范文一:种质资源
表1 (森林)植物种质资源描述表(Grin 2006)
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范文二:种质资源
研 究 生 课 程 考 试 卷
学 号:
姓 名: 付 晓
专 业: 果 树 学
课程名称: 园艺植物种质资源学
授 课 教 师 : 董文轩
草莓种质资源的研究进展
前言
草莓属于蔷薇科(Rosaceae)草莓属(Fragaria)属于浆果类果树。世界上草莓属植物约有50种,由2×,4×,5×,6×,8×等不同染色体倍性构成,其中被广泛栽培利用的资源是八倍体凤梨草莓(Fragraia ananassa),其中多为野生状态或者半野生状态,分布在亚洲,美洲,欧洲各地。草莓属植物约有20个常见种。我国自然分布约有11个种。野生草莓遗传多样性丰富,在抗病性,抗逆性及其独特香气等方面都优于栽培种,因此,对野生草莓资源在草莓育种方面的利用就具有十分重要的潜在价值[1]。
全球草莓起源中心为亚洲、南北美和欧洲。起源于亚洲的有2倍体的林丛莓,西藏莓淡味莓、锡金莓,4倍体的东方莓、西南(山地)莓、五叶莓和纤细莓,其中林从莓有若干亚种和变种,分布较广。南北美起源的有8倍体的深红莓、智利莓和椭园莓。欧洲起原的有2倍体的短蔓和6倍体的麝香莓等。在以英、法、荷为中心的西欧诸国,十六世纪末先后从北美引进深红莓和从南美引进智利莓。从其杂交材料中首次选出世界凤梨莓。又以此与欧洲起源的野生草莓进行反复正反杂交,选育出葛氏种生等较多的欧洲栽培品种。美国十七世纪末开始在从西欧引进具深红莓和智利莓的亲缘品种中,选出哈维和霍华德,以此与美洲起源的野生草莓进行正反杂交,其后代成为美国草莓栽培品种的基础,至今美国草莓品种之多,在世界名列前茅。日本多数品种具福羽和费尔法克斯草莓两大亲缘属系。前者能在较高温度和稍长日照条件下形成花芽,且休眠期短,属于保护地和在南方栽培的生态型品种群,后者在低温和短日环境下分化花芽,且休眠期长,适北方和露地栽培的生态型品种。还有两者中间生态型的宝交早生等品种,其栽培地理纬度和栽培形式广,属万能栽培品种生态型。我国草莓栽培品种多来自欧、美、目诸国,经百年来在我国各地长期栽培和相互引种,已形成各地的地方名种,并习以果形命名,如鸡心、鸡冠、扇子面等。至今栽培品种少,且缺乏整理鉴定。但就野生种以我国最富饶,可作草莓新品种的遗传基因,培育自己的品种和丰富全球的草莓新品种,乃属珍贵的资源。对此将有待于开发和利用[2]。
1中国草莓种质资源
1.1我国草莓属分布
分布在我国的草莓属约有11个种,我国野生草莓种质资源丰富,主要分布在东北,西北和西南地区,天山山脉,长白山山脉,大兴安岭,小兴安岭,秦岭山脉,青藏高原,云贵高原是天然的野生草莓基因库,存在较多的种,变种和类型,是珍贵和稀有的种质资源[3]。1979年由中国农业科学院组织的考察队对西藏的资源进行考察,发现了,西藏的草莓资源十分丰富,经初步鉴定有7个种。林凤起等人对长白山区种质进行考察发现了在海拔500~1800m处的林下,林缘和路旁山坡等地分布着抗寒性极强的东北草莓[4]。晁无疾等人对秦巴山区野生草莓进行调查,发现在甘肃和陕西某地的野生草莓资源最为丰富,主要有五叶草莓,黄毛草莓,纤细草莓和伞房草莓[5]。雷家军等人对长白山区的野生草莓资源进行调查,共收集野生资源18份,它们分别属于2倍体种东北草莓,4倍体东方草莓和自然5倍体野生草莓[6]。
1.2中国资源圃的建立
从1982年开始我国开始建立国家果树草莓资源资源圃,分别设立在北京和南京,标志着我国的草莓引种,资源保存等方面进入到了一个新阶段。同时一些省级的科研单位也建立了草莓资源圃,如河北石家庄果树研究所保存200余份,上海市农业科学院林木果树研究所保存种质163份。我国一些地方以及私人单位也保存了一些草莓种质资源,如辽宁省东港市果树研究所,河北省保定市草莓研究所,吉林省蛟河市草莓研究所都保存了100份以上
的资源。目前国内保存的野生品种,引种,地方品种,国内各个研究新育成的品种等种质资源共1000余份。
1.3我国草莓种质资源的保存
无性繁殖的植物种质资源保存可分为,现地保存,田间种植保存和室内离体保存。由于环境恶化和人为开荒等因素很多野生草莓资源在流失。目前我国的草莓种质资源主要是资源圃种植保存。草莓易受自然灾害的侵袭,且连作障碍严重易造成种质资源流失。
1.4我国草莓种质资源的鉴定和评价
草莓种质资源的的性状包括植物学性状,生物学性状,农艺性状,抗性性状和籽实品质性状等。国家草莓种质资源圃建设单位江苏省农科院园艺所在对草莓种质资源收集的基础上,采用农艺学,生物学,分析化学,分子标记等我国300余份对草莓种质资源的农艺性状,果实品质,抗逆性,抗病性等进行系统鉴定评价,鉴定方法参照无形及多年生作物种质资源技术规范丛书《草莓种质资源描述规范和数据标准》。并从中筛选出草莓优异,特异资源30份,以及一批优良品种。为草莓引种,推广和选育提供了宝贵的经验[7]。
2我国草莓育种的成就
2.1引种
我国是野生草莓起源地之一,但大果型栽培草莓品种全部是从国外引进。20世纪50年代中后期,沈阳农学院,中国科学院植物研究所,中国农科院品资所等单位先后从苏联,东欧等引入一批草莓品种。迄今为止,从国外引进草莓品种300余种。
2.2实生选种
我国草莓新品种选育起步较晚,是从国外引进品种的实生种子选育工作开始。1948年中央农业实验所在国内最早开始了草莓实生选种工作,1953年选出紫晶,金红玛,五月香,3个品种;沈阳农学院从1957年开始开展草莓实生选种工作,先后选出,绿色种子,大四季,沈农102,明晶,明磊等品种。
2.3杂交选种
草莓新品种的选育主要采用常规杂交育种方法。1958年沈阳农学院在国内最早采用草莓品种间的杂交育种。20世纪70年代后,我国草莓杂交育种进入一个新阶段,国内单位先后育出了20余个新品种。
2.4诱变育种
辐射诱变是创造新的种质资源的有效手段之一。辐射可以诱发基因突变,基因连锁促进基因克隆,克服远源杂交的不亲和性,实现基因的转移。组织培养和化学诱变剂秋水仙素相结合为草莓多倍体育种提供了有效的途径。雷家军等利用低倍性野生草莓资源,种间杂交的种子和茎尖进行染色体加倍处理,建立了利用秋水仙素进行草莓种子及茎尖染色体加倍的方法体系在提高我国草莓野生草莓倍性和克服种间杂种不育性及种质创新等方面取得很大进展
[8]。
国外就有不少学者通过秋水仙素诱导杂交产生多倍体,如Niemirowicz-Sizcytt就用0.01%和0.05%的秋水仙素加入到培养基中增加了森林草莓多倍体的产生[9]。Bauer等通过染色体加倍与有性杂交获得了10×森林-凤梨草莓品种Florka,果实中等大小,香味浓,始于多年一栽和自采栽[10]。Trajkvoski利用8×的栽培种与4×森林草莓杂交所得的材料与8×栽培种回交进行性状改良,所得材料在果实大小和硬度上仍不理想,此后又通过杂交,筛选获得了性状接近栽培品种的品系F9352003,具有森林草莓的风味,抗叶部病害,可育[11]。
2.5遗传规律研究
李英慧等对9个草莓杂交组合的糖酸含量进行分析,发现含酸量由主效基因和微效多基因共同控制,含糖量由微效多基因控制,含糖量的遗传有明显的正向非加性效应[12]。祝朋
芳等人以国内一部分栽培品种的10个组合F1杂种为试材,研究草莓果实最大果重,果实硬度遗传特性,发现最大果重遗传存在着负向非加性效应,杂交后代最大果重呈退化趋势,果实硬度遗传普遍存在着正向非加性效应,杂交后代中易选出硬度大的株系[13]。
2.6生物技术研究
草莓花药培养获得的单倍体植株是育种和遗传规律研究的极好材料。薛光荣等人通过东方草莓的花药培养首次获得了单倍体植株[14]。侯喜林等人从草莓品种女峰,宝交早生的花药培养中获得多元单倍体植株[15]。
3存在的问题
截至目前我国的草莓育种工作已经取得很大的进步,但是与日本,意大利,波兰,法国等育种大国还存在一定的差距。一方面表现为,育种主体不够广泛,国外的私人育出品种占育出品种的一半以上。另一方面则为,育种的方法和手段需要进一步改进。我们应该在原有的传统育种手段上加大诱变育种,生物技术育种的力度,加快品种的选育进程,这就需要育种工作者们不断的引进,学习国外的生物技术手段,还有有关部门应投入资金,以促进我国草莓育种事业的发展[16]。
我们应该从以下五个方面关注我国草莓的育种事业
即一加强草莓种质资源深层鉴定,我们对草莓种质资源的评价力度还不远远够,还需进一步加大对现有资源的鉴定评价尤其对从分子方面对草莓品种的起源,品种的亲缘关系以及演化过程进行深入研究,为草莓品种的研究提供理论依据。
二进一步开展草莓早熟,极早熟品种的选育,我国草莓育种工作者虽然筛选出适合不同气候的品种,但是这些品种在早熟性和丰产性上都存在着不足,在今后的育种工作中,我们要充分利用我国草莓资源的丰富性,利用我国草莓地理分布的差异性,选育出以优质,高产,早熟,丰产,大果,抗病等为育种目标,充分开展育种工作。
三加快开展加工型草莓品种的选育。我国目前加工型草莓品种为哈尼,森加·森加拉,宝交早生,卡姆罗莎等,均主要为国外引进品种。没有自主知识产权的加工型草莓品种必将制约着我国对外出口产业的发展,所以我们必须加快开展加工型草莓品种的选育。
四进一步开展四季草莓的品种的选育。我们可以利用现代分子技术和组织培养技术相结合的手段为开展四季草莓的选育提供一条新途径。
五加快草莓育种进程。常规育种费时费力,周期长,见效慢,远不能满足草莓的发展,因此,随着生物技术的发展,草莓育种工作者逐渐意识到了转基因技术加快草莓品种改良的重要性。另一方面我们应该将常规杂交育种与转基因技术结合起来,开展以拓展遗传基础为目的的种质创新,丰富草莓的遗传多样性,加快我国草莓的育种进程。
参考文献
[1] 朱薇 杨明挚 中国野生草莓资源研究及利用进展 中国南方果树 2012
[2]李景佳 草莓在全球的分布情况 北京农学院园艺系 北京农学院报
[3]王桂霞 张运涛 董静 张利喜中国草莓育种的回顾与展望 植物遗传资源学报 2008
[4]林风起 长白山小浆果资源 [J]作物品种资源1986
[5]晁无疾 钟新 秦巴山区野生草莓资源及其研究利用[J] 中国野生植物资源 1988
[6]雷家军 邓明琴 李怀才等长白山野生草莓资源考察与鉴定[J]草莓研究进展2002)
[7]王壮伟 赵密珍 钱亚明 吴伟民 袁骥 孟宪风 我国草莓种质资源的收集保存与鉴定评价 园艺进展
[8]雷家军 吴禄平 代汉萍等 草莓茎尖染色体加倍研究[J].园艺学报 1999
[9] Niemirowicz-Sizcytt K,Ciupka B,Malepazy S.Polyploids from Fragaria vesca L.meristems induced by colchicines in the in veitro culture[J].Bul L Acad Polon Sci Ser Sci
Biol,1984
[10] Bauer A.Progress in breeding decaploid Fragaria vesca[J].Acta Hort.1993
[11] Trajkvoski K.Progress report on Fragaria species hybridization at Balsgard,Sweden[J]. Acta Hort.1993
[12]李英慧,任秀云等 草莓糖酸遗传和选择研究[J] 辽宁师范大学学报1996
[13]祝朋芳,陈长青 草莓两个经济性状遗传特性的研究[J].北方果树,2004
[14]薛光荣,费开伟 胡军 草莓花药离体培养获得单倍体植株[J]园艺学报 1981
[15]不同品种和激素条件对对草莓花药培养的影响[J]南京农业大学园艺学报1992
[16]万春艳,糜林,李金凤,霍恒志,陈雪平 我国草莓新品种选育进展及育种实践 江西农业学报 2010
范文三:种质资源
洋葱种质资源遗传多样性研究进展 摘 要:中国具有世界上最大的洋葱生产面积和产量,但由于国内洋葱新品种选育进展缓慢,生产上主要以引进国外进口品种为主,生产成本高,降低了农民的经济效益,严重制约了中国洋葱产业的发展。深入研究洋葱种质资源遗传多样性有助于加快中国洋葱育种进程,提高育种效率和质量。从洋葱的起源与分类、形态学水平、细胞学水平、生化水平及分子水平等方面综述了洋葱种质资源遗传多样性的研究进展,并对优质新品种选育的研究进行了展望。
关键词 洋葱 种质资源 遗传多样性
Abstract : China has the world's largest production area and yield of onion, however, due to the slow advancesin breeding new varieties of domestic onions, production mainly depends on importing varieties introducedfrom abroad. High cost of production reduces the economic benefits of farmers, which seriously restricts thedevelopment of our onion industry. Study on the genetic diversity of germplasm resources of onion not onlyaccelerate the onion breeding process but also improve breeding efficiency and quality. Several aspects ofresearch for genetic diversity of germplasm resources of onion, including origin and classification,morphological markers, cytological markers, biochemical markers, and DNA markers were reviewed in thepaper, and the study of high-quality new varieties breeding was discussed.
Key words: Onion; Germplasm Resources; Genetic Diversity
洋葱(Allium cepaL. ) 属百合科葱属二年生植物, 是世界上主要蔬菜种类之一, 也是我国主要的栽培和出口品种。洋葱富含的多种硫化物和糖类是其独特风味的主要成分, 具有降低和预防血栓形成、降血脂、降血压、抗动脉硬化、预防心肌梗塞的作用, 可广泛应用于食品、医药和保健领域, 随着研究的进一步深入, 洋葱已成为越来越重要的植物资源。 1 洋葱种质资源
1.1起源与分类
阿富汗及其邻国是洋葱的起源中心, 全世界葱属植物大约有700种, 我国大约有110种(包括变种和引进种), 其中69种在与阿富汗接壤的新疆地区。按5中国植物志6的分类, 我国葱属植物分为9组, 孟祥栋等用RAPD 技术对10个品种的基因组DNA 进行了遗传关系分析, 认为洋葱和葱分属不同的组, 洋葱和胡葱(A. ascalonicumL. )亲缘关系较近, 并推测胡葱可能是大葱和洋葱的杂交后代逐渐进化而来的。何兴金等用RFLP 技术对我国葱属全部9个组的代表种的两个cpDNA 片段(rpl16和trnk 基因) 进行PCR 扩增分析, 认为现有的9个组物种应分为6个亚属, 其中葱组、洋葱组和宽苞韭(A. platyspathum) 应归于同一个亚属。这与前文所述不同, 当然仅以两个叶绿体基因尚难确定其系统位置, 但从一个侧面反映了葱属的分类学问题一直是一个难题。洋葱传入我国不是在公认的20世纪初通过海上引入, 而应该是早在公元三世纪, 西汉开通丝绸之路后逐渐引进的。最初晋代郭义恭的5广志6提到我国引入胡葱的事实, 到公元十三世纪初, 元代熊梦祥在析津志的物产菜志中的家园种莳之蔬里列有回回葱经后来考证, 回回葱实即洋葱。关于洋葱最早引入中国的时间,大多数人认为是在20世纪初,但张平真经过考证得出洋葱早在丝绸之路开通以后就曾多次引入中国。
1.2洋葱的分类
目前中国种质资源库收集洋葱种质材料70份,按形态特征分可以分为:①普通洋葱(A. cepaL. 通常每株仅形成1个鳞茎,种子繁殖,个体大,品质佳,耐寒性一般,栽培广泛,按其鳞茎形状可分为扁球形、圆球形、卵圆形及纺锤形。②分蘖洋葱(A. cepaL. var.mutiplcansBailey syn. var.agrogatumDon) ,每株发生多个乃至10多个鳞茎,大小不规则,鳞茎呈铜黄色,品质较差,产量低。很少开花结实,用分蘖小鳞茎繁殖。它的特点是抗寒力强且鳞茎耐贮藏。③顶球洋葱(A.cepaL. var.viviparumMetz.) ,通常不开花,仅在花茎上形成7~18个气生鳞茎,以此进行繁殖,植株鳞茎不膨大。抗寒性极强,适于高寒地区栽培。按鳞茎形成时对日照时数的要求可分为短日、中日及长日型洋葱,长日型品种每天需14h 以上光照才能形成鳞茎,晚熟品种多属长日型;短日照品种需低于12h 光照才能形成鳞茎;中日照品种对光照时间不敏感,在12~14h光照都能形成鳞茎。按鳞茎皮色分可分为:①红皮洋葱鳞茎圆球或扁圆形,紫红至粉红色,辛辣味较强,丰产、耐藏性稍差,多为中、晚熟品种。②黄皮洋葱鳞茎扁圆、圆球或椭圆形,铜黄或淡黄色,味甜而辛辣,品质佳,耐贮藏,产量高,分为早、中、晚熟品种。③白皮洋葱鳞茎较小,多扁圆形,白绿至微绿色,肉质柔嫩,品质佳,宜作脱水蔬菜,多为早熟品种,产量低,抗病力弱。
2遗传多样性
2.1遗传多样性作用
遗传多样性是生物多样性组成的重要部分,是物种多样性和生态多样性的基础,任何物 种都有其独自特别的基因的组成形式与基因库,物种多样性也包括遗传多样性。因此,广 义遗传多样性指的是地球上一切生物都是遗传信息携带者。狭义的遗传多样性是指变异总和, 即遗传变异不同个体或不同种类之间的变异之和,其实质是有机体的遗传物质(DNA 或RNA )的组成和结构的变化。遗传多样性的形成是一个多层次的性能,在分子水平上的核酸,蛋白质的多样性,多糖等生物大分子;在细胞水平可反映在细胞结构和功能的染色体结构和多样性的多样性;在个体水平上的差异,可以表现为不同的形态,生理代谢和行为习惯。
遗传多样性的研究具有非常重要的理论、实践意义。遗传多样性是物种长期进化而产生 的结果,是生物生存、发展和进化的前提。生物具有较高遗传多样,对环境的适应能力更高,更易于扩展其分布范围。大量实验表明,物种遗传多样性丰富程度和它遗传变异的进化速度成正比关系,因此,对该物种的遗传变异及其多样性研究可以揭示它的起源和演化历史,起源时间,也为其进化潜力的进一步分析提供了重要的数据支撑,同时也有利于探讨濒危物种减少的进程和原因。从而,利于保濒于绝灭的物种,稀有濒危物种保护方法,制定政策和措施,如抽样策略,迁地和就地保护等选择,将取决于我们对物种遗传多样性的理解。遗传多样性是宝贵的资源,通过数十亿年的生物学进化,是人类和社会生存与发展的基础。遗传多样性的研究可以了解种群的遗传结构和多样性水平,为品种分类、父母本选择、物种的保护、物种起源的探讨提供依据,是现有种质资源的研究、开发、利用和保护的重要基础。但鉴定染色体的工作量大,显带技术要求高,容易受外界条件的影响,大多数的细胞染色标记的数量有限,并且很难发现染色体内部基因变化的细节,很难分辨出那些对染色体数目等形态特征相似的品种。因此,核型分析应用于遗传多样性研究及品种鉴定技术还有一定的难度,对于很多染色体结构差异较小的植物,细胞水平上的分析还不能满足物种鉴定的要求。遗传多样性是生物多样性的基本组成部分,是生态多样性和物种多样性的基础,它通常是种内不同群体之间或一个群体内不同个体间遗传变异的总和。洋葱种质资源遗传多样性的研究可以使人们清楚地了解洋葱种质资源的起源和进化,尤其能加深人们对微观进化的认识,为洋葱种质资源的分类、进化研究提供有益的资料,进而为洋葱育种和遗传改良奠定基础指导作用。
2.2洋葱种质资源遗传多样性研究
(1)基于形态学水平的研究
表型是许多形态特征的总和,是遗传变异的重要根据。表型多样性主要探讨群体在其所 处地区内各种环境下的表型性状变异,综合体现了遗传多样性与环境多样性,在一定程度上 对生物遗传变异的程度进行揭示,作为认识与研究物种适应机制的重要方法,根据表型性状 研究物种的遗传多样性具有简便、快捷和节省费用的特点。
研究遗传变异的最基础、直接的方法是形态学调查。调查的性状指标分为质量性状和数量性状2类,如株高、叶数、叶形、产量、抗病性等,此种性状简单直观,应用较广。长期以来作物种质资源鉴定及育种材料的选择通常是根据形态标记进行的。目前大多数作物的形态标记数据相对较全,在进行遗传多样性分析及资源鉴定时经常使用。李成佐等对洋葱鳞茎的横径、纵径、径粗、叶数、鳞茎鲜重及生物产量进行了调查并做了回归分析,得出鳞茎的横、纵径、单株生物产量与鳞茎鲜重回归关系都显著,呈极显著的正相关,且横径的作用大于纵径,因此在育种中应注意对洋葱横径的选择。陈沁滨等对48份洋葱种质资源的数量性状进行主成分分析和聚类分析,发现聚类分析与主成分分析结果之间有一定的相通性,这对洋葱资源利用、品种选育具有良好的指导作用。
(2)基于细胞学水平的研究
染色体变异除了数目和结构上的变异,染色体水平上的多样性还体现在染色体的形态(着丝点位置)、随体和绕痕等核型及带型(C 带、N 带、G 带等)特征上,这些变异就称为细胞水平的多样性。细胞学标记包括染色体带型、核型和原位杂交、染色体的非整倍性及结构变异等,能够精准的检测到植物体内发生的细胞水平的变异。遗传物质的载体是染色体,而染色体又携带着基因,因而,染色体的变化必将导致遗传变异,而生物遗传的重要来源就是变异。研究发现,变异在生物进化中起着十分重要的作用,而所有生物的群落都存在着或多或少的不同程度染色体变异。研究染色体的实验条件较为简单,快速,利用显带方法可以揭示染色体在结构上的变异。
Keller 等对洋葱与2个亚属19个物种的杂种进行了染色体核型分析,发现杂种与亲本的染色体大小明显不同。徐启江等对分蘖洋葱组培材料的染色体倍性变化进行了研究,发现其染色体未发生变异。陈蕾等对紫色洋葱和白色洋葱的核型进行了分析和比较,得出的结论为2种洋葱的核型相似,表明两者间的性状差异不是由染色体变异引起的,另外,此试验得出了白色洋葱的核型公式为2n=2x=16=14m+2St(SAT),其核型不对称系数为58.67%,这对国内洋葱品种资源的系统分类和遗传育种研究具有一定的参考价值。
(3)基于生化水平的研究
蛋白质作为基因表达的直接产物,其结构的多样性在一定程度上可以反映出生物DNA 组成上的差异和生物体遗传的多样性。张光花等运用垂直聚丙烯酰胺凝胶电泳技术分析了葱、洋葱、胡葱的功能叶过氧化物酶,得到的结果是这3个种间的亲缘关系被区分开来,胡葱与洋葱的亲缘关系要比胡葱与大葱的亲缘关系近。张彦萍等利用改进的不连续聚丙烯酰胺凝胶电泳技术,分析了洋葱不同类型品种的种子醇溶蛋白,结果表明长日型与短日型洋葱品种的电泳图谱具有明显差异,Rf0.15和Rf0.172条特征带可用于鉴别2种类型品种。张彦萍等通过对洋葱、大葱、韭菜这3种蔬菜品种的种质醇溶蛋白的电泳图谱分析,发现这3个品种电泳图谱具有鲜明的区别,可以很容易区分,且洋葱与大葱的同源性强。
同工酶是指催化反应相同但其理化性状和结构不同的酶,它属于蛋白质的一种,广泛存 在于生物的同一个体的不同组织,同一组织或细胞,同一种属当中。同一种内的不同种个体, 甚至同一个体的不同部位、不同发育时期,其同工酶都有差异。因此,同工酶的多态性较高。同工酶分析技术是把酶蛋白分子分离,并在染色区带上以酶谱的形式标记出其位置和活性直接,利用组织化学方法和电泳技术进行特异性染色。相较于形态标记、细胞学标记,同工酶标记受环境影响较小,它直接反映了基因产物的差异。基于此,同工酶作为一种重要的遗传
标记广泛应用于生物学研究的各个领域,如探讨物种的起源进化,了解植物自然居群的遗传结构,探查居群的交配体系,鉴定种质资源的特征特性,研究种内遗传多样性,并为分类提供重要的依据。但是,同工酶不是基因本身,它只是基因表达的产物,并且只进行有限的位点分析,只能分析有编码可溶性酶的基因,前提是产物必须易于提取并且能在凝胶上电泳检测。另外,同工酶易受环境和生长阶段变化的影响,因此在评价同工酶的多态性时要考虑是由遗传变异还是由其它因素引起的。 因此,同工酶分析在遗传标记研究。综合同工酶资料与形态学、生态学、细胞学、DNA 分析等各方面的证据才能在植物的生物多样性、系统与进化、遗传育种等研究中取得更大的进展。
(4)基于分子水平研究
传统的形态学鉴定方法具有简单、直观的优点;植物花粉学方法对植物物种和品种鉴定,对植物起源,演化和分类的探讨具有重要意义;同工酶具有成本低,速度快,操作简单,精 度高等优点。但这些方法都存在一定的缺陷,如形态学标记,标记酶分析基因产物,其结果不仅是由基因控制的,但也受外部环境因素影响,不能直接反映遗传物质的本质特征,仅是遗传物质的间接反映并且可检测的信息量较少。因此,具有很大的局限性。近年来,快速发展的 DNA 分子标记是基于 DNA 多态性建立起来的标记方法,遗传物质的载体是 DNA ,而遗传信息就是 DNA 的碱基排列顺序,因此揭示遗传多样性最理想的方法就是对 DNA 碱基序列的直接分析和比较。相对于常规的遗传标记来讲,具有多态性水5平高,无组织、器官发育时期特异性、非等位基因间的独立性和不受环境条件影响等特点,是检测种质资源遗传多样性的有效方法。目前遗传多样性研究中应用较多的分子标记技术主要有 SSR 、AFLP 、ISSR 等。
人们已采用同工酶,RFLP 分子标记技术,rDNA 原位杂交技术,或是形态学与分子生物学相结合的方法分别对大葱,大蒜,洋葱以及印度短日照洋葱不同品种进行了遗传多样性研究并取得了较大进展。
SSR 标记具有均匀、随机、广泛地分布于植物基因组的特点,比 RFLP 及 RAPD 分子标 记具有更丰富的多态性,SSR 呈现共显遗传,符合孟德尔遗传规律。已经广泛用于遗传连锁 图谱构建、遗传多样性研究、系谱与进化关系探索、基因与 QTL 分析、品种鉴定等方面。 在葱属作物种质资源遗传多样性的研究方面,李慧芝等以 20 个葱栽培品种为材料,研究了 SRAP 和 SSR 技术在葱栽培品种间的标记特征,探讨了其在遗传多样性和品种鉴定中的应用。结果表明 SSR 分子标记技术可以在葱栽培品种的遗传多样性研究中应用。关绚丽等利用 SSR 标记对 63 份洋葱种质资源遗传多样性进行了分析,很好的揭示了洋葱种质资源遗传多样性。Fischer 等采用 30 个 STMs 位点,分析了 83 个洋葱资源的遗传多样性,结果 亲缘关系很近的品种可以鉴别区分,认为 SSR 标记可有效分析种内关系和进行品种基因型鉴定。周静等利于 SSR 分子标记技术区分开 40 个不同的大蒜品种,且其分析结果和品种间的系谱关系基本一致,表明 SSR 标记可以作为大蒜品种的遗传关系分析的有效工具。在遗传图谱的构建方面,Tsukazaki 等首次利用 SSR 标记构建了总图距为 2069 cm 的分葱遗传图谱,比其他分子标记覆盖了更长的染色体片段。
目前对于葱属作物遗传多样性的研究往往只利用一种分子标记方法,因此结果存在很大的差异。将多种分子标记方法结合,结果具有稳定性可以达到分子标记的理想效果,在遗传多样性研究中也取得了较大成就现在,分子标记技术日趋成熟,随着葱属作物遗传连锁图谱上 SSR 、ISSR 及 AFLP 等标记饱和度的提高,多种分子标记技术的综合应用在葱属作物基因及 QTL 分析、辅助育种、资源保护与利用、品种系谱分析等领域将具有更广泛的前景。近年来,国内外学者从不同方面对葱属作物进行了研究,揭示了葱属植物丰富的遗传多样性,极大的促进了葱属作物的遗传研究工作,但国内关于葱属作物遗传多样性方面的研究起步较晚,而且主要集中于大葱和蒜的研究,对于其他葱属作物的研究较少,与其他蔬菜作物相比,
对葱属作物研究中生物技术的应用研究还相对较少,尤其是分子标记技术在遗传育种上的应用还有待加强。采用常规形态学标记方法与先进的分子标记技术相结合,使表型多样性和分子水平的遗传多样性有机结合,通过开展系统而深入的研究工作,究往往只利用一种分子标记方法,来揭示葱属作物的表型性状的遗传多态性与 DNA 水平上的遗传变异间存在的内在联系。另外,随着分子标记技术的进一步发展,对葱属作物各个水平遗传多样性的研究(交配系统、基因流、自然选择、遗传漂变各种进化力量对其群体的影响)将更加广泛和深入,为研究基因与环境的相互作用提供依据。
3 洋葱育种研究展望
我国的洋葱育种起步较晚, 因洋葱的自然生育周期较长, 长期以来, 育种家们主要进行常规育种和品种引进。近10年来, 洋葱在农产品出口贸易中占据越来越重要的地位, 引进或选育出的洋葱品种有40多个, 其中通过系统选育途径选育的品种有港葱841、港葱845、阳春黄、世纪黄、连葱系列等; 通过辐射育种途径选育的品种有西葱2号; 通过雄性不育利用途径选育的品种有金罐1号、金红叶1号等。展望未来, 笔者认为我国的洋葱育种工作今后应着重加强以下两个方面。1加强洋葱种质资源引进、收集和研究。欧洲、美国和日本在洋葱种质资源的研究和利用上远超过我国, 因此应加大力度引进国外优良的品种和种质, 以丰富我国的洋葱育种材料。此外我国地域辽阔, 地方品种类型丰富, 不同类型品种其遗传特性有很大差异, 深入研究其性状的遗传特性, 将常规育种与现代分子生物学技术相结合, 创制抗逆、雄性不育新材料, 或缩短雄性不育材料的选育过程, 为洋葱品质育种、抗逆育种提供丰富的遗传种质材料。洋葱育种方向的多样化。随着洋葱市场的日益扩大, 鲜食、加工对洋葱品种要求也不尽相同, 如脱水洋葱要求可溶性固形物含量比鲜食洋葱高, 鲜食洋葱要求辛辣度低而抗血小板凝集能力高等。因此, 在洋葱育种过程中, 除考虑抗病、丰产、产品和成熟期一致等性状外, 还应兼顾市场需求, 明确不同的育种方向。
洋葱是世界上重要的蔬菜之一,也是中国重要的出口创汇蔬菜。应加大力度引进国外优良的品种和种质,以丰富国内的洋葱种质材料。中国地域辽阔,地方品种类型丰富,不同类型品种其遗传特性有很大差异,应着重研究洋葱地方品种种质资源间的多态性,增加对洋葱优良基因的挖掘,为优质高产洋葱新品种的选育奠定基础。
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范文四:种质资源
§3 种质资源
重点:种质资源的概念,种质资源的重要性、保存、研究、创新与利用。 难点:各类种质资源的特点。
要求:了解作物起源学说的形成、发展和主要内容,明确种质资源的工作内容,掌握种质资源的概念、类别和利用。
§3.1 种质资源的重要性
§3.2 作物起源中心学说及其发展
§3.3 作物种质资源的类别及利用价值
§3.4 种质资源工作的内容
§3.1 种质资源的重要性
3.1.1 种质资源的概念
用以培育新品种的原材料,过去称为育种的原始材料。在中国20 世纪 60 年代初改称为品种资源。现代育种所利用的现有品种材料和近缘野生植物,主要是利用其内部的遗传物质或种质,所以现在国际上大都采用种质资源这一名词。在遗传育种领域内,把一切具有一定种质或基因的生物类型总称为资源 (germplasm rmuce) 。包括品种、类型、近缘种和野生种的植株、种子、无性繁殖器宫、花粉甚至单个细胞,只要具有种质并能繁殖的生物体,都能归入种质资源之内。又因为现代的遗传育种研究不但利用现有的种质资源,而且要进行染色体工程、基因工程,所以,遗传学上也常称种质资源为遗传资源 (genetic remurees)。说到底,遗传、育种研究上主要利用的是生物体中的部分基因,甚至是个别基因,所以又称为基因资源 (gene resources)。把蕴藏有形形色色基因资源等各种材料 , 概称为基因库或基因银行。
种质资源是在漫长的历史过程中 , 由自然演化和人工创造而形成
的一种重要的自然资源 , 它积累了由于自然和人工引起的极其丰富的遗传变异,即蕴藏着各种性状的遗传基因。是人类用以选育新品种和发展农业生产的物质基础, 也是进行生物学研究的重要材料 , 是极其宝贵的自然财富。
3.1.2 品种资源在作物育种工作中的重要性
1. 品种资源是作物育种工作的物质基础
作物育种成效的大小 , 很大程度上决定于掌握种质资源的数量多少和对其性状表现及遗传规律的研究深度。
品种资源是在长期自然选择和人工选择过程中形成的 , 它们携带着各种各样的基因 , 是品种选育和生物学理论研究不可缺少的基本材料来源。如果没有品种资源 , 作物育种工作就成为“无米之炊”。 筛选和确定作物育种的原始材料 , 也是作物育种的基础工作。能否灵活地、恰当地选择育种的原始材料 , 受作物品种资源工作的广度和深度的制约。
2. 作物育种工作的突破性进展取决于关键性基因资源的发现和利用 国内外作物育种工作实践表明 , 一个特殊种质资源的发现和利用, 往往能推动作物育种工作取得举世瞩目的成就,品种培育的突破性进展 , 往往都是由于找到了具有关键性基因的种质资源。
20 世纪 50 年代 , 中国由于发现和利用了广东省的矮脚南特和广西省的矮仔占等水稻矮源, 从而育成了广场矮、珍珠矮等一批高产、抗倒的矮秆水稻良种,实现了品种矮秆化,使水稻亩产由 200-250 公斤提高到 300-350 公斤以至 500 公斤。
同时, 由于低脚乌尖这一水稻矮源的发现与利用, 进一步推动了世界范围的“绿色革命”浪潮。低脚乌尖原产于中国台湾及福建 , 它现在几乎是世界所有国家矮秆水稻品种的祖先。台湾省以低脚乌尖为亲本,
1960 年育成了TN1( 台湾本地种 1 号 ) 。
国际水稻研究所 (IRRI) 用低脚乌尖与皮泰 (Peta) 杂交 ,1966 年育成IR8。据IRRI调查 (1980), 继IR8之后,36个国家育成的370个新品种,其中矮秆良种占 70%。而矮秆良种中 ,IR 系统占1/3 。追溯其基因来源, 几乎都有低脚乌尖。
20 世纪 70 年代由于发现和利用了野败型雄性不育水稻种质 , 使水稻杂种优势利用的研究获得了突破性的进展, 使我国在杂交水稻利用方面,走在世界前列,并为以后水稻杂交种的选育和利用奠定了基础。随后发现的光敏雄性核不育水稻种质,导致了三系杂交组合向二系杂交组合的发展。杂交水稻的育成,关键是发现并利用了野生稻的胞质雄性不育基因。1979年,日本学者荒木等发现了“广亲和性”水稻材料。水稻的光敏核不育材料和广亲和材料的发现和进一步的开发研究,使水稻杂种优势的利用更为有效。
美国利用日本冬小麦农林10号的矮秆基因育成了第一个高产、半矮秆冬小麦品种格恩斯 (Gaines ), 于 1965 年创造了高产纪录。
国际玉米小麦改良中心 (CIMMYT) 利用农林10号小麦, 通过杂交, 将半矮秆与光照不敏感性相结合, 从60年代起育成了一大批丰产性能好、适应性广、半矮秆的春性小麦品种 , 迅速在北非、中东、南亚等地区的一些国家推广。
3. 种质资源是不断发展新的作物类型的主要来源
通过搜集大量的野生资源,通过人工驯化,可以不断发展新的作物类型。如产于我国海南省的果蔬两用植物“木瓜”,10前年仅是房前屋后零星种植,作水果或蔬菜食用,近年来已发展为大面积种植,远销全国各地,为人们提供了一种新的食品。
§3.2 作物起源中心学说及其发展
3.2.1 瓦维洛夫的作物起源中心学说
前苏联学者瓦维洛夫于 20 年代提出了作物起源中心学说。该学说认为:
1. 植物物种在地球上的分布是不平衡的, 有的地区具有大量的变种, 有的地区只有少数变种。
2. 所有物种都是由多少不等的遗传类型所组成, 它们的起源与一定地区的生态环境相联系。如地中海地区的禾本科及豆科作物与我国的禾本科作物在性状上各具特色。
3. 凡遗传类型具有多样化, 分布比较集中, 具有地区特有性状 , 出现原始栽培种及近缘野生种的地区, 可能是某一作物的起源中心。
4. 遗传上显隐性状可以看作是起源中心的标志, 隐性性状则分布在起源中心的边缘地区。
3.2.2 瓦维洛夫的作物起源中心
根据作物起源中心学说, 瓦维洛夫把世界作物划为8个起源中心:
1、中国中心: 包括中国的平原和中、西部山区及其毗邻的低地, 是世界上最古老, 也是最大的栽培作物发源地。荞麦、高梁、大豆等 136 种作物起源于该中心。
2、印度中心: 包括缅甸和印度东部的阿萨姆, 马来亚群岛 , 菲律宾和印度支那。水稻、甘薯、亚洲棉等 l72 种作物起源于该中心。
3、中亚中心 包括印度西北部的旁遮普、克什米尔等地 , 阿富汗和前苏联的塔吉克、乌兹别克及天山的西部。是普通小麦、密穗小麦、圆粒小麦、豆类、向日葵等 42 种作物的起源地。
4. 西部亚洲(近东)中心:包括土耳其、伊朗的西北部, 外高加索全部、土库曼等地。除栽培小麦的种类极其丰富外, 还有一粒小麦、二粒小麦、苜蓿、三叶草等 841种作物起源于该中心。
5、地中海中心:包括地中海沿岸的南欧和北非地区。起源于该中心的有 84 种作物 , 如甜菜 , 黑麦等 , 也是小麦、豆类的次生起源地。这里的亚麻、大麦、蚕豆等具有大粒、大果等特性。
6、埃塞俄比亚中心:主要是以埃塞俄比亚高原为中心。起源于该中心的有 38 种作物。
如小麦、大麦等。其小麦的变种数目占世界首位, 也是栽培大麦的形态建成中心。
7、南美和中美中心:玉米、菜豆、甘善、陆地棉等 49 种作物起源于该中心。
8、南美中心:包括秘鲁、厄瓜多尔、玻利维亚、智利、巴西、巴拉圭等。是烟草、马铃薯、木薯、花生、海岛棉等作物的起源申心。
3.2.3 作物起源中心学说对作物品种资源工作的指导意义
瓦维洛夫的作物起源中心学说, 是植物遗传育种和品种资源工作的理论依据, 具有重要的指导意义。
根据瓦维洛夫作物起源中心学说, 人们为了确定某种作物是否起源于某地, 其中的一个判据是:该地区是否有这种作物的原始栽培种及近缘野生种。人们为了搜集到各种类型的品种资源 , 可以到作物起源中心(或遗传多样化中心)去搜集。如50年代中期,美国为解决大豆孢囊线虫病问题, 就从到中国 ( 大豆原始起源中心 ) 搜集来的有关品种资源寻找抗源, 最后找到了高度抗病的“北京小黑豆”品种, 育成了一批抗孢囊线虫病的品种, 从而解决了大豆孢囊线虫病的危害问题,恢复了大豆生产。
§3.3 作物种质资源的类别及利用价值
作物品种资源按其来源分为四类:
1 本地品种资源
本地品种资源包括古老的地方品种 ( 农家品种〉和当地长期推广种植的改良品种。
⑴ 特点:
① 对本地区自然条件具有高度的适应性 在这一类品种资源中 , 地方品种在本地栽培历史长 , 经过了长期的自然选择和人工选择 , 对本地区自然条件具有高度的适应性 , 对当地不利的气候、土壤因素以及病虫害有较高的抵抗能力和忍耐能力 , 有的还具有一些将殊
用途。
② 具有遗传多样性: 在遗传上,其群体多是一些混合体,具有遗传多样性。
⑵ 主要用途:系统选择和人工诱变的材料,杂交育种亲本。 古老品种可作为提供优良基因的载体, 在杂交育种中可作为一个亲本加以利用;长期推广种植的改良品种 , 其产量和品质均优于地方品种, 能够适应新的生产条件和先进的农业技术措施, 优良性状比较多, 可作为系统选择和人工诱变的材料,作为杂交育种的亲本。 2 外地品种资源
外地品种资源包括国外或外地区引入的品种资源。
⑴ 特点:具有本地品种不同的遗传性状。
外地品种资源分别来自不同的农业生态区域, 带着不同地区的风土特点, 具有不同的遗传性状, 其中有不少性状都是本地品种资源欠缺的。如:贵州的三粒寸千粒重达52.6g;云南大穗品种资源丰富,有的达300-500粒;IRRI品种株型理想、抗性较好、丰产性好; ⑵ 主要用途:
① 试验后直接用于当地生产 外地品种资源引入本地区后, 通过观察和试验, 能适应的直接用于当地生产。
② 作为系统育种的基础材料 采用系统育种的方法, 培育成新的品种,如引自美国的岱字棉15号,引入黄河流域种植,先后从中选出了数十个新品种。
③ 作为杂交育种的亲本材料 外地品种与本地品种资源在一些性状上具有互补性, 可将外地品种资源作为杂交育种的一个亲本加以利用。
④ 作为R系 利用地理差异和血缘距离,作为R系与当地育成的
A系配组F1代,产生杂种优势。
3 野生植物资源
野生植物资源包括栽培种的近缘野生种及其它野生种。
⑴ 特点:高度的遗传复杂性,高度抗逆性。
野生种是在自然条件下, 经过长期自然选择的产物,野生种具有高度的遗传复杂性, 在不同种质之间, 具有高度的异质性, 具有一般栽培种所不具备的一些重要性状, 如抗逆性、适应性、抗病性、雄性不育性及独特的品质。
⑵ 主要用途:
① 特异基因供体: 通过远缘杂交、基因工程技术将某些性状导入栽培品种;
② 驯化成新的栽培作物: 如药用植物;木瓜。
③ 杂交产生异源多倍体,创造新物种:如
野生二粒小麦(4n)/粗山羊草(2n)=普通小麦(6n)
④ 提供作物细胞质雄性不育性及恢复系统。
4 人工创造的品种资源
人工创造的品种资源是指在育种工作中, 通过各种方法, 如杂交、诱变等, 产生的各种突变体、育成品系、基因标记材料、引变的多倍体材料、非整倍体材料、属间或种间杂种等育种材料。
⑴ 特点: 具有特殊的遗传变异。
尽管不具备优良的综合性状, 在生产上没有直接利用价值, 但可能携带一些特殊性状, 是培育新品种或进行有关理论研究的宝贵材料。如航天育种材料。
⑵ 主要用途:
① 作为培育新品种的原始材料;
② 用于有关理论研究的材料,如利用突变体研究基因定位等。 §3.4 种质资源工作的内容
作物种质资源的工作内容,包括资源的“广泛收集、妥善保存、深入研究、积极创新和充分利用”等几个方面。
3.4.1 广泛收集
1. 种质资源收集的重要性
种质资源收集是种质资源工作的基础, 没有品种资源的收集工作, 其它工作就无从谈起。种质资源收集的重要性表现在以下方面:
① 实现新的育种目标必须要有更丰富的种质资源 如今年稻飞虱对二晚造成了严重危害,解决水稻飞虱危害,培育高抗稻飞虱的新品种,关键是要有新的抗源。又如稻曲病等。
② 避免新品种遗传基础贫乏必须利用更多的种质资源 如自矮秆良种育成以后,生产上推广的水稻品种中, 几乎都有低脚乌尖的基因来源,造成品种遗传基础单一,潜藏着严重的遗传隐患。为改变这一现状,广大水稻育种工作者正在寻找新的矮源。已发现新矮源“矮河雪早”。
③ 不少宝贵资源急待发掘和保护 地球上大量物种正在消失,急需收集和保护,为子孙后代造福。
④ 满足人类发展需要必须不断发展新的作物类型。
2. 收集途径:种质资源如此重要,如何进行收集?
品种资源的收集途径有三:
① 考察收集 这是指由国家主动组织的大型考察收集。如1986-1990年间,组织专家到三峡地区收集到各种作物种质资源9526份。
1978-1982年中国农科院品种资源所组织了全国野生稻资源普查,考查了广东、广西、云南、江西等省,收集到野生稻资源3790多份,
并在N28o4′-28o10′、东径116o36′、海拔45.8m的东乡县东源公社发现了“东乡野生稻”;初步摸清了我国野生稻资源的分布和类型。 ② 征集 这是在国内外、省内外发信征集。1971-1982年先后从85个国家和国际组织引进各种作物93607份。
我国先后组织了2次大型全国性的农作物品种资源的收集活动:50年代中期至58年共收集40多种作物的20多万份种质材料; 1979-1984年间进行了补充征集, 参加征集的农业科研人员达2万多人次,其他人员达30多万人次,共征集到作物种质资源10多万份,抡救了一批濒于灭绝的品种,挖掘了一批珍贵资源,搜集到一批有价值的野生近缘植物资源。如贵州的蛋白质含量高达15.45%的籼稻品种。
③ 交换 各育种单位间开展品种资源交流, 互通有无,是目前育种单位间品种资源交流的主要形式。
3. 收集工作要点
① 正确取样 在田间收集品种资源时, 应采取正确的取样策略, 即由近及远以尽可能少的样本获得尽可能丰富的遗传性变异。取样地点应尽可能的多, 使取祥地点能充分代表该作物或野生种分布地区的环境条件。
② 及时准确记载 收集来的材料, 要及时准确地进行记载 , 记载的主要内容包括材料各称、原产地、征集地点和日期、原产地的自然特点、生产条件和栽培要点, 以及主要的特征特性。
③ 归类整理 然后进行整理归类 , 并登记编号 .
3.4.2 妥善保存
1. 种质资源保存的特点及要求
搜集到的品种资源, 经整理、归类后 , 必须妥善保存, 以供研究和
长期利用。妥善保存是品种资源工作的关键, 如果保存不妥, 就会使费了很大力量收集来的品种资源毁于一旦, 深入研究和充分利用也就成为一句空话。
种质资源保存不同于其他资源保存,作物品种资源是有生命的资源,种质资源保存必须保持其继续繁殖所需要的生活力。
因此,种质资源保存应达到以下目的:
① 维持一定的样本数量;
② 保持各样本的生活力;
③ 保持原有的遗传变异度。
2. 种质资源保存的方式
品种资源保存的方式, 按保存的地理位置分为原地保存和异地保存:
原地保存是在原来的生态环境条件下, 就地保存, 自我繁殖品种资源。 一般野生品种资源采用这种方式保存, 如建立自然保护区, 天然公园等;
异地保存是将种子或植株保存于该品种资源原产地以外的地区, 这种保存可采用植物园、种质园、种质库、试管保存以及现代生物技术等形式。
种质资源的保存的具体方法,可分为种植保存、贮藏保存和试管保存等。
(1)、种植保存
种植保存: 就是将品种资源的种子在田间种植,进行自我繁殖。为了保持品种资源的种子或无性繁殖器官的生活力 , 并不断补充其数量 , 品种资源材抖必须每隔一定时间播种一次。当发芽率下降到50%时必须种植一次。
种植保存的方式,按集中和分散保存的原则,分为原地种植保存和迁地种植保存:
原地种植保存,即在品种资源原生态条件下进行种植保存的方式。如东乡野生稻自然保护区。潘阳湖湿地植物资源保护区。
对来自自然条件悬殊地区的品种资源, 可分别在不同生态地点异地种植保存。如各类野生资源。
迁地种植保存,即将种子或植株种植于该品种资源原产地以外的地区进行保存。这种保存可采用植物园、资源圃等形式进行种植保存。如市农科所国家苎麻资源圃;国家种质武汉水生蔬菜资源圃,保存了14类水生蔬菜。
种植保存的要点:
①种植条件尽可能与原产地相似 种植保存时, 每种作物或品种类型的种植条件, 尽可能与原产地相似, 以减少由于生态条件的改变而引起的变异和自然选择的影响。
②做好隔离保纯工作 在种植过程中应尽可能避免或减少天然杂交和人为混杂。播种和收获时取样要有代表性以免因抽样而造成遗传漂移,尽可能地保持原品种或类型的遗传特点和群体结构。
(2)、贮藏保存
对于数量繁多的品种资源, 如果年年都要种植保存, 不但土地、人力、物力有很大限制, 而且往往由于人为的差错、天然杂交、生态条件的改变和世代交替、取样偏差等原因, 引起遗传变异或导致某些材料原有基因丢失。因而, 近来各国对于品种资源的贮藏保存极为重视。
贮藏保存就是用控制贮藏条件(主要是温度和湿度)的方法来长期保持品种资源种子的生活力。
长期贮藏保存种子生活力的技术关键是低温和干燥, 通过控制种
子周围环境中的温、湿度, 迫使种子处于代谢作用的最低限度。
贮藏保存种质资源采用种质库保存。种质资源库分为三种: ① 长期库 温度控制在-10~-20℃, 相对湿度控制在30%, 入库种子含水量 5-6%,种子存放在真空包装的铝盒中。长期库可保持种子寿命30-50年, 甚至百年以上。我国在 1985 和 1988 年分别建成了两座国家种质库,其中1986.10.15建成的二号库温度控制为-18±2℃, 相对湿度50±7%,设计库容为 40 万份材料, 目前已贮入 20 余万份。 ② 中期库 温度控制在 0-5 ℃ , 相对湿度 45%, 入库种子含水量 8-9%, 种子放在密闭的铝盒或玻璃容器中。贮藏在中期库的种子, 寿命可达 25年。甘肃省农科院目前有中期种质库,建筑面积 300 平方米 , 库内实际温度较长期库标准温度偏低。
也可在干旱冷凉地区建立种质库,如青海西宁种质库,主要利用高原地区冷凉干燥的自然条件贮藏种质,不需控温控湿设备。 ③ 短期库 温度为15-20℃, 相对湿度50%左右,种子含水量低于 12%, 种子容器不严格要求。在短期库中, 种子寿命为 2-5年。
我国作物种质库的发展过程: 我国作物种质资源保存,70年代以前,通常采用一些简易的保存方法,如用陶缸为容器,以生石灰作干燥剂,加盖密封保存。以后又以干燥器为容器, 以氯化钙、生石灰、硅胶作干燥剂保存种质。有条件的地方, 还建有种子库房, 自然通风。这些保存方法的优点是简单易行, 便于群众和基层单位开展品种资源的保存。缺点是无法控制环境
温度, 环境温度随季节而变化, 所保存种子的寿命一般较短, 需经常繁殖更新以恢复种子活力, 既费时费工, 又易产生种质混杂, 甚至丢失。
70 年代后, 我国作物品种资源保存方法有了突破性进展, 于1985、1988年分别建成了两座犬型的国家种质库, 中国农科院几个专业所及一些省市农科院也建了10多座种质库, 大大改善了我国作物品种资源的贮藏条件。
今后还要完善配套长、中、短期种质库,健全和加强自然保护区的品种资源,到2010年,争取使我国作物品种资源总数达到50万份,保持世界作物品种资源大国的地位。
(3)、试管保存
植物体的每个细胞,在遗传上都是全能的,含有发育所必须的全部遗传信息。所以 70年代以来, 国内外开展了用试管保存组织和细胞培养物的方法来保存种质。
试管保存具有占用空间小、成本低等优点。有人用茎尖分生组织培养法,在2m2面积上保存了800个葡萄品种,重复2次,而在田间种植保存需要15亩地。
目前,作为保存种质资源的细胞或组织培养物有愈伤组织、悬浮细胞、幼芽生长点、花粉、花药、体细胞、原生质体、幼胚、组织块等。
对组织或细胞培养物试管保存的一般方法,作定期的继代培养和重复转移。
近年发展起来的超低温冷冻保存,可在-20 ℃~-196℃的冷冻条件下对培养物实现长期保存。
(4)、基因文库技术
基因文库技术是近年发展起来的长期、安全保存种质资源的有效方法。
这一技术是用人工的方法,从植物中抽取大分子量的 DNA,用限制性
内切酶把抽取的DNA切成许多DNA片段。再通过一系列的复杂步骤,把这些DNA片段连接在载体上(质粒)。然后再通过载体把该DNA片段转移到繁殖速度快的大肠杆菌中去,通过大肠杆菌的无性繁殖,产生大量的、生物体中的单拷贝基因。这样当我们需要某个基因时,就可通过某种方法去“钩取”获得。因此,建立某一物种的基因文库,不仅可以长期保存该物种的遗传资源;而且还可以通过反复的培养繁殖、筛选,来获得各种基因。即:
限制性内切酶 连接 转移 无性繁殖 钩取
↓ ↓ ↓ ↓ ↓
抽取DNA→DNA片段→载体→大肠杆菌→基因文库→目标基因
资料保存:种质资源的保存,除资源材料本身的保存外,还应包括种质资源的各种资料。每一份种质资源材料应有一份档案。档案中记录有编号、名称、来源、研究鉴定年度和结果。档案按材料的永久编号顺序排列存放,并随时将有关各该材料的试验结果及文献资料登记在档案中。根据档案记录可以整理出系统的资料和报告。档案资料输入电子计算机贮存,建立数据库,以便于资料检索和进行有关的分类、遗传研究。
3.4.3 深入研究
收集和保存作物品种资源不仅是为当前国民经济服务,也要为人类未来的生存和发展服务。因此, 作物品种资源研究结果是作物育种工作的主要依据, 深入研究作物品种资源是进一步开发、利用作物品种资源的需要。
研究内容及工作要点:
① 由简单到复杂 农作物品种和资源的研究由一个简单到复杂的研究过程。先是作表型研究, 主要研究内容是农艺性状、产量、品质和
抗性;随后要深入到每个性状遗传规律和遗传物质基础的研究。
② 多学科协作攻关 以前是小规模少数人研究, 现在成为全国性大规模的协作攻关。一般是种质资源工作者与其他学科工作者协作进行深入研究。
3.4.4 积极创新
积极创新品种资源是作物育种工作发展对品种资源工作的要求。通过对品种资源分类、特征特性鉴定、细胞学研究、遗传性状评价, 全面深化对品种资源的了解, 利用一切最佳的方法为作物育种工作提供新的育种材料。在深入研究的基础上要积极开展作物品种资源的创新研究。
(1) 创新内容: 种质资源创新包括创造新作物、新类型以及在良好的遗传背景中导入或诱发个别优异基因。如菰(茭白)抗纹枯病基因。
(2) 创新的主要途径: 品种资源创新的过程, 就是对品种资源预先采取某种育种手段和方法进行转换的过程。种质资源创新的主要途径有:
① 远缘杂交;
② 种内杂交;
③ 人工诱变:美国用X射线处理来自世界各地的花生种质资源,创造了大量有经济价值而遗传基础不同的突变体,使美国拥有的花生种质资源扩大了7倍多。
尤其是应用生物技术创造新的种质资源方面,已显示出巨大的优越性和有效性。如体细胞无性系变异和突变体筛选技术,染色体组工程技术,转基因技术等。
3.4.5 充分利用
深入研究、积极创新是品种资源工作的继续和品种资源研究工作的
提升。对品种资源的充分利用则是作物品种资源研究工作的最终目的。
品种资源的利用方式分为:
(1) 直接利用 对于引进的品种、品系等, 在引进后, 通过引种试验, 如有利用价值, 即可在生产上直接利用, 往往会收到可观的效益。这种方式从收集到见效, 过渡时间短, 因而影响较大。如M58的引种。
(2) 间接利用 对于远缘种属材料, 要通过加工、改造、选择之后, 才能用于驯化栽培, 或用作杂交亲本和诱变材料, 从而培育出新作物或新品种。
小结:
1 种质资源的重要性:基础、关键、来源
2 作物起源中心学说及其发展
3 作物种质资源的类别及利用价值:本地、外地、野生、人工 4 种质资源工作的内容:
收集:考察收集,征集,交换
保存:种植保存,贮藏保存,试管保存,基因文库技术
资料保存
研究:特征特性,遗传基础
创新:远缘杂交;种内杂交;人工诱变
利用:直接利用,间接利用。
范文五:种质资源
烟草种质资源研究利用和研究发展
(云南农业大学 20090518 刘娥芳)
摘要:烟草种质资源是烟草育种工作的物质基础,是影响烟草行业发展的基础因素。文章通过对烟草种质资源的类别、特点和利用价值,我国烟草种质资源的现状,烟草种质资源的创新,烟草新品种的选育,烟草育种的新技术等的论述试谈了烟草种质资源的研究发展等。
关键词:烟草;种质资源;利用;发展
1.烟草种质资源的类别、特点和利用价值
烟草种质资源根据来源不同可以分为四类:本地种质资源、外地品种资源、野生种质资源、人工创造的种质资源。其特点和利用价值如下:
1.1本地烟草种质资源
本地烟草种质资源包括古老的地方品种和当前推广种植的改良品质品种。本地的种质资源是烟草育种工作中最基本的原始材料。其特点是对当地的自然条件和栽培条件有较好的适应性,对当地不良的自然条件甚至病害有较佳的抵抗能力。可减少灾害造成的损失。其利用价值是在研究利用品种价值时,首先必须以本地区地方品种作为最主要的和最基本的对象,可作为系统育种、杂交育种和诱变育种的材料。
1.2 外地品种资源
外地品种资源具有多种多样的性状和特性,一般对本地区的适应性较差。其利用价值有直接利用和间接利用。直接利用即引进的品种经试验和选择,可以在生产上直接利用;间接利用即用产地距离较远的品种或类型作为亲本杂交,从遗传基础丰富的杂种后代中选育新品种。
1.3 野生种质资源
野生种质资源往往具有外地种和当地种不具有的优良特性和抗逆性。利用价值:一是把野生种质资源中蕴藏的优良基因或携带的优良基因部分染色体片段转移到栽培品种中,创造遗传基础丰富具有特殊作用的烟草新品种和新类型;二是
利用烟草种质资源创造雄性不育系;三是利用其合成异源四倍体,创造新物种;四是利用野生种质资源研究烟草的历史。
1.4 人工创造的种质资源
人工创造的种质资源是在育种过程中,育种工作者利用各种技术(如理化诱变、有性杂交、细胞融合等)所创造的中间材料。其特点是具有原生物界不具有的类型。其在生产上一般无利用价值,但却可以是选育新品种或进行有关理论研究的珍贵材料。
2.我国烟草种质资源的现状
烟草种质资源对烟草育种起着非常重要的作用。其表现为:第一,在明确烟草育种目标之后,合理地利用资源材料对育种工作成功将起到决定性作用;第二,要在育种工作上取得突破性进展,往往取决于关键性的种质资源的发现和利用;第三,种质资源是育种工作的物质基础,好的种质资源材料是育种工作取得成就的关键;第四,现有的种质资源材料不可能具有与当前生产完全相同的综合遗传性状,但各种不同的资源材料分别具有某些或个别特殊的种质。育种工作者的的任务就是把这些优良的性状用育种手段集中起来,育成符合人们需要的优良品种;第五,科学家语言,未来农业的发展很大程度取决于种质资源占有的数量和深度。我国烟草种质资源的现状如下:
2.1在烟草品种资源考察与收集方面
我国在20世纪50年代进行了一次大规模的农作物品种资源收集工作,共收集烟草品种资源3000多份。20世纪70年代末至今,又在湖北神农架等7个重点地区进行了烟草品种资源的补充征集,并从国外引进一批使用价值较高的优良种质。我国现已编目保存的烟草种质资源4042份,是世界烟草种质资源收集、保存量最多的国家。烟草种质资源的遗传多样性包含了烟草属66个种中的37个种,一级库核心种质859份,二级库核心种质446份,为新品种选育工作提供了丰富的遗传材料。
2.2在种质资源的田间观察、抗性鉴定、烟叶化验分析及质量评价方面
已经对大部分种质的农艺性状、植物学性状进行了鉴定评价,筛选出了一批优质的品种。已完成了种质资源的原烟外观质量评价840多份,烟叶化学成分分析1700多份,原烟香吃味评吸900多份,并筛选出大白筋599等一批香吃味好、利用价值高的种质。同时,还完成了种质资源的烟草黑胫病等抗性鉴定6000多份,筛选出抗病种质400多份;烟草普通花叶病和黄瓜花叶病的抗性鉴定2000多份,筛选出抗病种质100多份;烟草害虫的抗性鉴定700多份,并筛选出一批抗蚜虫的烟草种质。
2.3在烟草种质遗传多样性研究方面
何川生等对104份国内外烤烟品种的14个农艺性状进行了聚类分析,提出烤烟可分为4个品种类群:即优质烟品种类群,低烟碱多叶品种类群,低糖高蛋白品种类群和高糖碱比品质欠佳类群;王志德等 用同工酶标记对部分核心种质进行分析,发现烟草种间遗传差异明显,种内遗传差异不明显;王志德等还对24个不同类型烟草核心种质进行了RAPD分析,结果表明种质间的遗传差异并不完全取决于烟草栽培类型间的差异,而与种质间演化有关,野生种与栽培种间存在较大的遗传差异;杨本超等利用ISSR标记对24份代表性烤烟种质的遗传多样性分析认为,品种间遗传相似指数范围为67%~85%,其遗传多样性较低,需要拓宽烤烟种质的遗传基础。祁建民等利用ISSR标记对烟草属4个种30份材料的遗传多样性进行了分析,发现N.glutinosa、N.suaveo—lens、 gossei这3个野生种间存在较大的遗传差异,而27份栽培品种种内遗传相似性相对较高。
2.烟草种质资源的创新
种质创新可以通过远缘杂交、转基因、诱变等技术手段产生。近年来我国在烟草种质资源创新方面取得了很大的成绩。
2.1远缘杂交
孙玉合等人利用体细胞杂交技术获得普通烟草与野生烟草(N.glauca)的种间体细胞杂种,选育出烟草新胞质雄性不育系86.6,创造了一批烟草种质材料。魏治中等人采用无性嫁接和有性杂交结合的方法,利用曼陀罗、罗勒、紫苏等药用植物与普通烟草杂交,选育出了曼陀罗烟、罗勒烟、紫苏烟等6个新型药烟品种,为烟草资源增添了新种质。
2.2转基因研究
崔红等人通过花粉管通道法将TI245、TI1068、6251总DNA混合后导入烟草栽培品种K326,获得了优良品系K809。庞永珍等人将新霉素磷酸转移酶基因(nptl1)及石蒜凝集素基因(1ra)导入烟草中获得了对桃蚜种群的生长具有明显抑制作用的转基因烟草。郭兆奎等人将拟南芥中编码高亲和性K+的载体蛋白基因AtKup1导入烟草品种龙江911和K326中,结果表明,转基因烟草烟叶含钾量提高了约45%。刘丽娜等人将具有广谱抗真菌作用的几丁质酶基因与B一1,3一葡聚糖酶基因构成的双价防卫基因(CHG)$D病程相关基因非表达子 I(NPR1基因)分别转化烟草和共同转化烟草,研究认为,转基因烟草对炭疽病的抗性极显著强于非转基因烟草。
2.3 诱变研究
早在20世纪60年代,云南烟草研究所就从大金元品种的自然诱变株中选育出优良品种红花大金元。2002年3月贵州省烟草科学研究所通过 “神州3号”飞船搭载了56g烤烟种子。后来将这批航天种子经过两年的田间试验,其中K346的叶片极度收缩,植株明显高于其他品种,春雷三号的抗坏血酸含量明显高于对照品种。殷凤生等人用氮离子注入G.80干种子产生突变,在L2代中发现变异株系 L6—2,开白花(亲本花色粉红),叶较宽大,后来选育出一个性状稳定、优质抗病的新品系。众多研究结果表明,诱变是进行烟草种质资源创新的一种有效方法。
3.我国烟草新品种的选育
烟叶是烟草行业发展的基础,品种是烟叶生产的基础。“九五”以来,我国相继育成和引进了一批优质抗病烟草新品种,同时,在烟草种质资源鉴定和育种技术研究方面也取得较大进展,为烟叶生产的平稳发展奠定了基础。然而在育种研究方面仍存在基础研究相对薄弱、优质高香气低危害品种缺乏、地方特色品种少等问题。因此,加强烟草育种基础研究,选育一批突破性和具有鲜明地方特色的烟草新品种,更好地满足卷烟生产对原料的需求,已成为未来我国烟草育种研究工作的重点。
20世纪50年代初国内烟草品种选育工作起步,通过系统育种和杂交育种等技术,先后选育出了红花大金元、云烟85、云烟87、中烟9203、云烟202和中烟98等烤烟品种,并在生产上推广种植。近年来,国内育成烤烟品种种植面积比例已从26%(1999年)上升到50% (2002年)和68%(2006年)。近5年来云烟85、云烟87的种植面积已占全国烤烟种植面积的40% 以上。“十五”期间育成的中烟100、云烟202等烤烟新品种推广面积也较大,同时还贮备了CF964、云烟203等一批优质抗病烤烟后备品系(组合),明显改善了我国烤烟生产长期依赖国外引进品种的被动局面。白肋烟品种的选育也取得了较为显著的成效 ,鄂烟1号等6个白肋烟品种已通过全国审定,并逐步在生产上推广应用,改变了我国白肋烟种植品种单一的现状。
4. 烟草育种新技术
4.1 体细胞杂交
在通过原生质体融合实现植物体细胞杂交研究方面,中国农业科学院烟草研究所[8,9]引用聚乙二醇为融合剂,经高ca、高pH值溶液处理,使Ⅳ.tabacum、Ⅳ.rustica及Ⅳ.glauca的游离叶肉细胞原生质体融合,获得了国内首例烟草种间体细胞杂种植株。此后采用同样的方法又先后获得了N.tabacum分别与N.alata等6个野生烟草种的体细胞杂种植株[10]。在不对称体细胞融合研究中,孙玉合等[11]利用普通烟草(N.tabacum)与粉蓝烟草(N.gluaca)叶肉原生质体诱导融合获得的编号为TG-8的体细胞杂种植株除具有雄性不育特征外,其他生物学性状及体细胞染色体数目均与其普通烟草亲本相同且遗传性状稳定;用烤烟品种G28回交4代,选育出烟草新胞质雄性不育系86 6,与烤烟新品系组配成的一代杂交种杂种优势明显,这为我国烟草雄性不育的研究和利用提供了新的方法和途径。SUN等[12] 利用R-6G处理烤烟品种K326原生质体后与N.repanda烟草原生质体融合,改变了烟草雄性不育系的胞质来源单一状况。但对体细胞杂交的潜力不能估计过高,它不可能做到某一性状的定向转移,在利用体细胞融合进行有益性状转移的同时,野生烟草的一些劣质性状也被带进杂种中,如小叶片、烟叶变黄难、烤后色泽暗、烟叶化学成分不协调等[10]。因此,体细胞杂交的作用要与常规育种相结合才能发挥出来。
4.2 基因工程
烟草作为基因工程研究的模式植物,在抗病虫、抗除草剂、抗逆性等方面具有较好的应用前景。我国利用基因工程技术已成功培育出了抗TMV、CMV、PYV 的烤烟和香料烟品种(系)[13]。王晓雯等[14] 通过根癌农杆菌介导法将益母草非专一性脂转移蛋白(nsLTPs)类抗菌蛋白基因Lj—L和相应改造基因Lj S分别转入香料烟品种Xanthi中,Tn代的离体抗性试验表明,外源基因对烟草赤星病的抗性达极显著水平;T0代活性抗性试验表明,Lj.L和Lj—s基因对青枯病的抗性也均达显著水平。郭兆奎等[15]将酿酒酵母的HAL1基因转入烤烟品种龙江911和K326中,获得了高效表达的转化材料,烟叶化学成分分析结果表明转基因烟叶钾含量有显著增加。崔红等[16] 将已克隆的薄荷法呢基焦磷酸合酶(fps)的cDNA转人烟草,获得的转基因植株(T1代)对赤星病的抗性明显提高。但在很多情况下通过基因工程途径获得的材料与实际生产应用上还存在一定距离。另外,随着转基因作物的推广,其对环境的影响日益受到关注,转基因作物的安全性已经成为国际贸易的重要技术壁垒,限制了转基因烟草在生产上的应用。
4.3 分子标记辅助选择
分子标记辅助选择是通过分析与目标基因紧密连锁的分子标记来判断目标基因是否存在,从而实现对基因型的直接选择。[17] 。目前分子标记辅助育种在国内外已显示出了广阔的前景。LIN等[18] 利用野生烟草N.plumbaginifolia ×N.1ongi—flor~种间杂交获得的99个F,植株,构建了第一张烟草分子标记遗传连锁图谱。NISHI等[19]利用来自白肋烟品种间杂交W6×Michinoku产生的125个DH系,构建了包括95个标记的连锁图,是普通烟草种内第一张分子标记遗传连锁图谱,但该图谱只覆盖了10个连锁群,与普通烟草的24个连锁群相差较远。肖炳光等[20]以烤烟品种G28和NC2326杂交得到的137个DH系为材料,构建了包括27个连锁群、10个ISSR标记和147个RAPD标记组成的烤烟分子标记遗传连锁图,覆盖长度183812cM,平均图距1411cM。这是国内构建的第一张烤烟分子标记遗传连锁图,为烤烟性状的基因定位及分子标记辅助选择奠定了基础。 烟草性状的基因定位主要集中在抗性基因的标记上。YI等[21]利用RAPD标记对烟草抗根结线虫基因(Rk)区域进行了遗传作图。BAI等[22]找到了与烟草根黑腐病抗性基因紧密连锁的2个RAPD标记。YI等[23]发现了与烟草抗野火病基因有关
的5个RAPD标记。刘晓侠等[24]利用RAPD标记和群体分离分析法,找到了与烟草抗黑胫病基因Bsl(t)连锁的两个RAPD标记。
5 研究方向与重点
5.1 发掘、研究和利用种质资源
首先要广泛搜集国内外种质资源,扩充烟草种质库,建立具有国际水平的烟草种质资源库,完善烟草核心种质数据库。其次,要进一步对资源进行全面、深入、系统的鉴定,建立各种优异性状资源库,加强重要性状的全面、系统鉴定工作,挖掘有利于提高质量、安全性及特殊抗性的优异、特异种质资源供育种利用,最大限度地发挥种质资源的作用。另外,还应采用表型鉴定与基因型鉴定有机结合的方法,开展烟草种质遗传多样性研究,从最大限度保留现有遗传多样性的角度构建烟草核心种质库,探讨烟草的起源进化及栽培品种的演化,创造新种质,丰富栽培烟草基因库,为育种提供原材料。
5.2 深入开展基础研究
应加强对重要性状遗传规律的研究与探索,分析其发育遗传特点,揭示影响重要性状表现的主要前体物,阐明这些性状的分子机制。研究烟草细胞质雄性不育的分子机理,探讨杂种优势形成的生物学基础。启动烟草基因组计划,通过大规模烟草基因组测序,构建高密度的烟草遗传图谱和物理图谱,建立具有自主知识产权的烟草基因信息数据库,进行烟草重要性状相关基因定位,克隆与烟碱、有害成分、主要抗性、香气物质、主要矿物质吸收利用效率、烟叶成熟和烘烤特性等主要性状调控机制相关的功能基因等,加速品种改良进程,培育高香气、低危害、抗病虫、抗逆、高钾等突破性新品种,从根本上扭转我国烟草遗传研究薄弱、烟草育种水平不高的局面。
5.3 拓宽育种途径
利用分子标记辅助选择、体细胞杂交、轮回选择、诱变等开展多途径育种。重点研究高香气、低危害新品种选育,抗病优质新品种选育,抗逆优质新品种选育及地方特色新品种选育等。
5.4 加强新品种配套技术与品种区划布局研究
在现有品种的基础上,按不同生态类型和卷烟产品对原料的需求,完善品种区划布局研究[32],使新品种按类型在适宜区推广种植,发挥品种的最大遗传潜力 。为了实现品种多样化,在新品种选育的同时还应加强新品种的配套技术研究,重视良种良法配套和种植区划研究等。
5.5 重视烟草种子技术研究
借鉴国际成功经验,加大烟草种子产业化力度,研究高发芽率、高活力种子繁育与生产技术,不育系及杂交种制种技术,加快催芽包衣种、生物型及功能型种衣剂的开发研制与推广应用步伐。围绕烟草种子高效生产、加工、贮藏、包衣等工作开展深入研究,提高我国烟草种子生产和加工技术水平。
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