《种质资源》课件.ppt

第二章 种质资源,第一节 种质资源的重要性第二节 作物起源中心与我国作物的主要种质资源 第三节 种质资源的类别、特点及其利用第四节 种质资源的搜集、保存和创新 第五节 种质资源的研究和利用（自学）,上一章,下一章,总目录,章目录,下一节,种质：是指亲本传给子代遗传物质。,种质资源：是指可为育种利用和遗传研究的各种作物品种 和类型材料。,种质资源的类型：地方品种、改良品种、新育成品种，中间 材料，野生种，近缘植物。,种质资源又称为品种资源、遗传资源、基因资源。一切具有一定种质或基因、可供育种及 相关研究利用的各种生物类型称为种质资源。,一、种质资源的概念,第一节 种质资源的重要性,包括可用于育种、栽培或其它生物学研究的各种植物类型及品种。*形式有：植株、种子、器官、组织、花粉、细胞、DNA 片段。,狭义上指：用于选育新品种的材料，也称育种的原始材料。,二、种质资源的重要作用,1、作物育种的物质基础 育种目标是蓝图空的 种质资源是基础,各国对种质资源都很重视 国际植物遗传委员会 10万份 前实苏联作物栽培研究所 35万份 中国农科院品种资源所 30万份 育种工作的成败很大程度上决定于发掘和掌握品种资源的数量和质量，以及对它们研究的广度和深度。,杂种优势利用育种中雄性不育的资源；抗性育种中的病虫害抗性资源等。高赖氨酸玉米Opeque-2，赖氨酸含量比普通玉米高70%。水稻的矮化育种与“低脚乌尖”、“矮脚南特”等；矮源小麦的矮化育种与“农林 10 号”；水稻的野败细胞质；油菜的 Polima 细胞质；抗性育种中的病虫害抗性资源等.,因此，广泛收集、保存和深入研究品资源是现代育种工作的重要特点之一。,2、凡突破性新品种的育成都来自于特异优良遗传资源的发现和利用。,育种历史证明，作物育种的每一次突破性进展都与特殊种质的发现与利用分不开,水稻：矮脚南特 first green revolution 袁隆平 野败雄性不育系 Second green revolution,大豆：20世纪50年代美国南部大豆孢囊线虫病大发生 北京小黑豆 抗源 抗性品种，使生产得以恢复,二、种质资源的重要作用,现在利用的种质还很少 现有的作物都是在不同的历史时期由野生植物驯化而来的。迄今人类利用的植物资源是很少的。地球上记载的30万种植物，被人类利用的仅约3000种，即1%，而作为食用作物的仅1500种，即0.5%，可见发掘植物资源的潜力还很大。,随着生产和科学技术的发展，人类将继续不断从野生植物资源中发展更多的新作物，以满足生产和生活日益增长的需要。例：甜叶菊、罗布麻、野苎麻、橡胶草、银胶菊,例：甜叶菊（sweetening chrysanthemum）学名Stevia rebaudianum Bertoni，属双子叶植物纲，菊科多年生草本植物。原产南美洲巴拉圭和巴西交界的阿曼拜山脉，现已成为栽培作物。整株都含有糖分，以叶片的甜度最高。含糖苷14%，枝梗的糖苷相当于叶片的一半。其甜度为蔗糖的100倍，而热能几乎为零。,二、种质资源的重要作用,、为避免品种遗传基础贫乏，必须利用更多的基因资源 少数优良品种的推广，以及育种单位和育种家在育种中选用遗传基础相同的一些基因资源，从而导致栽培品种的遗传基础同一化。造成以下不良后果：（1）抗逆性脆弱。（2）有利重组的数量受到遗传基础狭窄的限制将使育种工作进展缓慢，甚至停滞不前。,二、种质资源的重要作用,、是生物学基础理论研究的重要材料 不同的品种资源各具有不同的生理和遗传特性，以及不同的生态特点，对其进行深入研究，有助于阐明作物的起源、演变、分类、形 态、生理和遗传方面的问题。、是有生命的财富，亟待保护 美国：18011850 年 灭绝了 4 个植物种，18511999 年灭绝了 41 个植物种，19011950 年灭绝了 45 个植物种。据估计：400 年前每 3 年消失一个物种，而 20 世纪以来，平均每 8 个月就消失一个物种。云南景洪：19641965 年有 21 处野生稻群落，19781979 年只剩 7 处了。,第二节 作物起源中心与我国作物 的主要种质资源 一、植物的进化 二、作物起源中心学说 三、我国作物种质资源,章目录,上一节,下一节,自然界的植物有30-50万种，它们是通过长期生物进化的产物。,全世界有栽培作物2300种，食用作物占900多种，经济1000种，饲料绿肥400种。生物进化的三大要素：变异、遗传、选择 变异基础 遗传保证生物进化 选择动力 选择：自然选择自然物种 人工选择作物及品种,一、植物的进化,二、作物起源中心学说,1、瓦维洛夫：20世纪初，考察60多个国家。大量考察记录，大量植物标本。创立了作物起源中心学说，提出8个起源中心。瓦维洛夫起源中心学说的基本内容：1）自然界植物物种分布不平衡 2）植物遗传类型的形成与地区生态环境有关 3）遗传类型多样、分布较为集中的地区很可能是起源中心。4）遗传上的显性性状可以看作是起源中心的标志。,2、作物起源中心的发展,A.中国 东部亚洲中心：包括中国中部和西部山岳及其毗邻的低地。主要起源作物：黍、稷、粟、高粱、裸粒无芒大麦、荞麦、大豆、茶、大麻、苎麻等。B.印度中心：包括缅甸和阿萨姆（印度东部的 省）。主要起源作物：水稻、绿豆、饭豆、豇豆、甘 蔗、芝麻等。2a.印度 马来亚补充区：包括马来亚群岛，主要起源作物：薏苡、香蕉等。C.中亚细亚中心：包括印度西北部、克什米尔、阿富汗、塔吉克和乌兹别克及天山西部。主要起源作物：普通小麦、密穗小麦、印度原 粒小麦、草棉等。,2、作物起源中心的发展,D.西部亚洲中心：包括小亚细亚、外高加索、伊朗和土库曼高地。起源作物：一粒小麦、二粒小麦、黑麦、葡萄、石榴、胡桃、无花果、苜蓿等。E.地中海中心：大量蔬菜作物，包括甜菜、许多古老的牧草作物都起源于此。小麦、粒用豆类的次生起源地。F.埃塞俄比亚中心：包括埃塞俄比亚和厄立特里亚山区。小麦、大麦的变种类型多种多样。G.南美（秘鲁 厄瓜多尔 玻利维亚）中心：有多种块茎作物，包括马铃薯的特有栽培种 Ha.智利中心：重要的有木薯、花生和凤梨等。8b.巴西 巴拉圭中心：特有花生、可可、橡 胶树。,2、作物起源中心的发展(2),齐文和茹考夫斯基对起源中心学说的发展 齐文（1970）和茹考夫斯基（1975）在瓦维洛夫学说的 基础上，将 8 个起源中心所包括的地区范围扩大，又增加了 4 个起源中心，使之能包括所有已发现的作物基因种类，即有 12 个基因大中心：1.中国 日本中心 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,2、作物起源中心的发展(2),Harlan 的有关作物起源的观点 Harlan认为遗传多样化中心不一定是起源中心，起源中心不一定是多样性基因中心；有些物种的起源中心至今还无法确定，有的作物可能起源于几个不同的地区。他提出了作物起源的中心和非中心体系（center and no-center system)：农业分别独立地开始于三个地区,即近东、中国和中美洲，存在着有一个中心和一个非中心组成的体系；在一个非中心内，当农业传入后，土生的许多植物种才被栽培化，在非中心栽培化的一些主要作物可能在某些情况下传播到它的中心。三个中心和非中心为：中心 非中心 A1 近东 A2 非洲 B1 中国 B2 东南亚 C1 中美 C2 南美 地球上物种分布不均匀，到起源中心或多样性中心进行考察和收集，可以 得到丰富的种质资源。,3、作物起源中心学说的重要意义 遗传资源的搜集：中心地区遗传类型丰富往往可获得某些特异目标基因,1、我国是世界重要的作物起源中心之一,存在野生种的作物30多种：粮食作物：稻、大麦、燕麦、粟、黍、乔麦、绿豆等 经济作物：大豆、白菜型油菜、黄麻等。药用植物：牧草：2、我国栽培植物的种类，400多种 3、我国收集保存的作物种质资源数量：水稻4万多份、大豆1万份、小麦2.5万份、玉米1万份以上、粟2.3万份 4、我国珍贵的种质资源：水稻：云南香糯稻；矮脚南特、低脚乌类、矮仔粘。小麦：云南小麦、新疆小麦、西藏半野小麦、中国春、大拇指矮。,第三节 种质资源的类别、特点 及其利用 一、种质资源的分类 二、种质资源的特点及其利用,章目录,上一节,下一节,Hanlan和Dewet（1971）把基因库分为三类:初级基因库 次级基因库 三级基因库,一、根据亲缘关系分,初级基因库（Gp-1）：亲缘关系近、杂交可育。相当于传统的生物种的概念，即在该基因库内的各个类型间能相互杂交、杂种可育、基因转移较简单。次级基因库(Gp-2)：亲缘关系较远、有杂交不育或不实。包括能和该物种杂交的生物种与近缘种。三级基因库（Gp-3）：亲缘关系更远、杂交不育或不实现象十分严重。与该作物亲缘关系较远的类型，与该作物杂交时，杂交不实和杂种不育现象十分严重。,（一）本地种质资源,（二）外地种质资源,（三）野生种质资源,（四）人工创造的种质资源,二、按来源分,（一）本地种质资源,指在本地区经过长期的自然选择和人工选择形成的地方品种。包括古老的地方品种和当前推广的改良品种。特点：具有高度的地区适应性,利用：,过去可直接用于生产现在作为育种材料,（二）外地种质资源,指引自外地区或外国的种质资源。特点：生态类型的多样性对本地生态条件的不完全适应性 具有与本地品种不同的生物学和经济上的特性。特别是原产于起源中心的材料，具有遗传上的多样性，可筛选到一些特殊的种质。所以，外地的品种资源是改良本地品种的重要材料。,利用：多数作为育种的原始材料部分可直接用于生产 岱字15号,（三）野生种质资源,指在育种上有利用价值的各种野生种和近缘植物类型。包括作物的近缘野生种和有价值的野生植物。特点：整体性状的不良性和个别性状的特异性。在某一地区的自然条件下经过长期自然选择形成的具有一般栽培作物欠缺的一些重要性状。尤其是顽强的抗逆性，独特的品质及雄性不育特性等。,利用：1.驯化成新的栽培作物 2.通过杂交把优良基因、染色体（片段）转移到栽培植物,野生小麦普通小麦,四 人工创造的种质资源,指人工创造的中间材料或突变体。人类通过诱变、杂交等手段创造的各种突变体及其它育种材料。也称中间材料。,广东、广西农科院在研究、鉴定现存的稻种资源中，符合要求的矮秆资源只有0.1%，抗白叶枯病的仅占0.30.58%，抗稻瘟病的只有0.06%，高光效的2%。所以现代育种工作还利用各种手段创造各种突变体或中间材料。如利用太谷核不育基因创造小麦赤霉病抗原。,特点：自然界中没有的，特殊的优良性状,利用：一些经过几代选育才有利用价值 一些可作为育种的好材料,第四节 种质资源工作的内容,一、搜 集 方 法,二、整 理,三、保 存,四、研究和利用,（一）考察收集,有计划地组织到国内外进行考察、采集。是收集品种资源的主要途径。,1.规模：根据目的、任务而定。2.取样方法：（1）根据该地区生态条件确定样品间距和路线。情况复杂的地区，样点间距小。（2）样本数量以充分代表收集地的遗传变异行为好。自交草本应至少从50株上采100粒种子，异交草本植物至少要从200300株上各采取几粒种子。,3.记录：包括（1）采集者的编号 用采集者的姓名或姓名的第一各字母构成（2）主持收集单位或个人名称（3）采集日期（4）采集地点（5）品种或类型名称（6）产地的自然、耕作、栽培条件 经度、纬度、海拔、种植季节、灌溉等分别用1、2、3、4、5、6、7、8表示,（7）样本来源 分别用1、2、3、4、5、6、7、8表示来源于荒野、农田、农庄储存、农村庭院、乡镇集市、商场、研究单位及其他（8）样本情况 分别用1、2、3、4、5、6表示野生种、野草、育种者品系、原始栽培种或地方种、育成品种或其他（9）样本的主要形态特征 生物学和经济学性状，最好附有照片（10）群众反映等,（二）交换与转引,1、应做好记录工作：来源、名称、主要经济性状、生育期、抗性等2、注意检疫,（一）归 类,1 首先应将样本对照现场记录，进行初步整理归类，将同种异名者归类，以减少重复；以将同名异种者分开，订正错误。,整理,（二）系统分类,确定每份材料所属的植物分类学地位和生态类型，为保存和进一步研究利用提供依据。,（一）保存要求,1.保存生活力：发芽率50%2.保存遗传性：防止丢失、变异、混杂3.服务方便,保存,种植保存：每12年种一次，通过种植繁殖种子，以保存生活力。原则:尽量少种；集中和分散保存。来自条件悬殊地区的品种资源应分别在不同的生态地点保存。,（二）方法,2.贮藏保存：控制贮藏条件（温度、湿度）以保持品种资源种子的生活力。原理：迫使种子处于代谢作用的最低限度。影响因素：温度：与种子寿命成负相关，300范围内，每降低5，种子寿命延长一倍。湿度：影响种子含水量，与种子寿命负相关，在含水量144%范围内，每减少1%，种子寿命可延长一倍氧气、未成熟、不饱满、损伤：增强呼吸作用与种子的寿命负相关。,方法：干燥器 可保存35年，发芽率仍达85%利用自然条件 在干燥、年均温度底的地区可设置天然资源库，如乌鲁木齐放置11年，发芽率87.6%。品种资源库,例：IRRI短期贮藏库 温度20C、湿度45%，种子纸装或在布袋中保存5年中期贮藏库 14C、湿度45%，种子放置在密闭的铝盒或玻璃容器内，可保存25年以上长期贮藏库-10C、湿度30%，种子放置真空包装的铝盒中，可保存70年,3.试管保存：（1）原理：植物细胞的遗传全能性。（2）培养物：愈伤组织、悬浮细胞、幼芽生长点、花粉、花药、体细胞、原生质体、幼胚、组织块等。,3.试管保存：（3）优点：所需空间小，繁殖不受季节限制 例：葡萄 用组织培养的方法1平方米可保存种质800个系，并有6个重复；若在田间种植则需15亩地。可解决常规贮藏方法不易保存的品种资源 无性繁殖作物原联邦德国农科院将马铃薯茎尖培养在加有生长抑制剂的培养基上，可使细胞分裂过程进行的异常缓慢，只能维持最底限度的生长，两年内不需要更换培养基，且保存的茎尖遗传表现型稳定。近年发展了培养物的冷冻保存（-20-196C），可实现种质长期保存，更为方便。,3.试管保存：（3）优点：繁殖速度快 保存和繁殖无病株系 茎尖培养脱毒 便于种质交流,4.基因文库保存,从资源植物提取大分子量DNA，用限制性内切酶切成许多DNA片段，连接在载体上的DNA片段转移到寄主细胞中，通过细胞增殖，构成各个DNA片段的克隆系。在低温下保持各无性繁殖系生命,（一）种质资源的鉴定和研究,1.特征、特性的观察和鉴定：在田间条件下观察品种资源的植物学特征和农艺性状及生育特性植物学特征；农艺性状是指产量因素、品质性状、抗逆性等生育特性是品种资源的育性、生育期等特性,鉴定利用,2.遗传特点的研究和分析：不同品种，材料的遗传特性不同，控制性状的基因不同，在育种上利用也各不相同，必须深入研究主要经济性状的遗传变异规律、性状相关、甚至进行基因定位、克隆等。,（二）种质资源的利用,利用方法主要有：直接利用；间接利用；根据品种资源的遗传特点，用相应的育种方法加以利用。,例：矮化育种中：常规育种法可用显性或隐性的矮秆基因。杂种优势利用中:需要显性的矮秆基因。,抗性育种中：受主效基因控制的抗病性可用于回交的方法将抗病基因转移到丰产的遗传背景中去，育成高产、抗病的新品种；由微效多基因控制的抗病性则需用双列杂交等方法，以便在杂种后代中聚合不同亲本的抗性微效多基因，育出抗性水平较高的品种。,Summary,Definitions:种质资源，起源中心，初生中心，次生中心，原生作物，次生作物，初级基因库，次级基因库，三级基因库,Questions：1、简述种质资源的重要性2、起源中心学说的主要内容3、保存种质资源的主要方法4、简述种质资源的类别5、不同来源的种质资源的特点及利用价值6、指出下列作物的起源中心：小麦，玉米，水稻，棉花，大豆，甘薯,