植物种质资源研究方法优质整理

2021-06-16 10:20:39本页面

植物种质资源研究方法优质整理


【正文】

第六章植物种质资源研究方法,第一节植物学研究第二节考古学研究第三节生态学研究第四节遗传学研究第五节细胞学研究第六节生物数学研究第七节生物化学研究第八节分子生物学研究,第一节植物学研究,植物学研究是植物种质资源最为普遍的研究方法,主要包括:一、资源调查方法二、比较形态学方法三、比较解剖学方法四、孢粉学方法,一、资源调查方法通过调查了解植物的生长环境、分布状况、生长习性以及基本的植物学性状,从而为种质资源的评价奠定基础,也为其起源、演化和分类提供依据。通过对种质资源不同生态区的地理气候条件、栽培状况等的调查,可以明确某种种质资源的生态适应性和适应范围。主要应用于某一地区或某一类作物的考察活动,二、

目前种质资源的多数性状均应用比较形态学研究结果。比较形态学性状:便于观察和获取,一般不需要精密复杂的实验室设施,直尺、放大镜、解剖镜是比较常用的工具;植物形态的变异复杂多样,其变异式样和幅度有利于进行分类、描述和鉴定等工作;研究历史长,积累了丰富的研究资料。,三、比较解剖学方法对植物的器官或组织进行解剖、观察、比较研究。基于不同植物的器官或组织的解剖结构可能各有自身的特点。解剖学性状主要包括气孔类型的发育及形态解剖、叶片的内部结构、叶脉式样、叶柄微管组织式样等。比较解剖学性状通常与形态学性状密切相关,常作为比较形态学的辅助,为揭示种质资源各类群的区别特征和进化趋向提供证据。,四、孢粉学方法不同植物其孢子和花粉性状各有特点。

随着扫描电镜的发展,孢粉学性状在分类研究中应用越来越多,主要包括:花粉萌发孔形态(aperturalmorphoform)孢粉外壁纹饰和分层式样(exineornamentationandstratificationpattern)花粉聚合(pollenassociation)花粉核数目(pollennuclearnumber),萌发孔形态是研究中讨论最多的花粉性状,主要包括萌发孔的类型、数目、分布与位置等。不同类型植物其花粉粒具有自己的特征,如被子植物花粉粒具有厚的、强耐力、不可渗透的外壁和薄的内壁。孢粉外壁纹饰和分层式样也各具特点,可用于不同植物类群的区分。,第二节考古学研究,植物考古学是根据古代人类活动遗留下来的实物和历史资料研究植物古代情况。

实物和历史资料大多埋藏于地下,考古学家通过发掘它们,研究它们为植物种质资源的起源、驯化、传播和利用情况提供证据。,如:陕西西安半坡遗址中发现的菜籽,经同位素鉴定距今有60007000年。广西壮族自治区文物工作队(1978)在发掘一座2000多年前的古墓时,出土大批植物种子果实,经鉴定,有梅、青杨梅、李、橄榄、乌榄、橘子、红面、罗汉栲、广东含笑、金银花、木瓜、黄瓜、西瓜、花椒、大麻、稻、粟、姜、芋、葫芦等20余种。该发现雄辩地证明了,2000多年前上述植物已经在广西一带有广泛的栽培。通过考古,纠正了中国不是核桃的原产地的观点,第三节生态学研究,植物生态学研究是在自然环境或人工控制环境中,研究环境条件、物候期、种质的生长发育习性三者之间的关系。

了解植物种质资源生长发育规律、生育周期,及其对温度、光照、水分和矿质营养等的要求。,生态学研究主要包括以下四方面研究内容一、物候期的观察二、气象因子的影响分析三、土壤因子的影响分析四、人类活动的影响分析,一、物候期的观察1、物候期:指随着季节的变化,植物生活史中各种标志性形态出现的时间,是自然界一年一个周期季节变化的明显象征(我国的24个节气72侯)。2、植物物候期鉴定的意义:1)了解该物种在本地区生长发育的动态变化过程,为其进一步的开发和利用提供研究基础,2)有利于品种的合理分布以及制定适宜的栽培制度,美国森林昆虫学家霍普金斯对物候期研究较多,尤其是物候与美国各州冬小麦的播种、收获与发育季节的关系。

霍普金斯认为,植物的阶段发育是受当地气候的影响的,而气候又制约于该地区所在的纬度、海陆关系与地形等因素。他从大量的植物物候材料中总结出如下的结论:假如其他因素不变动,在北美洲温带内,每向北移动纬度一度,或是向东移动经度五度,或是上升400英尺,植物的阶段发育在春天和初夏将各延期4天。这就是所谓霍普金斯物候定律。这个所谓物候定律并没有考虑到物候的古今差异。,等候线图:霍普金斯把美国境内同一日子有同一物候(如桃始花、燕子来等等)的地点连成一条线,绘成等候线图。根据等候线图预告各地农作物播种、收获的时期。霍普金斯的物候定律,只是根据美国的物候条件总结出来的,因此它并不适用于世界其它地区。因为物候不但因地而异。

而且因时而异,并不像这个物候定律所说的那么简单。,我国向来以农立国,在汉代就有七十二候。一年二十四节气共七十二候。各候均以一个物候现象相应,称候应。其中植物候应有植物的幼芽萌动、开花、结实等;非生物候应有始冻、解冻、雷始发声等。七十二候候应的依次变化,反映了一年中气候变化的一般情况。物候期研究还有许多空白。,二、气象因子的影响分析1、温度植物体的所有生理活动、代谢反应都必须在一定的温度条件下才能进行。温度对植物的生态作用按照温度变化的规律,可分为节律性变温(一年的四季变化,一天的昼夜变化)和非节律性变温(极端温度)两个方面,特别是极端高低温值、升降温速度和高低温持续时间,对植物都有极大的影响.

地球表面的温度条件随着海拔的升高和维度的北移(北半球)而降低,随海拔的降低和纬度的南移而升高。对植物种质资源产地环境的温度调查,可推测出植物整个生育期对温度的要求植物需要在一定的温度以上才能开始生长发育,同时植物也需要有一定的温度总量才能完成其生活周期,所以在农业生产中引入了积温的概念.积温:作物生长发育阶段内逐日平均气温的总和,2光照光照对植物种质资源的起源、分布和生长发育具有决定性的影响.光对植物的生态作用是由光照强度、日照长度、光谱成分的对比关系构成的。光能在地球表面上的分布是不均匀的它们各自有其空间和时间的变化规律,随着不同的地理条件和不同的时间而发生变化,因此不同地区的植物长期生活在具有一定光照条件的生境中。

就形成了相应的生物特性和发育规律,在生长发育过程中要求特定的光照条件。,3水分水是植物生存的极重要因子,它通过不同的形态、量和持续时间的变化对植物起作用。形态:三态,即固态、液态和汽态。量:降水量的多少和大气湿度的高低。持续时间:指降水、干旱、淹水等的持续时间。,水分对植物的生长也有最高、最适、最低三基点。低于最低点,植物就会萎蔫,停止生长,甚至枯死;高于最高点,根系缺氧,引起植物的窒息、烂根。只有在水分最适范围内,植物生长才能维持水分平衡,保证植物良好的生长发育。,植被群落学研究结果表明:气象因子是决定植被成带分布的决定性因素,尤以温度和水分更为重要。地球上的气候条件按三个方向改变着,植被也沿着这三个方向交替分布。

这三个方向就是纬度、经度与海拔高度。纬度和经度构成植被分布的水平地带性,海拔高度构成植被分布的垂直地带性。,我国植被分布也有明显的地带性,由于受海洋季风影响程度的不同,根据经度的地带性,我国从东到西依次分布着三个大的植被区域:湿润森林区域、半干旱草原区域和干旱荒漠区域。在湿润森林区域,我国从南到北跨越纬度50多度,依次分布着热带雨林区,亚热带常绿阔叶林区,温带落叶阔叶林区和寒温带针叶林区。植物的垂直地带性从属于水平地带性,水平地带性是基础,它决定山地垂直地带性系统。,三、土壤因子的影响分析土壤肥力是土壤物理、化学、生物等性质的综合反映.。提高土壤的肥力,就必须使土壤同时具有良好的物理性质(土壤质地、结构、容量、孔隙度)、化学性质(土壤酸度、有机质、矿质元素)和生物性质(土壤中的动物、植物、微生物)。

根据植物对土壤酸碱度的反应将其分为酸性土植物、中性土植物和碱性土植物,根据植物对土壤中过量盐类的适应特点有聚盐性植物:原生质耐受盐份特别强,它们细胞浓度特别高,能吸收高浓度土壤溶液的水分,比如说盐角草。泌盐性植物:能把吸收进去的多余的盐通过茎、叶、表面密布的盐腺排出来、再被风吹雨淋的洗掉。如红树植物。不透盐的植物:细胞对盐类的通透性非常小,他们几乎不吸收或很少吸收土壤中的盐份,同时也提高了植物吸收土壤中的水的能力,如芦苇等。,盐角草,红树,海榄,四、人类活动的影响分析人类的活动与生态环境密切相关,人类总是从自然界取得自己生存和发展所必需的物质,对自然资源进行开发利用。通过调查人类活动的具体过程,可以在一定程度上为植物种质资源演化和传播提供相关线索。

人类活动对植物赖以生存的生态环境既有积极建设性影响,也存在消极破坏的作用。,过度索取导致许多名贵植物越来越少,如人参、天麻、冬虫夏草、灵芝、苏铁等。农业现代化,工业化导致的大气及水污染、土地退化乃至气候的变化从区域扩展至全球。1、全球变暖:生物群落的分布主要取决于气候,尤其是温度和降雨。如果二氧化碳导致气候持续几十年变暖,一种生物群落会通过改变顶级结构来适应新的气候条件,从而达到新的平衡。如果气候显著变化持续100年以上,就会演替成一种新的生物群落。2、酸雨;3、臭氧层破坏;4、荒漠化,2、酸雨:酸雨是工业高度发展而出现的副产物,由于人类大量使用煤、石油、天然气等化石燃料,燃烧后产生的硫氧化物或氮氧化物。

在大气中经过复杂的化学反应,形成硫酸或硝酸气溶胶,或为云、雨、雪、雾捕捉吸收,降到地面成为酸雨。酸雨又被称为“空中死神”,酸雨带来的损失是难以估量的,能破坏森林,使森林中的树木生长缓慢,甚至死亡。目前世界上有14的森林正程度不同地受到酸雨的侵袭。我国是继欧洲和北美洲之后第三大重酸雨区,3、臭氧层破坏:臭氧层可以说是地球的保护层,它主要围绕在地球外部离地面2025公里高度的地方,起到吸收太阳紫外线中对生物有害部分UVB(UVB是紫外线的一段波长,为280315nm)的作用。臭氧层被破坏后,吸收紫外辐射的能力减弱,将给人体健康带来很多不利影响;对植物产生难以确定的影响,,破坏臭氧层的元凶主要是工业制冷剂氟利昂。

4、荒漠化荒漠化的产生和发展主要是气候变异和人为不合理的因素的影响。目前,世界陆地面积的1/3受到荒漠化危害,约1/5的世界人口受到直接影响。,第四节遗传学研究,一、杂交分析二、测交分析三、自交分析四、远缘杂交分析,一、杂交分析杂交是指不同基因型配子结合产生杂种的操作过程。杂交是生物遗传变异的重要来源,基因重组是杂交的遗传学基础。杂交分析的作用:1、鉴别物种间的亲缘关系。2、目标性状遗传分析的基础。3、种质创新的有效手段。,二、测交分析测交是指把被测验的个体与隐性纯合的亲本杂交,由于测交时常利用一个原来的隐性纯合亲本进行杂交,故又属于回交。测交目的是验证某种表现型的个体是纯合基因型还是杂合基因型。

三、自交分析自交一般是指以本植株或较纯的群体内的花粉进行授粉结实的操作过程。其目的:1、验证遗传因子的分离情况。2、使基因趋于纯合,产生稳定自交系。,四、远缘杂交分析远缘杂交通常是指植物分类学上不同种、属以上类型间的杂交。1、研究种间的亲缘关系。2、可以创造出新的植物类型。3、提高植物的抗病(逆)性,改良品种、创造雄性不育以及利用杂种优势等。,第五节细胞学研究,细胞学方法研究植物种质资源主要是应用染色体分析技术。其原理是基于植物都有相对稳定的染色体数目、大小、形态和结构,它可以反映一个种甚至变种、品种与其它种、变种或品种的差异。1、染色体组分析(genomeanalysis)2、染色体核型分析(karyotypeanalysis)3、染色体带型分析(chromosomebandingpatternanalysis)等。

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