第四節(jié)植物抗鹽性生理、遺傳及育種

1、第十四章 抗逆性育種,逆境： 對植物生長發(fā)育有不利影響的環(huán)境因素環(huán)境脅迫： 逆境對植物生長發(fā)育的影響稱為環(huán)境脅迫抗逆性育種: 利用作物本身的遺傳特性培育獲得逆境條件下能保持相對穩(wěn)定的產量和品質的新品種,第一節(jié) 抗逆性育種的意義與抗逆性鑒定方法,（一）、意義和目的 全世界耕地面積的32%處于半干旱地區(qū)，有9.6億公頃鹽堿地。,?我國：85％的自然災害為氣象災害，干旱災害又占氣象災害的50

2、％左右， 我國1億hm2耕地中有3/4的面積遭受不同程度干旱的威脅;鹽堿耕地面積3 000萬hm2, 加上濕害和酸性鋁的危害,總耕地面積的50％以上屬于中、低產田。 20世紀九十年代我國北方干旱頻繁發(fā)生， 特別是西北地區(qū)出現(xiàn)了1995年和1997年的嚴重干旱，而南方部分地區(qū)近幾年也頻繁發(fā)生干旱。環(huán)境脅迫是世界上植物生產的重要限制因素，制約了產量潛力和品質的充分表達。,兩個小麥品種在不同干旱條件下的籽粒表現(xiàn)注：上為抗性品種,抗

3、逆性育種的目的：保證作物在逆境條件下保持相對穩(wěn)定的產量及應有的產品品質。,,,（二）、逆境的種類,病害（Diseases）,生物逆境Biotic stress,非生物逆境Abiotic stress,害蟲（Pest insects）,雜草（weed）,等,溫度脅迫Temperature stress,高溫High temperature,低溫Low temp,冷害（>0℃）,凍害（<0℃）,干旱（drought

4、）,水分脅迫Water stress,濕害、漬害（water logging）,礦物質脅迫Mineral stress,鹽堿（Salinity）,鋁害（Aluminium）,缺鐵（Fe Deficiency）,等,廣義逆境(stress）,,,,,,,,（三）、抗逆性鑒定方法,1、直接鑒定 （1）．  大田鑒定：堿地，旱地等,（2）．  模擬條件鑒定： 少灌、噴灌、海水灌溉，鹽池等,,,,2

5、、間接鑒定：根據(jù)與抗逆性有關的形態(tài)、生理生化性狀和分子標記進行鑒定。,The Cell Membrane Stability (CMS) Test(細胞膜穩(wěn)定(CMS) 測試),(四)、抗逆育種的特點,逆境的復雜性增加了抗逆育種的難度以形態(tài)的、生理生化的和產量結合作為抗性判斷依據(jù)多基因控制，應根據(jù)不同抗逆性的遺傳特點選擇和配組不同逆境的抗耐性有一定的相關,抗逆資源的篩選更多注意原始的地方品種和野生的近緣植物從國外引進優(yōu)良的種質

6、資源加以利用多學科合作（植物生理學、土壤農化學科），明確機理和完善指標,摩洛哥干旱缺水地區(qū)特有一景：羊上樹,2003年湖南旱災農民不得不下井底獲取飲用水,,2004秋至2005年春 海南省連續(xù)干旱缺雨,旱災后的水稻,,2006年7月-8月重慶持續(xù)一個多月的高溫干旱,第二節(jié) 抗旱性育種,(一)抗旱性的含義與機理有大氣干旱、土壤干旱及混合干旱三種類型。廣義抗性：避旱、免旱和耐旱,免旱性：生長環(huán)境中水分不足時植物體內仍能保持一部分水

7、分而免受傷害，以及能進行正常生長的性能，包括保持水分的吸收和減少水分的損失?！∽畲筇攸c：表現(xiàn)在形態(tài)結構上耐旱性：作物忍受組織水勢低的能力，在其內部結構可與水分脅迫達到熱力學平衡，而不受傷害或減輕損害?！∽畲筇攸c：表現(xiàn)在生理上抗旱,1.避旱（drought escape）生長期短,Fig. 12. “Stay green” (left) and “normal” (right) cultivars of sorghum under

8、 post-flowering stress,2.免旱：在水分脅迫條件下維持較高水勢或壓力勢的能力,沙漠植物,1. 氣孔關閉，降低蒸騰；2.滲透調節(jié)，維持壓力勢；3.激素 ABA；4.增加水分吸收或控制水分喪失：1）根系，2）表皮臘質，3）表皮茸毛，4）葉向，5）卷葉。,灌溉(左)和旱地(右)條件下根系對照實驗,,Fig, 5. Sorghum plant under drought stress display

9、ing leaf rolling,（三）耐旱（dehydration tolerance） 1．細胞水平：細胞膜穩(wěn)定性 （與滲透調節(jié)有關，干旱鍛煉） 2．植株水平： 幼苗生長（發(fā)芽能力），幼苗存活率 3．同化物運轉 4．其它：芒 5．代謝產物：proline 與膜及酶保護,(二).抗旱性鑒定技術和指標,田間直接鑒定：?干旱地區(qū)，在具有干旱脅迫條件的田間，直接按作物的

10、受害表現(xiàn)程度或產量進行抗旱性選擇；?設置旱地和水澆地對比試驗(控制土壤水分含量的盆缽試驗),反復干旱,以成活率判斷抗旱性。,Fig.18. Inexpensive manual rainout shelters constructed at ICRISAT, Patancheru India.（低廉手工rainout 風雨棚被修建在ICRISAT, Patancheru 印度。）,間接鑒定：1.形態(tài)指標:　　根系的長度、數(shù)量及分布，

11、冠層結 構特征2.生理指標:　蒸騰的氣孔調節(jié)、缺水的滲透調節(jié)和質膜的透性調節(jié)3.生化指標:　脯氨酸、甘露醇、脫落酸和SOD酶與CAT酶活性4.產量指標:　抗旱系數(shù)和干旱敏感指數(shù),第十三章 抗逆育種,1、形態(tài)指標：發(fā)芽能力、幼苗存活與生長狀況；根長或扎根深度、根冠比大、根系長與數(shù)量多葉小、直立、角質層厚、氣孔少、氣孔下陷維管束緊密、導管多直徑大芽鞘長度：小麥低水勢下芽鞘長度與干旱條件下產量的相關性,不耐旱葉片表皮極度

12、密集的氣孔,仙人掌表面向內凹陷的氣孔,雙子葉植物開放的氣孔 單子葉植物的氣孔,2、生理生化指標離體葉片持水能力、根冠淀粉水解狀況；花粉敗育率；葉綠素穩(wěn)定性；氣孔開度、ABA、葉水勢、耐高溫承受力和冠層溫度氣孔調節(jié)膜透性、葉片導性；SOD 酶活性滲透調節(jié)： K+、Ca+、無機鹽 脯氨酸（滲透脅迫下積累的1 種相容滲透劑,提高細胞內滲透勢、保護細胞蛋白質結構和防止酶變性的作用）

13、 甘露醇、甜菜堿、糖,氣孔的開閉的調節(jié)因子有晝夜節(jié)律、紅藍光、脫落酸（ABA）、乙酰膽堿、二氧化碳濃度、大氣濕度、溫度等因素的調節(jié),抗旱系數(shù)＝脅迫下的平均產量/非脅迫下的產量；干旱敏感指數(shù)SI= (1—脅迫下的平均產量/非脅迫下的平均產量)/環(huán)境脅迫強度。抗旱指數(shù)（DL）=抗旱系數(shù)×旱地產量/所有品種旱地產量的平均值。5.綜合指標:①抗旱總級別法，據(jù)多項指標所測數(shù)據(jù)分為4～5個級別，再把同一品種的各指標級別相加

14、即得到該品種的抗旱總級別值，以此比較品種抗旱性的強弱。 ②隸屬函數(shù)法,對品種各個抗旱指標的隸屬值進行累加,求其平均數(shù)并進行品種間比較以評定其抗旱性。,(三 ).抗旱品種的選育,常規(guī)雜交育種仍然是主要方法遠緣雜交和遺傳工程等手段也可增進抗旱性開展抗旱性分子標記輔助選擇育種,第三節(jié)　耐鹽性育種,由于土壤中可溶性鹽類過量對作物造成損害稱為鹽害或鹽脅迫，包括: 滲透脅迫—土壤中可溶性鹽過多，滲透勢增高而水勢降低，造成作物吸水困難，

15、生長受抑制，即生理干旱。 離子效應—由于離子的拮抗作用，吸收某種鹽類過多而排斥了對另一些營養(yǎng)元素的吸收，影響正常的代謝作用,(一).耐鹽性含義,碳酸鈉與碳酸氫納為主的土壤稱為堿土，把氯化鈉與硫酸鈉為主的土壤稱為鹽土。實際上把鹽分過多的土壤統(tǒng)稱為鹽堿土，簡稱為鹽土?！　”茺}性和耐鹽性,鹽堿地,(二）.耐鹽性的鑒定技術與指標,篩選方法：１.營養(yǎng)液栽培法 2.萌發(fā)試驗法 3.田間產量試驗法鑒定指標：形態(tài)、生理生化、產量

16、和綜合,(三)耐鹽品種的選育,耐鹽種質資源的鑒定耐鹽性的遺傳研究利用組織培養(yǎng)結合誘變技術獲得耐鹽突變體的研究遺傳工程手段的應用，滲透調節(jié)基因和調節(jié)物質合成酶基因相繼克隆，使耐鹽轉基因育種得到發(fā)展,第四節(jié)　抗寒性育種,(一)抗寒性的含義 寒害泛指低溫對作物生長發(fā)育所引起的損害，分為凍害和冷害。凍害指氣溫下降到冰點以下使作物體內結冰而受害的現(xiàn)象；冷害指零度以上的低溫影響作物正常生長發(fā)育的現(xiàn)象。,抗凍性—其在零攝氏度以下低溫條件下

17、具有廷遲或避免細胞間隙或原生質結冰的一種特性抗冷性—則指其在零攝氏度以上的低溫離下能維持正常生長發(fā)育到成熟的特性。,,越冬作物的越冬性（winter hardness）是指對凍害及越冬過程的冬春季復雜逆境的抗耐性，與其抗凍性關系密切?？寡┬裕╯now resistance）指越冬作物在雪下對低溫和光線不足及雪腐病的綜合抗性?？顾?frost resistance)指作物在晚秋或春季溫度突然下降到冰點的傷害的抗耐性。,（二）．抗寒

18、性的鑒定及其指標,田間自然條件下進行為主，以人工冷凍技術為補充。形態(tài)指標生理生化指標生長發(fā)育指標等,（三）．抗寒品種的選育,原始地方品種和引進品種，多種野生近緣作物中存在抗源常規(guī)方法為主抗寒性分子標記輔助選擇育種的開展,第14章 抗逆性育種,重點與難點,作作物抗寒性、抗旱性、耐鹽性的遺傳、鑒定與選育 。,思考題,1.何謂環(huán)境脅迫（逆境）、避旱、免旱、耐旱、寒害、凍害和冷害？2.作物逆境的主要種類？3.抗逆育種的主要特點