《林木育种学》PPT课件.ppt

林木育种学 Forest tree breeding杨敏生杨敏生2008年年2月月绪绪 论论一、林木育种学研究对象和任务一、林木育种学研究对象和任务林林木木育育种种学学(forest tree breeding)是是以以遗遗传传进进化化理理论论为为指指导导，研研究究林林木木选选育育和和良良种种繁繁育育原原理理和和技术的学科。技术的学科。(1)引种：从外地或外国引进本地没有的树种引种：从外地或外国引进本地没有的树种,即外即外来树种（来树种（exotic species）。1、改良和丰富造林树种的主要途径、改良和丰富造林树种的主要途径(2)选选种种：利利用用种种内内存存在在的的丰丰富富变变异异，在在种种的的范范围围内内进行选择。进行选择。种源选择种源选择（群体选择）（群体选择）林分选择林分选择（群体选择）（群体选择）优树选择优树选择（个体选择）（个体选择）杂交育种：通过人工有性杂交培育新品种。杂交育种：通过人工有性杂交培育新品种。(3)育种育种多多倍倍体体育育种种（毛毛白白杨杨三三倍倍体体、刺刺槐槐四四倍倍体体、欧欧洲洲白白桦桦三三倍倍体体等等）；）；诱变育种（辐射育种、突变体筛选等）；诱变育种（辐射育种、突变体筛选等）；生生物物技技术术育育种种（包包括括花花药药培培养养、原原生生质质体体培培养养与与融融合合、基基因因工工程等）。程等）。多多倍倍体体育育种种（毛毛白白杨杨三三倍倍体体、刺刺槐槐四四倍倍体体、欧欧洲洲白白桦桦三三倍倍体体等等）；）；诱变育种（辐射育种、突变体筛选等）；诱变育种（辐射育种、突变体筛选等）；生生物物技技术术育育种种（包包括括花花药药培培养养、原原生生质质体体培培养养与与融融合合、基基因因工工程等）。程等）。花药培养花药培养原生质体融合原生质体融合植物基因工程育种植物基因工程育种2、优良品种的繁育、优良品种的繁育种种子子园园是是由由优优树树无无性性系系或或家家系系营营建建的的，以以生生产产优优质种子为目的的特种林。质种子为目的的特种林。采穗圃采穗圃是由优树无性系营建的，以生产优质种条是由优树无性系营建的，以生产优质种条（插穗和接穗）的繁殖圃。（插穗和接穗）的繁殖圃。组织培养和细胞胚胎发生组织培养和细胞胚胎发生3.遗传测定遗传测定二、林木育种工作的特点二、林木育种工作的特点1.育种资源丰富育种资源丰富 2、育种周期长、育种周期长 (1)早期预测早期预测早早晚期生长相关分析晚期生长相关分析 形态形态生长的早期鉴定生长的早期鉴定生理生理生化的早期鉴定法生化的早期鉴定法 after 5 yearsafter 18 years741741杨叶片光合同化能力较高，且叶片衰老比较缓慢，杨叶片光合同化能力较高，且叶片衰老比较缓慢，光合同化能力下降速度缓慢。光合同化能力下降速度缓慢。(2)促进提早开花结实促进提早开花结实 在白桦强化种子园内开展了对白桦不同在白桦强化种子园内开展了对白桦不同CO2浓度处理、光照、绞缢处理、喷浓度处理、光照、绞缢处理、喷施催花素、温湿度控制等措施促进提早开花结实技术研究。使自然条件下施催花素、温湿度控制等措施促进提早开花结实技术研究。使自然条件下1720年开花结实的白桦年即可结实，年开花结实的白桦年即可结实，5-6年即可规模结实。年即可规模结实。东北林业大学东北林业大学强化育种园强化育种园(3)采用多种育种途径相结合，不断为生产提供改良程度逐采用多种育种途径相结合，不断为生产提供改良程度逐步提高的繁殖材料。步提高的繁殖材料。3、树木可供研究利用的时间长，可以在遗传测、树木可供研究利用的时间长，可以在遗传测定后进行再选择。定后进行再选择。选择选择采种繁殖采种繁殖子代测定子代测定再选择再选择应用应用 6、在多数情况下，选育和繁殖遗传基础广泛的、在多数情况下，选育和繁殖遗传基础广泛的林木品种或使用混合品种是适宜的。林木品种或使用混合品种是适宜的。4、优优良良性性状状可可以以通通过过无无性性繁繁殖殖方方法法得得到到保保存存和和利用利用 5、多数为异花授粉树种，遗传基础广泛和稳定、多数为异花授粉树种，遗传基础广泛和稳定 三、林木育种的发展和现状三、林木育种的发展和现状 林林木木引引种种可可追追溯溯到到20002000年年前前,对对林林木木种种内内遗遗传传变变异异的的早早期期研研究究也也可可查查考考到到400400年年前前。但但系系统统的的林林木木遗遗传传育育种种研研究究开开始始于于1919世世纪纪。全全球球已已有有约约100100个个国国家家和地区开展了林木育种活动。和地区开展了林木育种活动。大大规规模模的的引引种种工工作作是是从从1919世世纪纪5050年年代代由由澳澳大大利利亚亚、新新西西兰兰等等南南半半球球国国家家引引种种松松树树开开始始的的。现现在在，杨杨树树、桉桉树树、云云杉杉、花花旗旗松松及及落落叶叶松松等等树树种种都都已已远远远远超超越越了了各各自自的的自自然然分分布布区区，已已成成为为国国际性的重要造林树种。际性的重要造林树种。经经几几十十年年努努力力，国国外外主主要要造造林林树树种种，包包括括自自然然分分布布区区不不大大的树种，如辐射松和日本落叶松都已开展了种源试验。的树种，如辐射松和日本落叶松都已开展了种源试验。种种源源试试验验是是开开展展最最早早的的林林木木遗遗传传育育种种活活动动。法法国国学学者者De De VilmorinVilmorin于于 1823182318821882年年首首大大进进行行了了欧欧洲洲赤赤松松种种源源试试验验，随随后后法法国国、俄俄国国、奥奥地地利利、瑞瑞士士等等林林学学家家对对落落叶叶松松、云云杉杉、松、橡等树种作了种源试验，证实了种内存在着明显的差异。松、橡等树种作了种源试验，证实了种内存在着明显的差异。杂杂交交是是1919世世纪纪植植物物育育种种工工作作的的活活跃跃领领域域。德德国国植植物物学学教教授授Klotzch Klotzch 于于18451845年年最最早早进进行行了了欧欧洲洲赤赤松松和和欧欧洲洲黑黑松松间间的的杂杂交交，到到2020世世纪纪3030年年代代后后，掀掀起起过过杂杂交交育育种种高高潮潮，美美国国、意意大大利利、德德国国、丹丹麦麦、日日本本等等对对杨杨树树、落落叶叶松松、松松树树、板板栗栗、榆榆树树等等作作了了大大量量杂杂交交。但但取取得得成成效效最最大大的的是是杨杨属属树树种种，其其中中意意大大利利的的成成就就尤尤为为显显著著，著著名名的的欧欧美美杨杨无无性性系系I I214214是是在在2020世世纪纪2020年年代代育育成成的。的。到到5050年年代代种种子子园园逐逐步步为为世世界界各各国国认认可可，并并普普遍遍采采用用。美美国国，尤尤其其是是美美国国东东南南部部是是世世界界上上林林木木育育种种成成效效显显著著的的地地区区之之一一。至至19911991年年共共营营建建种种子子园园约约4 4 000hm000hm2 2，每每年年提提供供苗苗木木13133 3亿亿株株，造造林林7575万万hmhm2 2以以上上。4040多多年年来来已已由由初初级级种种子子园园、去去劣劣疏疏伐伐种种子子园园、1 15 5代和第代和第2 2代种子园，发展到个别企业营建的第代种子园，发展到个别企业营建的第4 4代种子园。代种子园。据据不不完完全全统统计计，现现在在有有约约5050个个国国家家建建立立了了种种子子园园，美美国国、瑞瑞典典、芬芬兰兰、日日本本等等国国家家主主要要树树种种的的造造林林用用中中已已全全部部或或部部分分由由种种子子园园提供。提供。无无性性系系林林业业近近几几十十年年来来得得到到了林业界的重视。了林业界的重视。杨杨、柳柳等等阔阔叶叶树树种种以以及及日日本本柳柳杉杉的的无无性性繁繁殖殖都都已已有有几几百百年年的的历历史史。但但无无性性系系繁繁殖殖和和选选育育到到2020世世纪纪7070年年代代才才得得到到林林业业界界的的重重视视。除除杨杨、柳柳、桉桉等等阔阔叶叶树树种种外外，近近2020年年来来营营养养繁繁殖殖在在辐辐射射松松、柳柳杉杉、欧欧洲洲云云杉杉等等针针叶叶树树种种中中也也取取得得了了实实质质性性的的进进展展，达达到到了了规模化扦插苗造林的要求。规模化扦插苗造林的要求。由由于于全全球球气气候候的的改改变变，人人们们环环境境保保护护意意识识的的增增强强，对对生生物物多多样样性性和和种种质质资资源源的的保保护护，适适应应性性状状的的研研究究有有所所加加强强。这这赋赋予予了了林林木木遗遗传传育种新的内容。育种新的内容。到到7070年年代代发发展展起起来来的的生生物物技技术术，在在林林木木中中的的研研究究虽虽然然受受林林业业和和树树木木本本身身生生物物学学特特性性的的限限制制，稍稍滞滞后后于于生生物物学学科科的的其其他他领领域，但近年进展快。域，但近年进展快。组组织织和和器器官官培培养养于于8080年年代代取取得得的的成成绩绩大大，据据当当时时统统计计已已有有3030多多个个科科200200多多种种获获得得了了完完整整植植株株 。但但迄迄今今通通过过组组织织培培养养能能达达到实用目的的树种仍仅局限于桉、杨等少数树种。到实用目的的树种仍仅局限于桉、杨等少数树种。自自19851985年年后后以以林林木木为为试试材材的的体体细细胞胞胚胚培培养养、原原生生质质体体培培养养已已有有研研究究；9090年年代代，杨杨、枫枫香香等等原原生生质质体体再再生生植植株株取取得得成成功功。但但不同树种原生质体融合成功的报道极少。不同树种原生质体融合成功的报道极少。叶肉细胞原生质体叶肉细胞原生质体愈伤组织细胞原生质体愈伤组织细胞原生质体林林木木花花粉粉植植株株（单单倍倍体体）培培养养于于7070年年代代掀掀起起过过高高潮潮。6060年年代代来来已已有有200200多多种种植植物物培培养养出出了了花花粉粉植植株株，其其中中包括杨树等。包括杨树等。林林木木遗遗传传转转化化试试验验开开始始于于8080年年代代中中期期探探索索了了试试验验方方法法，并并已已有有成成功功试试例例，为为今今后后进进一一步步工工作作奠奠定定了了基基础础。在在杨杨树树抗抗病病、柳柳树树抗抗寒寒基基因因转转比比方方面面也也有有报报道道。迄迄今今已已作作遗遗传传转转化化试试验验的的树树种种有火炬松、北美黄杉、白云杉、桤木、杨树等约有火炬松、北美黄杉、白云杉、桤木、杨树等约3030种。种。四、中国林木遗传育种的兴起和进展四、中国林木遗传育种的兴起和进展 半个多世纪来，特别自上世纪半个多世纪来，特别自上世纪7070年代以来，科研与生产密切年代以来，科研与生产密切配合，我国林木育种工作取得成绩很大。配合，我国林木育种工作取得成绩很大。筛选并逐步推广了筛选并逐步推广了2020多个有希望的外来树种，如南方地区的多个有希望的外来树种，如南方地区的桉树、相思、湿地松、火炬松、加勒比松、木麻黄等和北方桉树、相思、湿地松、火炬松、加勒比松、木麻黄等和北方地区的刺槐、日本落叶松等都已成为重要的造林绿化树种。地区的刺槐、日本落叶松等都已成为重要的造林绿化树种。在在马马尾尾松松、杉杉木木、油油松松、红红松松、樟樟子子松松、兴兴安安落落叶叶松松、长长白白落落叶叶松松、白白榆榆、侧侧柏柏、黄黄山山松松、檫檫树树、香香椿椿等等约约4040个个树树种种中中陆陆续续开开展展了了种种源源试试验验，并并于于19881988年年对对油油松松、杉杉木木、马马尾尾松松、落落叶叶松松、侧侧柏柏等等1313个个树树种种作作了了第第一一次次种种子子区区区区划划。近近年年，对对枫枫杨杨、厚厚朴朴、楝楝、樟樟树树、马马褂褂木木以以及及白白皮皮松松、福福建建柏柏等等树树种种也也开开展展了了种种源源试试验验。“六六五五”期期间间我我国国在在1313个个针针叶叶树树种种中中选选择择优优树树1.11.1万万株株以以上，建立种子园上，建立种子园9 9千多公顷。千多公顷。无无性性系系选选育育是是常常规规育育种种工工作作的的热热点点，杨杨、桉桉、泡泡桐桐、刺刺槐槐、杉杉木木，木木麻麻黄黄以以及及落落叶叶松松等等树树种种中中都都开开展展过过这这方方面面工工作作。在在主主要要造造林林树树种种中中已已选选出出优优良良种种源源12841284个个，优优良良家家系系25502550个个，优优良良无无性性系系475475个个，材材积积增增益益多多在在 101015%15%以以上上，优优良良繁繁殖殖材材料料已已开开始始在生产中推广。在生产中推广。林林木木良良种种基基地地建建设设已已初初具具规规模模，到到本本世世纪纪初初我我国国已已建建成成林林木木良良种种繁繁育育中中心心2323处处，良良种种基基地地697697处处，总总面面积积9.479.47万万公公顷顷，采采种种基基地地520520处处，面面积积108108万万公顷。公顷。研研究究了了树树种种地地理理变变异异、种种子子园园和和采采穗穗圃圃营营建建、促促进进开开花花结结实实、无无性性繁繁殖殖、缩缩短短育育种种世世代代、生生长长早早期期预预测测以以及及遗遗传传和和育育种种参参数数估估算算等等技技术术和和理理论论，其其中中不不少少研研究究达达到到了了林林业业发发达达国国家家的的水水平平，从实践到理论都已奠定了比较扎实的基础。从实践到理论都已奠定了比较扎实的基础。19971997年年国国内内首首次次发发表表用用RAPDRAPD标标记记构构建建马马尾尾松松的的连连锁锁图图谱谱，随随后后，利利用用RAPDRAPD、AFLPAFLP、SSRSSR、ISSRISSR等等标标记记对对杨杨、杉杉木木、桉桉等等树树种种构构建建了了连连锁锁图图谱谱，并并探探讨讨了了性性别别分分化化、木木材材密密度度和和数数量量性性状状的的基基因因定定位位。在在基基因因工工程程方方面面，上上世世纪纪末末已已成成功功地地进进行行了了杨杨、松松和和桉桉等等树树种种的的遗遗传传转转化化，掌掌握握了了遗遗传传转转化化技技术术，并并成成功功地地将将BtBt基基因因导入杨树，获得对舞毒蛾有毒杀作用的杨树转化再生植株。导入杨树，获得对舞毒蛾有毒杀作用的杨树转化再生植株。五、林木育种工作的发展趋势和任务五、林木育种工作的发展趋势和任务1育种资源的收集、保存、研究和利用育种资源的收集、保存、研究和利用2普遍开展种源试验和遗传测定，逐步搞清主要造林绿化普遍开展种源试验和遗传测定，逐步搞清主要造林绿化树种的遗传参数。树种的遗传参数。3加强良种繁育技术和原理的研究。加强良种繁育技术和原理的研究。u种子园高产、稳产，提高种子的遗传品质种子园高产、稳产，提高种子的遗传品质 u无性繁殖技术及成熟效应和位置效应无性繁殖技术及成熟效应和位置效应u组织培养和体细胞胚胎发生技术组织培养和体细胞胚胎发生技术 4.树木性状的遗传鉴定技术和加速世代研究亟待提高。树木性状的遗传鉴定技术和加速世代研究亟待提高。5.科学地制定育种计划科学地制定育种计划 6.常规育种与生物技术相结合常规育种与生物技术相结合