药用植物的繁殖方式与育种

发布于:2021-06-19 14:19:23

第六章 药用植物的繁殖方式与育种
授课教师:孙维洋

第一节 药用植物的繁殖方式
? 一、有性繁殖
植物繁殖的基本方式,由雌配子(卵细胞)和雄配子 (精细胞)相互结合(即受精)产生后代。 有性繁殖的优点: 有性繁殖有利于基因交流,会产生 更适合环境的后代,但是不利于优良 性状的遗传。而无性繁殖亲代与子代 的DNA基本上是完全相同的(有丝分 裂的时候有可能产生突变),所以亲代 的性状会100%遗传给后代,但是进 化的几率就很小。

? 有性繁殖的方式
? 1.自花授粉植物 ? 又名自交植物,即主要以自花授粉方式繁殖后代的

植物。异交率为0~4% 。如水稻、小麦、大豆、花 生、黄麻、棉花,豌豆、番茄等。 ? 自花授粉(self-pollination):同一朵花的花粉传 到同一朵花的雌蕊柱头上,或同株的花粉传播到同 株的雌蕊柱头上 。 ? 自花受精: 同株或同花的雌雄配子相结合的受精过 程。 ? 花器构造特点: ① 雌雄蕊同花、同熟,二者长度 接*或雄蕊较长; ② 开花时间较短,甚至闭花授 粉; ③ 花器保护严密,其他花粉不易飞入。

? 2.异花授粉植物
? 又名异交药用植物,主要以异花授粉方式繁

殖后代的药用植物。 异交率大于50% ,甚至 高达 95% 或 100% 。 ? 异花授粉( cross-pollination ):雌蕊的柱 头接受异株花粉授粉。 ? 异花受精: 由异株的雌雄配子相结合的受精 过程。

自花授粉和异花授粉植物的花器构造 (1.小麦小花的结构; 2. 玉米花器的结构)

? 花器构造特点: ① 雌雄异株(dioecious),雌花和雄花分

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别生长在不同的植株上, 如大麻、菠菜等; ② 雌雄同株异 花(monoecious),雌花和雄花分别着生在同一植株的不 同部位,如玉米、黄瓜;③ 雌雄同花但自交不亲和,如甘薯、 白菜、向日葵等。 根据传粉的媒介不同可以分为风媒花和虫媒花。风媒花的 特征是:多为单性花,单被或无被,花粉量多,柱头面积大 并有粘液等,如大麻、玉蜀黍、杨等;虫媒花的特征是多为 两性花,雌蕊和雄蕊不同时成熟,有蜜腺、香气,花被颜色 鲜艳,花粉量少,花粉粒表面多具突起,花的形态构造比较 适宜昆虫传播,如益母草、桔梗、南瓜以及兰科植物的花。 3、常异花授粉药用植物 同时依靠自花和异花授粉两种方式繁殖后代的药用植物 中间类型,通常以自花授粉为主,天然异交率为 4~50% , 如棉花、高粱等。 花器构造特点: ① 雌雄同花; ② 雌雄异长、异熟; ③ 雌蕊外露,易接受外来花粉,花朵开放时间长,花瓣鲜艳, 分泌密汁等。

二、 无性繁殖
? 定义:不经过两性细胞受精过程繁殖后代的方式 。

(一)营养繁殖 (vegetitive propagtion ) ? 利用营养器官繁殖后代的繁殖方式。 ? 营养繁殖的意义有:营养繁殖在药用植物栽培 中占有重要地位,有些中草药收种子非常困难或不 结种子,如雅连、川芎等,生产上一直用无性繁殖。 另一些虽然结籽,但种子发芽困难或植株生长慢年 限长或产量低,如贝母用鳞茎繁殖一年一收,种子 繁殖5年才能收。又如地黄、玄参等均用无性繁殖, 只是选育良种时才用有性繁殖。无性繁殖有许多优 点,如能保持母体的优良性状和杂交种的杂种优势。
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? 营养繁殖的类别包括

1.分株繁殖 又叫分割繁殖,有分离和 切割的含意。分离是营养器官自然脱离母体 而单独生长形成新的个体。如鳞茎与球茎的 繁殖。切割与分离不同的地方是,母体的营 养器官供作繁殖材料时,大多是籍人力方能 与母体分开。分株繁殖法有以下五种: ? (1)鳞(球)茎繁殖 鳞茎如贝母、百合, 球茎如半夏、蕃红花等。在其地下茎周围长 出许
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? 多小的鳞(球)茎,可作繁殖材料。 ? (2)块茎(根)繁殖 地黄、山药(块根)何首乌(块

茎)等按芽和芽眼位置切割成若干小块,每一小块必 须保留一定表皮面积和肉质部分。 ? (3)根状茎繁殖 款冬、薄荷、甘草等,其横走 的根状茎可按一定长度或节数分割为若干小段,每 段有3~5个节,做为繁殖材料。 ? (4)分根繁殖 芍药、牡丹、玄参等多年生宿根 草(木)本植物,植株地下部枯死后萌芽前将宿根挖 出,分成若干小块作为种栽。 ? (5)珠芽繁殖 百合、半夏、小根蒜(薤白)的叶 腋或花序上长的珠芽相当于种子取下播种即可。分 株繁殖时间以休眠期到出苗前为好,新切割的繁殖 材料以晾1~2天待伤口稍干或拌草木灰后种植为好, 可加强伤口愈合,减少腐烂。栽时土壤要适当踩紧, 土壤干旱及时浇水。

? 2.压条繁殖

压条繁殖是将植物的枝条压入土中, 生根后与母株分离,而形成新生个体的繁殖方法。 ? 压条时间视植物的种类和气候条件而定。一般 落叶植物多在秋季压条。这时枝条的营养物质积累 较丰富,能充分满足生根的需要,长出的新个体也 健壮。压条前,在欲使生根的部位进行环状剥皮, 绞缢等,以中断来自叶和枝条上的有机物向下输导, 使之聚结在伤口上部附*,有利生根。常绿植物一 般宜在霉雨时期进行,此时压条易生根,但需注意 不宜切破树皮,以免树液流出,有碍植物生长。常 用的压条方法有:

? (1)普通压条法

如金银花、连翘、辛夷等, 从母株上选择靠*地面枝条的适当部位进行 环割,然后将其割伤处弯曲压入土中,并用 树叉钉桩加以固定,枝梢露出地面,生根后 剪下移栽即成。 ? (2)空中压条法 如酸橙、佛手、山茱萸等在 母株上选1~2年生枝条,在准备触土的部位 刻伤或环割用牛粪或松软细碎肥土与苔藓混 后缚裹于枝条环割处,外用塑料薄膜包扎, 下口捆紧,上口稍松或用从中部剖开的竹筒 套住,其内充肥沃细土,注意浇水保湿(图32)。

压条方法(1.普通压条法,2.空中压条法)

? 3.扦插繁殖

直接从母株割取营养器官,如 根、茎、叶进行扦插,生根成活后就成为独 立的新个体。容易发根的植物,用扦插繁殖 最经济简便,因而被广泛采用。插条繁殖的 最大优点是可以保持母体的本性。 ? (1)影响插条生根的内外因素: ? ①内因 一是决定于药用植物的种类和品种。 不同种类,不同品种,同一植株的不同部位, 根的再生能力均不相同。如菊花、无花果、 连翘等枝插最易发根;柑橘、藿香等次之; 山楂、大枣根插易发枝,而枝插则不易生根。 二是插条的年龄。一般枝龄较小,其分生组 织

? 生活力旺盛,扦插后易生根。三是插条的贮

藏物质:插条中淀粉、可溶性糖类、含氮有 机物、硼元素及生长素等均有利于发根。四 是母株年龄:幼年母株较老年母株的枝条易 发根。五是插条叶面积:叶片多,叶面积大 有利光合作用,因而有利于生根,但叶片太 多蒸腾失水过多会起反作用。 ? ②外因 主要有水分、湿度、氧气、光 照、土壤,而最关键的因素是水分和温度。

? (2)扦插时期

扦插时期因植物种类而异。草 本植物的适应性较大,扦插时间要求不严格, 凡温暖季节或地区,都可进行;有温室温床 的设备,四季都可以扦插。 ? 木本植物应选择树枝含养分较多的时期 扦插。

? (3)扦插方法

依扦插的材料可分为:①根插 法,山楂、大枣、大戟等可用根作插条。② 叶插法,如落地生根、秋海棠植物可用。③ 枝插法,根据插条的成熟度及木质化程度又 分为:硬枝扦插(如木槿、木瓜、银杏等),软 枝扦插(如菊花、藿香等)。生产上应用最多的 是枝插法。

? 4.嫁接繁殖

将一株植物上的枝条或芽(接 穗或接芽)接到另一株带有根系的植物(砧木) 上,使它们愈合生长在一起而成为一个新个 体。这种繁殖方法称为嫁接繁殖。如香橼、 佛手接在柑橘上,猪牙皂接在皂角上,山楂 接在山里红上等。嫁接不仅能加速植物的生 长发育,保持植物品种的优良性状,增强植 物适应环境的能力,而且,还能选育新品种, 加速优良品种的繁殖。 ? (1)枝接法 ? (2)芽接法

? 2.无融合生殖 (apomixes) ?

植物性细胞的雌雄配子,不经过正常受 精、两性配子的融合过程而形成种子以繁衍 后代的方式。 无融合生殖种类有:无孢子生 殖、二倍体孢子生殖、不定胚生殖、孤雌生 殖、孤雄生殖。

? 异交率测定方法:
? 1.根据花器构造等

根据花器构造、开花*性、传粉方式、 花粉发芽与雌蕊柱头的关系等初步断定。 ? 有利异交 —— 异花授粉,如雌雄异株。 ? 2.单株隔离 用套袋或其他措施,强迫自交, 观察其结实是否正常及后代表现。若结实不 正常或后代显著退化则为异花授粉。

? 3.遗传试验 ? 测定天然异交率,方法步骤:

? ①选择显性标志性状的父本以及相应隐性性

状的母本; ? ②父母本间行种植或父本种在母本周围 ; ? ③ 收获母本植株种子,播种,统计后代性状。

三、药用植物天然异交率的测定
? 药用植物的授粉方式主要是根据天然异交率

的高低来划分的。
? 自然异交率在 4% 以下的是典型的自花授粉药用植物 ; ? 自然异交率在 50~100% 的是典型的异花授粉药用植物 ; ? 常异花授粉药用植物的自然异交率介于二者之间,为4~

50%

第二节 自交和异交的遗传效应
? 一、 自交的遗传效应

? 1.使杂合的基因型趋向纯合
? 一对杂合基因型,经过连续的自交,后代中纯合基

因型的个体出现的频率逐代增加,后代中杂合体数 每代递减 1/2 ,纯合体每代递增 1/2 。 ? 2.后代性状分离 自交引起杂合基因后代发生性状 分离。 ? 3.后代生活力衰退 杂合基因型药用植物,自交后 代的生活力衰退, 称为自交衰退(Inbreeding Depression)表现为:生长势下降,繁殖力、抗逆 性减弱,产量降低等。

? 二、自花常异花授粉药用植物遗传特点
? 1.自花授粉药用植物

由纯合基因型的相同个体的♀♂配子结 合繁殖后代,即由遗传上相同的两性细胞结 合产生后代,故群体具有以下特点: ? ①一致性:个体内基因型纯合,个体间基因 型一致 。
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? ②稳定性:纯系的自交后代仍然是纯系,性

状与父母本一致。但有 4% 以下的异交率, ? 还会发生突变,故也有杂合基因型个体并产 生性状分离,但频率极低。 ? ③耐自交:自花授粉方式是在长期的自然选 择下产生和保存下来的、对种的生存繁衍的 有利特性,自花授粉药用植物具有自交不退 化或退化缓慢的特点。

? 2.常异花授粉药用植物

①这类药用植物以自花授粉为主,天然异 交率较高,故遗传上由三部分组成:主要性 状为同质结合,自交试验不分离,即品种基 本群体的纯合同质基因型;杂合基因型;非 基本群体的纯合基因型。 ? ②较耐自交:棉花等连续自交试验表现生 活力衰退,但不明显,且主要性状的分离也 不显著。
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? 三、异交的遗传效应 ? 1.异交形成杂合基因型:异交是基因型不

同的两亲配子结合受精。由于产生基因交换、 重组,从而后代具有杂合的基因型。 ? 2.增强后代的生活力:异交使后代的生长 势、生活力、抗逆性等方面增强和产量提高, 称为杂种优势 。

? 四、异花授粉药用植物的遗传特点 ? 1、异质性:个体基因型杂合,个体间基因型

不同,故表现型也不同。 ? 2、分离不定:后代分离,遗传上不稳定。 ? 3、自交显著退化:由于长期异交,自交纯合 后,隐性的劣性性状显现,表现为退化。

第三节 药用植物品种的类型
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一、自交系品种 概念:(纯系品种,Pure Line Cultivar)从 突变中及杂交组合中经过多代自交加选择 得到的同质纯合群体。 理论亲本系数:即具有亲本纯合基因型的 后代植株数达到或超过 87% ,就是自交系 品种。

? 自交系品种包括:自花授粉药用植物的常规

品种和异花授粉植物的自交系。 ? 育种特点:自交系品种是由同一群同质的和 纯合的基因型植株组成,严格讲是来自一株 优良纯合基因型植株的后代,故育种上采用: ①自交 + 单株选择,连续自交下选择纯合优 良的基因型;②从变异丰富的大群体中选。

? 二、杂交种品种 ?

概念:( hybrid cultivar )指在严格选择 亲本和控制授粉的条件下生产的各类杂交组 合的 F 1 植株群体。 遗传特点是个体内基因 型高度杂合,个体间基因型有不同程度的异 质性。 育种特点为自交系间杂交种优势最强:①连 续自交选择获得自交系。②自交系间杂交配 得强优势组合。③利用雄性不育等特性制种。

? 三、群体品种

概念(population cultivar): ? 1.异花授粉药用植物的自由授粉品种:品种 内植株间、及与相邻的异品种间随机授粉产 生的后代。 故其个体的基因型是杂合的,群 体是异质的,保持一些本品种的主要特征区 别于其他品种。

? 2.异花授粉药用植物的综合品种

( synthetic cultivar ) : 是由一组选择的自 交系采用人工控制授粉和在隔离区多代随机 授粉组成的遗传*衡的群体。 个体内杂合、 个体间异质, 但具一个或多个代表本品种的 性状。 ? 3.自花授粉药用植物的杂交合成群体 ( composite-cross population): 由二个以上 自交系品种杂交后繁殖出的分离的混合群体, 最后将成为一个多种纯合基因型的混合群体。 个体纯合,个体间异质,但主要农艺性状表 现差异较小。

? 4.多系品种:由若干个*等基因系(near-

isogenic lines )的种子混合繁殖而成。例: 抗病的多系品种 A 、B 和 C 三个*等基因系 分别抗 R1 、 R2 和 R3 三个生理小种,其他 农艺性状同质。多系品种1/2A+1/4B+1/4C 抗 三个生理小种,农艺性状一致。

? 育种特点:群体品种育种的基本目的是创建

和保持广泛的遗传基础和基因型多样性,故 在育种上具有以下特点: ? ① 选择原始亲本,根据育种目标,选择若干 个有遗传差异的自交系为原始亲本,提供广 泛的遗传基础; ? ② 对后代群体一般不进行选择,用尽可能大 的随机样本保存群体,在多代自由授粉下逐 步打破连续,积累有利的基因改良群体。

? 四、无性系品种
? 概念(clonal cultivar):是由一个无性系或

几个*似的无性系经过营养器官的繁殖而形 成的群体。 ? 基因型由母体决定,个体内基因型杂合或纯 合,个体间一致。 ? 育种特点:有性杂交结合无性繁殖固定杂种 优势;利用芽变。

? 复*思考题 ? 1、说明药用植物繁殖方式有哪些?

? 2、如何测定药用植物的异交率?
? 3、简述自交和异交的遗传效应。

? 4、品种类型有哪几种?


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