—華南農業大學農學院植物育種系植物育種學總論第二章 種質資源第一節 種質資源的意義

第二

節

作物起源中心學說

第三

節 種質資源的類別第四節 種質資源工作的內容一、概念二、 重

要性（一）種質資源是育種工作的物質基礎（二）是不斷發展新作物的主要來源（三）為避免品種遺傳基礎貧乏，必須利用更多

的基因資源（四）是生物學基礎理論研究的重要材料（五）是有生命的財富，亟待保護（一）廣義

（二）狹

義第一節 種質資源的意義概念：一切具有一定種質或基因、可供育種及相關研究利用的各種生物類型稱為種質資源。也稱

遺傳資源（genetic

resources）基因資源（gene

resources）△種質資源（germplasm

resources）包括可用于育種、栽培或其它生物學研究的各種植物類型及品種。形式有：植株、種子、器官、組織、花粉、細胞、DNA片段。狹義上指：用于選育新品種的材料，也稱育種的原始材料。（一）是育種工作的物質基礎植物種質資源是在漫長的歷史過程中，由自然演化和人工創造而形成的一種重要的自然資源。作物育種工作就是根據人類的意志對各種各樣的品種資源以各種手段進行利用、加工和改造。因此，種質資源是人類利用植物的遺傳變異選育新品種的主要材料來源，是開展育種工作的物質基礎。二、重要性水稻的矮化育種與“低腳烏尖”、“矮腳南特” 等矮源;小麥的矮化育種與“農林10號”;雜種優勢利用育種中雄性不育的資源：水稻的野敗細胞質，油菜的Polima細胞質;抗性育種中的病蟲害抗性資源等;高賴氨酸玉米Opeque-2，賴氨酸含量比普通玉米高70%。育種工作的成敗很大程度上決定于發掘和掌握品種資源的數量和質量，以及對它們研究的廣度和深度。例如：廣泛搜集（收集）、保存和深入研究種質資源是現代育種工作的重要特點之一。現有的作物都是在不同的歷史時期由野生植物馴化而來的。迄今人類利用的植物資源是很少的。地球上記載的30

萬種植物，被人類利用的僅約3000種，即1%，而作為食用作物的僅

1500

種，即0.5%，可見發掘植物資源的潛力還很大。（二）是不斷發展新作物的主要來源隨著生產和科學技術的發展，人類將繼續不斷從野生植物資源中發展更多的新作物，以滿足生產和生活日益增長的需要。例：甜葉菊、羅布麻、野苧麻、橡膠草、銀膠菊甜葉菊（sweetening

chrysanthemum）學名Stevia

rebaudianum

Bertoni，屬雙子葉植物綱，菊科多年生草本植物。原產南美洲巴拉圭和巴西交界

的阿曼拜山脈，現已成為栽培作物。其甜度為蔗糖的

100倍，而熱能幾乎為零。少數優良品種的推廣,以及育種單位和育種家在育種中選用遺傳基礎相同的一些基因資源，從而導致栽培品種的遺傳基礎同一化。將造成以下不良后果：抗逆性脆弱。有利重組的數量受到遺傳基礎狹窄的限制將使育種工作進展緩慢，甚至停滯不前。（三）為避免品種遺傳基礎貧乏，必須利用更多的基因資源不同的種質資源各具有不同的生理和遺傳特性,以及不同的生態特點,對其進行深入研究,有助于闡明作物的起源、演變、分類、形態、生態、生理和遺傳方面的問題。（四）是生物學基礎理論研究的重要材料美國：1801-1850年 滅絕了4個植物種 1851-1999年滅絕了41個植物種1901-1950年滅絕了45個植物種據估計：400年前每3年消失一個物種，而20世紀以來，平均每8個月就消失一個物種。云南景洪：1964-1965年有21處野生稻群落，1978-1979年只剩7處了。（五）是有生命的財富，亟待保護15第二節 作物起源中心學說齊文和茹考夫斯對作物起源中心學說的發展哈倫對作物起源中心學說的發展瓦維洛夫作物起源中心學說作物起源中心學說

作物起源中心（center

of

origin

of

crops）有兩個特征，即基因的多樣性和顯性基因的頻率較高。又名基因中心或變異多樣性中心。

最初始的起源地稱為原生起源中心（primaryorigin

center）。當作物由原生起源中心地向外擴散到一定范圍時，在邊緣地點形成次生起源中心（secondary

origin

center）。一、瓦維洛夫的作物起源中心學說在一定的生態環境中，一年生草本作物間在遺傳 性狀上存在一種相似的平行現象。根據馴化的來源，作物分為兩類：第一類是原生作物，如：小麥、大麥、玉米、棉花等。

第二類是次生作物，如：燕麥和黑麥。一、瓦維洛夫的作物起源中心學說12345678瓦維洛夫的作物起源中心8B8A1.

中國起源中心主要起源作物有黍、稷、粟、高粱、祼粒無芒大

麥、蕎麥、大豆、茶、

大麻、苧麻等。主要起源作物有水稻、綠豆、飯豆、豇豆、甘蔗、芝麻、紅麻等。2.

印度起源中心2A.

印度—馬來亞補充區3.

中亞細亞起源中心主要起源作物有普通小麥、密穗小麥、印度圓粒小麥、豌豆、蠶豆、非洲棉等4.

西亞中心主要起源作物有一粒小麥、二粒小麥、黑麥、葡萄、石榴、胡桃、無花果、苜蓿等。5.

地中海起源中心許多蔬菜作物，包括甜菜和許多古老的牧草都起源于這一中心。為小麥、粒用豆類的次生起源地。6.

埃塞俄比亞起源中心四倍體小麥的變異類型極其多樣。7.

南美和中美洲起源中心主要起源作物有陸地棉、甘薯、番茄等。存在大

量玉米變異類型。8. 南美（秘魯—厄瓜多爾—玻利維亞）中心許多塊莖作物，包括馬鈴薯的特有栽培種都起源于此地。8A.

智利亞中心重要的種有木薯、花生和鳳梨8B.

巴西—巴拉圭亞中心主要有花生、可可、橡膠樹等特有種齊文和茹考夫斯基對起源中心學說的發展齊文（1970）和茹考夫斯基（1975）在瓦維洛夫學說的基礎上, 將8個起源中心所包括的地區范圍擴大，又增加了4個起源中心，使之能包括所有已發現的作物基因種類，即有12個大基因中心1.中國—日本中心3.澳大利亞中心5.中亞細亞中心7.地中海中心9.歐洲—西伯利亞中心11.中美和墨西哥中心2.東南亞洲中心4.印度中心6.西亞細亞中心8.非洲中心10.南美中心12.北美中心Harlan

認為遺傳多樣化中心不一定是起源中心，起源中心不一定是多樣性基因中心；有些物種的起源中心至今還無法確定，有的作物可能起源于幾個不同的地區。他提出了作物起源的中心和非中心體系（centerand

no-centersystem)：Harlan的有關作物起源的觀點農業分別獨立地開始于三個地區,即近東、中國和中美洲，存在著有一個中心和一個非中心組成的體系；在一個非中心內，當農業傳入后，土生的許多植物種才被栽培化，在非中心栽培化的一些主要作物可能在某些情況下傳播到它的中心。三個中心和非中心為：Harlan的有關作物起源的觀點中心 非中心A1

近東

A2

非洲B1

中國

B2

東南亞C1

中美

C2

南美Harlan的有關作物起源的觀點地球上物種分布不均勻，到起源中心或多樣性中心進行考察和收集，可以得到豐富的種質資源。第三節 種質資源的類別一、根據親緣關系分種質資源的種類繁多，為了便于研究和利用，常根據

其親緣關系，生態類型和來源等進行分類。Hanlan

和Dewet（1971）把基因庫分為三類：初級基因庫（Gp-1）：相當于傳統的生物種的概念，即在該基因庫內的各個類型間能相互雜交、雜種可育、基因轉移較簡單。次級基因庫（Gp-2）：包括能和該物種雜交的生物種與近緣種。三級基因庫（Gp-3）：與該作物親緣關系較遠的類型，與該作物雜交時，雜交不實和雜種不育現象十分嚴重。第三節 種質資源的類別種質資源的類別及特點按育種實用價值分類野生近緣種原始栽培類型地方品種主栽品種人工創造的種質資源1.

野生近緣種特點：具有作物所缺少的某些抗逆性（抗病蟲、旱寒、鹽堿等），可通過遠緣雜交及現代生物技術轉移入作物。可用于創造雄性不育系、優質、NC雜種。農家品種花殼麥西藏半野生小麥普通野生稻(O.sativa)野生稻的地上莖(匍匐莖)西藏半野生小麥41花芒半野生大麥(西藏):芒上能開花結籽123野生大豆大豆起源于中國，我國有豐富的野生大豆資源，目前已收集4000多份，這是野生大豆，紫花園葉，小豆莢。2.

原始栽培類型特點：為現代栽培作物的原始種或參與種。多有一技之長，但不良性狀遺傳率高，多與雜草共生。一年生野生大麥西藏半野生小麥3.

地方品種特點：具有稀有可利用特性，如抗病蟲性，對生態環境適應性，品質性狀以及特 殊性狀。別有價值的的特農家品種花殼麥小佛手小麥形形色色的稻谷穗型24個稻的品種籽粒和谷粒4.

主栽品種特點：對當地生態條件有良好的適應性與豐產性。一般被用作育種的基本材料。農家品種花殼麥大豆-冀黃1055.

人工創造的種質資源特點：多具有某些缺點而不能成為品種，但具有一些明顯的優良性狀。廣東、廣西農科院在研究、鑒定現存的稻種資源中，符合要求的矮稈資源只有0.1%，抗白葉枯病

的僅占0.3-0.58%，抗稻瘟病的只有0.06%，高光效的2%。所以現代育種工作還利用各種手段創造各種突變體或中間材料。如利用太谷核不育基因創造小麥赤霉病抗源。第四節 種質資源工作的內容一、搜集方法二、整

理三、保

存四、研究和利用（一）考察收集（二）交換與轉引（一）歸

類（二）系統分類（一）要

求（二）方

法（一）鑒定和研究（二）利

用（一）考察收集有計劃地組織到國內外進行考察、采集。是收集品種資源的主要途徑。1.規模：根據目的、任務而定。取樣方法：根據該地區生態條件確定樣品間距和路線。情況 復雜的地區，樣點間距小。樣本數量以充分代表收集地的遺傳變異性為好。 自交草本植物應至少從50

株上采100

粒種子， 異交草本植物至少要從200-300

株上各采取幾粒 種子。3.記錄：包括采集者的編號

用采集者的姓名或姓名的第一各字母構成主持收集單位或個人名稱采集日期采集地點品種或類型名稱產地的自然、耕作、栽培條件

經度、緯度、海拔、種植季節、灌溉等分別用1、2、3、4、5、6、7、8表示樣本來源分別用1、2、3、4、5、6、7、8表示來源于荒野、農田、農莊儲存、農村庭院、鄉鎮集市、商場、研究單位及其他樣本情況分別用1、2、3、4、5、6表示野生種、野草、育種者品系、原始栽培種或地方種、育成品種或其他樣本的主要形態特征生物學和經濟學性狀，最好附有照片群眾反映等（二）交換與轉引1、應做好記錄工作：來源、名稱、主要經濟性狀、生育期、抗性等。2、注意檢疫。（一）歸

類1.

首先應將樣本對照現場記錄，進行初步整理歸類，將同種異名者歸類，以減少重復；以將同名異種者分開，訂正錯誤。（二）系統分類2.

確定每份材料所屬的植物分類學地位和

生態類型，為保存和進一步研究利用提供依據。（一）保存要求保存生活力：發芽率>50%保存遺傳性：防止丟失、變異、混雜服務方便。1.

種植保存：每1-2年種一次，通過種植繁殖種子，以保存生活力。原則: ①盡量少種；②集中和分散保存。來自條件懸殊地區的

品種資源應分別在不同的生態地點保存。（二） 方法

序號種質圃名稱面積（畝）作物保存份數保存的種、變種及近緣野生種1國家種質廣州野生稻圃6.7野生稻430021個種2國家種質南寧野生稻圃6.3野生稻463317個種3國家種質廣州甘薯圃30.0甘薯9501個種國家級作物種質資源圃保存多年生無性繁殖作物種質資源份數及種類61國家種質圃浙江杭州茶樹圃呼和浩特牧草圃江蘇鎮江桑樹圃2. 貯藏保存：控制貯藏條件（溫度、濕度）以保持品種資源種子的生活力。原理：迫使種子處于代謝作用的最低限度。主要因素：溫度：與種子壽命呈負相關，30-0℃范圍內，每降低

5℃，種子壽命延長一倍。濕度：影響種子含水量，與種子壽命負相關，在含水量14-4%范圍內，每減少1%，種子壽命可延長一倍。氧氣、未成熟、不飽滿、損傷：增強呼吸作用與種子的壽命負相關。方法：①干燥器可保存3-5年，發芽率仍達

85%。②利用自然條件在干燥、年均溫度底的地區可設置天然資源庫，如烏魯木齊放置11年，發芽率87.6%。③品種資源庫例：IRRI短期貯藏庫

溫度10oC、 濕度45%，種子紙裝或在布袋中保存5年中期貯藏庫

1-4oC、濕度45%，種子放置在密閉的鋁盒或玻璃容器內，可保存25年以上長期貯藏庫

-10oC、濕度30%，種子放置真空包裝的鋁盒中，可保存70年國家種質庫是全國作物種質資源長期保存與研究中心,總建筑面積為3200平方米，由試驗區、種子入庫前處理操作區、保存區三部分組成。保存區建有兩個長期貯藏冷庫，總面積為300平方米，其容量可保存種質40余萬份。種質貯藏條件為：

溫度-18℃±1℃，相對濕度<50%。國

家

種

質

庫3.

試管保存：原理：植物細胞的遺傳全能性。培養物：愈傷組織、懸浮細胞、幼芽生長點、花粉、花藥、體細胞、原生質體、幼胚、組織塊等。（3）優點：①

所需空間小，繁殖不受季節限制例：葡萄

用組織培養的