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1、第一章 遗传资源的收集、保存和利用,第一节、遗传资源的概念和重要性,遗传资源(genetic resources)，也称为基因资源(gene resources)，指以种为单位的群体内的全部遗传物质，或种内基因组、基因型变异的总和。,一、概念,目前国际上植物遗传育种文献大都采用种质资源这一名词。一般认为，种质资源与遗传资源和基因资源是同义词。种质资源(germplasm resources)：是指选育新品种的基础材料，包括各种植物的栽培种、野生种的繁殖材料以及利用上述繁殖材料人工创造的各种植物的遗传材料。,育种资源（breeding resources）是遗传资源的组成部分，指在选育优良品种工
2、作中直接利用的繁殖材料，往往是根据品种选育目标调查、收集的资源。因此，遗传资源与育种资源的涵义既相关，但又有区别。,野生植物有30万种以上，我国木本植物约8000余种，其中乔木约2000余种,灌木树种6000种，乔木树种中优良用材和特用经济林树种达1000余种，还有引种成功的国外优良树种约100种。,但目前我们利用的植物种类只有约3000余种。其中中草药就占了很大一部分，栽培作物只有175种，其中16种，提供了人类食物的2/3。有一半以上没有研究过，有许多在人类还没有认识前就灭绝了。,在东北大小兴安岭和长白山等林区，有兴安落叶松、长白落叶松、樟子松、红皮云杉、鱼鳞云杉、红松、臭冷杉、水曲柳、紫
3、椴、糠椴、黄波罗、胡桃楸、春榆、辽杨、大青杨、赤杨、蒙古栎等。,人工栽培过的树种有约1000种,主要造林树种约210种。,红松,在华北区，有油松、侧柏、白皮松、华北落叶松、白杆、杜松、栓皮栎、麻栎、檞树、泡桐、臭椿、香椿、楸树、毛白杨、小叶杨、旱柳、白榆、国槐等。,人工栽培过的树种有约1000种,主要造林树种约210种。,油松,在华东、华中区，有杉木、柳杉、马尾松、水杉、黄杉、金钱松、柏木、油茶、油桐、鹅掌揪、棕树、擦树、乌桕、毛竹、刚竹等，其中有些树种是中国特产。,水杉,华南区，树种组成丰富，除华东、华中部分树种延伸分布到该区外，尚有木荷、火力楠、格木、竹柏、米老排、蚬木、金丝李等有发展前途
4、的用材树种。,木荷,西南区是世界公认树种资源丰富的地区之一，云南松、思茅松、华山松、云南油杉等已有较广泛的栽植，尚有许多树种没有利用，潜力很大。,思茅松,西北地区树种较少，但也有不少重要的用材树种，如新疆落叶松、新疆云杉、青海云杉、新疆冷杉、新疆五针松、新疆杨等，在广阔的干旱沙漠地区，有胡杨、白刺、柽柳、多枝柽柳、柠条、花棒、沙棘、沙柳等适应性强的灌木，可用于生态建设。,二、遗传资源的重要性：,1.现有的品种都起源于野生植物。育种所需要的基因，广泛蕴藏于自然资源之中，遗传资源是创育新品种的物质基础。,野生猕猴桃,2.集约经营和育种过程使遗传基础变窄,必须补充新资源 在集约经营和选育过程中，往往
5、把注意力集中在少数经济性状上，从而使群体或个体的遗传基础变窄。为选育优良品种，必须具备丰富的资源作后盾，不断地引进，补充新的资源，多世代育种工作才不会受到很大制约。防患于未然，必须重视遗传资源的调查、搜集、保存、研究和利用工作。,随着经济的发展，工艺过程的改革，对林木新品种的要求也会发生改变，只重视当前所需性状，对有潜在利用价值的资源滥砍滥伐，任其毁灭，育种工作将会面临“无米之炊”。,3.对林木新品种的需求会不断发生变化。,4.现有的遗传资源是长期进化的结果,来之不易今天复杂而丰富的物种和遗传资源是生物经历6亿多年自然演化中形成的，是生物适应繁杂、变化的自然环境的结果，是进化的结果。生物多样性
6、不仅为人类提供了食物、能源、药品和工业原料，在维持生态平衡和稳定环境方面发挥着重要作用，理应十分珍惜。,5.抢救濒临毁灭的树种，已迫在眉睫。世界上动植物种类估计在500万种到1000万种间，已作过描述的约为175万种。高等维管束植物25万种，苔藓、地衣等低等植物15万种，约有90%生活在陆地，而其中又有约2/3生活在热带森林。,地球上每年大约有2000万公顷森林被砍伐。,8千年前全球天然林面积为80.8亿hm2，到1996年底，62%的森林已消失了，仅剩下了30.4亿hm2。森林面积的锐减，导致许多物种的绝灭或生存受到威胁。,第二节 生物多样性和遗传流失,一、树木基因资源的流失,在热带地区的1
7、5万种植物中，至少有1/3的物种将处于濒临灭绝的险境。巴西是世界上植物种类最多的国家之一，仅高等植物就有4万多种，按照当前森林砍伐的速度，30年后，这里的森林将会全部消失。,现在全球有10的植物处于危机之中，英国植物学家预言，如果不采取预防性措施，到2050年，现在已知的25万中植物将有22.5万种将灭绝。,据研究，每消灭一种植物，就有1030种依附于这种植物的动物消失。物种不断减少，灭绝速度为自然灭绝速度的1千倍，即每天约有75种被消灭。,我国热带雨林面积占国土面积的0.5。如海南岛是我国的两大热带地区，植物种类有257科，乔灌木有1400种，占全国的28.6。但遭到人为破坏，从20年代的8
8、.64万公顷，森林覆被率25.7，到现在仅为7，森林破坏导致80多种野生动物失去栖息场所。,另一个热带地区西双版纳，有高等植物近4000种，由于开荒和垦殖，原始林覆盖率由50年代的60降到27。,据统计,中国目前至少有4000-5000种植物处于濒危或受到威胁状态.其中被子植物有珍稀濒危物种1000种,极危种28种.,二、生物多样性的内涵,生物多样性包含3个层次的内容，即生态（生物群落）多样性、物种多样性和种内遗传多样性。,1.生态系统多样性生态系统多样性(ecosystem diversity)是指生物圈内生境、生物群落和生态学过程的多样化以及生态系统内生境差异和生态过程变化的多样性。,2.
9、物种多样性物种多样性(species diversity)是指某一区域内物种的多样化程度。,3.遗传多样性遗传多样性(genetic diversity)通常是指物种内不同群体(又称种群或居群)间，或同一个群体内不同个体间的遗传变异；遗传多样性表示物种内基因的丰富程度以及基因的变异状况。,三、遗传多样性的检测,形态特征的检测形态特征或表型性状检测遗传变异是最直接，也是最简易的方法，但在许多情况下表型并不能真实反映遗传型。,2.染色体特征检测染色体是遗传物质的载体，是基因携带者，染色体数目、结构、核型特征上的变异是种群遗传多样性的重要来源,3.蛋白质变异检测同工酶(isozyme)被广泛应用于天
10、然种群遗传变异的研究。酶是生物体所特有的具有催化能力的蛋白质，而同功酶是指具有相同或相似催化活性，但结构有所区别的酶，呈共显性。但由于同功酶检测的位点数目较少，常不能代表整个基因组的变异。,磷酸葡萄糖异构酶,4.DNA变异检测常用的DNA分子标记方法有RFLP技术、基于PCR的各种检测方法和重复序列分析技术。,SSR分析,AFLP分析扩增限制性内切酶酶切片段长度多态性,四、基因资源流失的原因,1、自然因素,2、生物因素,3、人为因素,掠夺式资源开发使基因资源丧失引种引起资源流失品种改良带来基因资源贫乏经济发展使基因资源丧失,一、林木遗传资源工作的发展,联合国粮食与农业组织（FAO）1948年成
11、立了“动植物遗传资源委员会”，其中包含森林遗传资源的研究和保存。1963年成立植物资源考察专家小组，组织并制定种质资源收集、保存和交换条例。1967年联合国粮农组织成立森林遗传资源专家小组，规划和协调有关林木基因资源搜集、利用和保存等方面的工作。,第三节 林木遗传资源管理,在国际组织的影响下，全球对森林遗传资源的重视程度有所提高，并采取了积极措施。建立自然保护区是生物多样性保护和遗传资源保护的有效措施。1872年美国建立了世界第一个自然保护区黄石公园（Yellowstone National Park），至2003年，全球自然保护区数量达到102102个，总面积1876万km2，相当于陆地面积
12、的12.65%。,1988年联合国召开了生物多样性特设专家工作组会议，起草了生物多样性公约协议。1992年在巴西召开的联合国环境与发展大会上，包括中国在内有168个国家签署了保护生物多样性国际公约。生物多样性的研究、保护和持续、合理地利用，已成为国际社会关注的中心议题。,我国已经制定了环境保护法、森林法、草原法、野生动物保护法、森林和野生动物类型自然保护区管理办法、珍稀濒危动植物名录等保护自然的法律和政策。我国于1956年建立了第一个自然保护区广东鼎湖山自然保护区以来，截至2003年底，全国共建立各类自然保护区1999处，总面积达到144万km2。其中，国家级自然保护区226个，面积为89万k
13、m2，占国土面积14以上，面积居世界第一。此外，自上世纪50年代开始的种源试验，60年代以来开展的选优-种子园等工作，收集了大批育种资源。,二、基因资源的类别与特点,1、栽培学分类,种(species)：树木分类学中最基本单位，通常是指进化系统上的等级，种是进化过程上的一定阶段。,类型(type)：种内发生在形态上、生理上或地理上的变异称为类型。如形态型、地理型、物候型等；,品系：在育种学上，品系是指遗传性状比较稳定一致而起源于共同祖先的群体，在实际应用中，往往将某个表现较好的类型后代称之为品系。,无性系(clone)：由同一株树木经无性繁殖所获得的一群个体，称为一个无性系。用来繁殖无性系的母
14、株称为无性系原株，组成无性系的个体称为无性系分株。,家系(family)：两个遗传型间交配产生的一批后代称为家系，双亲相同的后代群体叫全同胞家系(full-sub family)，双亲中只有一方相同的后代群体叫半同胞家系(half-sub family)。,品种(cultivar)：是经过人工选育的，优良性状经过人工选育所证实,属遗传性的控制，适应一定的自然和栽培条件，遗传性状比较稳定一致，在产量和品质上符合人类要求的栽培植物群体。,（1）本地基因资源,在当地自然条件下，经长期培育和选择得到的优良树种、品种或类型。,（2）外地基因资源,2、综合分类,指从国外或外地其它引入的树种、品种或类型。,
15、（3）野生基因资源,自然界野生的，未经人们栽培的树种。,（4）人工创造的基因资源,通过杂交、诱变等方法获得的基因资源。人工创造的资源，需要通过培育、选择、鉴定，才能在生产上应用。,三、基因资源的调查,1、地区情况调查。包括社会和自然条件两个方面。地形、地貌、气候、土壤、植被等。,2、树木概况调查。包括分布、种类、栽培历史、繁殖方法、栽培管理特点。,3、树种种类、品种（变种）、类型代表株调查。包括一般情况、生物学特性、形态特征、生态性状、经济性状等。,4、图表、标本制作和采集,5、调查资源的整理与总结。,四、基因资源的收集,收集时应特别注意以下几个问题：,1、收集乡土、珍贵、稀有树种和濒危树种；
16、2、收集同树种的栽培种和野生种。3、收集和探索一些高产、抗病虫、抗逆性强的特殊类型。4、收集不同生态环境中的基因资源。5、收集古寺庙、公园、古典园林和房前屋后有价值的古树。,在我国目前条件下，可考虑结合优树选择、地理种源试验的采样和优良林分的建立等进行。收集的材料要进行详细登记。,收集的材料原则上可以是传递基因物种的任何器官，如种子、枝条、花粉、组培苗等。但种子是最普遍最重要的收集材料。因为它体积小，一粒种子就是一个基因型，能提供丰富的遗传变异，同时能较好地反映原始群体的遗传组成。,（一）原境保存,原境保存(in situ conservation)是指在原来的环境或生境中对保存的对象进行保存
17、。,原境保存保存下来的不仅是原种群的基因及基因型频率，而且整个生态系统都保存下来。保存群体与原始群体都在同一生态环境中生长，没有新环境选择压的淘汰，这时保存群体与原始群体没有区别所以这种保存又称为静态保存，就象不曾发生过保存处理那样。,五、基因资源的保存,一般人为，要使保存的林分维持一个相对稳定的生态系统，并对原生态系统具有代表性，应维持1001000公顷的面积，如果保存的对象是异交的散生树木，则需要至少25000个个体，才能维持群体的相对杂合性。,（二）异境保存,异境保存(ex situ conservation)是指在区别与原始群体生态环境下的某一地点，将要进行保存的来自不同生态区的单株上
18、采集的种子或枝条，营造集中成片的人工林，以实现基因保存。,1、进化保存(evolutionary conservation),多样性的个体，在新的环境影响下，物竞天择，适者生存，在遗传、变异和自然选择作用下，林分朝着适应的一方进化，最后保存下来的是与风土气候相适应的产物进化保存的群体。,进化保存属于动态保存，是林木基因资源保存的重要方式。进化保存的例子很多，如全分布区种源试验、种源地理变异、引种试验、多树种适地适树适品种选择等试验。,选择保存是当前林木种质资源保存中的主要形式。对与分布广泛的平原阔叶散生树种，如无集中林分，轮伐期短，栽培地点世代变化很大的杨、柳、榆、槐、泡桐等树种，走选择保存的
19、路，可能是比较现实的。,选择保存也属于进化保存的范畴，只不过进化的方向不同。进化保存是朝自然选择的方向进化，其主宰作用是自然，选择保存是朝人工选择的方向进化，其主宰作用是人。两者都是在动态条件下边保存，边生长，边适应，边进化。都属于动态保存。,4、选择保存(selection conservation),选择保存是指保存的对象是由人来确定的，保存中和保存后仍不断进行选择。这种保存服务于人的既定目的，是为育种、经营或利用服务的一种保存方式。其主要目的是未来保存经济上有重要经济价值的基因或基因型免于丢失或灭绝。,（三）离体保存(in vitro conservation),离体保存(in vitr
20、o conservation)利用种子、根、茎和花粉等的贮藏来保存种质资源。,1、种子贮藏,利用种子贮藏是当前保存基因资源最容易最经济的方法。绝大多数的植物种子，可通过降低贮藏期间的温度和水分来延长它们的存活期。通过种子库保存种子。,据研究，影响种子安全贮藏的主要因素是种子本身的含水量、贮藏的适宜温度和相对湿度。1972年哈林顿对植物种子贮藏条件之间的关系提出两条规律：在含水量514的范围内，种子含水量每增加1，则种子寿命减半；而温度在050oC范围内，种子温度每升高5 oC，种子寿命减半。,一般说，种子安全贮藏的理想条件是：空气相对湿度约15，温度-20 oC或更低；空气中含氧少，含二氧化碳
21、多，容器要密封，贮藏室保持黑暗。,研究表明，在贮藏期间，如果种子发芽率不低于90，则极长期贮藏的种子可应用700年，长期贮藏的种子可应用150年。树木种子一般3050年即可更换一代种子。,2、花粉贮藏,花粉体积小，贮藏花粉要比贮藏种子或营养体要省事。但目前花粉贮藏方法还存在一些问题，在实际应用中受到限制。,3、营养体贮藏,对插穗或接穗进行贮藏.贮藏树木穗条的常用温度是-2至2 oC，根据贮藏的时间、植物休眠状态、和贮藏库的结构而定。,在许多试验中，植物细胞和组织在液体氮温度（-196 oC）下贮藏不同时期后，仍能存活并再生成完整植株。,4、利用组织培养技术,利用组培技术长期贮藏分生组织茎尖等，对于树木种质资源保存具有特殊价值。主要优点：遗传性比较稳定；繁殖潜力大；所需空间小等。,六、基因资源的利用,第四节 种内多层次的遗传变异,利用地理种源变异，进行种源选择；利用同一种源内不同林分变异，进行林分选择，改造成母树林，提供优良种子；利用同一林分内不同个体变异，进行优树选择，建立种子园或采穗圃，为生产提供良种或穗条；利用个体内变异，进行突变体筛选，如在苹果、柑桔中通过芽变培育新品种。,地理种源变异；同一种源内不同林分变异；同一林分内不同个体变异；个体内变异。,
