1、第三章 药用植物种质资源,一、 种质资源的概念及其研究意义 二、种质资源的种类、特点及其利用价值三、 种质资源的考察与收集四、 种质资源的保存与鉴定,一、种质资源的概念及其研究意义,（一）、种质资源的有关概念 种质：亲代传给子代的遗传物质，是控制生物本身遗传和变异的内在因子，即凡是携带遗传物质的载体都可称为种质。 种质资源：育种的原始材料，广义地讲，指具有特定种质或基因、可用于育种、栽培或其它生物学研究的各种生物类型及品种，都可称作种质资源。,种质资源（Germplasm Resources）又称遗传资源 (Genetic Resources)，基因资源 (Gene Resources)，基因
2、库(Gene Pool or Gene Bank)。 包括地方品种、改良品种、新选育的品种、引进品种、突变体、野生种、近缘植物、人工创造的各种生物类型、无性繁殖器官、单个细胞、单个染色体、单个基因、甚至DNA片段，只要具有种质并能繁殖的生物体，都能归入种质资源之内。,（二）种质资源的类别,1、按种质资源的来源分类 （1）本地种质资源 （2）外地种质资源 （3）野生种质资源 （4）人工创造的种质资源,2、按种质资源的育种价值分类 （1）地方品种 （2）主栽品种 （3）原始栽培类型 （4）野生亲缘种,3、按种质资源的亲缘关系分类初级基因库；次级基因库；三级基因库4、按种质资源的化学成分分类,（三）
3、、种质资源的研究意义,1、种质资源是开展育种工作的物质基础从实质上看，育种工作就是按照人类的意图对多种多样的种质资源进行各种形式的加工改进，而且育种工作越向高级阶段发展，种质资源的重要性就越加突出。,现代育种工作取得显著的成就，除了育种途径的发展和采用新技术外，关键还在于广泛地搜集和较深入研究，利用了优良的种质资源。育种工作者拥有种质资源的数量与质量，以及对其研究的深度和广度是决定育种成效的主要条件，也是衡量其育种水平的重要标志。,没有好的种质资源，就不可能育成好的品种，如：“绿色革命” 与小麦矮源Rht1、Rht2；台湾“低脚乌尖”水稻矮源有关。杂交水稻“野败”雄性不育的发现，使我国及世界杂
4、交水稻生产取得巨大成就。中国小黑豆北平品种是美国孢囊线虫病的唯一抗病品种。,2、稀有特异种质对育种成效具有决定性的作用植物育种发展进程的事实表明，突破性成就决定于关键性基因资源的发现和利用。,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。 2）油菜品种“Libo”、“Bronowski”与双低油菜的选育。 3）玉米高赖氨酸突变体Opaque-2与玉米营养品种的改良。 4）小麦1BL/1RS易位系与世界小麦抗锈病育种。,3、新的育种目标能否实现决定于所拥有的种质资源种质资源是不断发展新药用育种材料的主要来源。美国俄勒冈州的甜菜单胚种发现，是甜菜栽培上的一次革命。,4、
5、种质资源是生物学理论研究的重要基础材料植物种质资源是人类的宝贵财富。 JR Harlan （ 1970 ）认为：“人类的命运将取决于人类理解和发掘植物种质资源的能力”。,（四）、世界种质资源的危机,1、人类的活动。世界人口暴增、大型工业、交通的飞速发展，大型水库、矿山的修建和开发，正以空前的规模和惊人的速度砍伐森林、开发草原，生态环境遭到严重破坏、污染，从而严重地摧残着植物群体。,海南岛，解放初有热带原始森林1295万亩，到1977年底已不及原来的30%。 美国1801-1850年灭绝4个种，1851-1900年为41个种，1901-1950年达45个种。,2、农业自身的发展也造成了种质资源的
6、流失。正如恩格斯所说的那样：“有机物发展中的每一进化同时又是退化，因为它巩固一方面的发展，排除许多其他方面发展的可能性。”如：美国的红花引入埃塞俄比亚 3、掠夺式的利用植物资源，也造成了植物资源的流失。如东北的刺五加、新疆的伊贝母、广东的紫背天葵。,二、起源中心学说,（一）、瓦维洛夫的作物起源中心学说（ theory of center of crop origin ） 作物起源中心：凡是遗传类型 有很大的多样性而且比较集 中、具有地区特有变种性状 和近亲野生类型或栽培类型 的地区。,1、作物起源中心（又可名为基因中心或变异多样性中心）有两个主要特征： 1）基因多样性 2）显性基因频率高,2、
7、最初始的起源地称为原生起源中心（现一般称为初生中心）有4个标志： 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）有大量的显性基因,次生起源中心或次生基因中心：当作物由原生起源中心地向外扩散到一定范围时，在边缘地点又会因作物本身的自交和自然隔离而形成新的隐性基因控制的多样化地区。它也有4个特点：,1）无野生祖先； 2）有新的特有类型如：高粱，初生中心在非洲，但在中国形成糯质高粱，中国即为其次生中心。 3）有大量的变异； 4）有大量的隐性基因。,3、在一定的生态环境中，一年生草本植物间在遗传性状上存在一种相似的平行现象。这叫“遗传变异性的同源系列规律”。,4、根据驯化的来源，将作
8、物分为原生作物和次生作物。 原生作物：人类有目的驯化的植物，如小麦、大麦、玉米、棉花等； 次生作物：与原生作物伴生的杂草，当其被传播到不适宜于原生作物而对杂草生长有利的环境时，被人类分离而成为栽培的主体，如燕麦和黑麦。,（二）、起源中心,前苏联植物学家瓦维洛夫（ Vavilov ）从 1920 年 1940 年，先后 180 次，对亚洲、欧洲、北美、中南美洲 60 多个国家和地区进行广泛的植物考察和收集，通过形态学、解剖学、分类学、细胞学和遗传学分析，杂交和育种试验以及种、变种和栽培植物变异多样性的地理分布研究，于 1926 年发表栽培植物起源的研究。提出：,瓦维洛夫的作物起源中心,“物种形成
9、的地理局部化”：物种的多样性在地球上的分布是不均匀的 “栽培植物的起源中心”：古代文明发源地,1）中国起源中心（东亚起源中心）：主要起源作物有黍、稷、粟、高粱、祼粒无芒大麦、荞麦、大豆、茶、大麻、苎麻等。百合、芍药、菊花、银杏、樟树、刚竹等,2）印度起源中心：主要起源作物有水稻、绿豆、饭豆、豇豆、甘蔗、芝麻、红麻等。海芋、椰子、印度橡皮树、虎尾兰、依兰等,2A 马来西亚亚中心：主要起源作物有薏苡、香蕉等。 柚、槟榔、面包果、依兰等,3）中亚起源中心（阿富汗、塔吉克、乌兹别克等）：主要起源作物有普通小麦、密穗小麦、印度圆粒小麦、豌豆、蚕豆、非洲棉、杏、胡桃等,4）西亚起源中心（小亚细亚、伊朗、外
10、高加索）：主要起源作物有一粒小麦、二粒小麦、黑麦、葡萄、石榴、胡桃、无花果、苜蓿等。无花果、石榴、罂粟、番红花、郁金香、鸢尾等,5）地中海起源中心： 熏衣草、油橄榄等,许多蔬菜作物，包括甜菜和许多古老的牧草都起源于这一中心。 为小麦、粒用豆类的次生起源地。,6）埃塞俄比亚（阿比西尼亚）起源中心：小麦、大麦的变种类型极其多样。 黄秋葵、咖啡、油棕、芦荟、景天、伽蓝菜等,7）中美起源中心（墨西哥及中美洲）：主要起源作物有陆地棉、甘薯、番茄等。存在大量玉米变异类型。百日草、仙人掌等,8）南美起源中心（秘鲁、厄瓜多尔、玻利维亚等）：西番莲、番石榴、朱顶红等,许多块茎作物，包括马铃薯的特有栽培种都起源于
11、此地。,8A 智利亚中心：,重要的种有木薯、花生和凤梨,8B 巴西巴拉圭亚中心：番樱桃、凤梨、西番莲等,主要有花生、可可、橡胶树等特有种,2、“作物起源中心”的发展遗传多样性中心不一定就是起源中心，起源中心不一定是多样性的基因中心；初生中心不一定是多样性最大的基因中心，次生中心有时比初生中心具有更多的特异种质。,三、药用植物种质资源的种类、特点及其利用价值 1、本地品种资源：指在当地的自然和栽培条件下，经长期的栽培与选育而得到的植物品种和类型。,农家品种花壳麦,小佛手小麦,地方品种特点： 对当地的自然和栽培条件具有高度的适应性与抗逆性； 由于长期生长在相似的环境下，遗传性较保守，对不同环境的适
12、应范围较窄； 选育新品种最主要、最基本的原始材料。,主栽品种特点：对当地生态条件有良好的丰产性与较广的适应性。一般被用作育种的基本材料。,2、外地品种资源：由国内其它地区或国外引进的植物品种和类型。特点：因其来自国内外不同的生境，具有多种多样的生物学和经济学上的遗传性状；对本地的自然与栽培条件适应能力相对较差；改良本地品种的重要材料。,3、野生植物资源：未经人们栽培的自然界野生的药用植物。特点：长期自然选择的结果，具有高度的适应性和丰富的抗性基因，如耐瘠薄、抗寒、抗旱、抗盐碱、抗病虫害等；经济性较差.药用植物中很多都是野生的，人们正不断地发现新药源、新成分、新用途。如：最近发现治风湿病的山木通
13、对高血压等疾病有明显疗效；治疗气管炎的绞股蓝含有50多种皂甙成分，其中有4种与人参皂甙R b1、Rb3、Rd、F2完全相同。临床上可用于治疗癌症、抗衰老等症。,一年生野生大麦,野生稻的地上茎(匍匐茎),西藏半野生小麦,4、人工创造的种质资源：人工应用杂交、诱变等方法所获得的变异类型。特点：具有比自然资源中更新、更丰富的遗传性状，是进一步育种的珍贵遗传资源。,四、种质资源的考察收集,（一）、广泛搜集种质资源的迫切性 1 新的育种目标必须以更丰富的种质资源为基础 2 社会和经济发展，需要不断开发利用新的植物类型 3 许多宝贵资源大量流失，亟待发掘保护 4 拓宽现代品种的遗传基础，需要丰富的种质资源
14、,（二）、考察收集的意义和任务,1、意义：我国土地辽阔，自然条件复杂，有着各种各样的土壤、气候条件，蕴藏着极为丰富的植物资源。这些珍贵的植物资源是祖国的无价之宝。摸清和开发这些植物资源正是我们的义务。,2、任务： 1）、调查某一地区植被类型与群落，药用植物种类、分布与蕴藏量等情况，提出重点发展药用植物种类和开发利用的战略部署。 2）、调查野生植物的生态环境、生物学特性、经济性状和繁殖方式等，提出对某些植物野生变家植、经济性状利用的情况。 3）、收集有关的野生植物种苗，对稀有珍贵濒危野生植物及优良类型提出具有保护措施。 根据具体的目的和地点，其任务可能有些侧重或改动。,（三）、考察收集的方法与过
15、程,1、准备阶段 组织准备：根据考察任务的大小成立考察小组，一般 2-4 人。 统一认识：确定考察任务，研究工作计划、调查提纲和内容，考察路线和时间，以及记载方法。 收集资料：自然气候、地质土壤、植物分类和药材志等。 物资准备：必要的工具、仪器及生活、保护等物资。,2、普查阶段在较大的范围内，清查不同生态环境的各种野生植物的种类、分布及数量，深入到群众中去了解当地应用植物药的习惯和历史，为进一步调查打下基础。注意寻找与资料记载有差距的新资源的线索。,3、详查阶段在普查的基础上，对稀有珍贵的物种、特殊性状的物种以及新种、新线索等做进一步调查研究，反复核实，细致分析。对与资料不符之处，必须反复核实
16、。以便更正。,4、总结阶段包括以下内容： 1、自然环境条件和野生植物类型； 2、野生植物资源的种类、数量和分布，除有文字叙述外，还要有标本、图表等； 3、对新种、具有特殊性状的、或经济价值高的野生植物要单独的详细介绍； 4、提出考察意见，重点是哪些种类应开发利用，哪些应严加保护，尽快引种驯化等。,（三）、调查项目,1、植物学方面：中文名、别名，植物科、属和种名，植物形态描述、绘图或照片，与文献记载是否相符，不同类型及其特征，植物标本编号。 2、生物学特性方面：生活型、繁殖方式、大约生长发育阶段与物候期。 3、生态环境方面：分布的海拔高度、地势、土壤、湿度、自然郁闭度、生长的植物群落、密度、最适
17、生长环境、病虫害情况及其标本编号。,4、利用情况：药用部位、采收季节、加工方法、品质规格、药用历史、医疗效果、有无半野生管理或零星种植及其经验。 5、育种方面：主要经济性状的优点与缺点、有无利用价值、近缘种的品种。 6、情况分析：家植后的产量与经济效益分析。 7、其他事项,五、种质资源的保存与鉴定,（一）、种质资源的保存（ germplasm conversation ） 利用天然或人工创造的适宜环境，使种质资源延续和不流失的人为方式，包括对植株、种子、花粉、营养体、分生组织和基因等遗传载体的保存。 作用：防止资源流失，便于研究和利用。,1、种植保存 特点：不受材料繁殖方式（有性繁殖或无性繁殖
18、）限制； 缺点：费用较高；还会增加人为差错、机械混杂和串粉的机会；对于一年生植物不仅需要年年种植，而且加快了世代进程，往往不能保持原有的变异度，有可能发生自然突变，失掉原有的基因。,1）就地保存 ：在资源植物的产地，通过保护其生态环境达到保存资源的目的。如各类自然保护区。 优点：保存原有的生态环境与生物多样性；保存费用较低 缺点：易受自然灾害,2）异地种植保存 ：选择与资源植物生态环境相近的地段建立异地保存基地，有效地保存种质资源；可分级分类建立，集中与分散相结合。如植物园、树木园、花圃、品种资源圃等。 优点：基因型集中、比较安全、管理研究方便 缺点：费用较高、基因易发生混杂,2、储藏保存 种
19、子保存：是以种子为繁殖材料的种类最简便、最经济、应用最普遍的资源保存方法。 优点：种子容易采集、数量大而体积小，便于贮存、包装、运输、分发。,1）种子的类型 正常型（ orthodox type ）种子：通过适当降低种子含水量，降低贮存温度可以显著延长其贮存时期的一类种子。 顽拗型（ recalcitrant type ）种子：在干燥、低温的条件下反而会迅速丧失生活力的一类种子。如热带木本植物如槟榔、丁香、棕榈、肉豆蔻等，水生植物如芡、慈姑、灯心草等，草本植物如细辛、平贝母、天麻等。一般不便于种子保存。,2）保存方法： 贮藏保存：通过控制贮藏条件来保存资源种子的生活力。 贮藏条件：低温、干燥、
20、密封和黑暗。 三种贮藏库：短期库（25年）、中期库（1020年）和长期库（50100年）,3、现代的保存方法 1）离体试管保存：适用于顽拗型植物、水生植物和无性繁殖植物。 必要性：田间保存要求大量土地和经常管理；无性繁殖器官如球茎等不适于长期保存，需要频繁地进行繁殖更新。,如，将高钾盐培养基培养的葡萄，转入低钾盐培养基上培养一定时间后，置于9条件下存放1年左右，再换以新的培养基，重新培养，再次置于9条件下存放。已经有15年以上的试验证明，在这样的条件下每年转移一次，能无限期的保存这些葡萄的种质。,2）、基因文库保存（gene library technology ）基因文库技术保存种质程序如下
21、：提取DNA 目的DNA片段 克隆化 大肠杆菌 大量繁殖 产生大量的生物体中的单拷贝基因,（二）、种质资源的鉴定研究,鉴定是利用种质资源的根据，选择的依据，是保证和提高育种质量的基础。鉴定中要求：试验（实验）条件与田间管理（实验操作）的一致性，试验设计与方法的科学性，取样和统计的准确性。,1、基础鉴定研究 1）一般的，必要的植物学，形态学的观察研究； 2）植物生理学，生殖学，生长发育等的研究； 3）主要经济性状遗传规律的鉴定研究。,2、产量、质量的鉴定研究 1）单株生产力：对植物收获部位的特征特性进行详细分析研究，对多次收获的植物以一年或几年为单位测量。 2）生育期的鉴定：重点是产品的最适收获
22、期鉴定。最适收获期：指产量和药效成分含量最大值的时期。,3）产量和质量的鉴定：质量鉴定：测定化学成分，尤其是药效成分的含量和物理性状（形状，色泽，气味，质地和大小）产量鉴定：可于小区试验或生产田取样测产。产量试验应与密度试验结合起来。,3、抗病性的鉴定研究 1）自然鉴定：田间自然条件下直接鉴定。能真实地反映出植物对多种病害的抗性。观察发病时期，发展过程及当时的主要气候条件。根据不同植物，不同病害调查发病率，病情指数和病害损失率。 2）诱发鉴定：人为控制一定的条件，通过人工接种来诱发，使得植物发生某些病害。,（三）种质创新,种质创新：泛指人们利用自然或人工的各种变异，通过人工选择新植物、新品种、
23、新类型和新材料的方法。 狭义的种质创新是对难度较大的种质进行改造，如远缘杂交、基因突变创造的特殊基因源的材料，综合多个优良性状的聚合杂交。,种植创新技术包括： 1、自然基因突变技术创新； 2、各种育种技术创新；种内杂交、远缘杂交、组织培养、无性系变异、人工诱变等手段。 3、基因工程技术创新。,小 结,一、种质资源的概念及其研究意义 （一）、种质资源的有关概念 （二）、种质资源的类别 （三）、种质资源的研究意义 （四）、世界种质资源的危机 二、起源中心学说 （一）、瓦维洛夫的作物起源中心学说 （二）、起源中心 1、八大初生起源中心和3个亚中心： 2、“作物起源中心”的发展,三、药用植物种质资源的
24、种类、特点及其利用价值 1、本地品种资源： 2、外地品种资源： 3、野生植物资源： 4、人工创造的种质资源： 四、种质资源的考察收集 （一）、考察收集的意义和任务 （二）、考察收集的方法与过程 （三）、调查项目,五、种质资源的保存与鉴定 （一）、种质资源的保存 1、种植保存 2、储藏保存 3、现代的保存方法 （二）、种质资源的鉴定研究 1、基础鉴定研究 2、产量、质量的鉴定研究 3、抗病性的鉴定研究 （三）种质创新,本章思考题： 1、种质资源在药用植物育种中的作用有哪些？ 2、简述本地种质资源的特点与利用价值。 3、简述外地种质资源的特点与利用价值。 4、简述药用植物种质资源研究的主要工作内容。,
