及稀有种：桫椤、小黑桫椤、笔筒树、金毛狗、对开蕨等，重要的药用及观赏种：槲蕨、铁角蕨属、鳞毛蕨属、耳蕨属、铁线蕨属、凤尾蕨属等低温离体保存的蕨类植物孢子体蕨类植物低温离体保存的蕨类植物配子体孢子收集孢子保存孢子活力检测目前，已保存蕨类孢子578种离体保存的蕨类植物观赏种肾蕨属巢蕨属荚果蕨铁线蕨属凤尾蕨属鹿角蕨蕨类离体培养及保存体系

——配子体途径蕨类离体培养及保存体系

——GGB途径不同外植体诱导得到的GGBGGB增殖的不同时期GGB分化的不同时期Humatatyermannii观赏蕨类植物GGB组培繁殖流程无菌幼孢子体配子体成熟孢子体根状茎、侧芽、茎尖GGB诱导GGB增殖GGB分化幼苗生根及壮苗幼苗移栽诱导材料的获取GGB的诱导、增殖及分化幼苗生根及移栽建立19种观赏蕨类GGB繁殖技术体系编号拉丁名中文名59Davalliachaerophylloides

var.stenochlamys(C.Chr.)Tardieu63Davalliasolida(G.Forst.)Sw.阔叶骨碎补64Humatatyermannii

T.Moor65Scyphulariapentaphylla(Blume)Fee杯盖蕨68Microlepiamarginata(Panz.)C.Chr.311Angiopteriscrassipes

大脚观音座莲47Aspleniumboltonii

Hook.exSchelpe55Blechnumoccidentale

L.60DavalliadissectaSm.209PterisexcelsaGaud.溪边凤尾蕨DCJ短肠蕨JMatteucciastruthiopteris荚果蕨BNephrolepisexaltata‘BlueBell’蓝色贝尔MNephrolepisexaltata

‘BostonMurano’米兰Neg1Nephrolepisexaltata‘Neg1’不同类型GGB形态正面

背面

abcdefgh不同GGB颜色形状对比a,b—对生耳蕨（Polystichumdeltodon）

GGB正反面；c,d

—

骨碎补（Davalliasolida）GGB正反面；e,f

—

大脚观音座莲（Angiopteriscrassipes

）GGB正反面；g,h

—

阴石蕨（Humatatyermannii

）GGB正反面

自然条件下，蕨类植物主要通过孢子繁殖产生新植株，但是有部分蕨类不能产生孢子，故不能通过孢子进行繁殖利用绿色球状体（GreenGlobularBody，GGB）进行繁殖并分化可以得到大量蕨类幼苗，繁殖系数较高，且可以在短时间内为蕨类植物育种提供大量实验材料GGB组培繁殖途径辐照处理a.γ射线辐照；b.质子束辐照处理

变异植株的筛选a.幼苗；b.成株

商业品种60种野生材料20份离体保存品种品种20种野生材料12种

百合科百合属百合器官培养和遗传再生体系建立了种子、鳞片、花柱、花丝、心皮、花瓣、叶片等多种器官组织培养体系，为辐射诱变和遗传转化提供了良好的受体系统。初步得到了适合部分百合的遗传转化系统百合遗传转化体系不同器官的高效再生辐射育种研究得到了伽马线、电