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1~6%、咖啡碱:
1~5%)
三、茶树的进化和植物学分类
1.茶树的进化
茶树原产地:
原产中国说、原产印度说、原产东南亚说、二元说
茶树进化主要表现:
由乔木型演化为小乔木、灌木型,叶片由大叶演化为中、小叶,花冠由大到小,酚氨比由大到小等。
2.植物学分类
(1)茶树的拉丁学名Camelliasinensis(L.)O.Kuntze。
(2)虞富莲:
我国绝大多数栽培品种可以归属于茶种及普洱茶变种和白毛茶变种,特征如下:
茶[Camelliasinensis(L.)O.Kuntze]:
灌木或小乔木,主要分布在长江南北各产茶省及闽、粤乌龙茶产区。
普洱茶[Camelliasinensisvar.assamica(Masters)Kitamara]:
乔木或小乔木,主要分布在华南、西南大叶红茶生产区。
白毛茶(Camelliasinensisvar.pubilimbaChang):
小乔木或乔木,主要分布在广西及的东南部
(3)福鼎大白茶品种Camelliasinensiscv.Fuding-dabaicha
四、种植资源的概念及类别
1.种植资源的概念
种质(Germplasm):
亲代通过生殖细胞或体细胞传递给子代的遗传物质。
种质库(基因库):
以种为单位的群体全部遗传物质,由许多个体的不同基因所组成。
种质资源(Germplasmresources):
具有种质并能繁殖的生物体。
包括品种、类型、野生种及近缘种的植株、种子、无性繁殖器官、花粉甚至单个细胞。
也称遗传资源。
2.茶树种质资源的类别
(1)根据来源划分:
本地种质资源、外地种质资源、野生种质资源、人工创造的种质资源
(2)根据亲缘关系划分:
初级基因库、次级基因库、三级基因库
五、种植资源的收集、保存和利用
1.广泛发掘和收集种质资源的必要性和迫切性原因:
(1)新的育种目标必须有更丰富的种质资源才能完成。
(2)不少宝贵资源大量流失,急待发掘保护。
(3)避免新品种遗传基础的贫乏,必须利用更多的种质资源。
2.种植资源考察围:
茶树起源中心、栽培中心和遗传中心进行。
3.种质保存(Germplasmconservation)
(1)概念:
利用天然或人工创造的适宜环境保存种质资源,使个体中所含有遗传物质保持其遗传完整性,有高的活力,能通过繁殖将其遗传特性传递下去
(2)保存的方式分为种植保存、种子保存、离体保存和基因文库。
a)种质保存:
就地种植保存,原来所处的自然生态系统;
异地种植保存,种质圃中,采取集中与分散保存的原则。
b)种子保存:
木本植物种子分为正常型(脱水耐受)、中间型(脱水中度耐受)和顽拗型(脱水不耐受)三大类。
c)离体保存:
用离体的分生组织、花粉、休眠枝条等保存种质资源。
试管保存,必须作定期的继代培养和重复转移,增加了工作量,易产生遗传变异。
茶树是多年生木本植物,多酚类含量高,组织和细胞培养技术平台还未完善。
d)基因文库:
分为基因组文库和cDNA文库。
4.种质资源的利用:
直接利用、间接利用、潜在利用
六、品种
1.概念:
指经人类培育选择创造的、经济性状及农业生物学特性符合生产和消费要求,具有一定经济价值的重要农业生产资料;
在一定的栽培条件下,依据形态学、细胞学、分子生物学等特异性可以和其他群体相区别;
个体间的主要性状相对相似;
以适当的繁殖方式(有性和无性)能保持其重要特性的一个栽培茶树群体。
2.茶树品种的属性:
特异性、一致性、稳定性、地区性、时间性
3.良种的作用:
提高单位面积产量、改进茶叶品质、增强适应性和抗性
七、四大茶区及特点(根据生态环境、行政和茶类划分为四大茶区):
华南茶区:
种质资源丰富,大多为乔木或小乔型的大叶种,野生茶树几乎各省都有;
西南茶区:
种质资源丰富,、等地有乔木或小乔木型野生大茶树;
江南茶区:
多为灌木型中小叶种,少部分为小乔木叶种;
江北茶区:
多为灌木型中小叶种。
八、主要育种目标:
高产稳产、品质优良、不同发芽期、抗性强。
九、特异优茶树资源(指具有一般茶树资源不具备的一些特异性状)
氨基酸>
6%、茶多酚>
45%、咖啡碱<
1%或>
5%,或发芽期特早(大于标准种10d)
第二章引种
一、引种的概念和意义
将茶树从现有区域人为地迁移到其他地区种植的过程
2.引种驯化的意义:
(1)是栽培茶树起源与演化的基础
(2)丰富和改变了茶树品种类型,提高了茶叶的产量和品质(3)为各种育种途径提供了丰富的种质资源
二、引种驯化的原理
1.遗传学原理:
G+E=P(G是基因型、E是环境、P是表现型)
2.生态学原理:
气候相似论、限制茶树引种驯化的主要生态因子
1)温度:
(主导因子)低温及极限最低温度往往是茶树品种分布的主要限制因素。
低温和极限低温及持续时间;
影响气温变化的地理位置、纬度及海拔高度;
寒冷地区引种应注意茶树抗寒性和采取有效栽培措施。
2)降水:
≤700mm/年,生长季节≤100mm/月,不利于茶树生长。
3)土壤pH:
茶园土壤pH4.5~6.5,pH>5.5生长缓慢,对茶树生长有不同程度的影响。
三、南茶北引的性状变异
1.树型:
植株矮化,最低分枝部位降低。
2.叶片:
叶片变小增厚,叶色加深。
上表皮增厚,栅状组织层次增多。
3.生长期:
随着降低的不同程度,发芽期相应推迟,年生长期相应缩短。
4.开花结实:
日照和气温的影响,花期缩短,结实率减少。
5.抗寒性:
易受冻。
6.化学成分:
茶多酚含量减少、氨基酸含量增加。
四、引种驯化的工作程序和措施
1.明确引种目标和要求
(1)生态条件;
(2)市场的需求:
市场需动态的,茶树一经种植,很难换种;
(3)品种适制性:
当地生产、消费什么茶类,品种适制什么茶类;
(4)品种搭配:
茶类搭配;
早、中、晚生搭配;
不同品质搭配;
抗性搭配。
2.先试后引
(1)一个品种的数量可少些,但引入品种个数,应尽可能多些;
(2)多点进行小规模试验。
证明可以引种直接利用时,再较大量地引种或就地建立母穗园。
3.与栽培试验相结合
4.与繁殖相结合
5.防止病虫传播
6.引入的品种选择
7.
第三章选择育种
一、选择育种的概念和作用
概念:
从茶树群体中,选择符合育种目标的类型,经过比较、鉴定和繁殖,培育出新品种的方法。
作用:
优中选优,简便有效(利用自然变异材料选择。
优良个体个别性状发生了变化,一般保持原品种优点。
);
连续选优,不断提高(变异→选择→变异→选择)
二、选择与选择育种(遗传是选择的保证,只有通过选择、繁殖,将有利的变异性状遗传下去,选择才有意义)
1.出现自然变异的主要原因:
自然异交引起的基因重组、基因突变
2.遗传力:
表明某一性状受到遗传控制的程度,分为广义遗传和狭义遗传。
H2=VG/VP。
遗传力介于0~1之间,遗传力大的性状选择效果好。
3.影响选择效果的因素
(1)增加群体的性状变异幅度:
变异幅度越大,选择潜力越大,选择效果越明显。
(2)提高性状的遗传力:
群体所处环境比较一致时,遗传变异方差较大,则选择效果好。
(3)降低入选率以增大选择强度:
降低入选率也就是提高选择标准,增加选择差。
三、选择的类别:
一次选择和多次选择;
单株选择、集团选择和混合选择;
独立淘汰选择和性状加权选择
单株选择法:
从原始群体中选取优良单株,分别编号,分别繁殖,各单株单独种植成一小区,根据各株系表现进行鉴定。
集团选择法:
是根据不同性状(如发芽期、叶形等)从群体中选出单株,把性状相似的单株归并到一起形成若干集团,不同集团分别采种或无性繁殖,分别种植于小区,以便集团间及与对照品种进行比较试验,选出优良集团。
混合选择法:
是从原始混杂的群体中按育种目标选出若干优良单株,混合繁殖,种植于同一块圃地,与同龄对照种及原始群体(即未经选择的群体品种)进行比较鉴定的选择法。
四、茶树经济性状的鉴定
1.鉴定方法有:
直接鉴定和间接鉴定、本地鉴定和异地鉴定、自然鉴定和诱发鉴定、田间鉴定和实验室鉴定等。
直接鉴定(Directevaluation):
根据目标性状的直接表现进行鉴定。
间接鉴定(Indirectinvaluation):
根据与目标性状相关的性状的表现来评定该目标性状。
2.经济性状的鉴定:
产量鉴定、品质鉴定、抗性鉴定(寒、旱、病虫)、生物学特性鉴定、品种纯度和繁殖力鉴定。
(1)产量鉴定:
根据采摘标准(红茶和绿茶品种采摘一芽二三叶和同等嫩度的对夹叶,乌龙茶品种采摘小到中开面叶),分批适时采摘,统计单位面积鲜叶产量。
全年采摘计算法:
统计春、夏、秋三季产量,这是工作量最大,但是最精确的方法
季节采摘计算法:
采摘一季或两季鲜叶,根据各季产量推算全年产量
高峰期采摘计算法:
采摘高峰期鲜叶,一般高峰期产量占各季产量的60%以上,根据高峰期产量推测全年产量。
新品种鉴定采取定植后第四年开始计产,统计全年产量,连续三年。
统计数据用二因子(品种间、年度间)方差分析,计算参试品种与对照品种间绝对产量的差异性显著程度。
(2)品质鉴定:
按照标准采摘鲜叶,并加工成干茶,进行感官审评。
为了最大限度地消除其他干扰因素,使某品种的特有品质得到表现,绿茶用春茶采首批一芽二叶制烘青绿茶,乌龙茶采春茶首批小到中开面新梢,夏季首批制红碎茶,机械加工,每一个品种的茶样不少于100g,妥善保存。
茶样由专职审评师按NY/T787进行感官审评来确定,品质总分是感官审评时的外形、汤色、滋味、香气和叶底5项因子加权后的总分。
3.早期鉴定(Earlyappraisal)是指育种初期对育种材料的主要性状进行的鉴定。
高产、优质、抗逆性强是茶树育种的基本目标,是鉴定茶树品种好坏的标准。
五、系统选种的基本方法:
1.系统选种的一般原则
(1)选择标准的制定:
自然条件,品种现状,生产茶类和今后发展
(2)有适当且丰富的原始材料
(3)在适宜的季节和树龄中进行选择
(4)根据综合性状并有重点的进行选择
(5)实行选择、鉴定、繁殖与推广相结合
2.无性系系统选种程序和方法
(1)根据育种目标选拔优良单株
(2)优良单株的修剪与繁殖
(3)品系比较试验(品系:
起源于同一单株或同类植株,遗传性状相对一致,已通过品种比较试验,尚未进行区域试验或未经审定的一群同类个体。
株系(Line):
经初步观察鉴定、无性繁殖,具有一定数量的同类个体)
(4)品种区域性试验
(5)繁育推广
3.有性系系统选种程序和方法
(1)选拔优良单株:
需调查开花期和结实率。
(2)采种与育苗:
采种、分家系播种于苗圃
(3)家系比较试验:
定植、鉴定各家系、从中选出优良家系。
(4)种子生产试验:
鉴定种子生产能力
(5)家系适应性试验:
入选的优良单株无性后代的种子,在不同生态条件的地区种植。
(6)繁育推广:
入选家系建立采种园
第四章有性杂交育种
一、茶树有性杂交育种(Sexualcrossbreeding):
以基因型不同的配子进行交配或结合形成杂种,通过对后代杂种比较、鉴定、选择、培育,获得新品种的方法。
二、有性杂交育种的类别
根据参与杂交亲本亲缘关系远近,分近缘杂交和远缘杂交育种;
按杂交性质不同,又可分为有性杂交和无性杂交育种(体细胞融合);
还可分为自然杂交和人工杂交。
三、有性杂交育种的意义:
1.是创造新品种新类型的重要手段(杂交、选择和无性繁殖相结合:
杂交产生基因重组,创造变异;
选择将优良变异个体或类型从杂种后代中分离出来;
无性繁殖能迅速增加后代数量,并使优良单株的基因不再分离。
)
2.是生物进化的重要方式:
打破了生殖隔离。
3.是研究遗传理论的重要方法之一:
自由分离和独立分配规律、遗传连锁现象等。
四、杂交方式:
两亲杂交、多亲杂交(添加杂交、合成杂交、多父本授粉、回交)
1.添加杂交:
多个亲本逐个参与杂交的方式,如(AxB)×
C。
添加的亲本越多,杂种综合优良性状也越多,育种年限延长。
2.多父本授粉:
一个以上父本的混合花粉授给一个母本。
3.回交:
杂交第一代及其以后世代与其亲本之一再进行杂交。
五、有性杂交亲本的选择和选配的概念与原则
亲本选择:
指根据育种目标选用具有优良性状的品种类型作为杂交亲本。
亲本选配:
从入选的亲本中选用哪些亲本配组杂交,确定父母本及先后顺序。
亲本的选择原则
亲本的选配原则
(1)广泛搜集,精选亲本
(1)双亲应具有较多的优点,其优缺点能互补
(2)亲本应尽可能具有较多的优良性状
(2)选用不同生态型的亲本配组
(3)明确亲本的目标性状,分清目标性状主次
(3)以具有较多优良性状的亲本作母本
(4)重视选用地方品种
(4)用一般配合力高的亲本配组
(5)亲本一般配合力要高
(5)注意父母本的开花期
六、杂交技术
1.杂交过程:
准备(如制作计划等)→花粉采集与贮藏→隔离→去雄→授粉→后期管理
2.测定发芽率方法:
(1)形态法:
显微镜下观测,正常呈球形。
(2)培养法:
5%蔗糖溶液,25℃培养数小时。
(3)染色法:
过氧化物酶是花粉在发芽过程中呼吸时所必须的,在该酶的作用下,将多元酚氧化而释放出活性氧,有生活力的花粉染成红色,无生活力的花粉染成黄色或无色。
第五章杂种优势的利用
一、杂种优势(Heterosis)的概念与表现
指两个基因型不同的亲本杂交产生的杂种第一代(F1),在生长势、生活力、繁殖力、抗逆性、产量和品质等性状方面超过其双亲的现象。
2.度量杂种优势的强弱:
中亲优势、超亲优势、超标优势、杂种优势指数
3.杂种优势检测
(1)性状观察:
性状比较和分析,简单方便。
(2)生化分析:
如同功酶和蛋白质电泳等方法。
(3)细胞遗传学鉴定:
进行细胞和染色体水平的鉴定。
(4)分子遗传学鉴定:
主要方法有RAPD、RFLP、STS、SSR、AFLP等。
4.茶树杂种优势利用的效果:
提高产量、改善品质、增加抗逆性、发芽期早
二、杂种优势产生的原因
显性假说、超显性假、其他假说(生活力假说、遗传平衡假说、上位性假说、基因组互补假说、基因多态性假说、基因网络系统假说)
三、茶树杂种优势利用的特点
1.茶树是多年生的植物:
只要亲本选配得当并将其相互交叉种植,每年都可获得具有杂种优势的杂种第一代种子。
2.茶树是异花授粉的植物:
(1)自花结实率极低,不必培育雄性不育系(雄性器官退化,自交不结实,雌性器官正常)。
(2)为选择杂交亲本提供了有利条件。
(3)遗传组成杂合,杂种第一代就出现不同程度的分离现象。
(4)须采取隔离措施。
3.茶树是叶用作物:
植物营养体的杂种优势最强。
4.茶树具有无性繁殖能力:
可以通过无性繁殖,固定杂种优势。
四、远缘杂交(widecross或distanthybridization)
近缘杂交:
同种不同品种或类型之间的杂交。
远缘杂交:
不同种、属或亲缘关系更远的植物类型间所进行的杂交。
亚远缘杂交:
地理上相距甚远、生态条件极不相同和系统上长期隔离的种不同类型或亚种间的杂交。
远缘杂交不亲和性原因:
双亲亲缘关系远,遗传差异大,染色体数目或结构不相同,生理上不协调。
(可区分为种间杂交、属间杂交等)
1.远缘杂交的作用
(1)引入异种(属)植物的有利基因:
人为地促进不同物种的基因渐渗和交流。
(2)创造新物种和异染色体体系:
导入不同种、属的染色体组;
导入异源染色体或片段。
(3)诱导单倍体:
诱导孤雌生殖。
(4)有效地利用杂种优势:
核基因和核质之间的互作。
(5)用于研究生物的进化:
使物种在进化过程中所出现的一系列中间类型重现。
2.克服远缘杂交不亲和性的方法
(1)注意亲本的选择与组配
(2)染色体预先加倍:
将染色体数目少的亲本加倍后再杂交。
(3)桥梁法:
亲本之一与桥梁品种杂交,杂种加倍后,再和另一亲本杂交。
(4)特殊授粉:
如混合花粉授粉、重复授粉、提前或延迟授粉等。
(5)组织培养等生物技术(柱头手术、子房受精、雌蕊离体培养、试管受精、体细胞融合)
3.克服远缘杂种夭亡、不育的方法
(1)幼胚离体培养:
解决胚乳败育、胚和胚乳不协调造成的杂种天亡。
(2)杂种染色体加倍:
解决双亲的染色体组或染色体数目不同而缺少同源性,不能形成具生活力的配子而造成的杂种不育。
(3)回交法:
杂种产生的雌、雄配子并不是都是无效的,用杂种与亲本之一回交。
(4)嫁接等无性繁殖:
把不育的杂种嫁接在可育株上。
5.远缘杂种后代的分离、培育和选择
(1)远缘杂种后代性状分离的特点:
分离无规律性,性状难以预测;
分离类型丰富、并有向两亲分化的倾向;
分离世代长、稳定慢
(2)远缘杂种后代的培育:
分别采收,单粒播种,单株定植,以行株距150x75cm为宜。
(3)远缘杂种后代的选择:
采用单株选择,淘汰要慎重。
根据远缘杂种后代分离复杂的特点,适当增加杂种后代的选株数量和选育代数。
发现有利变异,无性繁殖。
第六章诱变育种
诱变育种:
利用物理、化学因素,诱发生物产生遗传变异,根据育种目标对变异体进行选择和鉴定,直接或间接培育新品种的育种途径。
实质是通过诱变DNA发生结构变化(包含染色体畸变、易位及碱基序列改变),从而导致基因的变异。
选择育种和杂交育种,是利用自然突变和基因重组,不能创造新的基因。
一、诱变育种的特点:
1.提高突变率、扩大变异谱:
突变提高100~1000倍,变异围广。
2.适于品种个别性状的改良:
诱发点突变,只改变原品种个别缺点。
3.变异的方向和性质难以掌握:
生物是经历长期进化的,它们的遗传物质及代过程已达到协调状态,某一基因被诱发产生突变,这种状态就遭到破坏。
了解、预测和控制变异,定向地改良品种性状。
4.与其他育种方法结合,发挥更大的作用:
获得的突变体,可通过其它手段转移到别的品种上。
二、辐射诱变育种
1.常用的辐射种类:
β粒子、中子、X射线、γ射线和紫外线。
2.辐射的剂量测定:
(1)放射性强度:
放射性核素特征的物理量。
国际制单位是贝可(Bq),专用单位是居里。
(2)照射量:
只用于X和y射线。
国际制单位是库(伦)每千克(C/kg),专用单位是伦琴(R)。
(3)吸收剂量:
辐射的生物效应与吸收剂量的关系。
国际制单位是焦耳每千克(J/kg),专用单位是戈瑞(Gy)。
剂量率:
单位时间被照射材料所接受的剂量。
(4)中子流量:
以每平方厘米上通过的中子总数。
3.适宜剂量和剂量率的选择
(1)辐射剂量围与诱变效果有密切的关系,如果照射剂量过低,不易获得理想的诱变效果;
若照射剂量过高,易使被照植株大量死亡。
(2)一般照射剂量选择在临界剂量(LD40)附近,或半致死剂量(LD50)。
4.辐射诱变的机理(电离辐射引起有机体变异分为四个阶段)
(1)物理阶段:
发生电离和激发;
(2)物理化学阶段:
产生活泼的自由原子或自由基;
(3)生物化学阶段:
原子和自由基与核酸和蛋白质发生反应,引起分子结构的变化;
(4)生物学阶段:
各种细胞器的结构及其组成发生变化,包括染色体的畸变和基因突变。
辐射诱变主要是细胞水平上的染色体畸变和分子水平上的基因突变。
5.辐射处理方法:
种子照射(干、湿或萌动种子)、营养器官照射(扦插苗)、花粉照射
三、化学诱变育种
采用化学诱变剂处理植物材料,诱发遗传物质发生突变,然后根据育种目标,对变异进行鉴定、培育和选择,最后育成新品种的途径。
1.常用化学诱变剂及作用机理
(1)烷化剂类
(2)核酸碱基类似物:
胸腺嘧啶类似物、腺嘌呤类似物。
(3)简单有机化合物:
乙酸、甲醛等。
(4)简单无机化合物:
氨、双氧水等。
(5)抗生素:
链霉素等。
(6)生物碱:
秋水仙素、高级酚类等。
2.化学诱变的方法:
浸渍法、注入法、涂抹法和滴液法、熏蒸法和施入法。
四、诱变育种的方法和程序
1.材料的选择
(1)育种目标:
综合性状优良,只是一二个不好的性状需要改进。
(2)不同品种或类型:
对诱变因素的敏感性不同。
(3)处理部位:
有利于物理或化学诱变剂最大限度地发挥作用。
2.诱变剂量的确定
参比同种植物或相近植物(如同属、同科植物等)的同类器官诱变剂量。
为了减少多发性突变,处理剂量要稍低些;
如果期望产生多类型的突变体,应采取较高的剂量。
3.处理群体大小的确定及后代选择
剂量、品种的敏感性,繁殖系数,育种目标和人办、物力,茶籽用量为1-2kg。
扦插苗所发生的突变是体细胞,由它长成的变异枝条,当代选择,无性繁殖。
五、多倍体育种
在有性世代或无性世代的某一阶段,用物理的或化学的方法使染色体倍数增加,然后经过选择培育而育成新品种的途径
多倍体:
具有三个以上染色体组的茶树统称为多倍体,如水仙、政和大白茶
2.多倍体育种的意义:
(1)巨大性:
各组织和器官变大。
(2)生化成分:
新代旺盛,生化成分含量提高。
(3)育性:
三倍体高度不育;
同源多倍体在减数分裂中染色体不能正常配对或分离;
异源多倍体有一定程度的不育性,但高于同源多倍体。
(4)克服远缘杂交不孕性和远缘杂种不实性:
将杂交的亲本之一的染色体加倍后杂交,有可能杂交成功;
将F1植物染色体加倍,育性增加。
3.人工获得多倍体的方法(化学试剂、物理因素、杂交途径、胚乳培养等途径)
秋水仙素作用机制:
秋水仙素与正在分裂的细胞接触后,抑制细胞分裂时纺锤丝形成,使已正常分裂的染色体停留在赤道板上,不能拉向两极,同时又抑制细胞板的形成,使分裂的染色体留在一个细胞核中,从而造成染色体数目加倍。
(1)化学试剂诱变多倍体:
处理萌动的种子、处理新梢、处理黄化枝条。
(2)物理因素诱变多倍体:
温度激变、机械损伤、电离射线及离心力。
第七章生物技术育种
一、基本概念
1.细胞全能性:
外植体细胞经过脱分化,失
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