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研究植物遺傳資源的保存與利用
摘要:植物遺傳資源是人類(lèi)賴(lài)以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ),是人類(lèi)開(kāi)展栽培、育種和生物學(xué)研究的基礎(chǔ)材料。植物遺傳資源的保存對(duì)生物多樣性、生態(tài)平衡、農(nóng)業(yè)未來(lái)的發(fā)展具有十分重要意義。本文主要就利用原生境和非原生境的方式保存植物遺傳資源,從高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病蟲(chóng)、抗旱、高肥效等方面進(jìn)行了系統(tǒng)研究,它對(duì)于植物遺傳基因的挖掘和利用研究具有一定的參考。
關(guān)鍵詞:植物遺傳資源;保存;利用
植物遺傳資源是生物多樣性的重要組成部分,是地球上極為重要的財(cái)富,是人類(lèi)生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。作物遺傳資源也稱(chēng)種質(zhì)資源,是具有特定種質(zhì)或基因,可用于栽培、育種和生物學(xué)研究的各種生物類(lèi)型的總稱(chēng)。長(zhǎng)期以來(lái),人類(lèi)對(duì)作物遺傳資源的保存缺乏足夠的認(rèn)識(shí)和重視,遺傳資源流失加速,遺傳多樣性減少和一致性增強(qiáng),其后果是導(dǎo)致作物遺傳脆弱性和病蟲(chóng)害的暴發(fā)而造成農(nóng)業(yè)損失,并影響農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
1.植物遺傳資源保存的緊迫性
1.1人類(lèi)活動(dòng)的加劇,加速了植物遺傳資源的流失
隨著人類(lèi)認(rèn)識(shí)自然、改造自然能力的不斷增強(qiáng),人口增長(zhǎng),對(duì)資源的需求增多,特別是對(duì)資源不合理的過(guò)度開(kāi)發(fā)與利用,加速了作物遺傳資源的流失。N.Meuers(1988)估計(jì)在過(guò)去2億年間,大約每27年有一種高等植物滅絕,而現(xiàn)在的滅絕速度是自然滅絕速度的1000倍(E.O.Wilson 1988)。我國(guó)云南景洪原有野生稻分布點(diǎn)26個(gè)(1968年),現(xiàn)僅剩1處;江西東鄉(xiāng)原有野生稻分布點(diǎn)7～8個(gè)(1978年),現(xiàn)僅有2處。這些種質(zhì)的消失,是難以用任何現(xiàn)代生物技術(shù)重新創(chuàng)造的。
1.2遺傳多樣性的減少,導(dǎo)致遺傳脆弱性和病蟲(chóng)害的暴發(fā)造成農(nóng)業(yè)損失
20世紀(jì)以來(lái),隨著新品種的大量推廣,少數(shù)品種成為優(yōu)質(zhì)品種,品種遺傳的多樣性減少,遺傳基礎(chǔ)越來(lái)越狹窄,現(xiàn)代品種基因的等位性變異愈來(lái)愈少。建國(guó)初期,我國(guó)有1萬(wàn)個(gè)小麥品種(主要是農(nóng)家品種)在種植使用,到20世紀(jì)70年代僅存1000個(gè)品種。我國(guó)育成的小麥品種數(shù)百個(gè),其親本大都離不開(kāi)14個(gè)骨干親本。賈繼增等用分子檢測(cè)方法證明現(xiàn)代選育品種遺傳多樣性最差,地方品種較好,野生種遺傳多樣性最豐富。用RFLP標(biāo)記在14個(gè)普通小麥品種各條染色體的472個(gè)位點(diǎn)進(jìn)行遺傳多樣性檢測(cè),發(fā)現(xiàn)283個(gè)位點(diǎn)有多態(tài)性,其中硬粒小麥與粗山羊草雜交后染色體加倍育成的Synthetic持有等位變異175個(gè),10個(gè)品種間雜交育成的品種只有0～7個(gè)。美國(guó)在過(guò)去100年間,玉米品種喪失91%,西紅柿品種喪失81%。作物品種單一化和遺傳基礎(chǔ)狹窄,增加了作物對(duì)病蟲(chóng)害抵抗能力的遺傳脆弱性。19世紀(jì)40年代,愛(ài)爾蘭馬鈴薯晚疫病流行,造成200萬(wàn)人移居美國(guó),50萬(wàn)人死亡。
1.3作物遺傳資源的保存,關(guān)系到農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展
農(nóng)業(yè)的發(fā)展歷史,充分證明植物遺傳資源在農(nóng)業(yè)發(fā)展中具有不可替代的重要作用。洲際引種開(kāi)創(chuàng)了高產(chǎn)作物引種,使農(nóng)業(yè)總產(chǎn)量提高1倍;石油農(nóng)業(yè)雖使作物產(chǎn)量進(jìn)一步提高,但也帶來(lái)了環(huán)境污染、作物倒伏等問(wèn)題的出現(xiàn)。1960年左右小麥、水稻等矮稈基因的開(kāi)發(fā)和利用,標(biāo)志著第三次農(nóng)業(yè)發(fā)展“綠色革命”開(kāi)始了。雜交水稻之父袁隆平發(fā)明的“水稻野敗型雄性不育株轉(zhuǎn)育成不育系”,開(kāi)創(chuàng)了我國(guó)“三系”配套雜交水稻生產(chǎn)的新局面。農(nóng)業(yè)未來(lái)的發(fā)展取決于人類(lèi)對(duì)植物遺傳資源的保存和廣泛利用,用一種生產(chǎn)效益型、資源節(jié)約型、環(huán)境保護(hù)型、食物安全型的可持續(xù)發(fā)展農(nóng)業(yè)方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的農(nóng)業(yè)運(yùn)作方式。
1.4遺傳資源是人類(lèi)賴(lài)以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ),應(yīng)進(jìn)行科學(xué)分析和客觀(guān)評(píng)價(jià)
對(duì)植物遺傳資源的科學(xué)分析和評(píng)價(jià)是推廣利用的前提,特別是利用現(xiàn)代生物技術(shù)從分子水平上研究遺傳多樣性。隨著生產(chǎn)發(fā)展,人民生活水平的提高,對(duì)品種的要求越來(lái)越高,也越來(lái)越多,而任何一個(gè)品種和類(lèi)型都不可能具有與社會(huì)發(fā)展需要完全相適應(yīng)的性狀(基因),必須通過(guò)育種途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)這一需要。育種工作就是要按人類(lèi)的意圖對(duì)植物遺傳資源進(jìn)行加工、改造、選擇和培育出符合人類(lèi)需要的品種,遺傳資源為人類(lèi)提供食品、藥品,并為人類(lèi)構(gòu)建了良好的生態(tài)環(huán)境。
2.植物遺傳資源的保存方法
保存就是人類(lèi)利用生物圈(即全部生物)的管理,使其能給人最大的持久利益,并保持其潛力以滿(mǎn)足后代人的需要和愿望。植物遺傳資源的保存是以天然或人工創(chuàng)造的適宜環(huán)境保持樣本一定數(shù)量和原有生活力及遺傳性,使生物個(gè)體的遺傳物質(zhì)具有完整性,并能通過(guò)繁殖將其遺傳物質(zhì)傳遞下去,減少繁殖過(guò)程中的遺傳漂變。保存可采用自然(原生境)和基因庫(kù)(非原生境保存)相結(jié)合的方法。
2.1原生境保存
原生境保存是指在原有生態(tài)環(huán)境中,就地進(jìn)行繁殖保存�？赏ㄟ^(guò)建立自然保護(hù)區(qū)或天然公園等途徑來(lái)保護(hù)野生及近緣植物物種。據(jù)國(guó)家林業(yè)局保護(hù)司數(shù)據(jù)顯示,截至2003年底,我國(guó)現(xiàn)有的各級(jí)各類(lèi)自然保護(hù)區(qū)共有1999處,面積為14398萬(wàn)km2,占國(guó)土總面積14%左右。建有3個(gè)國(guó)家級(jí)珍稀野生植物保護(hù)區(qū):廣東高州和江西東鄉(xiāng)的野生稻保護(hù)區(qū),山東墾利野生大豆保護(hù)區(qū),我國(guó)臥龍山、長(zhǎng)白山和鼎湖山三處被列為國(guó)際生物圈保護(hù)區(qū)。
2.2非原生境保存
非原生境保存是指將植物遺傳資源遷出植物原有生態(tài)環(huán)境以外的地方進(jìn)行保存的方式。
2.2.1植株保存。可采用種質(zhì)圃、植物園等保存植物遺傳資源的種子或無(wú)性繁殖器官的生活力。該保存方法為使植物遺傳資源保持一定數(shù)量,必須隔一定年限(1～5年)種植繁殖一次。特別適合于產(chǎn)生頑拗型種子的植物(如槭樹(shù)、七葉樹(shù)等)。這種種子在干燥(種子水分低于12%),低溫(10～15℃)的條件下迅速失去活力。
2.2.2種子保存。主要通過(guò)保存種子的種質(zhì)庫(kù)來(lái)完成。根據(jù)庫(kù)溫、保存年限、相對(duì)濕度可分為:(1)短期庫(kù):庫(kù)溫10～15℃,相對(duì)濕度60%,種子含水量為8%左右。主要是臨時(shí)貯存應(yīng)用材料,并分發(fā)供種子研究、鑒定、利用。種子存放于布袋或紙袋,可保存2～5年。(2)中期庫(kù):庫(kù)溫0～10℃,相對(duì)濕度
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