药用植物良种选育与栽培管理(SOP制定).doc
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1、药用植物良种选育与栽培管理(SOP制订)第一节 药用植物良种选育一、良种的含义和作用二、良种选育的途径三、良种繁育四、良种推广五、良种复壮六、品种认定和审定注意事项七、良种选育实例第二节 生产操作规程(SOP)的制订一、编制SOP的原则二、生产操作规程的制订三、常见的存在问题四、对策第一节 药用植物良种选育一、良种的含义和作用品种是人们在一定的自然和经济条件下,根据需要创造的具有特定性状和遗传一致性的作物群体,是农业生产上用来播种的重要生产资料,它是人类在长期栽培过程中形成的,是适应于一定环境条件和栽培技术条件的群体。药用植物栽培上所指的品种,是由那些适应于当地环境条件,在植物形态、生物学特性
2、以及产品质量都比较一致、性状比较稳定的植株群体所组成。目前大多数中药材品种不是经过严格的、科学的选育形成的,生产上应用的品种大多是地方品种、农家品种、地方类型、生态类型、化学类型等,并且普遍存在品种相互混杂,品种不纯问题较为突出,例如大叶型白术地方品种与小叶型白术地方品种的相互混杂,白花元胡与红花元胡的相互混杂,不同花色的石蒜相互混杂。药用植物的生长发育与人们的要求有时是不一致的,如益母草在开花前的品质较好,但从繁衍角度来说,是希望有较好的生殖生长的。这不仅影响中药材的生长发育进程、产量,还严重影响中药材的质量,使同一地块生产的中药材产品的外观性状和有效成份有很大差异,即个体间的均一性较差,从
3、而导致中药材质量稳定性和可控性较差。这是中药材生产实施GAP管理的最主要障碍之一。药用植物优良品种是在一定地区范围内表现出有效成分含量高、品质好、产量高、抗逆性强、适应性广、遗传稳定的药用植物群体。育成石蒜品种“浙石蒜1号”,于2008年获得浙江省非主要农作物品种认定委员会新品种证书(浙认药2008004)。平均亩产921.10kg,比对照增产10.54%。加兰他敏含量达0.021%。该品种适应性强,性状稳定,产量高,品质优,适宜在本省丘陵、山区等地种植。 通过药用植物新品种和配套新技术的推广应用,充分发挥新品种的优良种性,实现不增加劳动力、肥料等农业生产成本(有时还能降低劳动力、肥料等农业生
4、产成本)的前提下获得较多收成的目的。(国内外优良品种如优质水果、水稻、棉花等)能有效引导农民从粗放型经营向集约化经营转变,从靠数量创效益转到靠质量创效益上来。由于中药材多产于欠发达地区,新品种的推广应用还能有效促进欠发达地区农民增收、农业增效,提高中药农业的生产水平和生产效率。新品种和配套新技术的推广应用,能为企业提供优质稳定的药材原料,对延长产业链和促进企业的可持续发展起到积极的作用,也对改变传统中药材生产模式,实现中药材生产现代化、规范化和产业化起到积极的推动作用,综上所述推广应用优良品种的经济效益、社会效益和生态效益均十分显著。药用植物育种与农作物育种相比,育种程序要复杂得多,不仅要鉴定
5、药材的产量和性状特点,还要分析其有效成份及其组成,甚至要做药理、药效试验,由于许多药用植物属多年生药材,不仅延长了育种的年限,同时也增加了育种工作的难度。“对养殖、栽培或野生采集的药用动植物,应准确鉴定其物种,包括亚种、变种或品种,记录其中文名及学名”。多基原:石斛由金钗石斛、鼓槌石斛、流苏石斛及其同属植物近似种药典调整:2010版铁皮石斛与其他石斛分开种以下分类单位:如东贝是浙贝母的变种物种鉴定:分类专家保存标本、照片、录像、文字记录等二、良种选育的途径(一)药用植物种质的收集和整理药用植物品种选育应充分利用自然界的生物多样性,即利用同一物种由于长期的自然选择和人工选择所形成的具有一定特色的
6、种质资源,表现出植株在形态、抗性、产量、有效成份含量等方面的个体差异,这是育种的物质基础。育种工作者应充分利用这一现象,通过一定的选育程序,形成符合育种目标的优良新品种。 药用植物种质资源依据来源可分为本地的、外地的、野生的和人工创造的。人工创造的品种资源包括杂交、诱变所育成的新品系或中间材料。本地资源具有高度的适应性(适应当地自然条件)、类型多、群体复杂、变异大等特点,可用于适应性亲本杂交和直接选种,药用植物新品种选育尤其应该重视这一点,因为中药材有地道性问题,充分利用当地地道药材资源开展新品种选育,可大大提高育成新品种的地道性。外地资源往往具有本地资源所没有的优良遗传性状,如抗病性、抗寒性
7、等,可用作杂交亲本,以获得丰富遗传变异类型。野生资源既可用作杂交亲本,以培育新品种、新类型或新材料,也可通过驯化直接用于栽培生产。良种选育工作首先应深入调查、广泛收集种质资源,并对所收集的种质资源进行鉴定与整理。种质资源收集的方法有:考察收集、通讯征集、市场购买、交换资源等,现多以实地考察为主,应充分利用现代信息交换的手段,以降低种质资源收集成本。对收集到的种质资源要及时整理归类、建立档案,并进行统一编号登记。种质名称源产地主要特征科名来源地土壤类型属名观测地点保存方式种名资源类型查看(二)药用植物种质的保存1、种植保存种植保存地的选择要根据各种药用植物的分布规律和原产地自然生态环境来确定,应
8、尽可能与原产地相似,尽量降低因环境改变所造成的生长不适应性,提高保存质量。在种植保存过程中还要尽量避免天然杂交和人为混杂,以保持药用植物种质的遗传特性和种群结构。2、贮藏保存对于数量众多的药用植物种质资源,如果长期进行种植保存,工作量非常大,并且由于人为差错、天然杂交、生态条件的改变等原因极易引起遗传变异和基因丢失。因此除了每隔若干年播种一次以恢复种质活力外,一般不采用种植保存。种质资源库已成为更加有效保护种质资源的新手段,种质资源库分为短期(25年);中期(1030年),长期(30年以上)。种质资源库利用现代技术装备,创造适合种质资源长期贮存的低温低湿环境,通过提高管理水平和自动化程度,提高
9、保存效率。我国药用植物种质资源库建设步伐正在加快。除了上述保存方法外,还可采用离体保存和基因文库技术来进行种质资源的保存。 (三)良种选育1、选择育种同一物种在长期繁衍过程中,由于自然生态环境的变化和人类的干预,在群体内会发生遗传变异,这些遗传变异经过长期的积累,使同一物种的个体间产生差异,若出现的变异是符合育种目标的就可以加以利用。从现有品种中选择优异株系育成新品种的方法,称为选择育种。我国药用植物品种选育工作起步较晚,不论是野生还是栽培药材种内个体间差异均普遍存在,这为选择育种提供了较大的选择余地。选择育种是药用植物育种最简易、快速、有效的方法。常用的有个体选择法和混合选择法。单选择法根据
10、育种目标从原始群体中选择优良单株按株留种、播种,以原始群体和对照品种为对照鉴定比较生物学特性、产量、抗性和品质等选择优良单株后代繁育和扩大优良单株后代群体,育成新品种经过一次选择的称为一次个体选择法。若在后代中,性状还不一致,需要经过两次以上的选择,称为多次个体选择法。个体选择法简单易行,但前期种子繁育速度较慢,群体扩大速度不快原始群体对照优良单株优良单株优良单株对照优良株系繁育混合选择法从原始群体(地方品种或推广应用品种等)中选取符合选择育种标准要求的优良单株混合留种、播种。以原始群体和对照品种为对照,经过生物学特性、产量性状、抗性和品质等的鉴定比较。若所选群体的综合性状优于原始群体和对照品
11、种,表明选择育种成功。经过一次选择的称为一次混合选择法。如果一次选择后的材料还不够一致,要经过两次以上的选择,称为多次混合选择法。混合选择法工作简易,并能迅速从混杂群体中分离出优良的类型,并能为生产提供大量种子,该方法多用于提纯复壮。2、杂交育种同一物种不同生态类型、地理类型,地方品种的某些性状都会有一定的差异,生长在高纬度的要比低纬度的抗寒性强。杂交育种就是利用物种内个体间的差异,把生产上需要的性状综合到同一个品种中去。杂交育种首先是亲本选择,选择的原则是,双亲必须具有较多的优点、较少的缺点,且优缺点要尽量达到互补,并且亲本之一最好是当地的优良品种。其次是杂交方式的确定,有单交、复合杂交或回
12、交等方式,应根据育种目标和亲本的特点来确定采用何种杂交方式。简单杂交即两个遗传性状不同的品种进行杂交。如甲、乙两品种杂交,甲作母本,乙作父本,可写成甲()乙(),一般常写成甲乙。这种杂交方式可以综合双亲的优点,方法简便,收效快,应用广泛。母本在前:正交A () B () 反交B ( ) A ( )正反交确定原则:正反交遗传差异不大则考虑便于工作:如花粉量大的作父本;鉴别真假杂种时以指示性状作父本。正反交差异大,则根据遗传效果考虑,用具优良细胞质效应的品种作母本。复合杂交是指两个以上品种的杂交,即甲乙杂交获得杂种一代后,再与丙杂交。在杂交育种发展到较高阶段,为了达到对于新品种的多方面要求,常采用
13、数个品种杂交,从而综合多数亲本的优良性状。杂交育种的遗传原理是基因重组综合双亲优良性状回交 由杂交获得的杂种,再与亲本之一进行杂交,称为回交。用作回交的亲本类型称为轮回亲本。通常为了克服优良杂种的个别缺点,更好发挥它的经济效果时,采用回交是容易见效的。双亲杂交, F1回交于轮回亲本;从回交后代中选择具有目标性状(象非轮回亲本)和综合性状(象轮回亲本)的植株与轮回亲本连续回交;自交纯化,在自交过程中选择具有目标性状且农艺性状优良的植株及稳定系统。按常规进行产量比较试验,区域试验,生产试验。杂种后代的处理是杂交育种的关键,目前较常用的方法有系谱法和混合法。当杂种稳定后,开展品种比较试验,从而选育出
14、理想的新品种。3、人工诱变育种诱变育种:是用物理和化学方法,对植物某一器官或整个植株进行处理,诱发遗传变异,然后在变异个体中选择符合需要的植株进行培育,从而获得新品种。其特点是:提高变异频率,扩大变异范围,为选育新品种提供丰富的原始材料。常用的有物理诱变(辐射)育种和化学诱变育种。物理诱变(辐射)育种:利用放射性物质放射出射线以及中子流和无线电微波等,处理植物的种子、营养器官和花粉,引起植物突变,从中选有生活力和有价值的突变类型,育成新品种的方法,称为物理诱变育种或辐射育种。物理诱变育种的材料选择:要有明确的育种目标选择综合性状优良改良其某一、两个不足之处用性状尚未稳定的杂交后代进行处理,以克
15、服它的个别缺点品种选定后,一般选择无性繁殖器官或用种性纯、籽粒饱满的种子来处理,以利后代的正确鉴定和选择,提高育种效果。辐射剂量与诱变效果关系极大:不同植物类型,同一植物的不同器官,以及不同发育阶段和不同的生理状态,对射线等的敏感性有很大的差异。辐射敏感性还与处理的温度、氧气等环境因素有密切关系。随着剂量的增加,变异频率提高,但损伤效应也随之增大,若剂量超过一定限度,就会全部死亡。一般认为以稍低于半致死剂量作为辐射剂量较为合适。这就需要通过实践找出不同药用植物在不同条件下的适宜诱变的辐射剂量范围。辐射处理可分为内照射和外照射:内照射是用P32、S35等处理种子、块根、鳞茎等,或施于土壤中让植物
16、根系吸收。外照射是利用各种类型的辐射装置,照射育种材料,如种子、花粉等。目前以照射种子较为普遍,可分为干种子、湿种子和萌发种子三种,一般以照射干种子较为方便。值得注意的是:种子的数量要适当,种子量过多,工作量就大大增加;过少,则成活植株少,变异机会少,不能有效地选择。处理的种子量,应根据辐射剂量的高低,处理材料对辐射敏感性的大小、种子大小、繁殖系数、辐射后代的种植方法及育种单位的具体条件而定。辐射处理后代的选择和培育原则:这是物理诱变育种的重要环节。辐射一代除极少数有显性遗传外,一般是形态变异,不能遗传。对第一代常不选择,收获时按不同剂量处理分别收获保存,供下代种植。辐射二代是分离最大的一个世
17、代,是选择变异类型的重要世代,在整个生育期都必须认真细致地观察,选择理想的变异单株,加以培育。辐射三代及以后各代,应系统详细观测生物学特性、产量性状、抗性和品质等,重点选择具有综合优良性状的材料,并加速繁育。实例:诱变育种在农作物上已经广泛应用,但是在药用植物育种方面还鲜见报导,为明确60Co射线在薏苡诱变育种中的利用价值,浙江省中药研究所开展了薏苡的诱变育种技术研究,采用不同剂量的60Co射线辐照薏苡干种子。研究结果表明,较低的辐射剂量对种子发芽具有一定的刺激作用,当辐射剂量达到550 Gy时,发芽率开始下降,到650 Gy时,发芽率显著降低。研究发现射线诱发的叶绿素缺失突变有白化、黄化、斑
18、点、浅绿等多种类型,其中以前两种为主,占70%以上,突变频率随剂量的增加而提高,到450 Gy时达到最高,此后下降,由此可见射线具有较强的诱发叶绿素突变的能力。不同辐射剂量诱发的株高突变,其趋势同于叶绿素缺失突变,也是随辐射剂量增加而增加,到450 Gy时最多,此后又减少,在诱发的株高突变中,矮秆突变多于高秆突变,这显然对薏苡矮秆育种十分有利,因此可通过辐射育种育成优质高产矮杆的薏苡新品种,从而提高薏苡的抗倒伏能力。 化学诱变育种:用化学诱变药剂处理种子或其它器官,引起遗传性变异,选择有益的变异类型,培育新品种的方法,称为化学诱变育种。常用的化学诱变剂有:甲基磺酸己酯(EMS)、乙烯亚胺(EI
19、)、硫酸二乙酯(DES)、秋水仙碱等。秋水仙碱被广泛应用于染色体加倍,培育多倍体新品种。诱变剂所用浓度和处理时间,不同药用植物有较大差异。无性繁殖的药用植物比较适合该方法。化学诱变剂处理只能使后代产生某些变异,还要经过几个世代的精心选育,才能从中选出优良的变异类型。在选育时要根据先宽后严的原则,抓住主要矛盾,分清主次,严格选择。选育方法与辐射育种基本相同。4、单倍体育种利用单倍体植株加倍、选择、繁殖和培育等步骤育成新品种的方法称为单倍体育种。例如,植物花粉的染色体数为体细胞的一半,因而是单倍体,从花粉经人工离体培养出来的植物一般都是单倍体植物。百合、颠茄等药用植物的花粉培养已成功地诱导出单倍体
20、植株,可再经染色体加倍,从中选择优良个体,培育成新品种。单倍体育种的主要特点是:(1)可稳定杂种性状,缩短育种年限;(2)提高对杂种后代的选择效率,节省劳力和用地;(3)克服远缘杂种不育与杂种后代分离等所造成的困难;(4)快速培育异花授粉植物的自交系;(5)单倍体植株的人工诱变率高,育种成效大。单倍体育种程序为:(1)诱导花粉细胞分裂增殖,长出愈伤组织;(2)诱导愈伤组织分化,长成小苗;(3)使分化出的小苗正常生长;(4)单倍体植株的培养和染色体加倍;(5)花粉植株后代的选育。花药培养的操作技术可参照植物组织培养。5、体细胞杂交育种体细胞杂交就是把来自不同个体的体细胞,在人工控制条件下,如同两
21、性细胞受精那样,人工完成全面的融合过程,继而把融合的细胞人工培养成一个杂种植株。运用这种方法综合植物的优良性状,创造新的突变,从中选育出理想的新品种或新类型,称为体细胞杂交育种。体细胞杂交是一个比较复杂的细胞生物学过程,要经过很多技术环节,并且要在无菌状态和一定环境条件下进行,主要有分离原生质体,诱导原生质体融合,诱导异核体再生新细胞壁、分裂和核融合,诱导细胞团分化成植株等环节。另外,由体细胞杂交产生的杂种是双二倍体,其可育性与遗传稳定性将比远缘有性杂交好得多。保护的目的是为了利用,要加强新品种的选育工作,下表为浙江省已通过认定和审定的中药材新品种:植物种类品种名称产量(千克/亩)品质认定时间
22、菊花早小洋菊146.3绿原酸6.062005年菊花小洋菊153.5绿原酸6.42铁皮石斛天目山124.0多糖15.6%浙贝母浙贝1号454.0贝母素甲和贝母素乙为0.107%2006年延胡索浙胡1号105.3延胡索乙素0.116%白芍浙芍1号263.0芍药苷2.87%温郁金温郁金1号莪术313、姜黄177、郁金91莪术挥发油3.0ml/g2007年铁皮石斛仙斛1号36个月鲜品1695多糖含量为47.1%玄参浙玄1号283.3哈巴俄苷含量0.05%薏苡浙薏1号268.9甘油三油酸酯0.70.9%2008年石蒜浙石蒜1号921.1加兰他敏0.021%雷公藤浙藤1号362.2雷公藤甲素107.6g/
23、g菊花金菊1号145.1绿原酸0.29%铁皮石斛森山1号30个月鲜品1004多糖24.45%野葛浙葛1号749.1葛根素4.05%2009年玉竹浙玉竹1号729.9多糖12.4%菊花金菊2号143.5绿原酸3.62,总黄酮7.67%,挥发油2.43ml/kg三、良种繁育育成的药用植物新品种,其种子量往往较少,而用种单位的需种量往往较大,供需矛盾在所难免,解决这一矛盾的有效办法则是加速良种繁育。良种繁育可保证优良品种的优良特性,在短期内扩大新品种群体,为生产供应源源不断的繁殖材料,一般的繁育程序为原种生产、原种繁殖和大田用种繁殖等。良种繁育全过程:大田(单选)株行圃(分行)株系圃(比较)原种圃(
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