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茶树育种的方法和途径

2009/5/12 0:00:00  来源:贵叶龙商城   浏览量:429

在自然界,植物表现出来的性状是外界环境和植物内部基因共同作用的结果。控制植物性状的基因一般处于相对稳定的状态,偶尔发生的基因突变是植物新性状形成的基础,并且只有发生基因变异所导致的性状改变才能遗传给后代。茶树育种就是利用自然界的或人工诱变的基因变异和重组,通过选择、鉴定和培育,使符合人们需要的基因能够遗传下去,并繁育开来,供生产利用。以前茶树品种主要来自选种,即从茶树群体中将自然发生的有益基因变异选择出来,随着对茶树遗传规律的了解和育咱技术的进步,茶树育种方法也越来越多。


(一)系统选种
系统育种又称单株选种、个体选种或系谱法选种。系统选种法实质上就是选择优良个体的方法。具体地说,就是根据育种目标,从原始群体中选出若干符合要求的优良单株,然后按株分别进行无性繁殖或有性繁殖,并与标准种及原始群体进行比较,从而选育出新的品种。
由于系统选种的基础是茶树自然发生的基因变异和基因重组,因而一般采用的选种材料是茶树的有性群体,即用种子繁殖的茶树。由于通过雌雄配子的结合而形成的种子其基因型已经发生了重组,这类茶树后代之间的差异很大,从中选择出优良新品种的可能性也较大。而无性繁殖的茶树,由于都来源于同一个单株,没有发生基因重组,所进行的选择一般没有效果。转载本文请注明来自沁人茶香。
茶树的性状很多,可以用很多指标去描述,如形态、生理、生化等,但作为经济作物,我们通常都用若干经济指标去衡量茶树品种的优良程度,如产量、品质、抗性和适制性等。这些不同的指标都要在育咱过程中完成鉴定工作,同时茶树是木本植物,进入经济生长阶段的时间长,因而茶树育种历时较长。为了缩短育种年限和减少工作量,对这些经济指标我们可以采用早期鉴定的方法,即利用茶树性状之间的相关性,以测定其他性状指标来衡量这些指标的优劣程度。这些用来进行早期鉴定的指标包括形态指标、细胞学指标、生理生化指标以及分子标记等。
茶叶产量与茶树定型修剪枝叶量、单株芽叶数、芽叶平均重、茶树生物产量、单叶光合强度、发芽密度、栅状组织密度、上表皮厚度、栅状组织厚度、根系活力、根干重、侧面芽萌发率、扦插苗梢率、扦插苗单株叶面积、单叶面积等呈正相关关系。
茶叶品质与鲜叶儿茶素品质指数呈正相关;纤维素含量与炒青绿茶品质呈高度负相关;茶黄素发酵能力与红碎茶品质呈正相关;咖啡因、EGC和EGCG是红碎茶品质较有代表性的综合指标。鲜叶中水浸出物、多酚类、氨基酸、儿茶素总量及其组分与红、绿茶品质有关。
在抗性方面,栅状组织与海绵组织厚度比值与抗寒性评分呈显著正相关,茶村电阻值与抗寒性存在直线回归关系,抗旱性强的品种过氧人氢酶活性较高。
茶树无性系选种是指选择优良单株进行无性繁殖,然后对这些无笥繁殖的后代茶树进行选择。其等程序大体如下。
1.优良单株的选拔:根据育种目标,在群体品种中进行个体选择,对入选单株进行标记,进一步进行观测。观测项目主要包括树姿、生长势、发芽期、采摘期、抗寒性、单株产量、茶类的适制性(氯仿鉴定)、制茶品质(小量制茶法)等。
2.初步繁殖:将入选的优良单株进行无性繁殖,一般是采用短穗扦插法,培育出一定数量的苗木,以茶品系比较试验之用。在初步繁殖中,应调查插穗成活率、成苗率、分枝数、根系生育状况、茶苗整齐度等。
3.品系比较试验:将入选单株的无性后代(品系)与同龄的无性繁殖系标准品种(对照品种)进行比较试验。比较试验的内容包括产量、品质和抗性的直接鉴定,以及其他有关经济性状的调查。必须进行3-5年的产量与品质鉴定,以排除天气及环境的影响,才能获得比较可靠的结果。
4.品种区域性试验:为了鉴定新品种的适应范围的推广地区,必须进行品种区域性试验,区域性试验的内容与品比试验类同。
5.品种审定和繁育推广:通过品系比较试验和品种区域性试验,如新品系显著优于对照,或在某些方面具有突出的优点,就可以将有关材料报省和国家的良种审定委员会进行品种审定,审定通过后,即可大量繁殖推广。
茶树有性系选种是指选择优良单株利用种子进行有笥繁殖,然后对这些有性繁殖的后代茶树进行选择。茶树有性系选种的研究在国外有一些报道,我国进行的研究不多。有性系品种的适应性与生活力往往比无性系品种强,而且易于繁殖,便于推广,再加上有的茶树具有较强的母性遗传能力,因此,有性系选种仍有一定的实用价值。选种的程序和选择指标与无性系选种的基本类似,但要注意品系的开花结实性能和主要形状的整齐度。


(二)杂交育种
通过人为的、有目的地选择遗传性不同的亲本品种进行杂交,使得基因发生重组,产生许多不同性状的杂交后代,再经过选择、培育,得到符合人们要求的新品种,这种育种方法称为杂交育种。
由于后代的基因都是来源于亲本,因而正确选择杂交亲本是杂交育种能否获得成功的关键之一。亲本选配得当,其后代就可能出现较多的优良类型,也就容易选育出较多的优良品种。杂交亲本的选配要结合育种目标,就注意以下几点:第一,父母本都具有较多优点,没有突出缺点,在主要性状上能够互补;第二,亲本之一必须对当地的环境条件有良好的适应性;第三,对育种目标中所要求的主要性状在一个亲本中必须得表现突出,而且遗传力较大;第四,亲本的开花期比较一致,作为母本的亲本要求结实能力比较强;第五,选用亲缘关系远、生态型差异大的材料做亲本。
杂交方式有多种,应根据育种目标,在正确选择亲本的前提下,灵活地采用以下杂交方式:
1.简单杂交(单交):系指两个亲本成对交配,可分为正交和反交。一般用优良性状较多的亲本作为母本。
2.复合杂交(复交):系指两个以上的亲本,进行两次或两次以上的交配,在育种上常用的复交是三交和双交。复交通常比单交的效果好,但所需时间长,杂种后代的选择与处理比较复杂。回交:通过杂交获得的杂种第一代,再一次与亲本之一进行交配,这种杂交方式称为回交,或重复交配。
同杂种再次进行杂交的那个亲本称为轮回亲本,另一个亲本只在第一次单交时用一次,称为非轮回亲本。回交往往只是用来改良只有个别缺点(如抗病性)的推广品种。
茶树的杂交技术比较复杂,首先必须采集你本茶树的花粉,对其生活力进行测定。为防止母本茶树的自然杂交,还要对其花朵进行套袋隔离,去雄,然后才能授粉。当茶果成熟后,分别采收,鉴定种子质量。
第二年的早春浸种催芽,播种于苗圊或营养钵中,一年后定植于茶园中。选择方法有单株选择和集团选择两种,如杂种后代苗木数量少,可采用单株选择法。如杂种后代多,单株选择和集团选择可以同时进行,这样便于兼顾选择的质量和速度。选择指标和选择程序与系统选种基本相同。


(三)诱变育种
诱变育种是用物理或化学的诱变剂使茶树的基因结构发生改变,引起性状变异并通过筛选获得符合要求的变异的一种育种方法。系统选种和杂交育种都是对茶树自然发生的基因变异进行选择或重组。在正常的外界环境条件下发生基因空变的概率非常低,其中大部分突变都是人类不需要的类型。同时,由于基因的连锁关系,一些不利性状往往与有益性状同时出现在同一株茶树中,很难分离。因而人们希望通过物理和化学方法来增加茶树的基因突变和破坏原有的基因连锁关系,从中选择出有益变异和新的有益性状组合,培育出茶树新品种,这种育种方法称为诱变育种。
利用各种射线来诱导茶树发生基因突变,称为辐射育种。能够导致基因突变的射线有紫外线、X射线、γ射线、α粒子、β粒子、中子、质子、离子束、微波、超声波、激光等。就茶树来说,种子、植株、叶芽和花芽、花粉、培养细胞或组织都可以作为处理的材料。一般辐射育种能够有效改变品种的单一不良性状。
化学诱变育种是利用化学诱变剂诱发作物发生突变,再通过多世代对突变体进行选择和鉴定,直接或间接地培育成生产上能利用的农作物品种。能够引起植物基因突变的化学诱变剂很多,但公认最有效和最多的诱变剂有:烷化剂类,如甲基磺酸乙酯(EMS)、乙基磺酸乙酯(EES)、甲基磺酸甲酯(MMS)、丙基磺酸丙酯(PPS)、甲基磺酸丙酯(PMS)等;碱基类似物,如5-溴尿嘧啶(5-BU)、5-溴去氧尿嘧啶核苷(5-BUdR),8-氮鸟嘌呤、咖啡因、马来酰肼等;吖啶类(嵌入剂),吖啶橙、二氨基吖啶、人工合成ICR化合物;其他还包括,如叠氮化物、抗生素、亚硝酸、羟胺等。还有一些生物碱也属于化学诱变剂,如石蒜碱、秋水碱、喜树碱、长春碱等。就茶树来说,种子、植株、叶芽和花芽、花粉、培养细胞或组织同样可以作为处理的材料。与辐射诱变相比,化学诱变引起的突变频率较高,并且突变的性状有明显的专一性。某些化学诱变剂,如秋水仙碱会导致茶对染色体加倍,成为多倍体茶树品种。
利用物理和化学诱变产生可遗传的变异是诱变育种的第一步,随后的选择是育种过程最重要的工作。由于物理辐射化学诱变产生的损伤、诱导的持续性、突变频率等不同,同时由于可采用多种材料进行处理,因而在植株培育和性状选择的程序上也略有不同。


(四)生物技术育种
生物技术育种是指生物技术与常规育种技术相结合,从而培育出新的优良品种的一咱方式。由于传统育种手段在创新种过程中所需要的育种周期长,相对难以实现人们预先设定的目标,并且优良品种的繁殖速度相对较慢,良种短期内难以实现规模化推广,极大地阻碍了优良品种的培育和推广。随着细胞生物学以及分子生物学研究的进展,现人工生物技术逐渐进入到现代育种实践中。生物技术育种能够更直接、更准确地使植物发生预期的变异,更快、更有效地对目标性状进行预测,可以大大减少田间工作量,缩短育种周期,有可能培育出自然界从不存在性状的新品种。但无论如何,生物技术育种过程离不开传统育种的选择和鉴定过程。与诱变一样,生物技术更多地是一种技术辅助手段方式出现在育种过程中,主要体现在变异的创造方面。生物技术育种的内容涉及分子标记辅助选择育种、基因分离和转移、原生质体融合(体细胞杂交)、离体胚培养、花粉和花药培养等育种新技术。
细胞和组织培养在茶树中开展较早,国内外有许多研究报道。以不同的品种、器官、组织、细胞为培养材料,研究探讨培养基的成分、激素的配比、培养的温光条件等。这方面比较突出的研究结果是花药培养。日本胜尾清从1968年开始进行茶树花药培养,于1972年出根。我国福建农学院陈振光教授等人用福云茶树品种的花药进行组织培养,在1974年诱导发根,1978年诱导出根和胚,1980年成功获得具有根、茎、叶的植株。此外,根、茎、叶、悬浮细胞等的培养也有不少研究报道。
目前,在茶树中开展较多的转基因技术研究,即有目的地将外源基因导入植物并使之整全、表达和遗传,修饰原有植物遗传物质、改造不良的园艺性状,培育新的品种。茶树重要基因的克隆是进展较多的研究,许多与茶树次生代谢相关的基因已被克隆,为进一步调控这些基因的表达打下了良好的基础。茶树遗传转化技术研究主要包括农杆菌转化系统和基因枪化系统两大类,分别研究了转化条件、转化效率、筛选方式等,也获得了较多的成果,并建立了多个茶树的遗传转化体系。从目前的研究情况看,茶树的再生体系不完善是茶树转基因研究进一步深入的瓶颈。尽管国内外有许多人开展茶树再生体系研究,也获得了一些研究成果,便总的来说,需要在这方面有一个大的突破,才有希望获得转基因茶树品种。
分子标记技术的发展使早期鉴定技术从形态、生化水平发展到分子水平,对缩短育种年限和提高育种效率具有更重要、更现实的意义。它不仅可以定位目标基因,也可利用与目标基因紧密连锁标记追踪目标基因,在育种过程早期对目标性状进行分子标记辅助选择。目前已得到了茶树萌芽期、茶氨酸含量、茶多酚含量、抗炭疽病性能、抗寒性及叶色深浅等目标基因连锁的RAPD标记,可用于茶树育种早期鉴定。还可利用分子标记进行茶树群体遗传结构、不同地区茶树品种的亲缘关系和茶树品种的鉴别等。

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