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1、,园艺植物种质资源学 林学院 蒋 燕,一、园艺植物种质资源学课程简介,二、园艺植物种质资源学基本概念,三、园艺植物种质资源学研究的重要意义,绪 论,四、国内外园艺植物种质资源研究概况,一、课程简介:研究园艺植物的起源、传播、演化、考察、收集、保存、分类、整理、评价、研究和利用的科学。,二、园艺种质资源学基本概念1、种质、种质资源种质(germplasm),决定生物种性,并将丰富的遗传信息从亲代传给子代的遗传物质的总体。凡是携带遗传物质的载体都可称为种质。,灌状地衣,真菌灵芝,树蕨,草本植物红蒲苇,木本植物,种质库,基因库(genebank),以种为单位的群体内的全部遗传物质,由个体的不同基因组
2、成。,种质资源 选育新品种的基础材料,包括各种植物的栽培种、野生种的繁殖材料以及利用上述繁殖材料人工创造的各种植物的遗传材料。,研究种质分类、起源与演化、考察、搜集、保存、评价与鉴定以及利用的科学。,三、园艺植物种质资源学研究重要意义,(1)人类食物、药物和工业原料的重要源泉。,绪 论,园艺植物种类丰富,包括果树、蔬菜、观赏植物、茶树、药用植物、芳香植物等。,园艺种质是果园、菜园、花园、公园、茶园、药园、庭院等场所的物种基础。,(沁香玫瑰露),洋兰拌海鲜,樱花芦荟羹,(2)为现代植物育种的发展提供关键的原材料,园艺种质是园艺植物生产、新品种选育、园艺产品采后贮运、加工、营销,以及功能性食品开发
3、、植物有效成分利用的对象。,上世纪60年代,海南的大片野生稻群中,踩着烂泥的袁隆平发现了一株花粉败育的野生稻。这一重大发现为“三系”配套研究成功打开了突破口。一个野生物种的发现,成就了一位“世界杂交水稻之父”。养活了世界众多的人口。,全球20种最重要的粮食作物产品中的95.7%是在从发展中国家获得的遗传材料的基础上培育而成。二十一世纪的园艺业着眼于可持续发展,就必须重视对种质资源的开发利用保护。,(3)植物进化的基础,丰富的种质资源可使栽培植物适应不同的环境和用途。利用资源中某一优良特性来改良作物具有非常深远的意义。,栽培植物遗传多样性的丧失导致遗传趋同性(genetic uniformity
4、),其结果是各种栽培植物对病虫害的抵御能力下降,对环境适应能力减弱。,几乎所有的作物在遗传上都已与野生近缘种的基因有了很大不同。人们培育品种要求产量更高。大面积种植单一的遗传背景的品种时就会遭受毁灭性的打击。,1984年佛罗里达州遭罕见寒潮,由于品种单一,1800万株柑橘全部冻死。,19世纪中叶欧洲马铃薯晚疫病大流行,饿死几百万人。后来从墨西哥引入抗病的野生种杂交育成抗病品种,才使欧洲的马铃薯种植业得到挽救。,马铃薯晚疫病,19世纪,美国大面积发生葡萄根瘤芽,后来发现河岸葡萄和沙地葡萄仍能存活。用这两种葡萄作为抗葡萄根瘤芽的基因选育出优质抗病品种。,种质资源可以提供资源的基础,提供各种各样的优
5、良性状。美国西洋梨不抗火疫病,美国将中国梨(杜梨)引入后利用其抗火疫病的特性挽救了美国的梨树生产。,90年代初,美国大豆遭遇根腐病和根细虫病袭击,面临灭顶之灾。他们从我国东北引进的中国小黑豆“北京”中获得抗原,培育出了抗病品种,挽救了整个美国大豆产业。,(4)作为生物多样性极其重要的构成因素,对农业生态系统起着稳定性作用。植物种质资源的生态价值远远高于为人类提供生产、生活资料的价值。研究植物种质资源的目的:使人类和它赖以生存的植物种质资源都得到可持续发展。,四、国内外园艺植物种质资源研究概况(一)我国园艺植物种质资源发展概况 中国作物种质资源信息系统(CGRIS),绪 论,拥有粮食、纤维、油料
6、、蔬菜、果树、糖、烟、茶、桑、牧草、绿肥、热作等180种作物、39万份品种/种质/基因信息。,自然界,生物约有500万种1000万种,植物约有35万种40万种,高等植物约有10万种,世界,果树约有 60科,2800种左右,其中重要的约 300种,主要栽培的约 70种;蔬菜普遍栽培的有 50 60科,860多种;全球 5104 种植物中,有 1/6具有观赏价值,栽培种达 3000 种以上。,中国,农用植物 约有30000多种植物,次于马来西亚和巴西,居世界第三。栽培植物 600余种。占世界栽培植物总数的一半。其中果树140多种,蔬菜110多种。现已保存在国家种质库的蔬菜种质材料计17万余份。,绪
7、 论,药用植物有11146种,包括中药1000-1200种,民族药4000-5000种,民间药5000-6000种。,红豆杉,剑叶龙血树,桔梗,野菜400-500种。野生果树51科293种。观赏植物中,乔木20属350余种,灌木60余属2421种,藤本20余属228种;草本宿根花卉30属1991种,球根花卉7属85种,草本一、二年生花卉6属209种。,我国野生园艺植物资源极其丰富,我国作物种质资源研究的方针广泛收集妥善保存深入研究积极创新充分利用,1 作物种质资源的收集1.1 地方品种的全面收集和补充征集 1956年(农业合作化高潮之际)收集地方品种。收集到43种作物国内品种20万份,国外品种
8、1.2万份。1963年,已搜集到蔬菜地方品种17393份。,绪 论,1978年(十一届三中全会)作物品种资源研究所,进行了50年代补充大征集。收集到60多种种质资源11万份。过去漏征的品种,得而复失的品种,抢救了一批濒于灭绝的品种,挖掘出一批稀有珍贵的品种。,1.2 重点作物野生种质资源考察 1978-1983年,考察全国1020多个县(市、区)野生大豆。查清了地理分布和生境。对研究起源、分类及育种有重要价值。猕猴桃小麦、棉花、苎麻,70年代末开始,种质资源丰富地区:云南、西藏。“七五”期间,神农架、三峡地区和海南岛。“八五”期间,大巴山和黔南桂西山区。,1.3 重点地区种质资源考察,收集了种
9、质资源4万余份,采集了重要野生种,发现了新物种、新变种,抢救了一批濒危的名贵珍稀品种,发掘了极其优异性状的材料。,我国先后从100多个国家和地区引进各种作物种质资源88000余份次。现有作物种质资源(39万份)仅次于美国(55万份)后,跃居世界第二位。,2 作物种质资源的保存 2.1 种子库 2.2 现代化国家作物种质库的建成 2.3 30余万份作物种质资源入库,绪 论,国家种质库 全国作物种质资源长期保存与研究中心。在美国洛克菲勒基金会和国际植物遗传资源委员会的部分资助下,1986年10月在中国农业科学院落成,隶属于作物品种资源研究所。,国家种质库总建筑面积3200平方米,可保存种质40余万
10、份。贮藏条件:温度-181,相对湿度50%。保存对象:作物及其近缘野生植物种质资源。以种子作为种质的载体。一般作物种子寿命可保存50年以上。,库存资源丰富,35科192属712种。80%从国内收集,其中国内地方品种资源占60%。稀有、珍稀和野生近缘植物约占10%。长期保存的种质数量处于世界第一。,不同生态条件下经过上千年的自然演变形成的这些资源,蕴藏着各种潜在可利用基因,是人类繁衍生存的基础。作为战略资源加于保存。为作物育种和生产提供了雄厚物质基础。,2.4 建成30个保存无性繁殖作物的国家作物种质圃和2个试管苗库。,杭州茶树种质资源圃,镇江桑树种质资源圃,3 作物种质资源的鉴定和研究,3.1
11、种质资源的特性鉴定 1995年,对20万份种质资源进行了初步的抗病虫、抗逆和品质鉴定,30余万份进行了农艺性状鉴定,共获得115万数据项。进行了多点种植综合评价或细胞学鉴定。鉴定出一批综合性状优良或单一性状突出的材料。,3.2 建成国家作物种质资源信息系统,建立了性状数据库子系统、国家种质库管理子系统、国际种质资源交换子系统、优异种质综合评价子系统等。设立42个种质信息服务点。建成中国作物种质资源电子地理信息系统。84种主要作物种质地理分布图272幅。建成染色体和同工酶图像分析系统。,染色体图像分析系统,自20世纪50年代以来,已累计育成40种栽培植物的5000多个新品种,主要作物品种更新换代
12、3 5次,良种覆盖率达到85%以上。可利用种质资源范围越来越广。应用形态学、细胞遗传学、分子遗传学等相结合的方法,进行作物种质资源的研究和创新。,3.3 初步开展了种质资源的研究,育种中每次重大突破,都与重要资源材料的发现与利用相联系。我国栽培的蔬菜约209种,其中有50多种蔬菜原产于我国。保存在国家种质库的蔬菜种质材料计17万余份。,蔬菜,从40余个国家(日、美、荷兰、法、意、前苏联、新西兰、英、德、哥伦比亚、匈牙利、泰、加拿大等)引入14科48属72种11410份蔬菜种质。鉴定筛选出茄果类、豆类、花椰菜等236份农艺性状优良材料,21份高营养成分和31份抗病虫、耐热材料。,蔬菜种质资源的引
13、入、研究和利用,耐热、高含固形物、果柄无离层番茄;抗白粉病和雌性系的黄瓜;抗根腐病、可作砧木的黑籽南瓜;高淀粉含量的马铃薯。,国外引入的含有抗番茄TMV基因的材料,其抗病基因Tm2来自秘鲁番茄,美国人将其和普通番茄杂交获得。我国利用ManapalTm2育成了近50个抗TMV番茄新品种。,我国分别从大地方品种万良青帮和 金花薹中发现了大白菜和萝卜育种中应用的雄性不育系;1997年,将鲑鱼体内的抗寒基因转移到番茄中,育成新品种能忍耐的低温比普通品种低2 3。,花卉 取得了具有国际、国内领先水平的育种研究成果。浙江省选育的飞黄玉兰、红运玉兰等;,兰州市培育出耐旱、耐寒的紫斑牡丹品种;中国林业科学院杂
14、交选育的杨树良种,以及各地科研生产单位选育北京乔松、重瓣丁香、沂州木瓜、多倍体萱草,铁线莲等等。,中国在世界上被称为园林之母,但我们在花木市场占有的份额与这个称谓实在太不相称。对林木、药用植物、花卉等种质的关注太晚。目前只是起步阶段,对于现在占有很大经济份额的药用植物、花卉等的种质资源保护、收集和研发工作,我国开展得相对更少。,花卉育种还相当落后,丰富的花木资源还没有充分开发利用,国际花卉市场名优品种不多,远远不适应花卉业发展和参与国际竞争的现实需要。兰花、牡丹等在中国有着悠久历史的品种,原植株都在中国,但销售市场却在国外企业。我们不但失去了资源,也使市场在手中一点点滑走。,果树:“六五”期间
15、,建成了15个国家果树种质资源圃,收集保存了19个树种的1万多份种质材料。“七五”和“八五”期间鉴定评价了主要性状,筛选出了优异材科。如大果型、极早熟、高品质、高抗病虫、高抗逆性、早熟资源、矮化资源、极强抗性及多倍体等材料,高vc、高硬度品种等。,研究利用的深度如抗性基因发掘利用,野生种、优良特性利用,利用生物技术保存和人工创造新种质等方面与先进国家相比还较落后。资源鉴定和品种资源工作体系不够完善。良种繁育体系与制度,不如发达国家规范化、科学化。,4.1 抢救野生种质任务紧迫 珍贵植物种质资源遭到灭绝。我国农业野生植物191种处于濒危状态。截至2001年底,我国已建立珍稀植物繁育中心、植物园1
16、20多个和400多处珍稀植物种质种源基地。,4 展望,绪 论,普陀鹅耳枥 现存1株,绒毛皂荚 现仅存2株,美国至2002年6月30日,从中国引进植物资源932个、种子20140份,其中大豆4452份,包括野生大豆168份。而中国同意提供的仅有2177份,且野生大豆没被列入对外提供的品种资源目录中。,由于出访考察、接待来访和合作项目等原因,物种资源的引进和输出在一定程度上处于失控阶段。最近10年输出的生物种质资源不仅在数量上要远远高于前20年的总和,在质量上包含了大量优良基因。,近年来,全世界绽放的牡丹不仅仅是中国的。目前国际市场牡丹销售总量在200万株以上,我国出口量突破100万株,基本与日本
17、持平。由于品种、质量问题,销售额不及日本的1/4。日本市场上销售的一级品“丹皮”饮片,中国产价格每500克150元,韩国产的高达600元。国色,正在渐渐淡去。,中国已有百余个牡丹品种和优良野生种外流他国,成为国外培育新品种的材料,大大降低了我国的资源优势和未来竞争力。,豆绿,4.2 安全保存需要国家重点支持 我国种质资源丰富而经济、技术底子薄。在保存和研究庞大数量的种质资源工作中遇到难以克服的困难。,4.3 应用新技术 加强研究与利用建立种植业地理信息系统(GIS)、全球定位系统(CPS)、遥感技术(RS)应用于资源、环境和灾害的监测与速报;,由注重收集、保存向注重基因资源鉴定、功能、分离、克
18、隆、材料创新技术发展;收集由国内转向国外,一般转向野生种以及珍稀濒危和开发利用价值大植物;保存由常规方法转向超低温、超干燥、离体基因库等。,种质资源评价与创新(1)优异种质资源主要性状鉴定评价(抗病虫、抗逆境、优质和高产基因及其遗传效应)。(2)优异种质资源的改良与创新(与超高产、优质和综合抗性能力密切相关性状的改良和创新)。,(3)优异种质资源现代生物技术方法 目前,应用常规方法与生物技术相结合,研究、鉴定和创新种质的热潮正在国内兴起。,绪 论,(二)国外园艺植物种质资源发展概况,已有100多个国家和地区大约具备了349个国家级基因库,世界总资源数已达200万份以上。世界信息和预警系统数据库
19、中记录了共有1300多个基因库,全球非原生境基因库共储存了约610万份收集品。收集保存的作物种质资源是全人类的宝贵财富。,1.不同国家研究状况 美国 国家植物种质资源体系由行政机构、大学、研究单位和私人共同组成协作网。拥有55万多份种质资源。,利用反义RNA抑制果实中多聚半乳糖醛酶的合成反义番茄,味美、质厚、保鲜期长。通过转基因使马铃薯淀粉含量增加20%40%。用基因工程培育橙色番茄和耐盐番茄已大量上市,开展植物种质资源研究最早。俄罗斯拥有植物种质资源37万份,居世界第三。,前苏联,西欧,西欧植物基因资源保存量约30万份(次)。,拥有一座容量为25万份资源材料的长期种质库,保存种质资源16.5
20、万份。成为世界上第二座容量为100万份的植物种质长期库。国家种质库保存了19.8万份种质,包括果树7 848份、蔬菜2.1万份、花卉与其它园艺植物3 600多份。,绪 论,印度,日本,美国、加拿大、日本、波兰、印度、巴西重视对植物遗传资源的收集和交换。美国作物遗传资源中从世界各地收集的占80以上,巴西保存的种质资源中从国外收集的为76,我国国家种质库保存的30余万份资源中仅19是从国外收集的。,挪威全球种子库(2008),种子库位于距北极点约1000公里的斯瓦尔巴群岛一山洞中,远离各种外在威胁。比海平面高出130米,丝毫不用担心全球气候变暖导致冰层融化将它淹没。气候寒冷,拥有永久冻土地带,有利
21、于种子保存。防止因天灾人祸灭绝,提供种子基因,称为“植物诺亚方舟”。系当今世界最安全的基因储存库,甚至可以抵御地震和核弹!,全球种子库的储藏架,种子库耗资911万美元,可容纳大约450万个植物种子样品。包含了世界上所有已知的作物种类。,“末日种子”可存活上千年种子储藏室能够长年保持零下18摄氏度的低温。小麦、大麦和豌豆等重要农作物种子可持续保存长达1000年。其中高粱大约能存放1.95万年。,花卉 培育一个花卉品种至少要五六年,投资大,技术含量高,一般由高度专业化的育种公司进行。英、美、德、日、荷兰等处于前列。出口量具前的是荷兰、哥伦比亚、以色列。肯尼亚、比利时、秘鲁、马来西亚、西班牙、墨西哥
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