第2章种质资源.ppt

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1、第二章 作物种质资源,第一节 种质资源工作的重要性第二节 作物起源中心学说第三节 种质资源的研究与利用第四节 电子计算机在种质资源 管理中的应用,第二章 种质资源,包括品种、类型、近缘种、野生种的种子、植株、无性繁殖器官、花粉、单细胞无性系等又叫原始材料、遗传资源、基因资源,作物种质资源（germplasm）,第一节 种质资源的重要性,作物种质资源,（1）育种工作的突破，关键是种质资源，如水稻的矮杆育种、玉米的高赖氨酸育种和双低油菜育种等。,1950s：矮脚南特和矮子黏 低脚乌尖 绿色革命 水稻矮杆育种,作物种质资源,（1）育种工作的突破，关键是种质资源，如水稻的矮杆育种、玉米的高赖氨酸育种和

2、双低油菜育种等。,小麦：日本-农林10号 CIMMYT-恩斯 土耳其-PI178383,作物种质资源,（1）育种工作的突破，关键是种质资源，如水稻的矮杆育种、玉米的高赖氨酸育种和双低油菜育种等。,玉米：1964 Opaque-2,作物种质资源,（1）育种工作的突破，关键是种质资源，如水稻的矮杆育种、玉米的高赖氨酸育种和双低油菜育种等。,油菜：德国 双低油菜 Oro 低芥酸 Bonoweki（低硫甙）,作物种质资源,（2）种质资源是人类的宝贵财富。人类的命运将取决于我们对种质资源的理解和发掘能力。,第二节 作物起源中心学说 及其发展,一、作物起源中心学说的形成及其主要内容,俄国学者瓦维洛夫从19

3、20年开始对60多个国家进行了180次考察，收集了30万份作物及其近缘种标本，发现作物分布和变异的多样性和不平衡性，提出了作物起源中心学说(Origin center of crop),（一）作物起源中心学说的主要内容,1、作物起源中心的二个特征：基因的多样性和显性基因的高频率性。基因中心或变异多样化中心,（一）作物起源中心学说的主要内容,2、最初起源地称为原生起源中心，扩散后形成次级中心或次生基因中心，次级中心为隐性基因控制的多样化地区。,起源中心的类型和特点,（一）作物起源中心学说的主要内容,3、在一定的生态环境下，一年生草本作物间的遗传性状存在着平行现象，又称为“遗传变异性的同源系列规律

4、”，如小麦有一性状，可能在大麦或水稻中也有此基因,（一）作物起源中心学说的主要内容,4、根据驯化的来源，作物分为两类：有目的的驯化植物称为原生作物 伴原生作物的杂草到异地，原生作物不适，而杂草成为主体，称次生作物如燕麦和黑麦。,（二）瓦维洛夫提出的作物起源中心,1、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，主要物种：稷、粟、高梁、裸粒无芒大麦、荞麦、大豆、茶、大麻、苎麻等共136物种，11个作物,（二）瓦维洛夫提出的作物起源中心,2、印度中心（南亚热带中心）：包括缅甸和印度东部主要物种：水稻、绿豆、饭豆、豇豆、甘蔗、芝麻、红麻等共117物种，15个作物（包括补充区）,（二）瓦维洛

5、夫提出的作物起源中心,2a、印度-马来亚补充区：包括马来亚群岛，一些大岛屿及菲律宾和印度支那，主要物种：薏苡、香蕉 等,（二）瓦维洛夫提出的作物起源中心,3、中亚细亚（西南中心）：包括印度西北部、克什米尔、阿富汗、苏门答腊、塔吉克和乌兹别克及天山西部，主要物种：普通小麦、密穗小麦、印度园粒小麦、豌豆、蚕豆、草棉等42个物种，15个物种,（二）瓦维洛夫提出的作物起源中心,4、近东中心（西亚中心）：包括小亚细亚、外高加索、伊朗、土库曼斯坦，主要物种：一粒小麦、二粒小麦、黑麦、葡萄、石榴、胡桃、无花果、苜蓿等 83 物种，20个作物,（二）瓦维洛夫提出的作物起源中心,5、地中海中心：主要物种：大量蔬

6、菜作物、牧草的起源中心，小麦、豆类的次级起源中心,（二）瓦维洛夫提出的作物起源中心,6、埃塞俄比亚中心：包括埃塞俄比亚和厄立特里亚册区，主要物种：小麦、大麦，亚麻（种子用于面粉），共有38个 物种，15个作物。,（二）瓦维洛夫提出的作物起源中心,7、墨西哥南部和中美中心：包括安的列斯群岛。主要物种：玉米、陆地棉、甘薯、番茄，共有49 物种，9 个作物。,（二）瓦维洛夫提出的作物起源中心,8、南美（秘鲁-厄瓜多尔-玻璃维亚）中心：主要物种：多种块茎作物。包括马铃薯的特有栽培种 整个南美共有62个物种，17个作物,（二）瓦维洛夫提出的作物起源中心,8a、智利中心：主要物种：木薯、花生和凤梨,（二）

7、瓦维洛夫提出的作物起源中心,8b、巴西巴拉圭中心：主要物种：花生、可可、橡胶树,瓦维洛夫认为，以上8个起源种心由于天然隔离而形成独特的生长、栽培方式，每个中心物种多样普遍，具有特殊的种质资源，是育种的资源宝库寻找新种质：方向性,（二）瓦维洛夫提出的作物起源中心,二、作物起源中心学说的发展,哈伦对作物起源中心学说的发展：Harlan（1951）将作物变异从空间和时间两方面来论证，并将其分为5种类型,二、作物起源中心学说的发展,土生型：如非洲几内亚的弯臂粟(Brachiaria deflexa)、美洲墨西哥的印第安稷(Panicum sonorum)等,二、作物起源中心学说的发展,半土生型：被驯化

8、栽培的植物只在邻近地区扩散，如非洲稻(Oryza laberrima)的起源地可能在尼日尔河的泛滥盆地，扩散栽培区域仅西达塞内加尔及几内亚海岸、东至乍得湖这一范围，别处即无栽培,二、作物起源中心学说的发展,单一中心型：在原产地被驯化后迅速在相似的其他适宜地区大量栽培，不产生次生中心。如橡胶、咖啡、可可等即属此类型,二、作物起源中心学说的发展,有次级中心型：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。一些重要作物如小麦、大麦、玉米等属于此类型。,二、作物起源中心学说的发展,无中心：有些作物看不出有明显的原生起源地点，如高梁、菜豆、油菜、香蕉等在相当大的范围内似

9、乎都能驯化栽培。因此时间久远并不是多样化变异中心形成的唯一因素，栽培环境的复杂性更易引起多种变异类型的形成。山区，尤其是低纬度山区植物变异类型多样的原因就在于此。变异产生以后再通过主要是人的有意识或无意识的选择，就形成不同地区作物类型的不同特点,二、作物起源中心学说的发展,此外，哈伦认为某些作物的特殊隐性基因类型出现于一些较窄的生态地区，形成基因小中心，同样具有推动作物进化的作用，如土耳其的3处小麦基因小中心。,二、作物起源中心学说的发展,（2）茹科夫斯基对作物起源中心的发展：在瓦维洛夫的基础上，增加了四个中心，使其包括所有的作物。12个大中心：即澳大利亚中心、中国-日本中心、东南亚中心、印度

10、中心、中亚细亚中心、西亚细亚中心、地中海中心、非洲中心、欧洲-西伯利亚中心、南美中心、中美和墨西哥中心、北美中心。除大中心外，还划分基因小中心。基因小中心对于育种更有价值。,二、作物起源中心学说的发展,荷兰的A.C.泽文：又称这些中心为多样化变异区域，大基因中心或多样化变异区域都包括作物的原生起源地点和次生起源地点。有的中心虽以国家命名，但其范围并非以国界而是以起源作物多样化类型的分布区域为依据,第三节 种质资源工作的内容,一、种质资源的类别和特点二、种质资源的搜集三、收集材料整理四、种质资源的保存五、种质资源的鉴定与研究六、种质资源的利用,工作内容：收集、保存、研究、创新、利用；工作方针：广

11、泛征集、妥善保管、深入研究、积极创新、充分利用、为农作物育种服务，为加速农业现代化建设服务,种质资源的内容与方针,一、种质资源的类别,种质资源又称遗传资源。种质系指农作物亲代传递给子代的遗传物质，它往往存在于特定品种之中。如古老的地方品种、新培育的推广品种、重要的遗传材料以及野生近缘植物，都属于种质资源的范围。在自然界，所有生物都表现自身的遗传现象，它是生命延结缓和种族繁延的保证。农谚说，种豆得豆，种瓜得瓜，就是对遗传现象生动的描述。豆和瓜的繁衍就是由遗传物质决定的。,（一）按来源来分,本地种质资源：包括古老的地方品种和当前推广品种：适合本地的特点外地种质资源：从其它国家和地区引入的品种或类型

12、：反映原产地的特点，不同的生物学和遗传特性野生种质资源：种种作物的近缘种和有价值的野生种：某些特有的优良性状人工创造的种质资源：包括遗传研究和育种的中间材料：变异丰富,（二）按亲缘关系来分,初级基因库：同一种内的材料，可杂交进行基因重组：最有价值次级基因库：种间及近缘植物，基因转移是可能的，但较困难三级基因库：比次级基因库更远，之间杂交不实和杂种不育十分严重，应用现代基因工程技术是可以实现基因转移。,（三）从育种角度,地方品种：缺点明显，但有特殊的性状，如抗性、适应性、口味主栽品种：丰产性好，适应性广原始栽培品种：与杂草共存，许多已灭绝野生种和近缘种：包括野生、半野生类型育种中间材料：具有某些

13、缺点，但遗传变异丰富,二、种质资源的收集,直接考察收集征集单位之间彼此交换转引,1、种质资源收集的近切性和必要性,（1）育种需求：完成新的育种目标，必须有新的种质资源（2）生产需求：为了满足生产发展需要，必须发展新的物种（3）资源需求：避免宝贵材料的流失，必须对种质资源的收集（4）利用需求：避免新品种遗传基础的贫乏，必须利用更多的种质资源。,2、种质资源的收集方法,主要着重收集本国资源，国外采用交换和引种考察收集和征集收集：样本的大小：自交和异交（50株/200300株，取几百粒种子记录：品种名称、产地、自然耕作条件、样本来尖、主要形态特征、生物不特性、如群众以映等,三、收集材料的整理,分类、

14、登记分类：植物学分类和生态类型中国农科院品种资源所的分类方法：（1）大类：I农作物 II.蔬菜 III.绿肥和牧草 IV.园林花卉（2）二级：I.1禾谷类；I.2豆类 I.3纤维 I.4油料 I.5 烟草 I.6糖料（3）作物：I.1.A水稻 I.1.B小麦 品种：I.1.A0001 某一其体品种,四、品种资源的保存,种植资源保存应掌握一定的原则：种植资源经过保存后，必须保持各样本 的生活力。保持原有的遗传变异度。维持样本的一定数量,1、优先保存的内容：,（1）应用研究和基础研究的种质材料（2）可能灭绝的稀有种和已经濒危的种质，特别是野生祖先种（3）具有经济利用潜力而尚未被发展和利用的种质（4

15、）在普及教育有用的种质,2、种质资源的保存方法,种植保存：工作量大，而隔离或自交，易产生机械混杂,根据不同作物种子和营养体生活力的长短，隔一定的时间在田间种植一次。材料多时，可进行轮换种植。种植保存需要注意两点：种植条件尽可能与原产地条件相似，以减少由于生态条件的改变而引起变异。尽可能避免和减少天然杂交和人为混杂，以保持原品种或类型的遗传特点和群体结构。,2、种质资源的保存方法,贮藏保存：需要一定的条件和设备，隔一些年份需种植复活,用控制贮藏条件（温度和湿度）的方法保持种质资源的生活力。温度30-0，每降低5，种子的寿命延长1倍。种子含水量14-4%，每减少1%，种子的寿命延长1倍。,2、种质

16、资源的保存方法,贮藏保存：资源库 温度 湿度 种子贮藏在 短期库 10 50%纸袋中可保存5年。中期库-5 40-50%密闭容器内保存20年。长期库-10-1535%真空包装中保存70年。,2、种质资源的保存方法,离体保存：特别适宜于营养繁殖植物 用试管保存植物的组织和细胞的培养物。常用的培养物有：愈伤组织、悬浮细胞、幼芽生长点、花粉、花药、体细胞、原生质体、幼胚等 优点：所需空间小 可以解决常规方法不易保存的种质资源。繁殖时不受季节限制，繁殖速度快。培养物不带病虫害，便于种质交流。,从动、植物或微生物中提取DNA,2、种质资源的保存方法,基因文库保存：DNA保存可以永久保存,2、种质资源的保

17、存方法,活体保存：主要用于木本植物，一年生植株较少,五.种质资源的鉴定与研究,种质资源鉴定和研究的主要内容有：特征、特性的观察与鉴定 农艺性状、经济性状、生物学性状、抗逆性，及其它性状性状遗传特点研究。细胞学研究、遗传性状的评价、起源、进化、分类研究,中国棉花品种资源的工作,从53个产棉国引入国外棉花种质资源100次以上引入种质2222份，陆地棉2013 份，海岛棉209 份，主要是美国、前苏联、澳大利亚、巴基斯坦、埃及共收集到国内外陆地棉6822份、陆地棉野生种系350份、海岛棉585份、亚洲棉378份、草棉17份、多年生野生棉41份，合计8193份我国棉花种质资源的保存数量稳居世界第4位存

18、在北京国家长期库、青海省复库和安阳中期库，野生棉保存在海南岛棉花种植圃建立了较为完善的棉花种质资源数据库系统,六、种质资源的利用,1.通过杂交、诱变及其它手段创造新种质2.直接从中选择优良个体培育新品种3.通过杂交、诱变等，从后代中选择优良 变异个体，培育成新品种,第四节 电子计算机在种质资源 管理中的应用,著名的种质资源数据库：芬兰、瑞典、挪威、冰岛、丹麦共同建立的北欧五国作物种质资源数据库前民主德国建立的欧洲大麦数据库前联邦德国建立的作物品种资源数据库前捷克斯洛伐克的作物种质信息系统前苏联的农作物种质资源数据库,电子计算机应用,日本农林水产省的作物种质资源信息系统美国农业部的作物种质资源信息网络系统中国国家作物种质资源数据库系统菲律宾国际水稻所的国际水稻种质资源数据库,电子计算机应用,1.目标：满足育种家和研究人员对种质资源信息需求。2.功能：查询定向培育的有用基因 查找亲本 追踪品种系谱,一、种质资源数据库的目标与功能,数据收集,二、种质资源数据库的建立,