园林育种学概述.docx
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园林育种学概述
园林育种学概述
主要内容
•园林植物育种学的意义
•植物品种的概念、特点和作用
•国内外园林植物育种概况
1.1园林植物和园林事业
(1)园林植物:
乃观赏植物之泛称,是指具有一定观赏价值,使用于室内外布置以美化环境并丰富人们生活的植物。
园林植物的种类
木本和草本
乔木、灌木和地被植物
水生植物、陆地湿生植物、旱生植物
露地观赏植物、室内观赏植物
栽培观赏、鲜切花装饰观赏
(2)园林事业城乡建设的重要组成部分
(3)园林植物是园林事业的主要组成因素和重要内容
园林育种学
(1)概念
•园林植物育种:
通过引种、杂交育种、选种或良种繁育等途径改良观赏植物固有类型而创造新品种的技术与过程,称作园林植物(观赏植物)育种。
•园林植物育种学:
是指研究选育和繁育园林植物优良品种的理论和方法的科学
育种技术:
常规育种术:
引种技术、选择技术、杂交技术
非常规育种术:
诱变育种技术、细胞及组织培养技术、分子生物学技术
(2)任务:
尽快丰富观赏植物类别
改良现有品种
加快良种繁育
•2.1植物品种的概念:
是人类在一定的生态和经济条件下,根据人类的需要所选育的某种栽培植物群体;该群体具有相对稳定的遗传特性和生物学、形态学及经济上的相对一致性,并以此与同一栽培植物的其他群体相区别。
2.2品种的特点
(1)是经济范畴的概念,不是植物学分类单位
(2)是重要的生产资料
(3)具有特异性、一致性和稳定性
•特异性:
本品种具有一个或多个不同于其他品种的形态、生理等特性;
•一致性:
品种内个体间植株性状和产品主要经济性状整齐一致;
•稳定性:
品种的特异性和一致性能稳定遗传。
(4)品种的利用具有时间性
(5)品种的适应性具有地域性
(6)良种需要良法
2.3品种的作用
(1)观赏、造圆材料
(2)企业生存和发展的基础
3.1国内外概况
1)国外:
欧美
2)我国:
相对欧美较落后,但也取得了许多成就
3.2我国园林植物种质资源的特点
•①早花和特早花类型多;
•②两季或四季开花类型多;
•③花有芳香甚至有异香者多;
•④具有特异性状者多(如具金绒色花之金花茶,开绿花之风仙花,花心具“台阁”之梅花,开大朵黄花之大花黄牡丹等等);
•⑤具有突出的抗逆性者多,尤其是抗虫、抗旱、耐热、耐盐碱等;
•⑥具有强大的自播能力和随遇而安的适应性者多。
3.3国内外育种工作发展动态
•1)重视种质资源的收集和研究2)突出抗性育种和适应商品生产的育种
•3)良种产业化发展趋势4)育种新技术的探索5)育种技术的综合运用
种质资源
。
种质资源的意义和作用
1概念
种质资源或称基因资源、遗传资源,
指包含一定的遗传物质,表现一定的优良性状,并能将其遗传性状传递给后代的园林植物资源的总和。
亦即对园林植物品种改良和栽培拥有一定利用价值的遗传物质总和
种质资源的范围
a.全球植物资源b.地区植物资源c.群落内植物资源d.物种资源(居群)e.品种群f.单株、器官、组织、单个细胞、一个基因片断。
1.2种质资源的意义和作用
1.2.1种质资源是育种工作的物质基础育种工作的成就在很大程度上取决于掌握种质资源的广度和深度,如布尔班克创造无刺仙人掌。
突破性育种成就的取得关键在于新的种质资源的发现和利用,如水稻杂种优势的利用。
1.2.2种质资源是不断发展新观赏植物的主要来源野生种质资源尚有大量未被开发利用的植物,是发展新观赏植物的主要来源,也是解决人类衣食住行、卫生、能源的宝贵财富。
1.2.3适应生产的不断发展,需要发掘更多的种质资源
育种目标的要求在变化,需要更多各种各样的种质资源
•1.3我国丰富的花卉种质资源
•a.园林之母b.地形复杂c.气候多样d.历史文化悠久
中国菊花之美
a.古典菊花的“五美”b.广泛的生态适应性c.丰富的变异类型d.多样的用途
2种质资源的类别和特点
栽培植物起源中心
遗传类型极为多样而且分布比较集中,具有地区特有性状,并且出现原始栽培种及近缘野生种的地区,往往是某一种栽培植物的起源中心。
a.本地品种资源:
原产于本地或在本地种植很久的品种资源,对当地的气候条件和栽培条件有良好的适应性,是育种中重要的亲本来源
b.外地种质资源:
是由国内外其它地区引入的品种或类型,它们反映了各自原产地区的自然和栽培特点,具有不同的遗传性状,其中有些是本地种质资源所不具备的,所以在育种工作中是改良本地品种的重要材料
c.野生种质资源是指野生的花卉,由于它们是在某一地区的自然条件下经过长期自然选择的结果,因此具有高度的适应性和抗性基因,但是经济性差,常常是砧木与抗性育种的重要资源
d.野生种质资源是指经人工杂交和诱变产生的变异类型,有些类型虽不符合花卉生产的需要,但往往具有某些特殊性状的基因,可作为进一步育种的种质资源。
3.1种质资源的收集
收集的方法:
材料,数量,取样,处理,整理,交换或购买
3.2种质资源的保存
a.种植保存b.组织培养保存法c.种子低温保存法(种子库)d.超低温种质保存法
3.3种质资源的研究和利用
1)分类学性状的研究2)生物学特性的研究3)观赏特性的研究4)经济性状方面的研究5)抗逆性及适应性的研究6)适合能力的研究7)分子生物学研究
引种
主要内容:
1、引种驯化的概念和意义2、引种驯化的原理3、引种驯化的程序及方法
1引种驯化的概念和意义
1.1引种驯化的概念
驯化(Domestication)
引进来的种或品种,有的表现很好,可以直接利用,有的表现不好,常常有不服水土的现象,需要采用一些技术措施,使其改变遗传性,慢慢适应新环境的过程,这就叫做驯化
1.2引种驯化的历史
a.人类文明离不开引种驯化;b.我高植物引种历史悠久;c.从世界各地引入大量的园林植物;d.国内不同地区间相互引种
1.3引种驯化的意义
1)丰富园林植物类型2)引入品种可直接供生产利用,解决生产用种问题3)找到更为适合的环境4)是育种中再利用的良好材料
2.引种驯化的原理
引种的遗传学基础
a.反应规范
生物体的表现型是基因型与环境条件相互作用的结果。
引种是植物在其基因型适应范围内迁移。
这种适应范围受到基因型的严格制约。
所谓品种的适应范围,就是这个品种基因型在地区适应性反应的反应规范。
b.潜在基因
生物体的基因只有在适宜的环境条件下才能得以表达。
植物的易地栽培是在植物具有潜在的适应基因的条件下获得成功的
c.植物的发育调控
适宜的环境条件可以激活一些基因表达,因此原产地没有表达出来的性状有可能在异地条件下表达出来。
关于遗传的可塑性,生理上的可协调性和发育的阶段性.
2.1气候相似论
基本要点:
地区之间,在影响植物生产的主要气候因素上,应相似到足以保证植物品种品种互相引用成功时,引种才有成功的可能性。
德国慕尼黑大学林学家麦依尔教授在《自然历史基础上的林木培育》1909年论述道:
木本植物引种成功的最大可能性在于树种原产地和新栽培地有气候条件相似的地方。
2.2园林植物生态型研究与引种的关系
1)基本概念
生态因素:
对植物的生长发育有明显影响的和直接为植物所同化的因素生态环境(或条件):
对植物的生长发育起综合作用的一些生态因素的复合体生态地区:
对于一种植物具有大致相同生态环境的地区
生态性状:
在一定生态条件下形成的品种性状的总体
生态型:
在一定生态地区某种植物具有相似生态性状的品种群
2)生态型、生态性状、生态环境的关系
3)生态型的类型:
a.气候生态型b.土壤生态性c.共栖生态型
4)生态型研究与引种:
a.生态型是确定育种目标和后代选择的依据b.生态型理论是引种的重要依据c.选择杂交亲本时必须重视亲本生态型之间的差异
2.3主导生态因子的分析
1)温度2)水分3)光照4)土壤5)风6)生物因素
1)温度:
温度因子最显著的作用是支配植物的生长发育,限制着植物的分布。
其中主要是年平均温度、最高最低温度、季节交替特点等等
(1)生长期平均气温
a.不同树种适应性不同水杉:
-30度至46度,曾分布在北纬40-80度大范围内b.杂种适应性强
(2)最高最低温度(3)季节交替(4)对低温的要求(5)东西之间、南北之间
2)降水和湿度
水分是植物生存的必要条件。
中国国土水分分布状况(图)
(1)不同纬度降雨特点不同
(2)不同树种对湿度的反应不同空气湿度、土壤含水量(3)降水量的季节分配对树种影响
3)光照光照对引种的影响大致包括昼夜交替的光周期、日照强度和时间。
1.不同纬度光照长短质量不同2.不同树种对光照反映不同3.植物不同发育阶段对光照反应不同
4)土壤
土壤的理化性质、含盐量、pH值以及地下水位的高低,都会影响园艺植物的生长发育。
(1)土壤生态条件主要指土壤酸碱度
(2)按植物对酸碱度的反应分类
5)生物因子
(1)昆虫传粉作用
(2)植物间的共生关系(3)植物在原产地和土壤系统形成共生关系,对一些土壤微生物产生依赖.(4)有些难以控制的严重病虫害影响植物引种。
2.4研究植物的生态历史
1)植物生态历史愈复杂,它的适应潜力和范围可能愈大2)植物的进化程度和适应性
3.1引种的程序
1.引种目标及其可行性分析;2.选择引入材料3.引种材料的收集和编号登记4.引种材料的检疫
5.引种试验6.栽培性试验和推广
引种目标及其可行性分析:
a.植物的生态型;b.植物的分布区c.气候相似性;d.主导生态因子;e.引种地栽培技术条件。
选择引入材料
a.本地没有的新材料;b.与引入地植物有系统发育关系;c.以往有相关引种的技术记载;
d.对改良本地植物提供新的基因资源。
引种材料的收集和编号登记
收集途径:
交换,购买、赠送、考察收集
登记:
a.材料名称编号b.来源地c.引种时间d.引种人e,材料状况
引种材料的检疫
a.危险病虫害;b.疫区植物的消毒处理;c.隔离种植。
引种试验
a.试种观察b.种源试验c.品种比较试验d.区域试验
引种试验的观测指标
a.观赏特性b.物候期c.抗逆性指标d.适生环境
栽培性试验和推广
a.品种繁殖b.栽培技术推广c.品种评价和品种管理
d.引种驯化的基本程序
3.2引种方法
1)利用遗传性动摇的可塑性大的材料作为引种驯化2)在引种驯化中采用逐渐迁移播种的方法
3)引种驯化栽培技术的研究4)引种要结合选择来进行5)引种结合育种
3.3引种需注意的问题
检疫:
危险性病虫杂草及其他有害生物
检验:
种子含水量、发芽率、发芽势、纯度、净度
选择育种
1.选择的意义
1.1选择的作用
1)选择是植物进化的基本要素之一。
2)选择是育种过程中不可缺少的环节,是积累和巩固变异的有效手段。
3)选择本身就是一种育种途径(选择育种)
1.2选择的类型:
a.自然选择b.人工选择
1.3选择的方向
自然选择是使生物具备和完善适应一定生态和生活习性的各种性状;人工选择——人类所要求的各种性状。
2选择育种的原理
2.2.1选择的创造性作用
1)从育种效果上看:
⑴增大变异;⑵筛选性状组合;⑶影响进一步的育种成果。
2)基因平衡定律
在一个随机交配群体中,如果没有基因转移,漂移和定向选择,则该群体的基因频率和基因型频率遵循如下规律:
A-p,a–q,
AAAaaa=p2+2pq+q2,
3)从遗传的机制上看:
a.改变基因频率和基因型频率b.使基因型的分离和重组发生改变c.淘汰群体中存在的不利基因d.是生物体产生新的基因平衡
2.2.2纯系学说和品种自然变异
纯系学说:
a.在自花授粉作物原始品种群体中,通过单株选择繁殖,可以分离出一些不同的纯系,
表明原始品种为各个纯系的混合纯体,通过个体选择从中分离出各种纯系,这样的选择是有效的。
b.在统一纯系内继续选择是无效的,因为同一纯系内各个体的基因是相同的,同一纯系内,受环境因素影响的性状变异,不影响生殖细胞的不能遗传。
品种自然变异
品种群体内发生自然变异的原因:
a.自然异交而引起基因重组b.基因突变c.新育成品种群体中的变异
2.3选择育种的意义
选择育种是一种最古老的育种方法。
在植物育种的发展中到了非常重要的作用,世界各国在植物育种的早期阶段采用选择育种法取得了明显效果,育成的很多品种在生产上发挥了重要作用。
但是选择育种只是利用自然变异进行选择,而自然变异的频率低、变异的方向不固定,是育种的初级阶段,现在利用这种方法选育品种已不是主要方法。
4选种育种的目标
a.抗逆性b.抗病虫c.新花色d.植株奇特e.切花、干花的要求f.其他如花型、花期、重瓣、皱瓣、观赏经济并用型等,花小而多、整体效果好等。
3.实生选种方法
实生选种是在自然授粉产生的种子播种后形成的实生植株群体中,采用混合选择或单株选择得到新品种的方法
3.1混合选择法
按照某些观赏特性和经济性状,从一个原始的混杂群体或品种中,选择彼此类似的优良植株把它们的种子或种植材料(如鳞茎、插条等)混合起来重在同一块地里,次年在于标准品种进行鉴定比较。
如果对原始群体的选择只进行一次,就繁殖推广的,称为一次混合选择,如果对原始群体进行不断的选择之后,再用于繁殖推广的,称为多次混合选择。
混合选择的优点:
a.简便易行;b.获得材料较多c.保持较丰富的遗传多样性
混合选择的缺点:
a.无法鉴别单株基因型,降低了选择效果;b.对劣变基因淘汰速度较慢。
3.2单株选择法
把从原始群体中选出的优良单株的种子或种植材料分别收获,分别保存,分别繁殖的方法。
在整个育种过程中如只进行一次以单株为对象的选择而以后就以各家系为取舍单位的称一次单株选择法。
如先进行连续多次的以单株为对象的选择,然后再以各家系为取舍单位的,就称为多次单株选择法。
单株选择法的优点:
a.能选出可遗传变异;b.有效淘汰劣变基因。
单株选择法的缺点:
a.占用较多的土地;b.需要较长的时间。
3相关性状遗传
某些性状具有相关性,对于现阶段不能选择的性状可以通过相关性状提前选择,从而错段育种年限。
这一选择方法的基础在于性状表现的遗传规律性,以及个体发育过程中,早期和后期某些性状间的相关性。
4遗传标记辅助的选择育种
遗传标记:
表明生物体遗传特征的标记。
遗传标记的基本特征:
a.不受生长发育阶段的限制;b.不受环境条件的限制;c.不受组织特异性限制。
分子标记——DNA指纹技术a)RFLPb).RAPDc).AFLPd).SSR
分子标记的特点:
a.稳定性高;b.特异性好;c.标记数量多;d.可以鉴别单株差异。
3.6无性系选择
无性系是指一株植物用无性繁殖所得的所有植物的总称
1芽变的概念
芽变是体细胞突变的一种,即突变发生在芽的分生组织细胞中,当芽萌发长成枝条,并在性状上表现出与原来植株类型不同的性状即为芽变。
a.突变的芽长成枝条经繁育可以成为单株变异;
b.是植物产生新变异的来源,为杂交育种提供新种质;
c.芽变可通过无性繁殖保持其优良特性
4.2芽变的特点
1)多样性;a.植株形态b.色素的变异c.开花期d.育性e.抗逆性2)芽变的重演性3)芽变的稳定性4)芽变的局限性
3.4选种的程序和步骤:
1)初选2)复选3)决选
5、影响选择效果的因素:
a.选择要在大群体中进行b.在相对一致的条件下进行c.根据综合性状有重点地进行
杂交育种
1、概念
杂交育种:
是指以基因型不同的园林植物种或品种进行交配形成杂种,通过培育选择,获得新品种的方法。
杂交育种可分为品种间杂交和远缘杂交育种。
是培育新品种主要途径,是近代育种工作最重要的方法之一。
植物育种技术的发展阶段
2、原理
1)基因重组
通过不同品种间杂交,可将分属于不同品种、控制不同性状的优良基因随机结合形成各种不同的基因组合,再通过定向选择育成集双亲优良性状于一体的新品种。
2)基因互作产生新性状
基因互作有互补、积加、重叠、上位效应。
将分散在不同亲本的不同显性互补基因结合,产生双亲均不具备的新的优良性状。
如香豌豆:
基因互补作用,遗传反祖现象。
P白花CCpp×白花ccPP
↓
F1紫花CcPp
↓⊕
F29紫花(C_P_):
7白花(3C_pp+3ccP_+1ccpp)
3)基因累加产生超亲性状
一些数量性状,如生育期、产量、抗逆性等通过杂交在后代中可以产生超亲现象。
a.组合育种b.超亲育种
3杂交育种的意义
(1)创造新品种新类型的重要手段,杂交选育新品种具有重大经济效益
(2)杂交是生物进化的重要方式
(3)杂交是研究遗传理论的重要方法之一
二、选择亲本的原则
亲本选择是杂交育种工作的第一步,是育种工作成败的关键。
实践证明有的亲本组合在后代容易获得优良的杂种后代,有的组合尽管在后代做了大量的工作,也未能获得优良品种。
亲本选配的成功率并不高,育种家们经过长期的研究,发现并得出了一些有价值的规律。
1、选择的亲本应该具有我们所需要的那些优良性状和特性,并且两个亲本的优缺点要能互相弥补。
选择亲本时要选优点多缺点少的。
一方的优点应在很大程度上克服对方的缺点,达到取长补短之目的。
如果双方的缺点多,又不能互补,就不易育成所期望的杂种。
亲本双方可以有共同的优点,绝不可以有共同的缺点。
2、应选择当地的推广品种作为亲本之一
当地推广品种一般对环境的适应性强,以它为亲本之一,就可使选出的杂交后代在抗逆性、适应性等方面表现优良,避免当地自然灾害对新品种产生巨大影响。
3、两个亲本的地理起源远、生态类型差异大
遵循这个原则选配亲本,可以丰富杂种的遗传性,增强杂种优势,获得分离较大的及超越双亲的类型。
两个亲本的地理起源越远、生态类型差异越大,后代分离越广泛,选到优良类型的概率大。
4、亲本选择时要考虑两个亲本
遗传传递能力的强弱
野生种——栽培种
当地品种——外来品种
纯种——杂种
成年植株——幼年实生苗
自根植株——嫁接在其它种砧木上的植株
母本——父本
5、选择的亲本一般配合力要高
一般配合力是由基因的加性效应决定的,选用一般配合力高的品种杂交,杂交后代可能出现超亲变异。
6、选择结实性强的种类作母本,而以花粉多而正常的作父本,以保证获得种子。
三、杂交方式
亲本选定以后,接下来要确定的就是杂交方式,不同的杂交方式所获得的结果是不同的,根据育种目标要求合理选配组合进行杂交也是十分重要的。
(一)杂交方式
1、单交(成对杂交)
单交:
是指两个不同品种或品系进行一次杂交,又称成对杂交。
•书写形式:
AXB
•正交和反交
成对杂交的特点
1)方法简便;2)后代稳定快;3)综合性状少;
当两个亲本优缺点能互补,性状总体基本上能符合育种目标时,应尽可能采用单杂交。
2、复合杂交:
即在两个以上亲本之间进行的杂交称为复合杂交,一般先配成单交,然后根据单交的缺点再选配另一单交组合或亲本,以使多个亲本优缺点能互相弥补。
复交的方式又因采用亲本数目及杂交方式不同而有以下几种:
•1)三交(A╳B)╳C,A/B//C
•2)双交(A╳B)╳(C╳D),A/B//C/D
•3)四交[(A╳B)╳C]╳D,A/B//C/3/D;五交等依此类推。
•4)聚合杂交
•第一次杂交A/BC/DE/FG/H
•第二次杂交A/B//C/DE/F//G/H
•第三次杂交A/B//C/D/3/E/F//G/H
复合杂交的特点(与单交比较)
a.工作烦琐,工作量大b.需要年限长c不同杂交方式和亲本先后顺序影响杂种后代的遗传组成d.分离类型丰富,需要种植群体大;e.群体分离世代长,应加强高代选择
3、回交
(1)概念:
v回交是指杂种后代与两个亲本当中的一个再进行杂交。
v回交育种是指两品种杂交后,通过用杂种与亲本之一连续多代重复回交,把亲本的某些特定性状导人另一亲本的育种方法。
v轮回亲本(受体亲本):
用于多次杂交的亲本称为轮回亲本,一般是综合性状优良的亲本。
v非轮回亲本(供体亲本):
只用于第一次杂交的亲本,提供轮回亲本的1至2性状。
(2)回交的遗传学效应
回交与基因型纯合:
后代纯合体频率{(2r-1)/2r}n;纯合体基因型一种,自交2n种;
亲本基因频率的变化:
连锁基因的重组机率1-(1-C)r;
(3)回交育种注意事项
a.轮回亲本适应性强;b.非轮回亲本目标性状明显;c.回交后代加强选择;d.数量性状的改良一般不宜用回交法
(4)回交法的作用
a.改良品种的个别缺点b.选育近等基因系c.克服远缘杂交的不育性d.不育系选育e.导入标志性状
4、多父本混合授粉、自由授粉
1.花部构造和开花习性
杂交亲本确定后就要了解花部构造,开花习性和传粉特点等,以便采取有效措施确保杂交成功。
1)花部构造:
a.两性花b.单性花
2)授粉特性:
a.自花授粉;b.异花授粉;c.常异花授粉.
2.花期调整与花粉处置
1)花期调整:
a.错期播种b.育苗移栽c.栽培措施
2),花粉贮藏
3、杂交技术
1)母株和花朵的选择:
a.典型性b.生长健壮,发育良好;c.中上部和向阳的花;d.花朵数3-5朵。
2)去雄:
a.防止伤及雌蕊;b.彻底;c.防止污染;
3)套袋:
a.保护雌蕊;b.防止非计划授粉;c.防治昆虫及其它伤害;d.标记植株。
4)授粉:
a.授粉时机;b.授粉次数;c.授粉方法。
四、杂种后代的选育:
a.杂种后代的选择是杂交育种的关键b.根据各世代的遗传特点进行
杂交第一代(F1)
a.播种:
播种时分别按组合播种,两旁播父母本便于比较,以淘汰假杂种。
b.选择:
杂交第一代(F1)一般不分离,此时主要进行组合选择,中选组合不必进行株选,须淘汰不良植株,再按组合采收种子。
c.收获:
按组合收获
F2代
种植:
按组合排列方式;株数较多;
选择:
F2代性状开始强烈分离,群体应大几百-几千,根据目标性状进行单株选择。
a.建立无性系b.继续选择培育
收获:
按单株收获脱粒编号和保存。
F3、F4及以后世代
种植:
入选单株种成株行;
选择:
先按株行选择,再选单株;
收获:
单株收获;
优良一致的株行混合收获,进入品系鉴定比较。
2、远缘杂交的作用:
a.提高花卉的抗病性和抗逆性;b.创造花卉新类型;c.利用杂种优势;d.用于研究生物进化;
e.创造雄性不育的新类型。
(二)远缘杂交的特点:
(1)远缘杂交的不亲和性;
(2)远缘杂种的不育性;(3)远缘杂种后代分离特性;
(4)远缘杂种的杂种优势.
(三)远缘杂交不亲和性的原因及克服方法
1.表现和原因
不亲和性指远缘杂交时,由于双亲的亲缘关系较远,遗传差异较大,生理上也不协调,这些都会影响受精过程,使雌、雄配子不能结合而形成合子,
不亲和性常见的现象:
1)花粉在异种植物的柱头上不能发芽;2)花粉管不能进入柱头;3)花粉管生长缓慢或花粉管太短,不能进入子房到达胚囊中;4)花粉管虽能进入子房,到达胚囊,但不能完成双受精作用;
不亲和性的原因:
1)花器构造的隔离:
2)生理差异的隔离:
柱头细胞渗透压、酶的组成、PH值、分泌物等
3)遗传上的差异:
染色体数目、结构与基因组成的差异
2、远缘杂交不亲和性的克服方法
(1)选择适当亲本并注意正反杂交
选择亲本时,除了根据育种目标,选择具有最多的优良性状的类型作
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