《林木育種學(xué)》PPT課件.ppt

林木育種學(xué) Forest tree breeding,楊敏生 2008年2月,緒 論,一、林木育種學(xué)研究對象和任務(wù) 林木育種學(xué)(forest tree breeding)是以遺傳進(jìn)化理論為指導(dǎo)，研究林木選育和良種繁育原理和技術(shù)的學(xué)科。,(1) 引種：從外地或外國引進(jìn)本地沒有的樹種,即外來樹種（exotic species） 。,1、改良和豐富造林樹種的主要途徑,(2) 選種 ：利用種內(nèi)存在的豐富變異，在種的范圍內(nèi)進(jìn)行選擇。,種源選擇 （群體選擇） 林分選擇 （群體選擇） 優(yōu)樹選擇 （個(gè)體選擇）,雜交育種：通過人工有性雜交培育新品種。,(3) 育種,多倍體育種 （毛白楊三倍體、刺槐四倍體、歐洲白樺三倍體等）； 誘變育種（輻射育種、突變體篩選等）； 生物技術(shù)育種（包括花藥培養(yǎng)、原生質(zhì)體培養(yǎng)與融合、基因工程等）。,多倍體育種 （毛白楊三倍體、刺槐四倍體、歐洲白樺三倍體等）； 誘變育種（輻射育種、突變體篩選等）； 生物技術(shù)育種（包括花藥培養(yǎng)、原生質(zhì)體培養(yǎng)與融合、基因工程等）。,花藥培養(yǎng),原生質(zhì)體融合,植物基因工程育種,2、優(yōu)良品種的繁育,種子園是由優(yōu)樹無性系或家系營建的，以生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)種子為目的的特種林。,采穗圃是由優(yōu)樹無性系營建的，以生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)種條（插穗和接穗）的繁殖圃。,組織培養(yǎng)和細(xì)胞胚胎發(fā)生,3. 遺傳測定,二、林木育種工作的特點(diǎn),1. 育種資源豐富,2、育種周期長,(1) 早期預(yù)測 早晚期生長相關(guān)分析 形態(tài)生長的早期鑒定 生理生化的早期鑒定法,after 5 years,after 18 years,741楊葉片光合同化能力較高，且葉片衰老比較緩慢，光合同化能力下降速度緩慢。,(2) 促進(jìn)提早開花結(jié)實(shí),在白樺強(qiáng)化種子園內(nèi)開展了對白樺不同CO2濃度處理、光照、絞縊處理、噴施催花素、溫濕度控制等措施促進(jìn)提早開花結(jié)實(shí)技術(shù)研究。使自然條件下1720年開花結(jié)實(shí)的白樺年即可結(jié)實(shí)，5-6年即可規(guī)模結(jié)實(shí)。,東北林業(yè)大學(xué)強(qiáng)化育種園,(3) 采用多種育種途徑相結(jié)合，不斷為生產(chǎn)提供改良程度逐步提高的繁殖材料。,3、樹木可供研究利用的時(shí)間長，可以在遺傳測定后進(jìn)行再選擇。,6、在多數(shù)情況下，選育和繁殖遺傳基礎(chǔ)廣泛的林木品種或使用混合品種是適宜的。,4、優(yōu)良性狀可以通過無性繁殖方法得到保存和利用,5、多數(shù)為異花授粉樹種，遺傳基礎(chǔ)廣泛和穩(wěn)定,三、林木育種的發(fā)展和現(xiàn)狀,林木引種可追溯到2000年前,對林木種內(nèi)遺傳變異的早期研究也可查考到400年前。但系統(tǒng)的林木遺傳育種研究開始于19世紀(jì)。 全球已有約100個(gè)國家和地區(qū)開展了林木育種活動(dòng)。,大規(guī)模的引種工作是從19世紀(jì)50年代由澳大利亞、新西蘭等南半球國家引種松樹開始的?，F(xiàn)在，楊樹、桉樹、云杉、花旗松及落葉松等樹種都已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了各自的自然分布區(qū)，已成為國際性的重要造林樹種。,經(jīng)幾十年努力，國外主要造林樹種，包括自然分布區(qū)不大的樹種，如輻射松和日本落葉松都已開展了種源試驗(yàn)。,種源試驗(yàn)是開展最早的林木遺傳育種活動(dòng)。法國學(xué)者De Vilmorin于 18231882年首大進(jìn)行了歐洲赤松種源試驗(yàn)，隨后法國、俄國、奧地利、瑞士等林學(xué)家對落葉松、云杉、松、橡等樹種作了種源試驗(yàn)，證實(shí)了種內(nèi)存在著明顯的差異。,雜交是19世紀(jì)植物育種工作的活躍領(lǐng)域。德國植物學(xué)教授Klotzch 于1845年最早進(jìn)行了歐洲赤松和歐洲黑松間的雜交，到20世紀(jì)30年代后，掀起過雜交育種高潮，美國、意大利、德國、丹麥、日本等對楊樹、落葉松、松樹、板栗、榆樹等作了大量雜交。但取得成效最大的是楊屬樹種，其中意大利的成就尤為顯著，著名的歐美楊無性系I214是在20世紀(jì)20年代育成的。,到50年代種子園逐步為世界各國認(rèn)可，并普遍采用。美國，尤其是美國東南部是世界上林木育種成效顯著的地區(qū)之一。至1991年共營建種子園約4 000hm2，每年提供苗木133億株，造林75萬hm2以上。40多年來已由初級種子園、去劣疏伐種子園、15代和第2代種子園，發(fā)展到個(gè)別企業(yè)營建的第4代種子園。 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)在有約50個(gè)國家建立了種子園，美國、瑞典、芬蘭、日本等國家主要樹種的造林用中已全部或部分由種子園提供。,無性系林業(yè)近幾十年來得到了林業(yè)界的重視。 楊、柳等闊葉樹種以及日本柳杉的無性繁殖都已有幾百年的歷史。但無性系繁殖和選育到20世紀(jì)70年代才得到林業(yè)界的重視。除楊、柳、桉等闊葉樹種外，近20年來營養(yǎng)繁殖在輻射松、柳杉、歐洲云杉等針葉樹種中也取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展，達(dá)到了規(guī)?；げ迕缭炝值囊蟆?由于全球氣候的改變，人們環(huán)境保護(hù)意識的增強(qiáng)，對生物多樣性和種質(zhì)資源的保護(hù)，適應(yīng)性狀的研究有所加強(qiáng)。這賦予了林木遺傳育種新的內(nèi)容。,到70年代發(fā)展起來的生物技術(shù)，在林木中的研究雖然受林業(yè)和樹木本身生物學(xué)特性的限制，稍滯后于生物學(xué)科的其他領(lǐng)域，但近年進(jìn)展快。 組織和器官培養(yǎng)于80年代取得的成績大，據(jù)當(dāng)時(shí)統(tǒng)計(jì)已有30多個(gè)科200多種獲得了完整植株 。但迄今通過組織培養(yǎng)能達(dá)到實(shí)用目的的樹種仍僅局限于桉、楊等少數(shù)樹種。,自1985年后以林木為試材的體細(xì)胞胚培養(yǎng)、原生質(zhì)體培養(yǎng)已有研究；90年代，楊、楓香等原生質(zhì)體再生植株取得成功。但不同樹種原生質(zhì)體融合成功的報(bào)道極少。,葉肉細(xì)胞原生質(zhì)體,愈傷組織細(xì)胞原生質(zhì)體,林木花粉植株（單倍體）培養(yǎng)于70年代掀起過高潮。60年代來已有200多種植物培養(yǎng)出了花粉植株，其中包括楊樹等。,林木遺傳轉(zhuǎn)化試驗(yàn)開始于80年代中期探索了試驗(yàn)方法，并已有成功試?yán)?，為今后進(jìn)一步工作奠定了基礎(chǔ)。 在楊樹抗病、柳樹抗寒基因轉(zhuǎn)比方面也有報(bào)道。迄今已作遺傳轉(zhuǎn)化試驗(yàn)的樹種有火炬松、北美黃杉、白云杉、榿木、楊樹等約30種。,四、中國林木遺傳育種的興起和進(jìn)展,半個(gè)多世紀(jì)來，特別自上世紀(jì)70年代以來，科研與生產(chǎn)密切配合，我國林木育種工作取得成績很大。 篩選并逐步推廣了20多個(gè)有希望的外來樹種，如南方地區(qū)的桉樹、相思、濕地松、火炬松、加勒比松、木麻黃等和北方地區(qū)的刺槐、日本落葉松等都已成為重要的造林綠化樹種。,在馬尾松、杉木、油松、紅松、樟子松、興安落葉松、長白落葉松、白榆、側(cè)柏、黃山松、檫樹、香椿等約40個(gè)樹種中陸續(xù)開展了種源試驗(yàn)，并于1988年對油松、杉木、馬尾松、落葉松、側(cè)柏等13個(gè)樹種作了第一次種子區(qū)區(qū)劃。近年，對楓楊、厚樸、楝、樟樹、馬褂木以及白皮松、福建柏等樹種也開展了種源試驗(yàn)?！傲濉逼陂g我國在13個(gè)針葉樹種中選擇優(yōu)樹1.1萬株以上，建立種子園9千多公頃。,無性系選育是常規(guī)育種工作的熱點(diǎn)，楊、桉、泡桐、刺槐、杉木，木麻黃以及落葉松等樹種中都開展過這方面工作。在主要造林樹種中已選出優(yōu)良種源1284個(gè)，優(yōu)良家系2550個(gè)，優(yōu)良無性系475個(gè)，材積增益多在 1015%以上，優(yōu)良繁殖材料已開始在生產(chǎn)中推廣。,林木良種基地建設(shè)已初具規(guī)模，到本世紀(jì)初我國已建成林木良種繁育中心23處，良種基地697處，總面積9.47萬公頃，采種基地520處，面積108萬公頃。,研究了樹種地理變異、種子園和采穗圃營建、促進(jìn)開花結(jié)實(shí)、無性繁殖、縮短育種世代、生長早期預(yù)測以及遺傳和育種參數(shù)估算等技術(shù)和理論，其中不少研究達(dá)到了林業(yè)發(fā)達(dá)國家的水平，從實(shí)踐到理論都已奠定了比較扎實(shí)的基礎(chǔ)。,1997年國內(nèi)首次發(fā)表用RAPD標(biāo)記構(gòu)建馬尾松的連鎖圖譜，隨后，利用RAPD、AFLP、SSR、ISSR等標(biāo)記對楊、杉木、桉等樹種構(gòu)建了連鎖圖譜，并探討了性別分化、木材密度和數(shù)量性狀的基因定位。在基因工程方面，上世紀(jì)末已成功地進(jìn)行了楊、松和桉等樹種的遺傳轉(zhuǎn)化，掌握了遺傳轉(zhuǎn)化技術(shù)，并成功地將Bt基因?qū)霔顦?，獲得對舞毒蛾有毒殺作用的楊樹轉(zhuǎn)化再生植株。,五、林木育種工作的發(fā)展趨勢和任務(wù),1育種資源的收集、保存、研究和利用,2普遍開展種源試驗(yàn)和遺傳測定，逐步搞清主要造林綠化樹種的遺傳參數(shù)。,3加強(qiáng)良種繁育技術(shù)和原理的研究。 種子園高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)，提高種子的遺傳品質(zhì) 無性繁殖技術(shù)及成熟效應(yīng)和位置效應(yīng) 組織培養(yǎng)和體細(xì)胞胚胎發(fā)生技術(shù),4. 樹木性狀的遺傳鑒定技術(shù)和加速世代研究亟待提高。,5. 科學(xué)地制定育種計(jì)劃,6. 常規(guī)育種與生物技術(shù)相結(jié)合,