作物育种学总论第2章第二章种质资源课件.ppt

第二章 种质资源,本章重难点作物起源中心学说主要内容及其价值不同来源种质资源的特点及利用价值种质资源的保存方法,第一节 种质资源在育种上的重要性第二节 作物起源中心学说及其发展第三节 种质资源的研究与利用,2023/4/2,共69页,2,基本概念,种质（germplasm）：决定生物遗传性状，并将遗传信息从亲代传递给子代的遗传物质的总称携带种质的载体：个体，或具有遗传全能性的器官、组织、细胞，甚至是染色体或基因种质库：又称基因库（Gene Pool或GeneBank）,是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,种质的含义,2023/4/2,共69页,3,种质资源的含义,育种的原始材料、品种资源（中国20世纪60年代）种质资源（Germplasm Resources）遗传资源(Genetic Resources)基因资源(Gene Resources),种质资源：具有特定种质或基因、可供育种及相关研究利用的各种生物类型,内涵相同,2023/4/2,共69页,4,种质资源的概念是不断发展的,2023/4/2,共69页,5,第一节 种质资源在育种上的重要性,2023/4/2,共69页,6,1、人类赖以生存和发展的根本,为人类提供食品、药品、能源、工业原料维持生态平衡、稳定环境以及保持人类的持续发展为其它物种生存提供能量基础,“人类的命运将取决于人类理解和发掘植物种质资源的能力”(J.R.Harlan，1970),2023/4/2,共69页,7,2、作物育种的物质基础,作物育种史上的几次重大突破，都与新资源的发现和利用有着密切联系 1、矮源基因与“绿色革命”；2、雄性不育基因与杂种优势利用。,2023/4/2,共69页,8,3、生物技术发展的基本材料,基因工程；标记辅助选择；染色体工程；细胞工程；组织培养。,2023/4/2,共69页,9,4、作物起源、演化、分类、生态、生理等项研究的物质依据,提出作物的起源中心学说的基础水稻起源,2023/4/2,共69页,10,第二节 作物起源中心学说及其发展,作物起源中心学说(theory of origin center of cultivated plants),瓦维洛夫的作物起源中心学说 齐文和茹考夫斯基对作物起源 中心学说的补充 Harlan的有关作物起源的观点,作物起源中心：遗传类型极为多样、分布比较集中，具有地区特有变种性状和近亲野生类型或栽培类型的地区。,一、瓦维洛夫的作物起源中心学说,瓦维洛夫,作物起源中心的定义,2023/4/2,共69页,12,两个主要特征：基因的多样性和显性基因频率较高。将起源中心分为初生中心和次生中心“遗传变异性的同源系列规律”（同源平行变异率）将作物分为原生作物与次生作物,（一）作物起源中心学说主要内容,2023/4/2,共69页,13,初生中心和次生中心,初生中心：作物最初始的起源地，4个特点A、野生祖先；B、有原始的特异类型；C、明显的遗传多样性；D、大量的显性基因,次生中心：初生中心扩散及环境作用而形成A、无野生祖先；B、有新的特异类型；C、有大量的变异；D、大量的隐性基因,遗传变异性的同源系列规律,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平行相似的现象，如地中海地区的禾本科植物往往表现出植株繁茂、穗大粒多、粒色浅、高产抗病；而我国的禾本科植物往往表现为生育期短、穗粒小、后期灌浆快、多为无芒。,2023/4/2,共69页,15,原生作物和次生作物,原生作物：人类有目的的驯化的作物，如小麦、大麦、玉米、棉花等,次生作物：最初是与原生作物伴生的杂草，当其被传播到不适于原生作物而对杂草生长有利的环境时，被人类分离而成为栽培的主体，如燕麦和黑麦,2023/4/2,共69页,16,（二）八个起源中心,2023/4/2,共69页,17,1.中国东亚中心,即中国中心。包括中国中部、西部山区及毗邻的低地。代表性作物为水稻、裸粒无芒大麦、元棱大麦、荞麦、燕麦、粟、黍、大豆、小豆、绿豆、红豆、白菜、葱、莴笋、茼蒿、芍药、牡丹、菊花、杏、银杏、茶等,2.印度中心,不含印度西北部旁这普等省而包括缅甸。代表性作物为水稻、绿豆、饭豆、豇豆、甘蔗、芝麻、红麻、胡椒、茄子、丝瓜、柑橘、香蕉、虎尾兰等,由印度支那、马来半岛、爪哇、加里曼丹、苏门答腊和菲律宾群岛组成。代表性作物为香蕉、柚、槟榔、豆蔻、薏苡等,2a 印度-马来亚补充区,3 中亚细亚中心,由印度北部、阿富汗全部、塔吉克和乌兹别克及天山西部等组成。代表性作物为普通小麦、密穗小麦、软粒小麦、豌豆、蚕豆、非洲棉、胡萝卜、紫苜蓿、蒜、洋葱、菠菜、芫荽、枣、葡萄、苹果等,4 西亚中心,即近东中心，由小亚细亚内地、外高加索全部、伊朗和土库曼高地组成。代表性作物为一粒小麦、二粒小麦、二棱大麦、多年生野黑麦、葡萄、石榴、胡桃、无花果、苜蓿、蚕豆、甜瓜、南瓜、甘蓝、番红花、罂粟等,5 地中海中心,由叙利亚、巴基斯坦、小亚细亚南部、希腊、意大利和非洲东北部组成。代表性作物为甜菜、豌豆、蚕豆、芹菜、茴香、窄叶羽扇豆、亚麻、甘蓝、甘蓝型油菜、熏衣草等,6 埃塞俄比亚中心,由埃塞俄比亚、厄立特立亚、索马里等高地山区组成；代表性植物为亚麻、豇豆、高梁、蓖麻、南非黑麦、西瓜、咖啡、黄秋葵等,7 南美和中美洲起源中心,由墨西哥南部、危地马拉、哥斯达黎加、洪都拉斯和巴拿马组成。代表性作物为玉米、棉花、马铃薯、甘薯、番茄、菜豆、刀豆、仙人掌、龙舌兰、烟草、凤梨等,8 南美中心,包括秘鲁、厄瓜多尔和玻利维亚。代表性作物为马铃薯、番茄、番石榴、花生、羽扇豆、南瓜等,8b 巴西-巴拉圭中心 代表性作物为花生、可可、橡胶树、番茄、樱桃、球根(酢)浆草等,8a 智利中心 代表性作物为木薯、马铃薯、花生、草莓、凤梨等,2023/4/2,共69页,25,（三）、起源中心学说对作物育种的实际意义,特异种质资源的收集。如云南野生稻、青藏高原的大麦指导抗病育种和雄性不育利用。如大豆胞囊线虫病，油菜的polima不育胞质的恢复基因指导引种,2023/4/2,共69页,26,二、作物起源中心学说的发展,遗传多样性中心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，次生中心有时比初生中心具有更多样的特异物种,27,增加了4个起源中心，使之能包括所有已发现的作物基因种类，称这12个起源中心为大基因中心（megagene center）1、中国（初生基因中心）日本（次生基因中心）中心；2、东南亚洲中心；3、澳大利亚中心；4、印度中心；5、中亚细亚中心；6、西亚细亚中心；7、地中海中心；8、非洲中心；9、欧洲西伯利亚中心；10、南美中心；11、中美和墨西哥中心；12、北美中心,（一）齐文和茹考夫斯基,2023/4/2,共69页,28,（二）J.R.Harlan的农业起源中心,中心和非中心体系（center and non-center system）地理学连续统一体学说（geographical continuum）：作物的驯化、进化活动是一个连续统一体，不是互不相关的中心。,2023/4/2,共69页,29,根据作物扩散面积的远近和大小，可以分为5种类型：,土生型：植物在一个地区驯化后，从未扩散出这一地区，如印第安稷（Panicum sonorum）半土生型：被驯化栽培的植物只在邻近地区扩散，如非洲稻（Oryza glaberrima）。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，如橡胶树。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，如小麦、玉米等。无中心：有些作物看不出有明确的原生起源地点，如油菜。,2023/4/2,共69页,30,第三节 种质资源的研究与利用,2023/4/2,共69页,31,一、种质资源的类别及特点,Harlan 和Dewet（1971）建议把基因库分为三类：初级基因库（gene pool 1）：杂种可育、染色体配对良好（种内各种材料）次级基因库（gene pool 2）：杂交不实、杂种不育（种间材料和近缘野生种）三级基因库（gene pool 3）：种间以上材料,按亲缘关系划分（可交配性及转移基因的难度）,2023/4/2,共69页,32,按种质资源的来源分类,本地种质资源（地方品种或农家品种、选育品种）外地种质资源 野生植物资源 人工创造的种质资源,2023/4/2,共69页,33,本地种质资源,在当地条件下经过长期自然选择和人工选择培育的地方品种和当前推广的改良品种特点：产量、抗性等可能存在缺陷，但生态适应性强。缺乏系统整理与研究，品种命名等比较混乱利用价值：选择改良、提纯，育成适于当地的优良品种；用于杂交育种,2023/4/2,共69页,34,几个小麦农家品种,本地小麦穗型变异,外地品种资源(外生态区种质),引自外地区或外国的品种或材料特点：丰产、抗病、优质等性状优良；可能不太适应本地的气候、土壤条件和耕作制度利用价值：直接引种用于生产；用于杂交育种亲本；利用生态显性选育品种,2023/4/2,共69页,36,外地品种资源,北京小黑豆抗大豆孢囊线虫,2023/4/2,共69页,37,野生植物资源,含栽培作物近缘野生种和有潜在利用价值的野生种特点：具有抗(病、虫或逆)性；具有一些特殊性状，如不育、矮杆等利用价值：驯化成栽培作物；杂交转移优良基因、染色体片断到栽培作物中；创造雄性不育系、特异材料、核质杂种等,2023/4/2,共69页,38,野生稻的地上茎(匍匐茎),普通野生稻(O.sativa),2023/4/2,共69页,39,药用野生稻(O.officinalis),2023/4/2,共69页,40,疣粒野生稻(O.meyeriana),2023/4/2,共69页,41,利用野生稻做杂交创造新类型,2023/4/2,共69页,42,西藏野生小麦,2023/4/2,43,1:花芒半野生大麦(西藏)2:芒上能开花结籽3:勾曲芒,1,2,3,西藏野生大麦,2023/4/2,共69页,44,野生棉,野生棉：生长在墨西哥的海滩、沙丘地以及仙人掌群中。可以看到野生原始材料的强大生活力和抗逆性,2023/4/2,共69页,45,瑟伯氏棉,抗棉铃虫、红铃虫、棉象鼻虫，短期抗低温，抗黄萎病，种子本身无纤维，但与栽培棉杂交后代纤维长，拉力强。,瑟伯氏棉全株及一果枝,2023/4/2,共69页,46,雷蒙德氏棉,雷蒙德氏棉全株及花抗干旱、抗角斑病、抗叶跳虫、抗锈病。具有提高纤维细度和拉力的潜在能力，生长势旺,2023/4/2,共69页,47,阿拉伯棉,阿拉伯棉全株及一果枝自然生长是匍匐的，叶形很象草棉，叶小。棉种对缩短日照钝感，可在石头缝中生长，极抗旱,2023/4/2,共69页,48,长萼棉,长萼棉的全株及果枝果枝上的小花淡黄色、园苞叶及长萼片,2023/4/2,共69页,49,澳洲野生棉,澳洲野生棉纤维状根系，对根腐病有抗性，短期抗05度低温，能改进纤维的长度,2023/4/2,共69页,50,比克氏棉,比克氏棉全株密披硬茸毛，抗吸吮口器害虫，能大量开花结果，闭花授粉。种子无棉毒素，而萌发后产生棉毒素,2023/4/2,共69页,51,戴维逊棉,戴维逊棉的全株及花抗盐碱，抗干旱，棉毒素含量高，对棉铃虫有抗性，抗棉蚜,2023/4/2,共69页,52,异常棉,异常棉叶折叠，抗叶跳虫、棉铃虫、卷叶虫、红蜘蛛等。抗角斑病，纤维细，拉力强，苞叶窄，收花杂质少,2023/4/2,共69页,53,野生大豆,野生大豆大豆起源于中国，我国有丰富的野生大豆资源，目前已收集4000多份紫花园叶，小豆荚,2023/4/2,共69页,54,半野生大豆,半野生大豆种子黑皮,有泥膜,2023/4/2,共69页,55,人工创造的种质资源,包括人工诱变产生的突变体，远缘杂交创造的新类型，育种中间材料，转基因材料等特点：具有自然界中所缺少的新的特征特性利用价值：作为育种材料,2023/4/2,共69页,56,四川农学院在普通小麦与波兰小麦的杂种后代中发现的许多类型，其中的14和15为独秆类型，9、10、11、12为矮秆类型。,2023/4/2,共69页,57,野生稻与栽培稻的杂交后代,2023/4/2,共69页,58,紫稻与栽培稻的F1紫色表现为不完全显性,2023/4/2,共69页,59,二、种质资源的收集与保存,育种工作的需要（新品种、新作物）；丰富遗传变异的需要；物种保存的需要。,1、种质资源的发掘、收集与保存的紧迫性,2023/4/2,共69页,60,严重濒危,国家一级重点保护植物树体雄伟高大，高可达30米，胸径可达1米，主干通直；花大，粉红色；主要分布于长江以南海拔6002000米的山地森林中。,孓（jue)遗生物伯乐树,2023/4/2,共69页,61,孓遗生物珙桐,被誉为“中国鸽子树”，是珍贵的观赏树种,国家二级保护植物;本种为落叶乔木,树高20米;分布在陕西、湖北、湖南、四川、贵州、云南等地。,2023/4/2,共69页,62,马褂木,银杏,2023/4/2,共69页,63,2、种质资源的收集与整理方法,收集方法：直接考察收集、征集、交换、引种整理方法：归类、编目,2023/4/2,共69页,64,种植保存贮藏保存试管保存基因文库技术利用保存,3、种质资源的保存,2023/4/2,共69页,65,种质资源的种植保存,2023/4/2,共69页,66,种质资源的控制装置和种质库入口,2023/4/2,共69页,67,中、短期种质资源保存库,2023/4/2,共69页,68,长期种质资源保存库,2023/4/2,共69页,69,试管保存培养,2023/4/2,共69页,70,2023/4/2,共69页,71,国家种质中期库,2023/4/2,共69页,72,国家种质资源圃,2023/4/2,共69页,73,国家种质资源圃,2023/4/2,共69页,74,4、种质资源的研究与利用,初步特性鉴定与整理种质资源的研究作物种质资源利用与创新,2023/4/2,共69页,75,种质资源的初步特性鉴定与整理,初步特性鉴定（直接鉴定与间接鉴定；自然鉴定与诱发鉴定；当地鉴定和异地鉴定）建成国家作物种质资源信息系统（第四节内容：电子计算机的应用）,(http:/),2023/4/2,共69页,76,作物种质资源的研究,性状一般遗传规律染色体组型特异基因的染色体定位生理、病理学研究（高产、抗性、抗病机理）遗传多样性分析构建核心种质（Core Germplasm）又称核心样品（Core Collection）。它是指用最小的种质资源样品最大程度地代表种质资源的遗传多样性。利用植物基因组学方法研究种质资源,2023/4/2,共69页,77,作物种质资源的利用与创新,作物种质资源利用与创新：常规杂交与回交育种；群体改良与轮回选择；远缘杂交；植物细胞融合；植物基因工程；诱变等利用途径：通过提供育种亲本间接利用；提供生产直接利用,2023/4/2,共69页,78,我国进行作物种质资源研究的优势与问题,种质资源丰富许多科研工作者创造能力强重复立项多，投资力度小立项周期长吸引高水平科研人才力度不够,2023/4/2,共69页,79,我国作物种质资源利用中的问题,可利用的遗传资源的遗传基础狭窄；缺乏深入研究；创新研究薄弱；缺少知识产权保护；基础研究落后。,2023/4/2,共69页,80,我国作物种质资源利用中的建议,增加投入；调动积极性；加强优异种质资源的开发利用；培养人才。,