1、作物育种作物育种3 3种质资源（种质资源（4 4学时）学时）作物育种变异变异遗传遗传选选择择种质种质资源资源第一节 种质资源的作用和类别一、种质资源的含义：广义地讲，植物中可用于育种栽培或其它生物学研究的各种植物类型及品种，都可称作种质资源。种质资源（Germplasm Resources）遗传资源(Genetic Resources)基因资源(Gene Resources)基因库 (Gene Pool or Gene Bank)二、种质资源工作的重要性1.种质资源是育种工作的物质基础不同种质资源具有丰富的变异穗分枝小麦穗分枝小麦普普 通通 小小 麦麦普通野生稻亚洲栽培稻(O.rufipogo
2、n Griff.)(Oryza sativa L.)2.稀有特异种质对育种成效具有决定性的作用日本发展矮秆小麦已有较长历史。1873年在明治政府服务的一个美国农业顾问写了一个报告，报告中主要一段大意说:使小麦矮秆已成为日本人的一种艺术。小麦的茎秆很少高过5060cm，穗子短而重，不管施用肥料怎样多都不会使植株长得更高，但是麦穗的长度则因此而增加。即使在最肥沃的土地上，小麦植株从来不会倒伏。日本矮秆品种之一，命名为“不倒翁”(Daruma)，1)水稻籼稻矮源“低脚乌尖”与小麦矮源“农林10号”对“绿色革命”的贡献。他的后代：农林10号,种子从日本引到美国，然后传到墨西哥成为现代小麦育种中的重要步
3、骤。Norin 10 helped developing countries,such as India and Pakistan,to increase the productivity of their crops from approximately 60%during the Green Revolution.Norman Borlaug(right)in a field of improved tall wheat.Note that these traditional varieties come nearly to shoulder height.(Photo credit:CI
4、MMYT)This photo,ostensibly just showing two men in a wheat field,is in fact a dramatic representation of the spread of high-yielding,green revolution wheats around the world.(Photo credit:CIMMYT)*绿色革命绿色革命绿色革命带来的变化绿色革命带来的变化诺曼博洛格（Norman Borlaug）美国著名农业科学家、植物病理学家、遗传育种专家。1914年-2009年 1970年获得诺贝尔和平奖 培育出丰产、抗
5、锈小麦品种 1986年创立世界粮食奖基金会 1996年成为中国工程院外籍院士 在墨西哥工作期间，博洛格培育出丰产、抗锈小麦品种，成功培育出抗病、耐肥、高产、适应性广的半矮秆小麦，使小麦产量大幅提高。博洛格时年71岁，致力于提高非洲国家粮食产量 1986年，博洛格创立世界粮食奖基金会，每年鼓励一名在世界粮食领域作出突出贡献者，奖金25万美元 2）矮败与杂种优势利用l 坚信作物杂种优势的存在，发现天然的杂交稻植株：怀疑“无性杂交”学说l 杂交水稻“野败”雄性不育的发现，使我国及世界杂交水稻生产取得巨大成就“我梦见我们种的水稻，长得跟高粱一样高，穗子像扫把那么长，颗粒像花生米那么大，我和助手们就坐在
6、稻穗下面乘凉”骨干亲本“洛夫林10号”-罗马尼亚3)小麦1BL/1RS易位系与世界小麦抗锈病育种在黑麦的1R染色体上，具有抗病和高产基因等基因。自上世纪80年代以来，我国小麦的主栽品种约70%含有1B/1R易位系；占全国播种面积80%以上 BRBRBB BL/RS易位系对小麦产量的影响 抗源间接提高产量 抗条锈病基因Yr9 抗叶锈病基因Lr26 抗秆锈病基因Sr31 抗白粉病基因Pm8和Pm17 抗虫基因(Green bug）丰产源直接提高产量 提高产量和环境适应性的基因 提高养分的吸收（耐高肥水）延长生育期 增加穗数，提高穗粒数和千粒重 3.新的育种目标能否实现决定于所拥有的种质资源野生资源
7、传统品种现代品种问题：遗传多样性相对比较窄l“巧妇难为无米之炊”Progress in the yield potential of rice 特殊的育种目标需要特异种质玉米粗缩病小麦赤霉病4.种质资源是生物学理论研究的重要基础材料a)O.rufipogonO.sativab)普通野生稻栽培稻水稻驯化过程中生长习性的变异c)d)Nipponbare BAC(OSJNBb0050B07)pr2pr3pr4 pr5pr7pr8pr9564271623381781 kbR=R=RM298RM481Genomic constructspPROG1-1pPROG1-2pTCKChr 7RM5711RM4
8、27PROG1RM2989314110RM481 RM4098abcdprog1YJCWR BAC(YJ0710308)pr1 pr6e克隆野生稻匍匐生长基因克隆野生稻匍匐生长基因PROG1TL:TL:PROG1PROG1转转基因植株基因植株CL:CL:对照植株对照植株NPBNSBGNPGYP(g)lTLCLTL9TL9CL5ijk000栽培稻栽培稻a)元江野生稻元江野生稻c)b)水稻株型的演化东乡野生稻东乡野生稻d)e)f)匍匐生长匍匐生长直立生长直立生长倾斜生长倾斜生长如果大量种质资源流失1906年，一个新西兰人到中国旅行时，从湖北武昌带回野生猕猴桃种子，1934年开始商业化栽培，现在以“
9、基维果”为名畅销世界。第二节 种质资源的类别、特点及其利用价值习惯划分 本地种质资源（地方品种或农家品种、选育品种）外地种质资源 野生植物资源 人工创造的种质资源本地种质资源 特点：对当地生态条件有良好的适特点：对当地生态条件有良好的适应性、丰产性。往往作为杂交育种的应性、丰产性。往往作为杂交育种的骨干亲本。骨干亲本。外地品种资源 特点：本地品种不具有的重要遗传 特性。丰产、抗病、优质。美国大豆主要产区曾因孢囊线虫病害美国大豆主要产区曾因孢囊线虫病害,使生产频于绝境使生产频于绝境,在数千份大豆品种中只找到一个抗病的材料（北京黑），在数千份大豆品种中只找到一个抗病的材料（北京黑），用它育成了许多
10、抗病品种，才使生产得以恢复。用它育成了许多抗病品种，才使生产得以恢复。野生植物资源 特点：独特的抗逆性（抗病虫、旱寒、盐碱等）。叶折叠，抗叶跳虫、棉铃虫、卷叶虫、红蜘蛛等。抗角斑病，纤维细，拉力强，苞叶窄，收花杂质少。异常棉人工创造的种质资源 人工创造的原始材料比未经改造的材料有所提高，类型丰富，而且日新月异，各有特长，往往更符合现代育种工作需要。特点：特异基因或基因组合的新作物。糯麦、蓝糯、紫糯糯麦、蓝糯、紫糯 Harlan 和Dewet（1971）建议把基因库分为三类：初级基因库（GP-1）：杂种可育、染色体配对良好（种内各种材料）次级基因库（GP-2）：杂交不实、杂种不育（种间材料和近缘
11、野生种）三级基因库（GP-3）：种间以上材料第三节 作物起源（中心学说）一、瓦维洛夫的作物起源中心学说苏联植物育种学家和遗传学家(1887-1943)种质资源收集：收集的品种资源达20万份以上，成为世界上作物标准品种贮存和育种的重要基地。瓦维洛夫的贡献到了1936年，全苏联有15以上的耕地(约2000万公顷土地)种上了瓦维洛夫考察队带回来的小麦、大麦、燕麦、玉米；有一半以上的棉田种上了他们从国外引进的棉花新品种。1936年苏联蔬菜有一半是栽培所从世界各地运来的良种。高梁、大麻、果树和亚热带作物的新品种也开始推广。许多在旧俄时代不为人所知的植物，如绿豆、芝麻，桐树等也引进到苏联来了。遗传理论研究
12、：l 提出了世界 12个栽培植物起源中心提出了一个假说：栽培植物的起源中心应是其野生亲缘种显示最大适应性的地区。这个结论写入了栽培植物起源变异、免疫和繁育一书中。l 植物遗传变异中的同源系列、定律生物界的门捷列夫我们可以走向烈火，可以被焚烧，但我们决不放弃自已的信念。尼依瓦维洛夫 苏联政治斗争的牺牲品：坚持孟德尔的基于基因的遗传学说圣彼得堡瓦维洛夫生理与栽培研究所作物起源中心：遗传类型有很大的多样性而且比较集中、具有地区特有变种性状和近缘野生种类型的地区2、最初始的起源地称为原生起源中心（primary origin center）1）有野生祖先2）有原始特有类型3）有明显有遗传多样性4）有大
13、量的显性基因3、遗传变异性的同源系列规律4、根据驯化的来源，将作物分为原生作物和次生作物二、瓦维洛夫的作物起源中心1.1.中国起源中心（东亚中心）中国起源中心（东亚中心）即中国地区。即中国地区。原产物种为原产物种为136136个，其中有个，其中有1111种作物，包括水稻、大豆、黍、裸粒燕麦、种作物，包括水稻、大豆、黍、裸粒燕麦、元棱大麦、红豆、茶等。元棱大麦、红豆、茶等。吉林龙井白花野生大豆保护点保护点l 全世界唯一的白花野生大豆全世界唯一的白花野生大豆l 牛羊啃食严重牛羊啃食严重l 围栏保护后出现物种消长现象围栏保护后出现物种消长现象二、瓦维洛夫的作物起源中心2.印度起源中心印度起源中心即东
14、亚中心。即东亚中心。由印度支那、印度尼西亚、由印度支那、印度尼西亚、马来群岛、印度斯坦组成。原产物种为马来群岛、印度斯坦组成。原产物种为117117个，其中有个，其中有1515种作物，包括水稻、种作物，包括水稻、芝芝麻麻、赤小豆、茄子、黄瓜、黄麻等、赤小豆、茄子、黄瓜、黄麻等。广东高州野生稻保护点基本情况广东高州野生稻保护点基本情况云南元江野生稻云南元江野生稻保护点基本情况保护点基本情况l 独特的生态环境和地理独特的生态环境和地理 条件条件l 天然隔离屏障天然隔离屏障l 采取植物篱笆方式保护所需采取植物篱笆方式保护所需资金较少资金较少l 农民可参与保护农民可参与保护广西玉林野生稻广西玉林野生稻
15、保护点保护点l 全国连片分布面积最大全国连片分布面积最大l 离市区较近，栖息地有被占离市区较近，栖息地有被占用的威胁用的威胁l 企业在周边开采石料，威胁企业在周边开采石料，威胁地下水源地下水源二、瓦维洛夫的作物起源中心3 中亚细亚起源中心中亚细亚起源中心即西南亚中心。即西南亚中心。由阿富汗斯坦、乌兹别克斯坦由阿富汗斯坦、乌兹别克斯坦（天山西部）和土库曼组成。原产物种为（天山西部）和土库曼组成。原产物种为4242个，个，其中有其中有1515种作物，包括软粒小麦、蚕豆、紫苜种作物，包括软粒小麦、蚕豆、紫苜蓿、胡萝卜、洋葱、菠菜等蓿、胡萝卜、洋葱、菠菜等4 西部亚洲中心西部亚洲中心即前亚西亚中心。即
16、前亚西亚中心。由土库蔓、伊朗、外高加索、由土库蔓、伊朗、外高加索、小亚西亚和阿拉伯组成。原产物种小亚西亚和阿拉伯组成。原产物种8383个，其中个，其中有有6 6种作物，包括小麦、二棱大麦、多年生野种作物，包括小麦、二棱大麦、多年生野黑麦、鸭嘴豆、甜瓜等。黑麦、鸭嘴豆、甜瓜等。5 5 地中海起源中心地中海起源中心原产物种为原产物种为8484个，个，其中有其中有6 6种作物，包括种作物，包括窄叶羽扇豆、亚麻、冬油菜、胡萝卜等。窄叶羽扇豆、亚麻、冬油菜、胡萝卜等。6 6 埃塞俄比亚起源中心埃塞俄比亚起源中心原产物种为原产物种为3838个，个，其中有其中有1515种作物，包括种作物，包括高梁、豇豆、蓖
17、麻、南非黑麦、西瓜等。高梁、豇豆、蓖麻、南非黑麦、西瓜等。新月沃地最早的作物小麦和大麦驯化的先声二、瓦维洛夫的作物起源中心7 7 墨西哥南部和中美洲起源墨西哥南部和中美洲起源中心中心由墨西哥南部、危地马拉、哥斯达黎加、由墨西哥南部、危地马拉、哥斯达黎加、洪都拉斯和巴拿马组成。原产物种为洪都拉斯和巴拿马组成。原产物种为4949个，个，其中有其中有9 9种作物，包括玉米、棉花、马铃种作物，包括玉米、棉花、马铃薯、甘薯、烟草等。薯、甘薯、烟草等。8 8 南美起源中心南美起源中心原产物种为原产物种为6262个，个，其中有其中有7 7种作物，包种作物，包括番茄、花生、羽扇豆等括番茄、花生、羽扇豆等秘鲁马
18、铃薯品种3500种 五颜六色奇形怪状吃土豆的人8个作物起源中心 3个农业起源中心中国中南部南亚及印度支那、印度 中国中南部及中南亚中国西部、阿富汗伊朗、土耳其地中海沿岸 西亚及地中海沿岸东非地区、肯尼亚拉丁美洲地区、墨西哥等 拉美及南太平洋沿岸 南美洲、巴西、秘鲁等 瓦维洛夫的作物起源中心学说的缺陷C I M M YT s Exper i m ent al Re sear ch St at i onsCd.Obregn39 mAgua Fria60 mToluca2640 mTlaltizapn940 mMxico,D.F.El Batn*2249 m建立了确保入库种质遗传完整性的综合技术体系
19、，并长期安全保存种质资源达180种怍物33.2万份，位居世界首位。国家作物种质复份库(青海西宁)蚂蚱麦（地方品种）蚂蚱麦（地方品种）X 碧玉麦（引自美国）碧玉麦（引自美国）碧蚂碧蚂1号号碧蚂碧蚂5号号碧蚂碧蚂4号号碧蚂碧蚂2号号碧蚂碧蚂3号号碧蚂碧蚂6号号年最大种植面积年最大种植面积1000万亩；抗万亩；抗条锈病条锈病13个生理小种个生理小种骨干亲本，作为亲本育成品种骨干亲本，作为亲本育成品种80个个年最大种植面积达年最大种植面积达9000万万亩；抗条锈亩；抗条锈16个生理小种个生理小种标志性品种，作为亲本育标志性品种，作为亲本育成品种成品种2个个骨干亲本研究矮仔占（285）矮脚南特（123）
20、其他品种其他品种（102）两个水稻骨干亲本两个水稻骨干亲本育成品种数占籼稻育成品种数占籼稻品种总数的品种总数的8080（林世成、闵绍楷，（林世成、闵绍楷，19911991）系名系名育成杂交种育成杂交种数目数目大面积应用品种大面积应用品种数（个）数（个）到到19991999年累计推广年累计推广面积（亿亩）面积（亿亩）自自330330101101个个55559.49.4丹丹3403403535个个16162.72.7黄早黄早4 4100100个以上个以上45458.138.134784784040多个多个15154.084.08 农大108是由178与黄C培育出的标志性大规模利用推广的玉米品种，曾获国家科技进步一等奖，但是这两个自交系再没有形培育任何一个品种。不同生态区不同生态区不同历史时期（育种目标）不同历史时期（育种目标）育种材料育种材料骨干亲本骨干亲本优良品种优良品种骨干亲本骨干亲本遗传构成遗传构成骨干亲本组配骨干亲本组配的遗传效应的遗传效应？种质资源创新种质资源创新
