作物种质资源

1、1,第三章 种质资源,2,第一节 种质资源的重要性,种质（germplasm）：遗传学上称为基因，是指决定遗传性状，并能够将遗传信息从亲代传递给子代的遗传物质。,种质库（germplasm pool） ：指以种为单位的群体内的全部遗传物质，它由许多个体的不同基因所组成。又称基因库(genebank)。,种质资源（germplasm resource）： 在遗传、育种及生产上有利用价值的一切植物材料。,一、概念,3,蕴藏种质的主要表现形式是： 植株 、种子，根、茎、叶、芽等无性繁殖器官和营养器官，及愈伤组织、分生组织、花粉、合子、细胞、原生质体、以及染色体和DNA片段等。,4,二、 种质资源的重

2、要意义,种质资源是人类赖以生存和可持续发展的物质基础，是一个国家安全的重要组成部分。 种质资源是植物育种的物质基础。 种质资源是理论研究的重要材料。,5,一个基因或者一个物种可以影响一个国家的有关的经济发展；一个优良的生态群落的建立可以改善一个地区的环境。 实例： 野生稻雄性败育基因 矮杆基因（绿色革命） 野生马铃薯抗晚疫病基因,马铃薯晚疫病,6,生态系统多样性,7,三、 种质资源的现状与存在问题,1.发展理念的误区造成种质资源的遗传侵蚀 人类对品种良种化和遗传一致性的要求，使传统的品种被改良品种所取代，并使之加速灭绝，减少了种质资源遗传多样性。 更大的一致性倾向或遗传单一性增加了主要作物对流

3、行性病虫害潜在的遗传脆弱性。,8,地质史上已发生过5次自然大灭绝 (Wilson,1989)原因： 地质变化和大灾变； 地球又一次进入大灭绝时期，当代物种灭绝速度比自然灭绝速度快1000倍(Wilson,1989) ！ 有花植物中约有5-10的物种处于 受威胁或濒危之中（陈心启等,1998） 1个物种灭绝可能影响到几十个物种 的生存。,生物多样性保育的紧迫性,9,10,人类对资源的需求日趋增长，逐渐造成生态环境的破坏和生物资源流失。 大量砍伐和焚烧森林，过度放牧，使大量野生动物、植物失去栖生、繁衍的场所。,2.人类活动及现代科技的发展对种质资源的影响,11,城市、工矿的发展占用了大量的绿地，使

4、土壤、水源和大气的污染。植被的破坏加剧了生态环境的恶化，反过来又导致了生物资源的进一步流失，形成了恶性循环。 现代科技的迅猛发展产生了某些负面的影响。农业机械的广泛应用，使不适应现代机械要求的品种有逐步消失的危险;化学肥料和农药的大规模使用，造成大量种质资源减少,用飞机喷撒农药，使野生资源也受到损失;生物工程的安全性等。,12,第二节、种质资源的类型和特点,按其来源分类,种质资源的类别：,本地种质资源 外地种质资源 野生植物资源 人工创造的种质资源,13,二、 种质资源的类型和特点,按其来源分类 亲缘关系分类,种质资源的类别：,植物学分类：科、属、种,14,二、种质资源的类型和特点,按其来源分

5、类 亲缘关系分类 育种实用性分类,种质资源的类别：,现代优良品种或高产品种、主要商品品种、次要品种、具有特长的、过时类型、育种材料、突变体、原始类型、野草类和野生种十类。,15,二、 种质资源的类型和特点,按其来源分类 亲缘关系分类 育种实用性分类 生态类型分类、用途分类,种质资源的类别：,16,1. 本地种质资源,指那些在当地自然条件和耕作制度下，经过长期培养选择得到的地方品种和当前推广的改良品种。 适合当地特殊的自然条件、消费和栽培习惯。 大多没有经过现代育种技术的改良。 有些材料虽有明显缺点，但往往具有某些罕见的特性，以及具备一些在目前看来虽然并不重要的特殊经济价值。 是最重要的，具极大

6、遗传价值和育种潜力的种质资源。,17,2.外地种质资源,引自外地区或外国的品种或材料，具有不同生物学和经济上的遗传性状。 若该品种的产地与本地区相近，可直接引用；若不适合直接栽培，需要进行改良。,18,3.野生植物资源,包括栽培植物的近缘野生种和有潜在利用价值的植物野生种。 野生种是生物进化长期自然选择的结果. 栽培作物近缘种是介于栽培和野生类型之间的不同程度的过渡类型，是先人人工选择的成果。 具备生物多样性，常带有作物所缺少的某些抗逆基因，在育种上往往作为抗源资源加以利用。,19,在生产上有些野生近缘种也作为嫁接砧木加以利用。 由于人类对生态环境的不断干扰和破坏，很多野生近缘种已从开垦地上退

7、走，有些种已濒于灭绝。 它的生物科学及植物育种的源泉。,20,各种育种途径的中间材料。如这种材料可以是杂种后代、物理化学诱变育成的突变体，人工诱变的多倍体、体细胞融合材料、远缘杂交材料、转基因材料等等，有人称之为育种中间材料。 虽然它们具有某些缺点，而不能成为新的品种，但因具有一些明显的优良性状，仍不失为一种优良的亲本或种质资源。 这类材料，因育种工作的不断发展会日益增加，这样会大大丰富种质资源的遗传多样性。,4 .人工创造的种质资源,21,一、瓦维洛夫的起源中心学说 该学说是在De Candolle（1886）的观点上发展起来的。 瓦维洛夫1920年起: 60多个国家； 考察180多次； 采

8、集30余万份标本和种子。 分析其在地理上的分布情况，于1951年提出了作物起源中心学说（Theory on origin center of crops）。,第三节 植物起源中心学说及其发展,22,1、瓦维洛夫作物起源中心学说（主要论点）,（1）作物起源中心（center of origin of crops）有两个主要特征：基因的多样性 显性基因的频率较高， 现在的作物起源中心概念一般为：野生植物最先被人类栽培利用或产生大量栽培变异类型的比较独立的农业地理中心。,23,（2）原生起源中心和次生起源中心的区别与特点： 作物最初始的起源地称为原生起源中心 （primary origin cent

9、er）。一般有4个标志： 有野生祖先； 有原始特有类型； 有明显的遗传多样性； 有大量的显性基因。,24,当作物由原生起源中心地向外扩散到一定范围时，在边缘地点又会因作物本身的自交和自然隔离而形成新的隐性基因控制的多样化地区，即次生起源中心（secondary origin center）或次生基因中心。 也有4个特点： 无野生祖先； 有新的特有类型； 有大量的变异； 有大量的隐性基因。,25,（3）在一定的生态环境中，一年生草本作物间在遗传性状上存在一种相似的平行现象，称之为“遗传变异性的同源系列规律”。,26,（4）根据驯化的来源，将作物分为原生作物和次生作物 人类有目的驯化的植物称为原生

10、作物。 与原生作物伴生的杂草，当其被传播到不适宜于原生作物而对杂草生长有利的环境时，就被人类分离而成为栽培的主体，这类作物称为次生作物。,27,瓦维洛夫提出的8大作物起源中心,28,（1）中国东亚中心 136物种（11种作物）；（2）印度中心 117物种（15种作物）；（3）中亚细亚中心 42物种（15种作物）；（4）西亚中心 83物种（20种作物）；（5）地中海中心 84物种（6种作物）；（6）埃塞俄比亚中心 38物种（15种作物）；（7）南美和中美起源中心（墨西哥南部和中美中心）49物种（9种作物）（8）南美中心 62物种（7种作物）,29,（1）中国东亚中心,主要起源作物有黍、稷、粟、高

11、粱、裸粒无芒大麦、荞麦、大豆、茶、大麻、苎麻等。,30,主要起源作物有水稻、绿豆、饭豆、豇豆、甘蔗、芝麻、红麻等。,（2）印度中心,（2A）印度马来西亚补充区：主要起源作物有薏苡、香蕉等。,31,（3）中亚细亚起源中心,主要起源作物有普通小麦、密穗小麦、印度圆粒小麦、豌豆、蚕豆、非洲棉等。,32,（4）西亚中心,主要起源作物有一粒小麦、二粒小麦、黑麦、葡萄、石榴、胡桃、无花果、苜蓿等。,33,（5）地中海中心,许多蔬菜作物，包括甜菜和许多古老的牧草都起源于这一中心。为小麦、粒用豆类的次生起源地。,34,（6）埃塞俄比亚中心,小麦、大麦的变种类型极其多样。,35,（7）南美和中美中心,主要起源作

12、物有陆地棉、甘薯、番茄等。存在大量玉米变异类型。,36,（8）南美（秘鲁厄瓜多尔玻利维亚）中心,许多块茎作物，包括马铃薯的特有栽培种都起源于此地。,37,（8A）智利中心,重要的种有木薯、花生和凤梨,38,（8B）巴西巴拉圭中心,主要有花生、可可、橡胶树等特有种,39,瓦维洛夫认为，这8个中心在古代由于山岳，沙漠或海洋的阻隔，其农业都是独立发展的。 大多数物种起源于亚洲，600多种中有400多种起源于亚洲南部，主要在北纬2045度之间。中国中心的位置是在我国中部和西部山区及附近平原，瓦维洛夫认为这是栽培植物最早的和最大的独立的起源中心，有极其多样性的温带和亚热带植物。起源于中国中心的主要农作物

13、有水稻，大豆，稷子等。,40,2、作物起源中心学说的发展和补充,起源中心学说发表后，许多学者对其作了补充或修正，同时也引起了一些争论： 遗传多样性不一定就是起源中心；起源中心不一定是多样性的基因中心，有时次生中心比初生中心具有更多样的特异物种。 有些物种的起源中心至今还无法确定。有些作物的起源可能在几个不同的地区。（即单起源还是多起源的问题） 由于多样性中心是客观存在的，多数学者倾向于以多样性中心代替起源中心，有的主张以扩散中心代替起源中心。,41,对作物起源或多样性中心的划分上也有所发展： 达灵顿和贾奈基阿马尔(1945)在8个起源中心的基础上，补充修订为12个“起源中心”。 荷兰的齐文(1

14、970)和前苏联的茹考夫斯基(1975)在8个中心基础上，另增加了4个起源中心。 哈伦（Harlan）提出了中心和非中心体系、地理学连续统一体学说 。,42,哈伦（Harlan）根据作物扩散面积的远近和大小，大致可以分为5种类型： a.土生型：植物在一个地区驯化后，从未扩散出这一地区。 b.半土生型：被驯化栽培的植物只在邻近地扩散。 c.单一中心：在原产地被驯化后迅速在别的地区大量栽培，不产生次生中心。 d.有次生中心：作物从一个明确的原生起源中心广泛扩散栽培，在一个或几个地点形成次生变异起源中心。 e.无中心：有些作物看不出有明确的原生起源地点。,43,44,3、作物起源中心学说在作物育种上

15、的意义,（1）指导特异种质资源的收集。起源中心存在着各种基因，且在一定条件下趋于平衡，与复杂的生态环境建立了平衡生态系统，各种基因并存、并进，从而使物种不至于毁灭。因此在起源中心能找到所需的材料。如起源中心与抗源中心一致，不育基因与恢复基因并存于起源中心，因此，可在起源中心得到抗性材料和恢复基因。 （2）指导引种，避免毁灭性灾害。,45,表1-1 原产于中国的主要园艺作物,46,第四节 种质资源的工作内容,国务院办公厅于2004年25号文发布“关于加强生物物种资源保护和管理的通知” 要求各地区、各有关部门充分认识生物物种资源保护和管理的重要性和紧迫性，开展生物物种资源调查，做好生物物种资源编目

16、工作，制定生物物种资源保护与利用规划，加强生物物种资源保护基础能力建设、管理制度建设和科学研究等。 2004年，江苏省政府办公厅根据国办通知，颁布了省政府办公厅关于加强生物物种资源保护和管理工作的通知。,47,一、 种质资源搜集的方法,1.野外考察,主要在作物起源中心。,48,1.野外考察 2.征集,通过通讯方式无偿或有偿地向外地、国外索求所需种质资源 。,一、 种质资源搜集的方法,49,1.野外考察 2.征集 3.交换,一、 种质资源搜集的方法,50,1.野外考察 2.征集 3.交换 4.转引,一、 种质资源搜集的方法,通过第三者获取种质资源 。,51,二、 种质资源的整理,1.搜集到的种质

17、资源将样本对照现场记录，进行初步整理。 2.归类，将同物异名者合并，将同名异物者予以订正。 3.给以科学的登记和编号，包括统一编号、品种名称、原产地、来源地、保存单位，或用以查找重复和定位号等项目以便为保存和进一步研究提供依据。,52,三、种质资源的保存,是指利用天然或人工创造的适宜环境保存种质资源，防止资源流失，便于研究利用。 保存的种质资源主要包括以下几个方面： （1）上述四种类型。 （2）可能灭绝的稀有种和已经濒危的种质，特别是栽培种的野生祖先。 （3）尚未很好改良利用，但具有潜在利用价值的种质。,53,(一)、保存原则,2.保持原有的遗传变异度。,1.种质资源经过保存后，必须保持各样本

18、的生活力 。,3.维持样本的一定数量。,54,1.就地保存 指在园艺植物生长所处的自然环境中采取措施，来保护和保存种质资源。建立自然保护区、人为圈护古树和名花。,(二)、保存方法,55,56,2.迁地保存（种质圃保存） 指将园艺植物由原产地或次生地整株迁离，移栽在资源圃等圃中加以保存。 建立诸如园艺种质资源圃、品种园、植物观赏园、原始材料圃。 主要适用于无性繁殖园艺植物的保存。,57,3.种子保存 建立植物种子库保存种子，这是目前以种子为繁殖材料的植物应用最普通的资源保存方法。,顽拗性（recalcitrant）种子 在干燥、低温条件下会迅速丧失活力的种子。顽拗性种子大多是产于热带、亚热带植物及水生植物的种子，如：枇杷、荔枝、芒果、鳄梨、菠萝蜜、番樱桃、茭白等的种子在干燥过程中往往发生脱水损害，其含水量降低到12-31之间时，就会迅速降低活力，甚至全部死亡。,58,3.2 种质库保存,短期库,任务是临时贮存应用材料，并分发种子供研究、鉴定、利用，库温10，相对湿度50，种子存入纸袋或布袋，一般可存放5年左右。,59,3.2 种质库保存,短期库 中期库,任务是繁殖更新，对种质进行描述鉴定、记录存档，向育种家提供种子，库温05，相对湿度40