第二章 园艺植物种质资源基础

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种质概念

种质(germplasm)是决定生物种性(生物之间相互区别的特性),并将丰富的遗传信息从亲代传给子代的遗传物质的总体。
  • 内涵:种质决定生物种性;种质能在亲代和子代间遗传,凡是携带遗传物质的载体都可以称为种质。
  • 外延:宏观上,种质可以是一个群落、一株植物、植物器官;从微观上,植物种质范畴包括细胞、染色体乃至核酸片段。

园艺植物起源与演化

概念:园艺植物起源与演化是指园艺植物各种类类群原生地或者次生地,以及传播、演变和进化的过程。比如一开始菰是吃种子,南宋变成了吃膨大的肉质茎(茭白)

栽培植物起源中心理论

  • 世界栽培植物起源中心:中国中心;印度-缅甸中心;印度-马来西亚中心;中亚细亚中心;近东中心;地中海中心;埃塞俄比亚中心;中美中心;南美中心;智利中心;巴西-巴拉圭中心
  • 凡是集中分布一个物种大多数变种、类型的地区,就是这个种的起源中心;中心的各种变种中常含有大量的显性等位基因,而隐性等位基因则分布在中心的边缘和隔离地区
  • 原生中心:某栽培植物种或者变种的原产地;次生中心:指从其他地区引进后经过变异和杂交又形成了许多类型的地区。这两者可以根据显性基因的多少来区别。
  • 最重要的栽培植物开始发展的地带位于20-45N之间。栽培植物的起源均在其野生种自然分布区域内,由于沙漠海洋和高山的阻隔产生了独立的植物区系和人群的独立发展,两者相互影响又产生了独立的农业文化。
  • 绝大部分栽培植物起源于世界东方,特别是中国和印度,几乎提供了一半的栽培植物。其次为西亚和地中海地区。
  • 栽培植物有其品种多样性的地理分布规律。从喜马拉雅山往西到地中海,作物种子和果实有逐渐变大的倾向;生长在也门地区的全部植物都有早熟类型。

园艺植物的分类

分类目的:研究园艺植物的品种的分类、亲缘演化关系、命名、栽培历史和地理分布,从而为合理利用园艺植物资源提供理论依据。
种是分类的基本单位,种下面有亚种,亚种下面还有变种。
品种系统:在生产实践中将起源于同一种或者同一变种的品种列为一个品种系统。
品种:根据品种的主要特征和特性,将品种系统分为若干品种群,其下再分品种。

农业生物学分类

果树

1、落叶果树
  • 仁果类:苹果、沙果、山楂、梨
  • 核果类:桃、李、梅、杏、樱桃
  • 坚果类:核桃、山核桃、长山核桃、栗、银杏、扁桃
  • 浆果类:葡萄、猕猴桃
  • 柿枣类:柿子、枣
2、常绿果树
  • 柑果类:柑橘、甜橙、酸橙、柠檬、柚子、葡萄柚
  • 浆果类:杨桃、蒲桃、莲雾、番木瓜、人心果、番石榴、枇杷
  • 荔枝类:荔枝、龙眼、韶子
  • 核果类:橄榄、杨梅、油梨、椰枣
  • 坚(壳)果类:腰果、椰子、澳洲坚果、巴西坚果
  • 荚果类:酸豆、角豆树
  • 聚复果类:树菠萝、面包果、番荔枝
  • 多年生草本类:香蕉、菠萝
  • 藤本(蔓生果树):西番连

蔬菜

根菜类;白菜类;甘蓝类;芥菜类;绿叶菜类;茄果类;瓜类;葱蒜类;豆类;薯蓣类;水生蔬菜类;多年生蔬菜类;食用菌类;其他蔬菜类。

根据栽培利用方式分观赏植物

一二年生花卉、宿根花卉、球根花卉、多浆植物、木本观赏植物、水生花卉、其它观赏植物。

1、一二年生花卉

一个到两个生长季节内完成生活史的观赏植物。
一年生花卉即从播种到开花、结实、枯死均在一个生长季节内完成。这类花卉在短日照有利于开花,所以是短日照花卉。
二年生花卉即在两个生长季内完成生活史的花卉。通常秋天播种,播种当年只长营养器官,翌年开花结果死亡,故又称秋播花卉。这类花卉长日照促进开花,为长日照花卉。

2、宿根花卉

地下部分形态正常,不发生变态,依据其地上部茎叶冬季枯死与否,分为落叶类和常绿类。
落叶类的比如菊花、芍药、蜀葵、玉簪等;
常绿类的比如万年青、萱草、君子兰等。

3、球根花卉

地下部分变态肥大,茎或根形成球状物或者块状物。
  • 球茎类:地下茎变态膨大呈球形,内部实心,其外仅有数层膜质外皮。比如唐菖蒲
  • 鳞茎类:具有多数肥大的鳞片,其下部着生于一扁平的鳞茎盘上。比如水仙、风信子、郁金香、百合。
  • 块茎类:地下茎膨大成块状物,外形不规则,块茎顶端常有多个芽眼。比如球根秋海棠
  • 根茎类:地下茎膨大形成粗大根茎,其上有明显的节和节间,每节上均可以发侧芽。比如美人蕉、鸢尾
  • 块根类:根积累大量养分,膨大成块根。比如大丽花

4、多浆植物

茎叶内具有发达的贮水组织,茎呈肥厚变态呈掌状、柱头状或者球状

5、木本观赏植物

获得木材、果实和美化环境。观赏器官可以是花或者茎叶。

6、水生花卉

在水中或沼泽地生长的花卉。

7、其它观赏植物类

包括兰科植物、凤梨科植物、蕨类植物等

球根花卉和宿根花卉的区别

  • 球根花卉地下部分变态肥大、茎或根形成球状物或者块状物;比如水仙、郁金香、百合
  • 宿根花卉地下部分不发生变态。比如菊花、芍药

园艺植物种质资源鉴定

经济性状评价

物候期:随季节的变化,园艺植物生活史中各种标志性形态特征出现的时间。对品种布局和合理安排生产制度十分重要。
成熟性:对于一二年生园艺植物来说是指从播种到开始收获产品器官为止所经历的时间。对于多年生园艺植物而言是指从新的枝叶发生到收获产品器官所经历的时间。一般为定性指标,分为早熟、中熟和晚熟。

产量评价

鉴定内容:产量构成因素、早期产量、总产量、稳产性等。产量构成因素因园艺植物种类而异。
  • 比如对于大白菜,产量构成因素包括单位面积植株数、结球率和单球重,单球重又由球叶数量和大小构成,并与叶片和叶帮的比例有关。
  • 对果树来说,产量构成因素包括单位面积植株数、结果枝百分率、果枝结实率、单果重等
  • 一个季节内多次收获的园艺产品,收获期不同,经济价值会有差别。早期收获的产品经济价值高,所以要鉴定早期产量。

品质鉴定

  • 外观品质鉴定
  • 质地和风味鉴定
  • 成分鉴定:营养成分和有毒物质

抗性鉴定

抗逆性鉴定

观察比较不同种类、不同品种的园艺植物对逆境的反应程度。
常用的方法包括自然逆境鉴定、人工模拟逆境鉴定和间接鉴定
  • 自然逆境鉴定:用植株受害程度分级法调查统计。人为将植物对逆境的敏感部位受害程度分级,并计算受害指数,来判断种质材料的抗逆性强弱。
  • 人工模拟逆境:在人工气候设备比如人工气候箱、人工气候室中严格控制有关条件进行鉴定。
  • 间接鉴定:电导率测定;四唑法测定脱氢酶活性;脂肪酸测定饱和程度;脯氨酸含量测定

抗病性鉴定

  • 直接鉴定:田间鉴定、室内鉴定
  • 间接鉴定:检测特殊代谢产物的量作为鉴定指标,比如毒素、酶活性、血清实验等

抗虫性鉴定

1、鉴定方法
  • 田间自然鉴定法:完全依靠自然发生的害虫群体。
  • 增加危害压法:人工接种虫源,强化种质材料间抗虫性的差异。
  • 网室鉴定法:在网室内接种害虫。
2、调查统计
  • 虫口密度调查
  • 被害程度调查

园艺植物种质资源保存

植物种质资源保存:通过人为的技术措施保护植物种质资源,使其不至于流失或者灭绝。
  • 原生境保存:自然保护区、自然公园
  • 非原生境保存:活体植株保存,植物园、田间种质圃;种子库;离体保存库;其它材料保存。

低温种子库保存

96%以上种质资源都是以种子形式保存的。
  • 长期库:温度范围-20至-10度,相对湿度不大于60%。预期寿命30-50年甚至更长。
  • 中期库:温度范围0至10度,相对湿度不大于60%。种子含水量6-9%,种子预期寿命10-30年
  • 短期库:温度范围15-20度,相对湿度50-60%。种子含水量12%以下,预期寿命2-5年

种子贮藏寿命及其影响因素

种子寿命:一批种子的群体生活力,在一定贮藏条件下,能保持或接近在母体植株上达到生理成熟时的发芽率(80%),并能萌发长成正常植株的期限。
半活期:一定环境条件下一批种子发芽率从收货后降到50%所经历的时间。
作为种质资源的种子,要求发芽率80%以上,当一批种子发芽率降至50%时,失去保存价值。
种子活力:一批种子在广泛的田间环境条件下,能够迅速整齐的萌发并长成健壮幼苗的内部潜在能力的总和。
  • 长命种子:寿命15-100年甚至更长。番茄、茄子、西瓜。
  • 中命种子:寿命3-15年。萝卜、白菜、黄瓜、甘蓝、莴苣、辣椒、菜豆、菠菜等
  • 短命种子:寿命3年以下。葱、胡萝卜、芹菜等。

水分

种子含水量、贮藏环境的空气相对湿度。
种子含水量在5-14%的范围内每降低1%,寿命延长一倍。

温度

0-50度范围内,温度每下降5度,种子寿命延长一倍。
相对而言,控制水分比控制温度更加划算。

种子生活力监测与繁殖更新

发芽力和生活力监测

固定样本法每次取200粒种子实验,至少分成两次重复。
序列测定法一次试验的种子数只要20粒

种子繁殖更新

当种子生活力降到85%以下时就要进行繁殖。
或者当某一样本中种子数低于完成繁殖该物种三次所需的种子量时也需要繁殖。

种质资源保存的其他方法

顽拗性种子保存

又称含水量变化种子,其生理成熟时含水量50-70%。被干燥到低含水量(7%-12%)会造成伤害。具有不耐干燥、不耐低温、寿命短暂的特点。
保存技术:胚贮藏法;保持含水量贮藏法。

种子超干燥贮藏

有些种子含水量降低到2-3%时可以大大延长其贮藏寿命。
具有很大的潜在价值,特别是室温超干燥。

超低温保存

先预冷再放入液态氮。预冷温度为-10至-30度,或者-70度。大部分种子可以直接放入液态氮中。只需要常规干燥,不用像低温库一样控制在4-6%含水量,并且存活期大大延长。

核心种质建立

核心样品:最小量的样品,最少的重复,却代表一个作物及其野生近缘植物最大的遗传多样性
取样比例10%到15%