学植物遗传资源的保存与利用.docx

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学植物遗传资源的保存与利用

浅谈　　摘要:

植物遗传资源是人类赖以生存和发展的物质基础,是人类开展栽培、育种和生物学研究的基础材料。

植物遗传资源的保存对生物多样性、生态平衡、农业未来的发展具有十分重要意义。

本文主要就利用原生境和非原生境的方式保存植物遗传资源,从高产、优质、抗病虫、抗旱、高肥效等方面进行了系统研究,它对于植物遗传基因的挖掘和利用研究具有一定的参考。

　　关键词:

植物遗传资源;保存;利用

　　植物遗传资源是生物多样性的重要组成部分,是地球上极为重要的财富,是人类生存和发展的重要物质基础。

作物遗传资源也称种质资源,是具有特定种质或基因,可用于栽培、育种和生物学研究的各种生物类型的总称。

长期以来,人类对作物遗传资源的保存缺乏足够的认识和重视,遗传资源流失加速,遗传多样性减少和一致性增强,其后果是导致作物遗传脆弱性和病虫害的暴发而造成农业损失,并影响农业的可持续发展。

　　1.植物遗传资源保存的紧迫性

　　1.1人类活动的加剧,加速了植物遗传资源的流失

　　随着人类认识自然、改造自然能力的不断增强,人口增长,对资源的需求增多,特别是对资源不合理的过度开发与利用,加速了作物遗传资源的流失。

n.meuers（1988）估计在过去2亿年间,大约每27年有一种高等植物灭绝,而现在的灭绝速度是自然灭绝速度的1000倍（1988）。

我国云南景洪原有野生稻分布点26个（1968年）,现仅剩1处;江西东乡原有野生稻分布点7～8个（1978年）,现仅有2处。

这些种质的消失,是难以用任何现代生物技术重新创造的。

　　1.2遗传多样性的减少,导致遗传脆弱性和病虫害的暴发造成农业损失

　　20世纪以来,随着新品种的大量推广,少数品种成为优质品种,品种遗传的多样性减少,遗传基础越来越狭窄,现代品种基因的等位性变异愈来愈少。

建国初期,我国有1万个小麦品种（主要是农家品种）在种植使用,到20世纪70年代仅存1000个品种。

我国育成的小麦品种数百个,其亲本大都离不开14个骨干亲本。

贾继增等用分子检测方法证明现代选育品种遗传多样性最差,地方品种较好,野生种遗传多样性最丰富。

用rflp标记在14个普通小麦品种各条染色体的472个位点进行遗传多样性检测,发现283个位点有多态性,其中硬粒小麦与粗山羊草杂交后染色体加倍育成的synthetic持有等位变异175个,10个品种间杂交育成的品种只有0～7个。

美国在过去100年间,玉米品种丧失91%,西红柿品种丧失81%。

作物品种单一化和遗传基础狭窄,增加了作物对病虫害抵抗能力的遗传脆弱性。

19世纪40年代,爱尔兰马铃薯晚疫病流行,造成200万人移居美国,50万人死亡。

　　1.3作物遗传资源的保存,关系到农业的可持续发展

　　农业的发展历史,充分证明植物遗传资源在农业发展中具有不可替代的重要作用。

洲际引种开创了高产作物引种,使农业总产量提高1倍;石油农业虽使作物产量进一步提高,但也带来了环境污染、作物倒伏等问题的出现。

1960年左右小麦、水稻等矮秆基因的开发和利用,标志着第三次农业发展“绿色革命”开始了。

杂交水稻之父袁隆平发明的“水稻野败型雄性不育株转育成不育系”,开创了我国“三系”配套杂交水稻生产的新局面。

农业未来的发展取决于人类对植物遗传资源的保存和广泛利用,用一种生产效益型、资源节约型、环境保护型、食物安全型的可持续发展农业方式代替传统的农业运作方式。

　　1.4遗传资源是人类赖以生存和发展的物质基础,应进行科学分析和客观评价

　　对植物遗传资源的科学分析和评价是推广利用的前提,特别是利用现代生物技术从分子水平上研究遗传多样性。

随着生产发展,人民生活水平的提高,对品种的要求越来越高,也越来越多,而任何一个品种和类型都不可能具有与社会发展需要完全相适应的性状（基因）,必须通过育种途径来实现这一需要。

育种工作就是要按人类的意图对植物遗传资源进行加工、改造、选择和培育出符合人类需要的品种,遗传资源为人类提供食品、药品,并为人类构建了良好的生态环境。

　　2.植物遗传资源的保存方法

　　保存就是人类利用生物圈（即全部生物）的管理,使其能给人最大的持久利益,并保持其潜力以满足后代人的需要和愿望。

植物遗传资源的保存是以天然或人工创造的适宜环境保持样本一定数量和原有生活力及遗传性,使生物个体的遗传物质具有完整性,并能通过繁殖将其遗传物质传递下去,减少繁殖过程中的遗传漂变。

保存可采用自然（原生境）和基因库（非原生境保存）相结合的方法。

　　2.1原生境保存

　　原生境保存是指在原有生态环境中,就地进行繁殖保存。

可通过建立自然保护区或天然公园等途径来保护野生及近缘植物物种。

据国家林业局保护司数据显示,截至2003年底,我国现有的各级各类自然保护区共有1999处,面积为14398万km2,占国土总面积14%左右。

建有3个国家级珍稀野生植物保护区:

广东高州和江西东乡的野生稻保护区,山东垦利野生大豆保护区,我国卧龙山、长白山和鼎湖山三处被列为国际生物圈保护区。

　　2.2非原生境保存

　　非原生境保存是指将植物遗传资源迁出植物原有生态环境以外的地方进行保存的方式。

　　,必须隔一定年限（1～5年）种植繁殖一次。

特别适合于产生顽拗型种子的植物（如槭树、七叶树等）。

这种种子在干燥（种子水分低于12%）,低温（10～15℃）的条件下迅速失去活力。

　　,相对湿度60%,种子含水量为8%左右。

主要是临时贮存应用材料,并分发供种子研究、鉴定、利用。

种子存放于布袋或纸袋,可保存2～5年。

（2）中期库:

库温0～10℃,相对湿度<60%,种子含水量为7%左右。

以中期贮存为目的。

种子存放于玻璃瓶或纸袋,可保存15年以上。

（3）长期库:

库温为-18℃或-20℃,相对湿度<50%,种子含水量为5～7%。

为种子长期贮存,为保证遗传完整性,一般不分发种子。

种子存放于种子盒或小铝盒,可保存50年或更长。

　　,采用试管保存细胞培养物质或组织和超低温保存。

陈振光于1985年将柑橘试管苗培养在20℃、12h光照条件下,不做转移继代培养保存长达13年。

我国建立的马铃薯和甘薯试管苗种质库保存900份和1600份。

　　超低温保存是利用超低温冰箱（-80℃）、干冰（-79℃）、液态氮（-196℃）、气态氮（-140℃）保存细胞或组织。

目前,豌豆和苹果茎尖在液态氮中贮藏时间最长,1～2年后仍有60%以上培养物分化植株。

　　,以最小的数量和遗传重复,尽可能最大程度代表整个遗传资源的多样性。

核心种质具有代表性、实用性、有效性、动态性。

目前,我国建有芝麻、一年生野生大豆和栽培大豆、小麦等植物的初选核心样本。

　　,遗传资源枯竭,建立发展基因文库技术保存遗传资源意义重大。

程序:

提取dna——利用限制性内切酶获取目的dna片段——大肠杆菌克隆——获得单拷贝基因。

建立基因文库,可长期保存植物遗传资源,并可反复培养繁殖筛选获得目的基因。

　　3.植物遗传资源有利基因的挖掘与利用

　　3.1高产基因的挖掘利用

　　提高作物产量是解决粮食问题的重要举措,我国水稻育种生产的发展充分说明了这一点。

上世纪50年代在“矮子粘”、“矮脚南特”等中的矮源基因的发现利用,育成了一批矮杆抗倒、高产的籼稻良种（如广场矮、珍珠矮等）,开创了我国水稻的矮化育种、“低脚乌尖”矮杆基因sd1的发现利用、小麦矮源农林10号等利用推动了全球范围内的“绿色革命”。

70年代,野败型雄性细胞质不育株的发现利用,开创了我国“三系”配套生产杂交水稻的新局面,使我国水稻产量上了一个新台阶;超级杂交稻育种找到比现有水稻良种“威优64”增产18%的两个高产基因（理论效益为36%,加以其它技术措施,单产可提高55%）的发现利用。

水稻育种实践充分证明,育种中每一次重大成就和突破性品种的育成均与有利基因的发现与利用密不可分。

　　3.2优质基因的挖掘与利用

　　发现优质基因,改进产品品质。

玉米高赖氨酸突变体奥派克2号（opaque2）的发现利用,推动了玉米营养品质的遗传改良。

奥派克2号玉米籽粒胚乳的赖氨酸含量可比普通玉米高70%左右。

　　3.3抗病、虫基因的挖掘与利用

　　转基因技术为作物育种开辟了又一有效途径。

通过这种技术手段可将外源抗病虫基因导入植物,增强抗性。

1987年获得第一株抗虫转基因烟草,1988年首次获得抗黄瓜花叶病（cmv）的转基因烟草植株,相继在棉花、马铃薯、番茄等作物中获得转基因作物。

1998年我国抗虫棉花种植达160万km2。

目前应用的抗虫基因有苏芸金杆菌毒蛋白基因（bt）,蛋白酶抑制基因（pi）、外源凝集基因,豌豆外源凝集素基因（pea—lectin,p—2ec）已成功导入烟草,在转基因烟草中能正确表达并加工成活性肽,表达量可占溶性总蛋白的1%。

　　3.4抗旱基因的挖掘与利用

　　随着全球气候变暖,干旱加剧。

2009年初春我国北方的严重干旱又把作物的抗旱性摆在我们面前。

我国干旱、半干旱地区约占国土面积的1/2,年受旱面积达3～4亿亩,伴随气候变暖、水资源短缺,植物抗旱性面临严峻的考验。

xu等已将lea大麦蛋白抗旱基因（hval）导入水稻悬浮细胞,并获得耐水分胁迫和盐胁迫的转基因植株。

在烟草抗旱植物基因工程中,主要将脯氨酸、甜菜碱和糖类等小分子渗透调节剂合成途径中的关键酶基因导入敏感植物中,提高植物抗性。

王根轩教授在干旱植物甘草中发现了抗旱基因,为抗旱基因的克隆利用奠定了基础。

　　3.5高肥效基因的挖掘与利用

　　我国许多地区土壤中矿物质营养元素含量较高,但以有效形式存在,能被植物直接吸收利用的较少,由此造成利用率低。

据陈国斌等人的报道,氮肥利用率为35%,钾肥利用率为47.5%,磷肥利用率为19.5%。

鲁如坤专家的研究表明,施入土壤中的磷肥作物一季的吸收量为10～25%,仍有75～90%残留于土壤中。

从1960～1990年累计吸附在土壤中的磷肥达6000t,而我国目前每年磷肥的使用总量为600t。

由此,我们可以看出,提高作物对土壤中营养元素的吸收利用是一个重要的研究课题。

李振声院士经过近十年小麦对土壤中氮、磷营养利用的研究,从500份材料中筛选出6份有效吸收与利用难溶性磷元素的遗传材料,并发现能促进磷吸收的单显性基因——“磷高效”基因,同时在玉米第9染色体上也发现有“磷高效”基因,为作物高肥效育种奠定了坚实的基础。

　　参考文献:

　　1.杨铁钊,《烟草育种学》〔m〕中国农业出版社,2003（7）

　　2.胡延吉,《植物育种学》〔m〕高等教育出版社,2003（8）