工学园林育种学.docx
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工学园林育种学
绪论
一、人类生活需要催生作物育种与繁殖
1、原始人类→采集、利用野生植物。
2、原始农业时期，有意识、有目的试种的栽培植物约3000种。
3、经过长期选择、传播，现存的栽培植物约有1500种。
4、我国是世界上最早、最大的农业发源地和栽培作物起源中心。
人类对植物的需求，决定了人类对植物的大规模栽培和改良。
而植物的繁育正是植物优良品种发展和延续的桥梁。
二、人类文明进步促进园林植物育种与繁殖
三、科技进步推动植物育种与繁殖技术创新
1、选择和栽培条件的改善导致了栽培植物的形成。
到公元前2世纪，栽培植物发展到人类总食物量的50%以上。
2、科技发展加快了野生植物驯化为栽培作物的过程。
远缘杂交、倍性育种、诱变（太空）育种、生物技术育种，新技术、新方法层出不穷。
3、技术创新、品种创新，是植物生产的命脉。
植物育种学（plantbreeding），是研究选育和繁殖植物优良品种的理论与方法的科学，也是以遗传学、进化论为基础的综合性应用科学。
4、育种学家不仅需要科学造诣，还需要艺术修养。
第一章育种目标
第一节园林植物育种的主要目标性状
一、品种的概念
品种是人类在一定的生态条件和经济条件下，根据人类的需要所选育的某种栽培植物群体（population）。
这个群体应该具有比较稳定的遗传特性和生物学、形态学以及经济性状上的相对一致性，并且明显区别于同一栽培植物的其他群体。
二、园林花卉的主要目标性状
1.形态学方面
郁金香的花型与花色
2.生理特性方面
对病虫害的耐受能力、抗逆性、耐储性以及栽培、运输过程是否低能耗等。
要明确品种对不良气候、土壤、病虫害等的耐受等级，以及能够适应的某种生态区域和耕作制度。
3.其他方面
育种目标的来源及内容
▪观赏性状：
树形、枝干、叶（叶形、叶色）、花（花型、花色、花径）、果
▪生物学性状：
展叶期、绿色持久期、开花期、开花期持久性、抗逆性（寒、旱、盐碱、病虫）、耐修剪
▪生态习性：
水生、湿生、旱生、抗旱、抗寒、耐高温、喜光、耐阴、盐碱地植物、酸性土植物
第二节确定育种目标的原则
一、园林植物育种目标的特点
1.多样性
2.高效性
育种目标应尽可能满足品种使用者和社会获得最大的经济效益、社会效益和生态效益。
3.季节性
应注意筛选和培育不同物候期开花或对光照要求并不严格、或对温湿度适应性更加宽泛、或者抗性更强的品种。
4.兼用性
二、制定育种目标的主要原则
1.预见性
对社会发展和市场需求有一定的“预见性”。
选育一个优秀的植物新品种通常需要很多年；如果目标没有“提前量”，新品种诞生时可能已
丧失市场价值。
2.可操作性
蓝色基因→月季愈伤组织→不分化→此路难行！
抗性基因→矮牵牛愈伤组织→成苗→（来自雄性不育株）→检测鉴定→未能收获种子→失败！
3.可检验性
育种目标是非常具体、明确和可操作的指标，也是尽可能数量化和可以客观检验的。
只有通过科学的鉴定，才能使新品种诞生。
第二章种质资源
第一节种质资源的概念
一、种质和种质资源
1.种质（germplasm）
是指亲代传给子代的遗传物质。
2.种质资源（germplasresources）
指具有种质并能繁殖的生物体。
种质资源包括三个层次：
（1）种（野生或栽培）
变种（或变型）
品种（人工选育或杂交培育）
（2）器官和组织
块根、块茎、鳞茎、叶、花、果实、
种子、鳞片、珠芽、愈伤组织、
分生组织、受精卵、花粉等。
（3）细胞和分子
原生质体、染色体片断、基因等。
３.种质资源与育种
可以从现有的种质资源中，选择和利用符合人类需求的遗传类型或特殊基因，经过若干育种环节，重新组成新的基因型，培育出新品种。
因此，种质资源又称作遗传资源或基因资源。
▪栽培植物的起源中心与自然分布中心
▪园林植物的起源中心：
中国、西亚、中南美三大起源中心
园林植物品种来源
▪驯化渐变
▪自发突变
▪杂交分离
二、种质资源的重要性
1.种质资源是选育新品种和农、林、牧业可持续发展的物质基础
2.种质资源是生物学研究的重要材料
三、我国的种质资源
我国植物种类繁多，种质资源非常丰富。
1.现有3万多种高等植物
2.特有的科、属、种极多
3.原产的木本植物达8000余种
4.是很多观赏植物的世界分布中心
兰花
世界总数：
50种
中国总数：
30种
所占比例：
62.5%
我国园林植物种质资源的特点
▪种类繁多
▪分布集中
▪变异丰富
▪品质优良
山茶（Camelliaaponica）
世界总数：
220种
中国总数：
189种
所占比例：
88.6%
月季
（Rosachinensis）
世界总数：
200种
中国总数：
80种
所占比例：
40%
百合
世界总数：
80种
中国总数：
40种
所占比例：
50%
中国部分植物种类占世界总数百分比
中名
学 名
中国总数
世界总数
%
腊梅
Chimonanthus
6
6
100.0
山茶
Camellia
189
220
88.6
泡桐
Paulownia
9
9
100.0
菊
Dendranthema
18
30
60.0
兰
Cymbidium
30
50
62.5
杜鹃
Rhododendron
530
900
58.9
蔷薇
Rosa
80
200
40.0
中名
学 名
中国总数
世界总数
%
石蒜
Lycoris
15
20
75.0
百合
Lilium
40
80
50.0
芍药
Paeonia
15
33
45.5
丁香
Syringa
27
32
84.4
乌头
Aconitum
70
100
70.0
龙胆
Gentiana
230
400
59.5
刚竹
Phyllostachys
45
50
90.0
地锦
Parthenocissus
10
15
66.7
椴树
Tilia
35
50
70.0
木犀
Osmanthus
27
40
67.5
中名
学 名
中国总数
世界总数
%
紫藤
Wisteria
7
10
70.0
槭
Acer
150
200
75.0
含笑
Michelia
40
60
66.7
栒子
Cotoeaster
60
95
63.2
溲疏
Deutzia
40
60
66.7
油杉
Keteleeria
10
12
83.3
李
Prunus
140
200
70.0
凤仙
Impatiens
150
500
30.0
石楠
Photinia
45
55
81.8
报春
Primula
294
500
58.8
四、我国种质资源保护中的问题
1.不科学的引种
2.破坏性采集挖掘
3.大树进城
4.建设性用地使种质资源自然
分布区减小
第二节种质资源的分类、
收集、保存和利用
一、种质资源的分类
1.按植物亲缘关系（科、属）分
例如：
豆科、菜豆属
蔷薇科、苹果属
银杏科、银杏属
毛茛科、芍药属
2.按作物类别分
粮食资源、果树资源、蔬菜资源
花卉资源、玉米资源、棉花资源
一级基因库：
各种质资源间杂交可育，基因转移简单
二级基因库：
各种质资源间杂交不结实、杂种不育，基因转移可能
三级基因库：
各种质资源间杂交不结实和杂种不育严重
二、种质资源的保护与收集
1.种质资源的保护
现状：
生态环境恶化
种质资源破坏严重自然物种灭绝加速优势物种膨胀发展
后果：
种质资源丢失
2.种质资源的收集
（1）科学、严谨的收集工作态度；扎实、耐劳的收集工作作风
（2）明确收集目的和要求
（3）确定收集对象、类别和数量
（4）收集范围
先收集珍稀濒危种；后收集有关种、变种、类型和变异个体。
（5）收集方法
直接考察收集、交换、购买、征集等。
三、种质资源的保存与利用
1.种质资源的保存
（1）名树古木
就地保护
（2）野生植物
建立自然保护区或国家森林公园等。
（3）植物种子或营养繁殖器官
（4）组织培养：
离体植物组织和细胞
的试管培养保存方法
培养物包括：
愈伤组织、悬浮细胞、花粉、
幼芽生长点、体细胞、花药、
原生质体、幼胚、组织块等。
（5）植物种子的贮藏保存。
条件：
低温、干燥、缺氧环境。
趋势：
液氮保存。
（6）基因文库保存种质资源。
利用DNA重组技术，把种质材料的总DNA或染色体所有片断随机连接到载体上，再通过这些载体转移到寄主细胞中，经过细胞增殖，即构成了各个不同DNA片断的克隆系。
在超低温条件下保存即可。
2.种质资源的利用
在对种质资源进行深入研究的基础上，根据育种目标选择最佳品种，培育新品种。
种质资源工作的主要内容
▪深入调查、广泛收集、综合评价、积极创新、充分利用
▪立体保存、就地保存、迁地保存
种质资源研究
▪核心种质的建立
▪植物学与植物分类学研究
▪生态学研究
▪遗传学与起源演化研究
▪生物化学与分子生物学研究
第三章引种驯化
▪原始人采集野生植物食用。
▪逐渐发现果实、种子、块根（块茎）等可以繁殖。
▪逐步有意识、有目的的栽培某些植物。
▪进而从其他地区或国家引进新植物，并且推广种植。
▪由此开始引种驯化。
第一节 引种驯化的重要作用
引种（introduction）
把野生植物或栽培植物从原有分布区域或栽培区域人为迁移到其他地区种植称为引种。
需要驯化的引种是驯化引种。
引种驯化（introductionanddomestication）
通过搜集、引进种质资源，在人类的选择培育下，使野生植物成为栽培植物，使外地的植物种或品种成为本地的植物种或品种的措施和过程。
引种驯化的意义
▪我国植物品种资源丰富，在世界引种植物育种研究和农林业生产方面发挥了重要作用。
▪我国地形气候复杂多样，具有引进利用国外不同地理环境下各种植物资源的优越条件。
▪引种驯化增强了世界各地区植物资源的交流，为人类生活带来新变化。
▪我国优越的地理条件和种质资源，带动了大量农林作物引种驯化的成功。
▪能够满足生产需要，充实育种物质基础和丰富遗传资源。
▪国内不同地区的相互引种和换种大大促进了农林业生产的发展。
引种驯化的遗传学原理
▪植物群体中不同有性繁殖后代的个体间存在遗传组成上的差异
▪植物基因表达调控的原理
▪突变现象的存在
P=G+E
第二节 引种驯化的条件
▪引种植物原产地和引种地生态因子的相似程度和引种植物系统发育历史的生态条件，是引种驯化成败的主要因素。
▪其中有关键作用的生态因子包括：
☆温度
☆光照
☆降水和空气湿度
☆土壤
一、温度
▪引种前不仅要考虑原产地和引种地年平均气温要基本相同，还要考虑全年最高、最低温度及持续时间。
▪高温限制（北方植物南移）
▪低温限制（南方植物北移）
▪季节交替影响
▪植物生长发育的特殊要求
二、光照
◆光照因素：
植物的光周期现象与日照长度
☆地球上不同纬度地区的不同季节日照长度不同。
从春分到秋分，我国北方的日照长度大于南方。
从秋分到春分，北方地区的日照则短于南方。
☆不同植物种类对光周期反应不同。
三、降水和空气湿度
▪降水和空气湿度是限制植物生存的重要因素。
包括年降水量、降水在四季的分布和空气湿度。
▪对于多年生木本植物来说，年降水量的多少是决定树种分布的重要因素之一。
▪对于园林植物来说，空气湿度的影响最为重要。
▪降水的季节性变化也成为植物生长的限制因子。
四、土壤
▪土壤的理化性质、含盐量、酸碱度以及地下水位的高低，都会影响植物的生长发育。
其中含盐量和酸碱度是多数植物种类和品种分布的限制因子。
五、生态因子的综合限制
▪任何生态因子都不是孤立地影响某种植物的引种驯化，多因子的协同作用是必须思考的问题，我们必须综合比较植物原产地和引种地区的生态条件。
▪可以通过改进栽培措施将热带、亚热带某些植物引种到温带、寒温带栽培。
▪某些植物必须考虑引种地区与原产地间全年各种生态条件和不同年份生态条件的变化。
▪不同植物的适应能力有很大差别，对植物的历史生态条件进行分析，是选择引种对象的重要步骤。
一般来说，进化程度高、经历过的历史条件复杂，潜在的适应能力往往比较强，引种成功的把握也就比较大。
第三节引种驯化的工作程序
一、确定引种目标和收集引种材料
二、引种试验
三、引种栽培的技术措施
一、确定引种目标和收集引种材料
1.应根据当地生态环境条件，以当地市场需求品种为主攻方向；其次是新、奇、特和
抗逆性。
2.搜集引种材料时，必须逐个进行详细登记并编号。
登记项目包括种类、品种名称、繁殖材料的种类、材料来源、数量、日期以及采取的处理措施。
3.对每份材料的植物学性状、经济性状、原产地生态特点等均应记载说明，分别装入相同编号的档案袋内备用。
4.引种具有传播病虫害和杂草的危险性。
为杜绝危险，从外地区特别是外国引种时，引种材料必须先通过植物检疫部门的严格检疫。
为确保安全，必要时还应隔离种植。
5.引种材料的选择（小结）
▪明确影响引种植物适应性的主要生态因子
▪研究引种植物的分布范围
▪根据中心产区和引种方向之间的关系进行引种
▪根据植物亲缘关系进行引种
▪从病虫害及灾害发生频繁的地区引入抗病性类型
▪尽量引入经过遗传改良的材料
▪借鉴前人引种的经验教训
二、引种试验
1.种源试验
是对某种植物来自不同地理环境下的多个种源，如种子或苗木的对比栽培试验。
不同地理环境下的多个不同种源的栽培对比实验可以初步筛选有希望的品种，以便进入下一步的品种比较试验。
2.品种比较实验
3.区域化试验
是在完成或基本完成品种比较试验的条件下开始的。
目的是要查明适于引进植物的推广范围。
是将少数地区的品种试验得到的初步成果拿到更大范围和更多试验点进行栽培。
3.区域化试验
是在完成或基本完成品种比较试验的条件下开始的。
目的是要查明适于引进植物的推广范围。
是将少数地区的品种试验得到的初步成果拿到更大范围和更多试验点进行栽培。
4.栽培推广
引种驯化成功的植物，还必须经过生产栽培推广以后才能产生经济效益。
区域试验后要进行较大面积的栽培试验，最后做出综合评价。
经过专业人员的综合评价和鉴定以后，新品种才能推广和面市。
三、引种栽培的技术措施
技术要项
自南向北引种
自北向南引种
播种时期
适当晚播，减少生长量，以提高越冬抗寒能力
适当早播，增加生长量，以提高越夏能力
种子处理
高温、低温、变温处理，促进种子萌发。
萌发后干燥处理，可提高抗旱能力，一定浓度盐水处理，提高抗盐能力
栽培密度
簇播或适当密植，让群体中形成个体间相互保护，提高抗寒性
适当加大株行距，利于通风散热，使植物正常生长
肥水管理
生长季后期节制水肥，控制生长；提高抗寒性。
生长前期施氮肥，后期改施磷、钾肥，促进木质化，提高抗寒性
多施氮肥并追肥，促进植物生长。
增加灌溉次数，加大土壤、空气湿度，降低温度
光照处理
幼苗期遮去早晚光（8—10h短日照），缩短生长期，增强木质化，提高抗寒性
人工补光（长日照），延长生长期，生长量，提高耐热、抗病虫害能力
土壤酸碱度
选山林隙地微酸性土，或施微酸性水肥。
进行土壤改良。
施用生石灰，提高土壤pH值
防寒遮荫
苗木生长第1—2年冬季需防寒保护，如设塑料棚、风障、培土、假植、覆草等
可搭荫棚抵御夏季炎热
共生微生物
某些树种及豆科植物需要某些共生微生物。
引种时应同时引入土壤微生物，以确保引种成功
种子检验
要检验种子含水量、发芽势、发芽率、纯度、净度等，符合规定标准才能引入，以避免造成经济损失
第四节防止引种过程中的生物入侵
引种驯化成功的标准
▪引种植物能在不加保护或稍加保护的条件下正常生长
▪引种植物能以正常的有性或无性繁殖方式进行繁殖
▪引种植物的原有观赏价值和生态价值没有明显的降低
橡胶的引种驯化与发展
第四章选择育种
虞美人的定向选择实验
选择育种：
从现有种类、品种的自然变异群体中，挑选符合人类需要的优良变异类型，经过
比较、鉴定，培育出新品种的方法，被称为选择育种。
选择的实质是差别繁殖。
即按照人类需要的方向和目标，通过连续选择使变异逐渐积累、巩固和加强的过程。
虽然不能创造变异，也没有创造新的基因和基因型，但却可以改变种群内部某些基因或基因型的频率，从而创造了植物的新品种。
选择的遗传机制就是通过选择改变群体内的基因频率和基因型频率，就是不断巩固和强化目的基因变异，使具有这些基因的个体在群体内逐渐占优势，导致群体向提高这些基因的频率及基因型频率的方向改变。
选择应满足的条件
▪选择要在产生变异的群体中进行
▪供选择育种的群体要足够大
▪选择要在相对一致的环境条件下进行
▪选择要根据综合性状有重点地进行
▪有性繁殖又称实生繁殖，产生的后代为实生群体
▪无性繁殖又称营养繁殖，产生的后代为无性系
选择育种的方法
第一节有性生殖选种
植物的有性生殖产生种子，由种子播种长成的苗木叫做实生苗。
对种子萌发长成的苗木进行选择性繁育，叫做实生苗选择，简称实生选种。
一、单株选择法
第一年，选择优良单株收获种子，单采单收
第二年，分别播种，比较鉴定收获种子，单采单收
第三年，比较鉴定，选优推广
☆多次单株选择法
混合选择法
第二节无性生殖选种
一、芽变选种
1.芽变选种的原理和意义
芽变选种是指对芽变发生的变异进行选择，从而培育出新品种的选择育种方法。
芽变是常无性繁殖植物的新变异源泉。
可以直接从芽变中选育新品种，也可以丰富和充实原有种质资源库。
芽变选种还可以修缮改良优良品种的个别缺点，优中选优，并基本保持原有优良性状不变。
由于芽变一经选出可以立即投入无性繁殖，所以在生产上还具有投入少、见效快的优点。
2.芽变选种的特点
多样性与重演性
嵌合性
平行性
除了多样性、重演性、平行性、嵌合性以外，芽变还具有稳定性、可逆性和局限性等。
3.芽变的分析、鉴定
当发现一个变异后，应区别它是芽变还是受外界影响产生的饰变。
▪直接鉴定法：
直接检查遗传物质
▪间接鉴定法：
移植鉴定
▪综合分析法
4.园林植物芽变选种的一般步骤
▪初选
▪复选
▪决选
二、营养系微突变选种
简称营养系选种（clonalselection）。
与芽变区别：
芽变是质量性状基因的突变，性状表现明显易于发现；而营养系微突变是数量性状微效基因的突变，变异性状表现型效应小，不容易发现。
但微效基因位点多、突变频率大，如果经过长期逐代积累，也会形成品种内株系间一系列性状上的显著差异。
选择育种的方法（小结）
▪单株选择
▪混合选择
▪评分比较选择法
▪相关性状选择法
▪全息定域选种法
▪无性系选择法
▪分子标记辅助选择育种
第五章杂交育种
第一节杂交育种的概念和意义
一、杂交育种的概念
遗传类型不同的生物体相互交配或结合产生杂种的过程叫做杂交（cross）。
根据是否通过生殖器官：
有性杂交、无性杂交
根据杂交亲本亲缘关系的远近：
1.远缘杂交（distanthybridization）、2.种内杂交（intraspecificcrossing）
通常我们把通过种内的不同品种间有性杂交创造新变异，并对杂种后代进行培育、选择以育成新品种的方法叫做杂交育种（crossbreeding）。
二、杂交育种的意义
人工杂交可以把2个甚至多个亲本的优良特性集合于杂种，把野生的优良性状输送到栽培品种中，把不同种间、属间的性状集中于杂种。
加大了优良性状基因获得重组的范围和机会，也加速了植物进化的过程。
人工杂交能够有意识地创造变异，使植物新品种的培育更富有预见性和创造性。
例：
全球原有蔷薇属植物约150个种，现有品种约20000个，其中70%是经杂交育种选育的。
数量已大大超过原有数量的100倍。
极大地丰富了蔷薇属种质资源。
自然选择作用下，植物总是向着有利于自身繁衍和生存的方向发展。
人工杂交育种则是以满足人类的需要为目的，并让植物沿着人类需要的方向发展。
通过杂交育种，观赏植物的花色越来越鲜艳，花型越来越丰富，观赏价值越来越高，农作物的产量与品质越来越符合人们的追求，药用植物的有效成份也越来越高。
第二节杂交方式
一、单杂交
是一个母本对一个父本的成对杂交。
以A×B（A为母本，B为父本）表示。
例：
美洲黄莲×中国莲
黄色品种
（花色深浅不一，重瓣或单瓣的多个品种）
A×B：
正交
B×A：
反交
二、复合杂交
是两个以上亲本的杂交。
一般总是先配成单交，根据单交缺点再选配另一单交组合或亲本，以便使得多个亲本的优缺点能够互相弥补。
复交的方式按照采用的亲本数量和杂交方式又分为三交、双交、四交等
1、三交
单交的F1再与第三个亲本杂交，即（A×B）×C
例1：
红花建莲×寸三莲
F1×太空莲2号
2、双交
是两个不同单交的杂种再进行一次杂交，
即（A×B）×（C×D）或（A×B）×（A×C）
例：
（毛白杨×新疆杨）×（银白杨×灰杨）
3、四交
是将三交的杂种后代再与另一个亲本杂交，即[（A×B）×C]×D
依此类推，还可以有五交、六交等复交方式。
添加的亲本越多，杂交组合的优良性状越多；但育种年限延长，工作量大，所需试验地面积、人力、物力都较多。
例:
英国野生雏菊×栽培雏菊
↓（花小、白色、单瓣）
F1×德国雏菊
↓5-6年选择
F1×日本雏菊
↓（白、中径、重瓣）
理想型沙斯塔雏菊
（大花、纯白、高度重瓣）
例:
月月红×突厥蔷薇
↓
波邦蔷薇×法国蔷薇
↓
杂种波邦×月月红
↓
杂种长春月季×香水月季
↓
杂种茶香月季
三、回交
指两亲本杂交后代F1再与亲本之一进行杂交。
一般在第一次杂交时选更为优良的作母本，并在以后各次回交时作父本，这个亲本叫轮回亲本。
A×BA-轮回亲本
↓
F1×AB-非轮回亲本
B1×AB1-回交第一代
四、多父本混合授粉
选择一个以上的父本，把它们的花粉混
合后授给一个母本的杂交方式；
即A×（B+C+D+……）。
优点：
简便易行，杂种后代遗传基础较丰富，容易选出优良品种。
缺点：
不易控制花粉来源，不知杂种父本是谁？
后代往往会出现某些性状的退化。
五、聚合杂交
方案1，各亲本在杂种中的遗传比例相同。
第一年A×BC×DE×FG×H
↓↓↓↓
第二年F1×F1F1×
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