1、授 課 教 案課程名稱： 園林植物種質資源 總 學 時： 48 總 學 分： 4 課程類別： 選 修 任課教師： 高煥章 李秋杰 單 位： 園藝園林學院 職 稱： 教授、副教授 授課專業： 園 林 授課班級： 31001、31002、職31001 2012 2013 學年 第 1 學期課 題第一篇 總論部分第一章 種質資源的概念及其研究意義 學 時2學時教學目標與要求使學生建立園林種質資源的系統概念及研究種質資源的意義重 點種質資源的有關概念；難 點種質資源的研究意義及保護的迫切性教學方法與手段講授提問討論小結。有效調動學生的學習積極性，促進學生的積極思考，激發學生的潛能。參考資料1、 園林植

2、物資源學2、 園林樹木學3、 花卉學4、 園林植物育種學5、 中國植物志6、 中國樹木志7、 湖北植物志8、 植物資源與環境教學內容及過程(講稿)備注欄注：用于舉例、案例以及新增內容等的書寫。第一章 種質資源的概念及其研究意義 一、種質資源的有關概念 （一）基本概念1、種質（ Germplasm ）：決定生物遺傳性狀，并將其遺傳信息從親代傳給子代的遺傳物質總體。 2、種質資源（ Germplasm resources ）：攜帶種質的載體。可以是群體、個體，也可以是器官、組織、細胞、個別染色體乃至 DNA 片斷。即種質應包括群體、個體、配子及分子等不同水平的種質。 3、園林植物種質資源（ Ger

3、mplasm resources of landscape plants ）：指包含一定的遺傳物質，表現一定的優良性狀，并能將其遺傳性狀傳遞給后代的園林植物資源的總和，包括野生種、半野生種和各種栽培類型。 （二）相關概念 1、絕滅種（ extinct species ）：指已有過文字記載，或在發表的資料中做過詳細描述，但在目前的自然分布范圍內，這種植物個體已找不到種群。 2、瀕危種：一種植物先前在它的整個分布區或某個分布區，是一個重要組成部分，但目前已處于有絕滅危險的境地。 3、漸危種：某些植物由于人為或自然的原因，可預見它在整個分布區或某個分布區的重要位置會發生變化，很可能成為瀕危種類。 4

4、、稀有種：指特有的單種科、單種屬或少種屬的代表植物，它們在自己的分布區數量少，有的種類可能群居在一起，有的則零星分布，但未處于滅絕的境地。 （三）術語辨析： 1、種質資源（ Germplasm resources ）；2、遺傳資源（ Genetic resources ）；3、基因資源（ Gene resources ） 4、基因庫（ gene pools ）：某一物種所包含的形形色色基因的總和。 5、品種資源：培育新品種的原材料。 20 世紀 60 年代以前的種質資源概念。 二、種質資源的研究意義 1、種質資源是開展育種工作的物質基礎 沒有好的種質資源，就不可能育成好的品種； 植物育種發展進

5、程的事實表明，突破性成就決定于關鍵性基因資源的發現和利用。如現代月季的育種實踐。 2、種質資源是不斷發展新觀賞植物的主要來源 據統計，全球植物有 35 40 萬種，其中 1/6 具有觀賞性；這些花卉植物有許多還處于野生狀態，尚待人們對其進行調查、收集、保存、研究和利用。 我國野生的觀賞植物資源極為豐富，通過引種、馴化，選拔野花進花園。 植物 種質資源是人類的寶貴財富。 JR Harlan （ 1970 ）認為： “ 人類的命運將取決于人類理解和發掘植物種質資源的能力 ” 。 三、保護種質資源的迫切性 1 植物種質資源的多樣性面臨著嚴重危機 植物種質資源的多樣性包括生態系統多樣性、種間多樣性和種

6、內遺傳多樣性三個水平，其中前者是后二者的前提。 環境惡化 ó 森林破壞 ó 物種滅絕 ó 食物鏈斷裂 2 種質資源多樣性的流失與農業特別是育種工作中的缺乏遠見有直接關系 1950 年 “ 綠色革命 ” e 成就成千上萬珍貴的種質資源和地方品種消失 Canada ： 60 的小麥 4 個品種； 96 的油菜 4 個品種； 70 的玉米 6 個品種 遺傳基礎狹窄化，適應性脆弱 3 搶救種質資源刻不容緩 作業布置1、名詞解釋 種質；種質資源 ；園林植物種質資源 ；絕滅種；瀕危種；漸危種；稀有種2、術語辨析： 種質資源與遺傳資源；基因資源與基因庫 3、我國園林植物種質資源

7、文獻綜述課后小結課 題第一篇 總論部分第二章 植物起源中心與我國園林植物種質資源學 時2學時教學目標與要求使學生建立園林種質資源的系統概念及研究種質資源的意義重 點我國園林植物種質資源難 點植物起源中心學說教學方法與手段講授提問討論小結。有效調動學生的學習積極性，促進學生的積極思考，激發學生的潛能。參考資料9、 園林植物資源學10、 園林樹木學11、 花卉學12、 園林植物育種學13、 中國植物志14、 中國樹木志15、 湖北植物志16、 植物資源與環境教學內容及過程(講稿)備注欄注：用于舉例、案例以及新增內容等的書寫。第一篇 總論部分第二章 植物起源中心與我國園林植物種質資源 一、世界栽培植

8、物起源中心 1. 瓦維洛夫的作物起源中心學說（ theory of center of crop origin ） 前蘇聯植物學家瓦維洛夫（ Vavilov ）從 1920 年 1940 年，先后 180 次，對亞洲、歐洲、北美、中南美洲 60 多個國家和地區進行廣泛的植物考察和收集，通過形態學、解剖學、分類學、細胞學和遺傳學分析，雜交和育種試驗以及種、變種和栽培植物變異多樣性的地理分布研究，于 1926 年發表栽培植物起源的研究。提出： “ 物種形成的地理局部化 ” ：物種的多樣性在地球上的分布是不均勻的 “ 栽培植物的起源中心 ” ：古代文明發源地。 1935 年，將全球的栽培植物劃分為八

9、大初生起源中心和 3 個亞中心： 1 ）中國起源中心（東亞起源中心）：石竹、報春、百合、牡丹、芍藥、菊花、山茶、梅花、蠟梅、銀杏、樟樹、剛竹等 2 ）印度起源中心：海芋、椰子、印度橡皮樹、虎尾蘭、依蘭等 馬來西亞亞中心：柚、檳榔、面包果、依蘭等 3 ）中亞起源中心（阿富汗、塔吉克、烏茲別克等）：豌豆、杏、西洋梨、蘋果、阿月渾子、胡桃等 4 ）近東起源中心（小亞細亞、伊朗、外高加索）：無花果、石榴、罌粟、番紅花、郁金香、鳶尾等 5 ）地中海起源中心：熏衣草、油橄欖、突厥薔薇、仙客來、風信子、錐花絲石竹、球根鳶尾等 6 ）埃塞俄比亞（阿比西尼亞）起源中心：黃秋葵、咖啡、油棕、蘆薈、景天、伽藍菜等

10、7 ）中美起源中心（墨西哥及中美洲）：萬壽菊、百日草、仙人掌、大麗花、一品紅等 8 ）南美起源中心（秘魯、厄瓜多爾、玻利維亞等）：西番蓮、番石榴、六出花、花燭、朱頂紅等 智利亞中心：馬鈴薯、草莓等 巴西巴拉圭亞中心：番櫻桃、鳳梨、西番蓮等 2. “ 栽培植物起源中心 ” 的發展 1 ）哈蘭（ JR Harlan, 1971 ）認為：有些作物的起源中心和變異中心并不一致，作物的起源和變異要綜合空間和時間來論證。 相符：中東、華北、中美地區（作物起源中心） 不相符： 非洲、東南亞、南美 東印度群島（非中心） 亞熱帶、溫帶中心與熱帶非中心相對應 2 ）農業生物學家茹考夫斯基（ Zhukovsky,

11、1970 ）：將 8 個起源中心發展為 12 個大基因中心，同時還提出不同作物的地理小基因中心 100 多處。 地區范圍擴大：如埃塞俄比亞中心 e 非洲中心 馬來西亞亞中心 e 印尼印支起源中心 新增歐洲西伯尼亞、澳大利亞、北美三個中心 改變了作物起源中心的概念 3 ） 1975 年，茹考夫斯基和吉文（ A.C. Zeven ）合編了栽培植物及其多樣性中心，將栽培植物的起源中心改稱為“栽培植物的多樣性中心”。 4 ） 1982 年，吉文與韋特（ Wet ）又將“多樣性中心”一詞改為“多樣性地區”，使瓦維洛夫的學說得到了發展。 二、我國園林植物種質資源概況 1. 我國園林植物種質資源的特點： 1

12、 ）種類繁多、變異豐富 我國是栽培植物起源中心歷史最早、范圍最大、種類最多的國家。原產喬灌木約 8000 種。 我國原產的植物資源不僅數量多，而且變異廣泛、類型豐富。如圓柏（偃柏、鹿角柏、金葉柏、龍柏、球柏、塔柏等），杜鵑（常綠、落葉；平臥杜鵑、大樹杜鵑；高山（ 7-8 月）、中山（ 4-6 月）、低山（ 2-3 月）等）。 2 ）分布集中 在相對較小的范圍內，集中分布眾多的種類。如：蘭屬世界有 50 余種，我國云南省就有 33 種；百合屬世界共 80 余種，我國產 42 種，云南 23 種；臺灣（ “ 天然植物園 ” ）分布著維管植物 3577 種，其中 1/4 為該地區特有。 3 ）特點突

13、出、遺傳性好 在若干科、屬、種上絕無僅有。如銀杏、金錢松、水杉、珙桐、杜仲、金花茶等。 早花種類與品種多，四季開花種與品種多，花有芳香的種與品種多，特點優異突出的種與品種多，抗逆性強的種與品種多。 除具有較高的觀賞價值外，多具有特殊的抗逆性。如中國板栗×美國板栗，解決了板栗疫病的危機。 2. 我國園林植物種質資源的現狀 1 ）面臨的危機 布局不合理；瀕危物種尚待搶救； 家底不清，品種混雜；良種失傳，品種退化。 花卉資源大國沒有成為花卉產業大國！ 2 ）應有的工作 種質資源的考察；種質資源圃的建立；種質資源的收集和保存 種質資源信息庫的建立；種質資源的研究；種質資源的創新與新品種培育

14、作業布置1、依據蘇聯植物學家瓦維洛夫的作物起源中心學說將全球的栽培植物劃分為哪八大初生起源中心？2、簡述中國園林植物種質資源的特點 3、簡述中國園林植物種質資源的現狀 課后小結課 題第一篇 總論部分第三章 種質資源的分類、調查、收集與保存學 時4學時教學目標與要求使學生掌握種質資源的分類、調查、收集與保存的基本理論與實踐方法重 點種質資源的分類與調查難 點種質資源的收集與保存教學方法與手段講授提問討論小結。有效調動學生的學習積極性，促進學生的積極思考，激發學生的潛能。參考資料1、園林植物資源學2、園林樹木學3、花卉學4、園林植物育種學5、中國植物志6、中國樹木志7、湖北植物志8、植物資源與環境

15、教學內容及過程(講稿)備注欄注：用于舉例、案例以及新增內容等的書寫。第一篇 總論部分第三章 種質資源的分類、調查、收集與保存 一、種質資源的分類 根據來源可將園林植物種質資源分為本地種質資源、外地種質資源、野生種質資源和人工創造的種質資源。 1. 本地種質資源： 指在當地的自然和栽培條件下，經長期的栽培與選育而得到的植物品種和類型。地方品種 特點： 對當地的自然和栽培條件具有高度的適應性與抗逆性； 由于長期生長在相似的環境下，遺傳性較保守，對不同環境的適應范圍較窄； 選育新品種最主要、最基本的原始材料。 2. 外地種質資源： 由國內其它地區或國外引進的植物品種和類型。 特點： 因其來自國內外不

16、同的生境，具有多種多樣的生物學和經濟學上的遺傳性狀； 對本地的自然與栽培條件適應能力相對較差； 改良本地品種的重要材料。 3. 野生種質資源： 未經人們栽培的自然界野生的園林植物。 特點： 長期自然選擇的結果，具有高度的適應性和豐富的抗性基因，如耐瘠薄、抗寒、抗旱、抗鹽堿、抗病蟲害等； 經濟性較差； 砧木與抗性育種的重要資源。 4. 人工創造的種質資源： 人工應用雜交、誘變等方法所獲得的變異類型。 特點： 具有比自然資源中更新、更豐富的遺傳性狀，是進一步育種的珍貴遺傳資源。 二、種質資源的調查 1. 調查前的準備 組織準備：根據考察任務的大小成立考察小組，一般 2-4 人。 收集資料：氣候、地

17、形、土壤、植被、交通、人文地理、植物的生活史、物候、分布帶、有關種的分化演變、生長地區、種的鑒定等。 2. 調查方法與步驟 1 ）選擇考察地點與路線 2 ）實地調查記錄：調查者姓名、日期、地點、海拔、坡向、坡度、土壤、地下水位、種名、數量、主要性狀、群落的種類組成、拍照等 3 ）資料的整理與總結（編寫調查說明書） 3. 調查的主要內容 1 ）品種資源的復查 2 ）野生花卉種質資源的調查 3 ）種類品種代表植株的調查 一般概況：來源、栽培歷史、分布特點、生產反應等 生物學特性：生長開花習性、物候期、抗性等 形態特征：植株、莖、葉、花、果實、種子等 觀賞與經濟性狀：產量、品質、用途等 三、種質資源

18、的收集 1. 種質資源收集的原則 根據收集的目的和要求、單位的具體條件和任務，確定收集的對象，包括類別和數量； 收集范圍由近及遠，根據需要先后進行； 種苗的收集應遵照種苗調撥制度的規定，注意檢疫； 收集工作應細致周到、清楚無誤，做好登記核對，盡量避免材料的重復和遺漏。 典型性 多樣性 全面性 2. 種質資源收集的方法 1 ）直接收集 收集的材料：種子、枝條、植株、球根、花粉等 收集數量：充分保持育種材料的變異性 收集方式：專業隊伍與當地的單位或群眾結合 收集材料的整理、分類、編號登記：收集日期、地點，收集者姓名、單位，植物材料名稱、產地自然環境或栽培條件、分布特點、繁殖方法、形態、生物學特性、

19、經濟性狀等 2 ）交換、購買 主要有針對性地收集我國缺少的園林植物品種資源，對于國外引種的材料，要注意嚴格檢疫，并隔離試種。 四、種質資源的保存（ germplasm conversation ） 利用天然或人工創造的適宜環境保存種質資源。 作用：防止資源流失，便于研究和利用。 保存方法：就地保存、異地種植保存、種子保存、離體試管保存和基因文庫保存等。 1 就地保存 ：在資源植物的產地，通過保護其生態環境達到保存資源的目的。如各類自然保護區。 優點：保存原有的生態環境與生物多樣性；保存費用較低 缺點：易受自然災害 2 異地種植保存 ：選擇與資源植物生態環境相近的地段建立異地保存基地，有效地保存

20、種質資源；可分級分類建立，集中與分散相結合。如植物園、樹木園、花圃、品種資源圃等。 優點：基因型集中、比較安全、管理研究方便 缺點：費用較高、基因易發生混雜 3 種子保存： 是以種子為繁殖材料的種類最簡便、最經濟、應用最普遍的資源保存方法。 優點：種子容易采集、數量大而體積小，便于貯存、包裝、運輸、分發。 1 ）種子的類型 正常型（ orthodox type ）種子：通過適當降低種子含水量，降低貯存溫度可以顯著延長其貯存時期的一類種子。 頑拗型（ recalcitrant type ）種子：在干燥、低溫的條件下反而會迅速喪失生活力的一類種子。如核桃、栗、榛、椰子、番櫻桃、山竹子、油棕、南洋杉

21、、七葉樹、楊、柳、楓、櫟、樟、茶、佛手、菱籌。一般不便于種子保存。 2 ）保存方法： 貯藏保存：通過控制貯藏條件來保存資源種子的生活力。 貯藏條件：低溫、干燥、密封 三種貯藏庫：短期庫、中期庫和長期庫 短期庫：又稱 “ 工作收集 ” （ working collection ）。 任務：臨時貯存應用材料，并分發種子供研究、鑒定、利用。 要求：庫溫 1015 或稍高， R.H. 50%60% ，種子存入紙袋或布袋，一般可存放 5 年左右。 中期庫：又稱 “活躍庫”。 任務：繁殖更新，對種質進行描述鑒定、記錄存檔，向育種家提供種子。 要求：庫溫 010 ， R.H. 60% 以下，種子含水量 8%

22、 左右，種子存入防潮布袋、聚乙烯瓶或鐵罐，可安全貯存 10 20 年。 長期庫：又稱“基礎收集”（ base collection ） 任務：中期庫的后盾，防備中期庫種質丟失，一般不分發種子；為確保遺傳完整性，只有在必要時才進行繁殖更新。 要求：庫溫 -10 、 -18 或 -20 ， R.H. 50% 以下，種子含水量 5%8% ，存入密封的種子盒內，每 510 年檢測種子發芽力，能安全貯存種子 50 100 年。 4 離體試管保存： 適用于頑拗型植物、水生植物和無性繁殖植物。 必要性：田間保存要求大量土地和經常管理；無性繁殖器官如球莖等不適于長期保存，需要頻繁地進行繁殖更新。 離體試管保存

23、的方法：緩慢生長離體保存和超低溫保存。 1 ）緩慢生長離體保存 如：甘薯腋芽培養物在溫度從 28 降到 22 時，繼代培養的間隔由 6 周增加到 55 周，采用防止培養基蒸發的措施后，使繼代培養期限增加到 83 周。在培養基中加入化學抑制劑如甘露醇，或激素類物質如脫落酸可提高延緩效果。 木薯莖尖培養物在溫度從 30 下降到 20 條件下，當培養基中加入 2 蔗糖和 0.05mg/L BA ，保存 15 個月后存活率仍能達到 95 。 將草莓從分生組織培養的小植株保存在 4 無光的冰箱中， 3 個月檢查一次，發現干燥時加入 1-2 滴新鮮培養液，保存 6 年后，用這些小植株培養的草莓發育正常。

24、用上述方法保存的試管苗進行繼代培養，可立即恢復生長。但由于有時需繼代培養而花費勞力，同時在細胞繼續分裂過程中難以排除遺傳變異的可能，因此，該法適于短期和中期保存。 2 ）超低溫保存（ Cryopreservation ）： 是指在 -80 （干冰溫度）以下的超低溫中保存種質的技術，通常使用液氮（ -196 ）保存，或稱 LN 保存。 超低溫保存的特點：在超低溫條件下，細胞的整個代謝和生長活動基本或者完全停止，保證不會引起遺傳性狀的變異，便于長期保存。 超低溫保存的原理：通過采用適當的冰凍保護劑、降溫速度和化凍方式，使生物細胞在降溫和解凍過程中避免細胞內結冰，從而不受損傷或受到較小的損傷。 超低

25、溫保存的一般程序： 培養材料的選擇與 預生長 ：細胞（培養 5-9 天的幼齡細胞、指數生長期），芽（冬芽）； LE Towill （ 1981 ） 研究表明，將培養物在光照條件下預生長 2 天左右可明顯提高在液氮中保存莖尖的存活率。 預處理（冰凍保護）：用冰凍保護劑處理培養物。 常用冰凍保護劑（ cryoprotective agent ， CPA ）：滲透型冰凍保護劑： DMSO （二甲基亞砜）、甘油、乙二醇（ EG ）、乙酰胺、丙二醇（ PG ）等，多屬低分子中性物質，在溶液中易結合水分子，發生水合作用，使溶液的粘性增加，從而弱化了水的結晶過程，達到保護的目的；非滲透型冰凍保護劑：聚乙烯吡

26、咯烷酮（ polyvingyl pyrollidone ， PVP ）、蔗糖（ sucrose ）、葡聚糖（右旋糖酐， dextrane ）、聚乙二醇（ polyethylene glycol ， PEG ）、白蛋白（ albumin ）、羥乙基淀粉（ hydroxyethyl starch ， HES ）等，能溶于水，但不能進入細胞，使溶液呈過冷狀態，可在特定溫度下降低溶質（電解質）濃度，從而起到保護作用。 冰凍：關鍵在于降溫速度 快速冰凍法：將經冷凍保護處理后的材料直接投入液氮中。 慢速冰凍法：以每分鐘下降 0.1-10 的速度降溫。 兩步冰凍法：先用慢速法降到一定溫度，使細胞達到適當的保

27、護性脫水，再投入液氮中迅速冰凍。 保存：短期和中期保存（ -80 至 -100 ）；長期保存（ -196 ） 化凍與恢復生長 快速化凍： 35-40 溫水中進行，多數采用此法。 慢速化凍： 0 或 2-3 或室溫下進行，保存冬芽者多采用該法。 生活力與變異檢測 再培養：根據培養物顏色的變化進行判斷 熒光染色法： 0.1% 的二醋酸酯熒光素 TTC 法： 2, 3, 5- 三苯基四氮唑氯化物還原法 超低溫保存的方法： 傳統的降溫冰凍方法：快速冰凍法、慢速冰凍法、兩步法、逐級冰凍法 玻璃化保存方法：玻璃化法、包埋玻璃化法 玻璃化（ vitrification ）是指液體轉變為非晶體（玻璃態）的固化

28、過程。 使溶液玻璃化有兩條途徑：一是大幅度提高冷卻速率；二是增加溶液濃度。 玻璃化法：將生物材料經高濃度的玻璃化溶液快速脫水后，直接投入液氮，使生物材料連同玻璃化溶液發生玻璃化轉變，進入玻璃態。 包埋玻璃化法：是包埋脫水法和玻璃化法的結合。保存材料先用藻酸鈣包埋，然后經蔗糖濃度梯度脫水和玻璃化溶液處理后直接浸入液氮保存。 其他超低溫 保存方法 干燥法（ desiccation ） 預培養法（ pregrowth ） 預培養干燥法 (pregrowth-desiccation) 包埋脫水法（ encapsulation-dehydration ） 5 基因文庫保存（ gene library t

29、echnology ） 從資源植物提取大分子量 DNA e 限制性內切酶酶切 e 連接于載體 e 轉移到大腸桿菌進行繁殖保存。 作業布置1、簡述種質資源的分類方法2、簡述種質資源的收集方法 3、簡述種質資源的保存方法4、如何建立種質資源庫？ 課后小結課 題第一篇 總論部分第四章 種質資源的研究、評價、利用與創新 學 時2學時教學目標與要求使學生掌握種質資源的研究、評價、利用與創新的基本理論與實踐方法重 點種質資源的研究與評價難 點種質資源的利用與創新教學方法與手段講授提問討論小結。有效調動學生的學習積極性，促進學生的積極思考，激發學生的潛能。參考資料1、園林植物資源學2、園林樹木學3、花卉學4

30、、園林植物育種學5、中國植物志6、中國樹木志7、湖北植物志8、植物資源與環境教學內容及過程(講稿)備注欄注：用于舉例、案例以及新增內容等的書寫。第四章 種質資源的研究、評價、利用與創新 一、種質資源的研究與評價 1. 任務與要求： 任務：為園林植物的遺傳改良和各地區不同的育種目標提供有用的資源信息以及符合育種需要的種質資源。 要求：確切反映特定種質資源的遺傳特性； 適應多層次、多學科研究需要； 符合國際植物遺傳物質資源研究所 （IPGRI） 標準； 數量化、編碼化、簡便化、規范化。 基本方針：廣泛收集、妥善保存、深入研究、綜合評價、充分利用、積極創新 2. 內容與方法： 遺傳多樣性的研究：建立核心種質 1 ）分類學性狀的研究：對種質材料主要器官的形狀、大小、數量、色澤及附屬物等主要外部形態特征進行比較分析，確定其分類地位及材料間的親緣關系。 2 ）生物學特性的研究：在自然環境或人工控制環境中，測試環境條