1、第十四章第十四章 抗逆性育种抗逆性育种逆境：逆境：对植物生长发育有不利影响的环境因素对植物生长发育有不利影响的环境因素环境胁迫：环境胁迫：逆境对植物生长发育的影响称为环境胁迫逆境对植物生长发育的影响称为环境胁迫抗逆性育种抗逆性育种:利用作物本身的遗传特性培育获得逆境利用作物本身的遗传特性培育获得逆境条件下能保持相对稳定的产量和品质的新品条件下能保持相对稳定的产量和品质的新品种种 第第14章章 抗逆性育种抗逆性育种第一节第一节 抗逆性育种的意义抗逆性育种的意义与抗逆性鉴定方法与抗逆性鉴定方法 第第14章章 抗逆性育种抗逆性育种（一）、意义和目的（一）、意义和目的 全世界耕地面积的全世界耕地面积的
2、32%处于半干旱地区，有处于半干旱地区，有9.6亿亿公顷盐碱地。公顷盐碱地。第第14章章 抗逆性育种抗逆性育种我国：85的自然灾害为气象灾害，干旱灾害又占气象灾害的50左右，我国1亿hm2耕地中有3/4的面积遭受不同程度干旱的威胁;盐碱耕地面积3 000万hm2,加上湿害和酸性铝的危害,总耕地面积的50以上属于中、低产田。20世纪九十年代我国北方干旱频繁发生，特别是西北地区出现了1995年和1997年的严重干旱，而南方部分地区近几年也频繁发生干旱。环境胁迫是世界上植物生产的重要限制因素，环境胁迫是世界上植物生产的重要限制因素，制约了产量潜力和品质的充分表达。制约了产量潜力和品质的充分表达。第第
3、14章章 抗逆性育种抗逆性育种 第第14章章 抗逆性育种抗逆性育种两个小麦品种在不同干旱条件下的籽粒表现两个小麦品种在不同干旱条件下的籽粒表现注：上为抗性品种注：上为抗性品种 第第14章章 抗逆性育种抗逆性育种抗逆性育种的抗逆性育种的目的：保证作目的：保证作物在逆境条件物在逆境条件下保持相对稳下保持相对稳定的产量及应定的产量及应有的产品品质。有的产品品质。第第14章章 抗逆性育种抗逆性育种（二）、逆境的种类（二）、逆境的种类病害（病害（Diseases）生物逆境生物逆境Biotic stress非生物逆境非生物逆境Abiotic stress害虫（害虫（Pest insects）杂草（杂草（w
4、eed）,等等温度胁迫温度胁迫Temperature stress高温高温High temperature低温低温Low temp冷害（冷害（0）冻害（冻害（0）干旱干旱（drought）水分胁迫水分胁迫Water stress湿害、渍害湿害、渍害（water logging）矿物质胁迫矿物质胁迫Mineral stress盐碱（盐碱（Salinity）铝害（铝害（Aluminium）缺铁（缺铁（Fe Deficiency）,等等 广义逆境广义逆境(stress）第第14章章 抗逆性育种抗逆性育种（三）、抗逆性鉴定方法（三）、抗逆性鉴定方法1、直接鉴定、直接鉴定（1）大田鉴定：碱地，旱地等大田
5、鉴定：碱地，旱地等（2）模拟条件鉴定：模拟条件鉴定：少灌、喷灌、海水灌溉，盐池等少灌、喷灌、海水灌溉，盐池等 第第14章章 抗逆性育种抗逆性育种2、间接鉴定：、间接鉴定：根据与抗逆性有关根据与抗逆性有关的形态、生理生化的形态、生理生化性状和分子标记进性状和分子标记进行鉴定。行鉴定。The Cell Membrane Stability(CMS)Test(细胞膜稳定细胞膜稳定(CMS)测试测试)第第14章章 抗逆性育种抗逆性育种(四四)、抗逆育种的特点、抗逆育种的特点 逆境的复杂性增加了抗逆育种的难度逆境的复杂性增加了抗逆育种的难度以形态的、生理生化的和产量结合以形态的、生理生化的和产量结合作为
6、抗性判断依据作为抗性判断依据多基因控制，应根据不同抗逆性的多基因控制，应根据不同抗逆性的遗传特点选择和配组遗传特点选择和配组不同逆境的抗耐性有一定的相关不同逆境的抗耐性有一定的相关抗逆资源的筛选更多注意原始的地抗逆资源的筛选更多注意原始的地方品种和野生的近缘植物方品种和野生的近缘植物从国外引进优良的种质资源加以利从国外引进优良的种质资源加以利用用多学科合作（植物生理学、土壤农多学科合作（植物生理学、土壤农化学科），明确机理和完善指标化学科），明确机理和完善指标 第第14章章 抗逆性育种抗逆性育种摩洛哥干旱缺水地区特有一景：羊上树摩洛哥干旱缺水地区特有一景：羊上树 第第14章章 抗逆性育种抗逆性
7、育种2003年湖南旱灾年湖南旱灾农民不得不下井底农民不得不下井底获取饮用水获取饮用水 第第14章章 抗逆性育种抗逆性育种2004秋至秋至2005年春年春 海南省连续干旱缺雨海南省连续干旱缺雨 第第14章章 抗逆性育种抗逆性育种旱灾后的水稻旱灾后的水稻 第第14章章 抗逆性育种抗逆性育种2006年年7月月-8月重庆持续一个多月的高温干旱月重庆持续一个多月的高温干旱 第第14章章 抗逆性育种抗逆性育种第二节第二节 抗旱性育种抗旱性育种(一一)抗旱性的含义与机理抗旱性的含义与机理有有大气干旱大气干旱、土壤干旱土壤干旱及及混合干混合干旱旱三种类型。三种类型。广义抗性：广义抗性：避旱避旱、免旱免旱和和耐
8、旱耐旱 第第14章章 抗逆性育种抗逆性育种免旱性免旱性：生长环境中水分不足时植物体：生长环境中水分不足时植物体内仍能保持一部分水分而免受伤害，以及内仍能保持一部分水分而免受伤害，以及能进行正常生长的性能，包括保持水分的能进行正常生长的性能，包括保持水分的吸收和减少水分的损失。吸收和减少水分的损失。最大特点：表现在形态结构上最大特点：表现在形态结构上耐旱性耐旱性：作物忍受组织水势低的能力，：作物忍受组织水势低的能力，在其内部结构可与水分胁迫达到热力学平在其内部结构可与水分胁迫达到热力学平衡，而不受伤害或减轻损害。衡，而不受伤害或减轻损害。最大特点：表现在生理上抗旱最大特点：表现在生理上抗旱 第第
9、14章章 抗逆性育种抗逆性育种1.1.避旱避旱（drought drought escapeescape）生长期短生长期短 第第14章章 抗逆性育种抗逆性育种Fig.12.“Stay green”(left)and“normal”(right)cultivars of sorghum under post-flowering stress 2.免旱：在水分胁迫条件下维持免旱：在水分胁迫条件下维持较高水势或压力势的能力较高水势或压力势的能力 第第14章章 抗逆性育种抗逆性育种沙漠植物沙漠植物 第第14章章 抗逆性育种抗逆性育种1.气孔关闭，降低蒸腾；气孔关闭，降低蒸腾；2.渗透调节，维持压力势；
10、渗透调节，维持压力势；3.激素激素 ABA；4.增加水分吸收或控制水分丧失：增加水分吸收或控制水分丧失：1）根系，）根系，2）表皮腊质，）表皮腊质，3）表皮）表皮茸毛，茸毛，4）叶向，）叶向，5）卷叶。）卷叶。第第14章章 抗逆性育种抗逆性育种灌溉(左)和旱地(右)条件下根系对照实验 第第14章章 抗逆性育种抗逆性育种Fig,5.Sorghum plant under drought Fig,5.Sorghum plant under drought stress displaying leaf rollingstress displaying leaf rolling 第第14章章 抗逆性育
11、种抗逆性育种（三）耐旱（三）耐旱（dehydration tolerance）1细胞水平：细胞膜稳定性细胞水平：细胞膜稳定性 （与渗透调节有关，干旱锻炼）（与渗透调节有关，干旱锻炼）2植株水平：植株水平：幼苗生长（发芽能力），幼苗存活率幼苗生长（发芽能力），幼苗存活率 3同化物运转同化物运转 4其它：芒其它：芒 5代谢产物：代谢产物：proline 与膜及酶保护与膜及酶保护 第第14章章 抗逆性育种抗逆性育种(二二).抗旱性鉴定技术和指标抗旱性鉴定技术和指标田间直接鉴定：田间直接鉴定：干旱地区，在具有干旱胁迫条件的田间，直接按作物的受害表现程度或产量进行抗旱性选择；设置旱地和水浇地对比试验(控
12、制土壤水分含量的盆钵试验),反复干旱,以成活率判断抗旱性。第第14章章 抗逆性育种抗逆性育种Fig.18.Inexpensive manual rainout shelters constructed at ICRISAT,Patancheru India.（低廉手工rainout 风雨棚被修建在ICRISAT,Patancheru 印度。）第第14章章 抗逆性育种抗逆性育种间接鉴定：间接鉴定：1.1.形态指标形态指标:根系的长度、数量及分布，冠层结根系的长度、数量及分布，冠层结 构特征构特征2.2.生理指标生理指标:蒸腾的气孔调节、缺水的渗透调节和蒸腾的气孔调节、缺水的渗透调节和质膜的透性调
13、节质膜的透性调节3.3.生化指标生化指标:脯氨酸、甘露醇、脱落酸和脯氨酸、甘露醇、脱落酸和SODSOD酶与酶与CATCAT酶活性酶活性4.4.产量指标产量指标:抗旱系数和干旱敏感指数抗旱系数和干旱敏感指数 第第14章章 抗逆性育种抗逆性育种1、形态指标：发芽能力、幼苗存活与生长状况；根长或扎根深度、根冠比大、根系长与数量多叶小、直立、角质层厚、气孔少、气孔下陷维管束紧密、导管多直径大芽鞘长度：小麦低水势下芽鞘长度与干旱条件下产量的相关性不耐旱叶片表皮极度密集的气孔不耐旱叶片表皮极度密集的气孔仙人掌表面向内凹陷的气孔仙人掌表面向内凹陷的气孔双子叶植物开放的气孔双子叶植物开放的气孔 单子叶植物的气
14、孔单子叶植物的气孔 第第14章章 抗逆性育种抗逆性育种2、生理生化指标离体叶片持水能力、根冠淀粉水解状况；花粉败育率；叶绿素稳定性；气孔开度、ABA、叶水势、耐高温承受力和冠层温度气孔调节膜透性、叶片导性；SOD 酶活性渗透调节：K+、Ca+、无机盐 脯氨酸（渗透胁迫下积累的1 种相容渗透剂,提高细胞内渗透势、保护细胞蛋白质结构和防止酶变性的作用）甘露醇、甜菜碱、糖气孔的开闭的调节因子有昼夜节律、红蓝光、脱落酸（ABA）、乙酰胆碱、二氧化碳浓度、大气湿度、温度等因素的调节 第第14章章 抗逆性育种抗逆性育种抗旱系数抗旱系数胁迫下的平均产量胁迫下的平均产量/非胁迫下的产量；非胁迫下的产量；干旱敏
15、感指数干旱敏感指数SI SI=(1=(1胁迫下的平均产量胁迫下的平均产量/非胁迫下的非胁迫下的平均产量平均产量)/)/环境胁迫强度。环境胁迫强度。抗旱指数（抗旱指数（DLDL）=抗旱系数抗旱系数旱地产量旱地产量/所有品种旱地所有品种旱地产量的平均值。产量的平均值。5.5.综合指标综合指标:抗旱总级别法抗旱总级别法，据多项指标所测数据分为45个级别，再把同一品种的各指标级别相加即得到该品种的抗旱总级别值，以此比较品种抗旱性的强弱。隶属函数法隶属函数法,对品种各个抗旱指标的隶属值进行累加,求其平均数并进行品种间比较以评定其抗旱性。第第14章章 抗逆性育种抗逆性育种(三三).抗旱品种的选育抗旱品种的
16、选育常规杂交育种仍然是主要方常规杂交育种仍然是主要方法法远缘杂交和遗传工程等手段远缘杂交和遗传工程等手段也可增进抗旱性也可增进抗旱性开展抗旱性分子标记辅助选开展抗旱性分子标记辅助选择育种择育种 第第14章章 抗逆性育种抗逆性育种第三节耐盐性育种第三节耐盐性育种由于土壤中可溶性盐类过量对作物造成损害称为由于土壤中可溶性盐类过量对作物造成损害称为盐害盐害或或盐胁迫盐胁迫，包括，包括:渗透胁迫渗透胁迫土壤中可溶性盐过多，渗透势增高土壤中可溶性盐过多，渗透势增高而水势降低，造成作物吸水困难，生长受抑制，而水势降低，造成作物吸水困难，生长受抑制，即生理干旱。即生理干旱。离子效应离子效应由于离子的拮抗作用
17、，吸收某种盐由于离子的拮抗作用，吸收某种盐类过多而排斥了对另一些营养元素的吸收，影类过多而排斥了对另一些营养元素的吸收，影响正常的代谢作用响正常的代谢作用(一一).).耐盐性含义耐盐性含义 第第14章章 抗逆性育种抗逆性育种碳酸钠与碳酸氢纳为主的土壤称为碳酸钠与碳酸氢纳为主的土壤称为碱土碱土，把氯化钠与硫酸钠为主的土壤称为把氯化钠与硫酸钠为主的土壤称为盐土盐土。实际上把盐分过多的土壤统称为实际上把盐分过多的土壤统称为盐碱土盐碱土，简称为简称为盐土盐土。避盐性避盐性和和耐盐性耐盐性 第第14章章 抗逆性育种抗逆性育种盐碱地盐碱地 第第14章章 抗逆性育种抗逆性育种(二）二）.耐盐性的鉴定技术与指
18、标耐盐性的鉴定技术与指标筛选方法：筛选方法：.营养液栽培法营养液栽培法 2.萌发试验法萌发试验法 3.田间产量试验法田间产量试验法鉴定指标：形态、生理生化、产量和综合鉴定指标：形态、生理生化、产量和综合 第第14章章 抗逆性育种抗逆性育种(三三)耐盐品种的选育耐盐品种的选育 耐盐种质资源的鉴定耐盐种质资源的鉴定 耐盐性的遗传研究耐盐性的遗传研究 利用组织培养结合诱变技术获得耐利用组织培养结合诱变技术获得耐盐突变体的研究盐突变体的研究 遗传工程手段的应用，渗透调节基遗传工程手段的应用，渗透调节基因和调节物质合成酶基因相继克隆，因和调节物质合成酶基因相继克隆，使耐盐转基因育种得到发展使耐盐转基因育
19、种得到发展 第第14章章 抗逆性育种抗逆性育种第四节抗寒性育种第四节抗寒性育种(一一)抗寒性的含义抗寒性的含义 寒寒害害泛指低温对作物生长发育所引起的损泛指低温对作物生长发育所引起的损害，分为冻害和冷害。害，分为冻害和冷害。冻害冻害指气温下降到冰点以下使作物体内结指气温下降到冰点以下使作物体内结冰而受害的现象；冰而受害的现象；冷害冷害指零度以上的低温影响作物正常生长指零度以上的低温影响作物正常生长发育的现象。发育的现象。第第14章章 抗逆性育种抗逆性育种抗冻性抗冻性其在零摄氏度以下低温其在零摄氏度以下低温条件下具有廷迟或避免细胞间隙条件下具有廷迟或避免细胞间隙或原生质结冰的一种特性或原生质结冰
20、的一种特性抗冷性抗冷性则指其在零摄氏度以上则指其在零摄氏度以上的低温离下能维持正常生长发育的低温离下能维持正常生长发育到成熟的特性。到成熟的特性。第第14章章 抗逆性育种抗逆性育种 越冬作物的越冬性越冬作物的越冬性（winter hardnesswinter hardness）是）是指对冻害及越冬过程的冬春季复杂逆境的指对冻害及越冬过程的冬春季复杂逆境的抗耐性，与其抗冻性关系密切。抗耐性，与其抗冻性关系密切。抗雪性抗雪性（snow resistancesnow resistance）指越冬作物在）指越冬作物在雪下对低温和光线不足及雪腐病的综合抗雪下对低温和光线不足及雪腐病的综合抗性。性。抗霜性
21、抗霜性(frost resistance)(frost resistance)指作物在晚秋指作物在晚秋或春季温度突然下降到冰点的伤害的抗耐或春季温度突然下降到冰点的伤害的抗耐性。性。第第14章章 抗逆性育种抗逆性育种（二）抗寒性的鉴定及其指标（二）抗寒性的鉴定及其指标田间自然条件下进行为主，以田间自然条件下进行为主，以人工冷冻技术为补充。人工冷冻技术为补充。形态指标形态指标生理生化指标生理生化指标生长发育指标等生长发育指标等 第第14章章 抗逆性育种抗逆性育种（三）抗寒品种的选育（三）抗寒品种的选育 原始地方品种和引进品种，多原始地方品种和引进品种，多种野生近缘作物中存在抗源种野生近缘作物中存
22、在抗源 常规方法为主常规方法为主 抗寒性分子标记辅助选择育种抗寒性分子标记辅助选择育种的开展的开展 第第14章章 抗逆性育种抗逆性育种第第14章章 抗逆性育种抗逆性育种重点与难点重点与难点作作物抗寒性、抗旱性、耐盐性的遗传、鉴定与选育作作物抗寒性、抗旱性、耐盐性的遗传、鉴定与选育 。思考题思考题1.1.何谓环境胁迫（逆境）、避旱、免旱、耐旱、寒何谓环境胁迫（逆境）、避旱、免旱、耐旱、寒害、冻害和冷害？害、冻害和冷害？2.2.作物逆境的主要种类？作物逆境的主要种类？3.3.抗逆育种的主要特点是什么？抗逆育种的主要特点是什么？4.4.作物的抗旱性、耐盐性和抗寒性的含义是什么？作物的抗旱性、耐盐性和抗寒性的含义是什么？其主要育种方法有那些？其主要育种方法有那些？5.5.作物抗逆性鉴定的主要方法有那些？作物抗逆性鉴定的主要方法有那些？
