3-第三章-種質(zhì)資源

第三章種質(zhì)資源PlantGermplasmResource宋波濤園藝林學(xué)學(xué)院614室Tel:87287382；e-mail:songbotao@種質(zhì)資源第一節(jié)：概念、分類及意義第二節(jié)：種質(zhì)資源的考察、征集第三節(jié)：種質(zhì)資源的保存第四節(jié)：種質(zhì)資源的評價第五節(jié)：種質(zhì)資源的創(chuàng)新和利用自習(xí)內(nèi)容：作物的起源中心，起源中心與基因多樣性的關(guān)系第一節(jié)：概念、分類及意義一種質(zhì)資源的概念種質(zhì)（Germplasm）：決定生物“種性”，并將其遺傳信息從親代傳遞給后代的遺傳物質(zhì)的總體。種質(zhì)資源germplasmresource：攜帶種質(zhì)的載體?？梢允侨后w、個體，也可以是部分器官、組織、細(xì)胞、個別染色體乃至DNA片斷。因此種質(zhì)應(yīng)該包括群體、個體及分子等不同水平上的種質(zhì)。植物種質(zhì)資源(plantgermplasmresource)：攜帶有不同種質(zhì)的各種栽培植物及其近緣種和野生種。二園藝植物種質(zhì)資源分類并歸分類育種材料近緣野生種和原始栽培類型地方品種主栽品種野生植物資源人工創(chuàng)造的種質(zhì)資源野生植物資源野生植物資源包括栽培作物的近緣野生種和有潛在利用價值的植物野生種。由于該類植物長期在嚴(yán)峻的環(huán)境下生長，所以具有很強(qiáng)的適應(yīng)性與抗逆力如耐瘠薄、抗寒、抗旱、抗鹽堿、抗病蟲害高營養(yǎng)成分等或者具有栽培作物所欠缺的某些寶貴的特征特性。將外源基因引入到優(yōu)良的栽培種中存在一些實(shí)際困難（遺傳累贅）野生番茄的特征特性契斯曼尼番茄耐鹽智利番茄抗旱和抗病克梅留斯基番茄高干物質(zhì)含量小花番茄高干物質(zhì)含量多腺番茄抗葉霉和線蟲多毛番茄抗病、抗蟲、耐低溫潘那里番茄抗旱、耐鹽、抗蟲秘魯番茄抗病和線蟲醋栗番茄高Vc和抗病野生種栽培種三、種質(zhì)資源的重要性沒有好的種質(zhì)資源，就不可能育成好的品種。歐洲馬鈴薯晚疫病大流行----墨西哥引入的抗病的野生種。美國栗疫病、大豆孢囊線蟲病----中國引入抗原華栗和北京小黑豆。保護(hù)種質(zhì)資源刻不容緩。人類的命運(yùn)將取決于人類理解和發(fā)掘植物種質(zhì)資源的能力！第二節(jié):種質(zhì)資源的考察、征集一、進(jìn)行種質(zhì)資源研究的主要機(jī)構(gòu)二、資源征集的方法三、征集資源的記載一、種質(zhì)資源研究的主要機(jī)構(gòu)國際組織機(jī)構(gòu)：CIP、世界末日種子庫國家級資源工作機(jī)構(gòu)

機(jī)構(gòu)：中國農(nóng)科院、林科院、中科院省級資源工作機(jī)構(gòu)

機(jī)構(gòu)：目前國內(nèi)多數(shù)省級農(nóng)業(yè)科學(xué)院或研究所的品種資源室等育種單位級資源工作機(jī)構(gòu)距離北極大約700英里的挪威斯瓦爾巴特群島二、資源征集的方法育成品種的征集野生種質(zhì)資源征集的原則異花授粉和自花授粉植物在征集數(shù)量上的差異無性繁殖植物種質(zhì)資源的征集1育成品種的征集育成品種以向育種單位征集更為可靠，且便于弄清它們的系譜來源及收集系統(tǒng)資料。栽培類型的征集以品種為對象，主要著重品種的典型性。2野生種質(zhì)資源征集的原則野外考察首先考慮征集對象的多樣性中心。種質(zhì)資源的征集應(yīng)盡力爭取樣本的遺傳多樣性。環(huán)境的極端地區(qū)所作的征集可能更為有利。野生種質(zhì)資源的取樣原則取樣策略：主要在于在最小容量的樣本中獲得最大的變異。力爭獲得遺傳上最大的多樣性。基因庫應(yīng)不加選擇的取樣可用粗格子開始，隨后在有特殊意義的格子里，用細(xì)格子再取樣3征集數(shù)量Marshall等(1975)建議每點(diǎn)從50~100株上采集50粒種子。Qualset(1975)提出為了得到有意義而稀有的重組，每點(diǎn)的個體數(shù)應(yīng)增加到500株張德慈(1984)提出在“目標(biāo)地區(qū)內(nèi)多設(shè)點(diǎn)要比在少數(shù)點(diǎn)上多取種子好”。Marshall(1975)提出取樣低限的原則，以95%的機(jī)率逮住目標(biāo)群體中具有大于0.05基因頻率的隨機(jī)位點(diǎn)上所有等位基因。異花和自花授粉植物的差異？Yonezawa等(1984)認(rèn)為異花授粉植物即使只有2一3株也能得到多樣性后代。對于自花授粉種類應(yīng)注意從較多的植株上采集種子（50-100）。為什么？無性繁殖野生資源的征集數(shù)量每平方公里至少隨機(jī)采集10一20份，主張不少于50~100份。一般說來，如果生態(tài)環(huán)境變化不大，取樣點(diǎn)不宜過密，以免造成過多不必要的重復(fù)。考察征集的時間應(yīng)安排在可采集繁殖材料的季節(jié)和產(chǎn)品成熟的季節(jié)。三、征集資源的記載資源征集登記卡：入庫登記卡、征集登記卡征集場所的信息：地理位置、天氣資源本身的信息：資源的類別、來源、名稱、資源編號、用途、對各主要脅迫因素的反應(yīng)等。征集資源的其它信息：征集人及其所屬單位名稱、征集的材料及數(shù)量種質(zhì)資源登記卡第三節(jié)：種質(zhì)資源的保存種質(zhì)資源的保存

(germplasmconversation)利用天然或人工創(chuàng)造的適宜環(huán)境保存種質(zhì)資源。作用：防止資源流失，便于研究和利用。保存方式：就地保存、遷地保存、資源圃保存和種質(zhì)庫保存等。種質(zhì)資源的保存方法一、就地保存二、遷地保存三、種子保存四、資源圃種植保存五、離體保存六、利用保存七、基因文庫保存(genelibrarytechnology)一、就地保存在資源植物的產(chǎn)地，通過保護(hù)其生態(tài)環(huán)境，達(dá)到保存資源的目的。各類自然保護(hù)區(qū)。包括國內(nèi)各地歷盡滄桑的古老果木和花木：如樹齡在千年以上的福建莆田的宋荔、山東的躺棗、河北邢臺的宋栗、陜西勉縣的漢桂等，都應(yīng)該采取特殊措施，使其延年益壽，并適當(dāng)繁殖保存。二、遷地保存常針對資源植物的原生環(huán)境變化很大，難以正常生長及繁殖、更新的情況，選擇生態(tài)環(huán)境相近的地段建立遷地保護(hù)區(qū)，有效地保存種質(zhì)資源。再引種：遷地保護(hù)區(qū)作為資源植物的“避難所”，通常應(yīng)盡早返回自然生境之中。如：1982年建立的滇南珍稀瀕危植物遷地保護(hù)區(qū)。三、種子保存是以種子為繁殖材料的種類最簡便、最經(jīng)濟(jì)、應(yīng)用最普遍的資源保存方法。優(yōu)點(diǎn)：種子容易采集、數(shù)量大而體積小，便于貯存、包裝、運(yùn)輸、分發(fā)。正常型和頑拗型種子正常型(orthodoxtype)種子：通過適當(dāng)降低種子含水量，降低貯存溫度可以顯著延長其貯存時期的一類種子。頑拗型

(Recalcitranttype)種子：在干燥、低溫的條件下會迅速喪失生活力的一類種子。如山核桃、核桃、栗、榛、南洋杉、七葉樹、楊、柳、楓、佛手瓜、甘蔗、茭白籌。頑拗型一般不用種子保存資源。貯藏保存用控制貯藏條件來保存資源種子的生活力的方法貯藏條件：主要是溫度和濕度，即低溫、干燥和密封含水量在14％－4％，每下降1％，種子壽命增加一倍。貯存溫度在50℃-0℃范圍內(nèi)，每下降5℃種子壽命就增加一倍。三種貯藏庫：根據(jù)溫度和濕度的差異分為短期庫、中期庫和長期庫三種貯藏庫比較四、資源圃種質(zhì)保存

一般用于多年生無性繁殖植物、水生植物和其它種子為頑拗型的種類不像一、二年生草本植物那樣可以隨時遷移。因此資源圃的地點(diǎn)選擇應(yīng)慎重考慮。地理?xiàng)l件方便采用雙圃制喬木類每份栽植2-5株，灌木和藤本5-20株，草本15-25株;五、離體保存就是在人為控制的條件下，用離體的分生組織、花粉、休眠枝條等，通過組織培養(yǎng)，保存植物種質(zhì)資源。1，主要特點(diǎn)試管保存節(jié)省貯存空間，便于運(yùn)輸和交流等優(yōu)點(diǎn)?？煞乐苟啻敝撤N性退化及病毒感染，保證了種質(zhì)的優(yōu)良性和純潔性。迄今為止，試管保存已在1000多種植物和品種上得到應(yīng)用，并獲得了很好的效果。目前，已對園藝植物的多種材料進(jìn)行了試管保存，如愈傷組織、幼胚、胚狀體芽、莖尖分生組織、莖段、試管苗、懸浮細(xì)胞培養(yǎng)、花藥、花粉、原生質(zhì)體和種子。2，適應(yīng)類型及必要性適合的資源類型：用離體試管保存技術(shù)最適于保存頑拗型植物、水生植物和無性繁殖植物的種質(zhì)資源。必要性：資源圃保存(田間基因庫)要求大量土地和經(jīng)常管理，而無性繁殖器官如球莖等不適于長期保存，需要頻繁地進(jìn)行繁殖更新。種質(zhì)資源離體試管保存的兩個系統(tǒng)。即緩慢生長系統(tǒng)和超低溫保存。不同器官的離體保存方式不定芽、試管苗采用限制生長和低溫保存較為普遍；莖尖、幼胚等較多采用超低溫保存；愈傷組織和懸浮細(xì)胞培養(yǎng)在超低溫保存的早期階段曾有使用，目前有關(guān)這方面的報道較少?？赡苁且?yàn)橛鷤M織形態(tài)發(fā)生本身具有不確定性、超低溫保存后改變其發(fā)生途徑、降低了分化率。愈傷組織的形成試管苗的形成3，主要方法離體保存的方法已從限制生長保存和低溫保存，演化到超低溫保存。（1）限制生長保存：BA，ccc，PP333，甘露醇，山梨醇等。如甘薯，草莓，柑桔等。（2）低溫保存：蘋果、酸櫻桃、胡蘿卜等（3）超低溫保存超低溫保存超低溫通常指低于—80℃的低溫。主要是液氮〔－196℃)及液氮蒸汽相，屬種質(zhì)的長期保存。其步驟有：材料選擇、預(yù)處理、冷凍及保存、融化、后處理、活力評價和再生等。超低溫保存降溫方式有緩慢降溫、分步降溫和快速降溫等幾種。前兩種適于單個細(xì)胞材料、懸浮細(xì)胞、胚性愈傷組織的保存。迄今為止，已對100多種植物材料進(jìn)行了超低溫保存超低溫保存的方法超低溫保存可分為玻璃化法、干燥法、包埋脫水法和馴化冰箱法等。玻璃化法：最大難題是玻璃化冰凍保護(hù)劑的化合物組成及配制濃度。干燥法是控制脫水速度和脫水程度，干燥頂處理植物材料，增強(qiáng)抗陳性，然后液氮保存。包埋脫水法是把包含有樣品的褐藻酸鹽溶液滴向高鈣溶液，固褐藻酸鈣的生成而固化成球狀顆粒。馴化冰箱法是材料經(jīng)高濃度蔗糖預(yù)處理后，置于冰箱中預(yù)存一段時間，然后投入液氯保存。六、利用保存種質(zhì)資源在發(fā)現(xiàn)其利用價值后，及時用于育成品種或中間育種材料是一種對種質(zhì)資源切實(shí)有效的保存方式。如國內(nèi)用山葡萄作親本育成北醇、公釀2號;用野菊和家菊雜交育成毛白(毛華菊)、鋪地雪(小紅菊)等地被菊品種;美國用野生的醋栗番茄、秘魯番茄作親本育成對葉霉病高抗品種Waltham等。七、基因文庫保存

(genelibrarytechnology)構(gòu)建要點(diǎn)：提取大分子量DNA，酶切成許多DNA片段，連接在載體，轉(zhuǎn)移到繁殖速度快的大腸桿菌中，增殖成大量可保存在生物體中的單拷貝基因。DNA酶切連接轉(zhuǎn)化大腸桿菌基因文庫構(gòu)建示意圖第四節(jié)種質(zhì)資源的評價一，資源評價的任務(wù)和要求二，資源評價的內(nèi)容和項(xiàng)目三，資源描述評價的方法和標(biāo)準(zhǔn)一資源評價的任務(wù)為育種目標(biāo)提供有用的資源信息和符合育種需要的種質(zhì)資源。在互利的基礎(chǔ)上發(fā)展國際協(xié)作，使資源工作面向現(xiàn)代化，面向世界，面向未來。資源評價的要求

確切反映特定資源的遺傳差異，而不僅僅是表現(xiàn)型差異。以農(nóng)藝及經(jīng)濟(jì)性狀為主，兼顧用于資源分類鑒別的形態(tài)解剖學(xué)、細(xì)胞學(xué)方面的項(xiàng)目資源評價內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)化選用或編制規(guī)范化種質(zhì)資源評價系統(tǒng)。盡可能利用國際通用的標(biāo)準(zhǔn)。二資源評價的內(nèi)容和項(xiàng)目(一)前言(二)術(shù)語定義及使用說明(三)登記卡1入庫登記卡2征集登記卡(四)初評資料：3場所情況4資源情況(五)再評價資料：5場所情況6資源情況7環(huán)境脅迫敏感性8病蟲脅迫敏感性9同工酶譜10細(xì)胞學(xué)性狀和經(jīng)鑒定的基因11備注。三資源描述評價的方法和標(biāo)準(zhǔn)植物學(xué)性狀的描述生物學(xué)特性的描述非生物脅迫評價生物脅迫敏感性評價綜合性狀評價1植物學(xué)性狀的描述質(zhì)量性狀的描述評價二型編碼，三型編碼（茉莉花色），多型編碼（葡萄花的性別用五型編碼:1雄株;2雄花占優(yōu)勢;3完全花，雌雄蕊均充分發(fā)育;4雄蕊直立的雌株;5雄蕊反卷的雌株等）數(shù)量性狀的描述評價數(shù)量性狀的描述評價(1)級差評價法(2)參照品種典型評價法(3)選擇歸類評價法(4)狀態(tài)歸類評價法(5)模糊三級評價法（1）級差評價法通常用于容易計數(shù)和測量的性狀如果重、果徑、葉長、節(jié)間長以及比值性狀如果形指數(shù)、葉形指數(shù)、果心對果實(shí)橫徑的比值等。常以9級為基礎(chǔ)分成1一9級或0一9級，或分成1、3、5、7、9五級等。柑橘的葉片形狀葉形指數(shù)（葉長/葉寬）11.0-2.032.0-3.053.0-4.074.0-5.09大于5.0（2）參照品種典型評價法有些連續(xù)性狀，難以計算或測量或用文字確切描述的，可用示意圖，并列出各類常見典型品種以資參照。果型扁球形，短球形，球形，長球形，卵形，倒卵形，圓筒形，洋梨形，紡錘形，領(lǐng)形，左右對稱，不整形。（3）選擇歸類評價法有些比較復(fù)雜的性狀難以根據(jù)單一因素排成有序級次，可根據(jù)資源變異的多樣性分成若干類別，以便評價時選擇最接近的類別編碼柑橘果實(shí)顏色

柑桔果實(shí)顏色分成六類：1紅，2紅橙，3濃橙，4橙，5黃橙，6黃。每類均列出典型代表品種以資參照。因構(gòu)成因素比較復(fù)雜，可按表現(xiàn)的狀態(tài)作為歸類評價的依據(jù)。如葡萄描述符中把果穗的緊密度分為:1級特松，果穗平放時幾乎所有分穗都能接觸到同一平面上;3級松，果穗平放時穗形顯著改變，能夠看到果梗;5級中等，果穗平放時穗形稍有改變，但果梗全被果實(shí)遮蓋;7級密，果穗平放時穗形不改變，果粒不變形;9級特密，果粒因相互擠壓而變形。（4）狀態(tài)歸類評價法（5）模糊三級評價法適用于連續(xù)變異而又難以實(shí)測的性狀如葉背的茸毛：疏、中、密2生物學(xué)特性的評價含一系列與經(jīng)濟(jì)性狀和農(nóng)藝性狀有密切關(guān)系的生物學(xué)特性，如果實(shí)出汁率、愈傷形成能力、生根能力等通常均采?。壊钤u