植物抗盐性生理遗传及育种课件

第十四章抗逆性育种第十四章抗逆性育种1逆境：

对植物生长发育有不利影响的环境因素环境胁迫：

逆境对植物生长发育的影响称为环境胁迫抗逆性育种:

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种第14章抗逆性育种逆境：第14章抗逆性育种2第一节抗逆性育种的意义与抗逆性鉴定方法第14章抗逆性育种第一节抗逆性育种的意义与抗逆性鉴定方法第14章3（一）、意义和目的

全世界耕地面积的32%处于半干旱地区，有9.6亿公顷盐碱地。第14章抗逆性育种（一）、意义和目的第14章抗逆性育种4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3000万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，制约了产量潜力和品质的充分表达。第14章抗逆性育种我国：85％的自然灾害为气象灾害，干旱灾害又占气象灾害的55第14章抗逆性育种第14章抗逆性育种6两个小麦品种在不同干旱条件下的籽粒表现注：上为抗性品种第14章抗逆性育种两个小麦品种在不同干旱条件下的籽粒表现第14章抗逆7抗逆性育种的目的：保证作物在逆境条件下保持相对稳定的产量及应有的产品品质。第14章抗逆性育种抗逆性育种的目的：保证作物在逆境条件下保持相对稳定的产量及应8（二）、逆境的种类病害（Diseases）生物逆境Bioticstress非生物逆境Abioticstress害虫（Pestinsects）杂草（weed）,等温度胁迫Temperaturestress高温Hightemperature低温Lowtemp冷害（>0℃）冻害（<0℃）干旱（drought）水分胁迫Waterstress湿害、渍害（waterlogging）矿物质胁迫Mineralstress盐碱（Salinity）铝害（Aluminium）缺铁（FeDeficiency）,等

广义逆境(stress）第14章抗逆性育种（二）、逆境的种类病害（Diseases）生物逆境非生物逆境9（三）、抗逆性鉴定方法1、直接鉴定（1）．

大田鉴定：碱地，旱地等（2）．

模拟条件鉴定：少灌、喷灌、海水灌溉，盐池等第14章抗逆性育种（三）、抗逆性鉴定方法1、直接鉴定（2）．

模拟条件鉴定：10

2、间接鉴定：根据与抗逆性有关的形态、生理生化性状和分子标记进行鉴定。

TheCellMembraneStability(CMS)Test(细胞膜稳定(CMS)测试)第14章抗逆性育种

2、间接鉴定：TheCellMembrane11(四)、抗逆育种的特点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作为抗性判断依据多基因控制，应根据不同抗逆性的遗传特点选择和配组不同逆境的抗耐性有一定的相关(四)、抗逆育种的特点逆境的复杂性增加了抗逆育种的难度12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从国外引进优良的种质资源加以利用多学科合作（植物生理学、土壤农化学科），明确机理和完善指标第14章抗逆性育种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第113摩洛哥干旱缺水地区特有一景：羊上树第14章抗逆性育种摩洛哥干旱缺水地区特有一景：羊上树第14章抗逆性育142003年湖南旱灾农民不得不下井底获取饮用水第14章抗逆性育种第14章抗逆性育种152004秋至2005年春海南省连续干旱缺雨第14章抗逆性育种2004秋至2005年春海南省连续干旱缺雨第14章16旱灾后的水稻第14章抗逆性育种旱灾后的水稻第14章抗逆性育种172006年7月-8月重庆持续一个多月的高温干旱第14章抗逆性育种2006年7月-8月重庆持续一个多月的高温干旱第14章18第二节抗旱性育种(一)抗旱性的含义与机理有大气干旱、土壤干旱及混合干旱三种类型。广义抗性：避旱、免旱和耐旱第14章抗逆性育种第二节抗旱性育种(一)抗旱性的含义与机理第14章19免旱性：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。最大特点：表现在形态结构上耐旱性：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衡，而不受伤害或减轻损害。最大特点：表现在生理上抗旱第14章抗逆性育种免旱性：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201.避旱（droughtescape）生长期短第14章抗逆性育种1.避旱（droughtescape）第14章抗21Fig.12.“Staygreen”(left)and“normal”(right)cultivarsofsorghumunderpost-floweringstress2.免旱：在水分胁迫条件下维持较高水势或压力势的能力第14章抗逆性育种Fig.12.“Staygreen”(left)a22沙漠植物第14章抗逆性育种沙漠植物第14章抗逆性育种231.

气孔关闭，降低蒸腾；2.渗透调节，维持压力势；3.激素ABA；4.增加水分吸收或控制水分丧失：1）根系，2）表皮腊质，3）表皮茸毛，4）叶向，5）卷叶。第14章抗逆性育种1.

气孔关闭，降低蒸腾；第14章抗逆性育种24灌溉(左)和旱地(右)条件下根系对照实验第14章抗逆性育种灌溉(左)和旱地(右)条件下根系对照实验第14章抗25Fig,5.Sorghumplantunderdroughtstressdisplayingleafrolling第14章抗逆性育种Fig,5.Sorghumplantunderdr26（三）耐旱（dehydrationtolerance）1．细胞水平：细胞膜稳定性（与渗透调节有关，干旱锻炼）2．植株水平：幼苗生长（发芽能力），幼苗存活率3．同化物运转4．其它：芒5．代谢产物：proline与膜及酶保护第14章抗逆性育种（三）耐旱（dehydrationtolerance）27(二).抗旱性鉴定技术和指标田间直接鉴定：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14章抗逆性育种(二).抗旱性鉴定技术和指标田间直接鉴定：第14章28Fig.18.InexpensivemanualrainoutsheltersconstructedatICRISAT,PatancheruIndia.（低廉手工rainout风雨棚被修建在ICRISAT,Patancheru印度。）第14章抗逆性育种Fig.18.Inexpensivemanualrai29间接鉴定：1.形态指标:根系的长度、数量及分布，冠层结构特征2.生理指标:蒸腾的气孔调节、缺水的渗透调节和质膜的透性调节3.生化指标:脯氨酸、甘露醇、脱落酸和SOD酶与CAT酶活性4.产量指标:抗旱系数和干旱敏感指数第14章抗逆性育种间接鉴定：第14章抗逆性育种30第十三章抗逆育种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仙人掌表面向内凹陷的气孔双子叶植物开放的气孔单子叶植物的气孔第14章抗逆性育种第十三章抗逆育种1、形态指标：不耐旱叶片表皮极度密集312、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14章抗逆性育种2、生理生化指标气孔的开闭的调节因子有昼夜节律、红蓝光、脱落32抗旱系数＝胁迫下的平均产量/非胁迫下的产量；干旱敏感指数SI=(1—胁迫下的平均产量/非胁迫下的平均产量)/环境胁迫强度。抗旱指数（DL）=抗旱系数×旱地产量/所有品种旱地产量的平均值。5.综合指标:①抗旱总级别法，据多项指标所测数据分为4～5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。

②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14章抗逆性育种第14章抗逆性育种33(三).抗旱品种的选育常规杂交育种仍然是主要方法远缘杂交和遗传工程等手段也可增进抗旱性开展抗旱性分子标记辅助选择育种第14章抗逆性育种(三).抗旱品种的选育常规杂交育种仍然是主要方法第1434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盐害或盐胁迫，包括:渗透胁迫—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，即生理干旱。离子效应—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，影响正常的代谢作用(一).耐盐性含义第14章抗逆性育种第三节耐盐性育种(一).耐盐性含义第14章抗逆性35碳酸钠与碳酸氢纳为主的土壤称为碱土，把氯化钠与硫酸钠为主的土壤称为盐土。实际上把盐分过多的土壤统称为盐碱土，简称为盐土。

避盐性和耐盐性第14章抗逆性育种第14章抗逆性育种36盐碱地第14章抗逆性育种盐碱地第14章抗逆性育种37(二）.耐盐性的鉴定技术与指标筛选方法：１.营养液栽培法2.萌发试验法3.田间产量试验法鉴定指标：形态、生理生化、产量和综合第14章抗逆性育种(二）.耐盐性的鉴定技术与指标筛选方法：第14章抗38(三)耐盐品种的选育耐盐种质资源的鉴定耐盐性的遗传研究利用组织培养结合诱变技术获得耐盐突变体的研究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，使耐盐转基因育种得到发展第14章抗逆性育种(三)耐盐品种的选育耐盐种质资源的鉴定第14章抗逆39第四节抗寒性育种(一)抗寒性的含义

寒害泛指低温对作物生长发育所引起的损害，分为冻害和冷害。冻害指气温下降到冰点以下使作物体内结冰而受害的现象；冷害指零度以上的低温影响作物正常生长发育的现象。第14章抗逆性育种第四节抗寒性育种(一)抗寒性的含义第14章抗逆40抗冻性—其在零摄氏度以下低温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抗冷性—则指其在零摄氏度以上的低温离下能维持正常生长发育到成熟的特性。第14章抗逆性育种抗冻性—其在零摄氏度以下低温条件下具有廷迟或避免细胞间隙或原41越冬作物的越冬性（winterhardness）是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。抗雪性（snowresistance）指越冬作物在雪下对低温和光线不足及雪腐病的综合抗性。抗霜性(frostresistance)指作物在晚秋或春季温度突然下降到冰点的伤害的抗耐性。第14章抗逆性育种越冬作物的越冬性（winterhardness）是指对冻害42（二）．抗寒性的鉴定及其指标田间自然条件下进行为主，以人工冷冻技术为补充。形态指标生理生化指标生长发育指标等第14章抗逆性育种（二）．抗寒性的鉴定及其指标田间自然条件下进行为主，以人工冷43（三）．抗寒品种的选育原始地方品种和引进品种，多种野生近缘作物中存在抗源常规方法为主抗寒性分子标记辅助选择育种的开展第14章抗逆性育种（三）．抗寒品种的选育原始地方品种和引进品种，多种野生近缘作44第14章抗逆性育种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。思考题1.何谓环境胁迫（逆境）、避旱、免旱、耐旱、寒害、冻害和冷害？2.作物逆境的主要种类？3.抗逆育种的主要特点是什么？4.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？5.作物抗逆性鉴定的主要方法有那些？第14章抗逆性育种重点与难点作作物抗寒性、抗旱性、耐盐45第十四章抗逆性育种第十四章抗逆性育种46逆境：

对植物生长发育有不利影响的环境因素环境胁迫：

逆境对植物生长发育的影响称为环境胁迫抗逆性育种:

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种第14章抗逆性育种逆境：第14章抗逆性育种47第一节抗逆性育种的意义与抗逆性鉴定方法第14章抗逆性育种第一节抗逆性育种的意义与抗逆性鉴定方法第14章48（一）、意义和目的

全世界耕地面积的32%处于半干旱地区，有9.6亿公顷盐碱地。第14章抗逆性育种（一）、意义和目的第14章抗逆性育种49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3000万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，制约了产量潜力和品质的充分表达。第14章抗逆性育种我国：85％的自然灾害为气象灾害，干旱灾害又占气象灾害的550第14章抗逆性育种第14章抗逆性育种51两个小麦品种在不同干旱条件下的籽粒表现注：上为抗性品种第14章抗逆性育种两个小麦品种在不同干旱条件下的籽粒表现第14章抗逆52抗逆性育种的目的：保证作物在逆境条件下保持相对稳定的产量及应有的产品品质。第14章抗逆性育种抗逆性育种的目的：保证作物在逆境条件下保持相对稳定的产量及应53（二）、逆境的种类病害（Diseases）生物逆境Bioticstress非生物逆境Abioticstress害虫（Pestinsects）杂草（weed）,等温度胁迫Temperaturestress高温Hightemperature低温Lowtemp冷害（>0℃）冻害（<0℃）干旱（drought）水分胁迫Waterstress湿害、渍害（waterlogging）矿物质胁迫Mineralstress盐碱（Salinity）铝害（Aluminium）缺铁（FeDeficiency）,等

广义逆境(stress）第14章抗逆性育种（二）、逆境的种类病害（Diseases）生物逆境非生物逆境54（三）、抗逆性鉴定方法1、直接鉴定（1）．

大田鉴定：碱地，旱地等（2）．

模拟条件鉴定：少灌、喷灌、海水灌溉，盐池等第14章抗逆性育种（三）、抗逆性鉴定方法1、直接鉴定（2）．

模拟条件鉴定：55

2、间接鉴定：根据与抗逆性有关的形态、生理生化性状和分子标记进行鉴定。

TheCellMembraneStability(CMS)Test(细胞膜稳定(CMS)测试)第14章抗逆性育种

2、间接鉴定：TheCellMembrane56(四)、抗逆育种的特点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作为抗性判断依据多基因控制，应根据不同抗逆性的遗传特点选择和配组不同逆境的抗耐性有一定的相关(四)、抗逆育种的特点逆境的复杂性增加了抗逆育种的难度57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从国外引进优良的种质资源加以利用多学科合作（植物生理学、土壤农化学科），明确机理和完善指标第14章抗逆性育种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第158摩洛哥干旱缺水地区特有一景：羊上树第14章抗逆性育种摩洛哥干旱缺水地区特有一景：羊上树第14章抗逆性育592003年湖南旱灾农民不得不下井底获取饮用水第14章抗逆性育种第14章抗逆性育种602004秋至2005年春海南省连续干旱缺雨第14章抗逆性育种2004秋至2005年春海南省连续干旱缺雨第14章61旱灾后的水稻第14章抗逆性育种旱灾后的水稻第14章抗逆性育种622006年7月-8月重庆持续一个多月的高温干旱第14章抗逆性育种2006年7月-8月重庆持续一个多月的高温干旱第14章63第二节抗旱性育种(一)抗旱性的含义与机理有大气干旱、土壤干旱及混合干旱三种类型。广义抗性：避旱、免旱和耐旱第14章抗逆性育种第二节抗旱性育种(一)抗旱性的含义与机理第14章64免旱性：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。最大特点：表现在形态结构上耐旱性：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衡，而不受伤害或减轻损害。最大特点：表现在生理上抗旱第14章抗逆性育种免旱性：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651.避旱（droughtescape）生长期短第14章抗逆性育种1.避旱（droughtescape）第14章抗66Fig.12.“Staygreen”(left)and“normal”(right)cultivarsofsorghumunderpost-floweringstress2.免旱：在水分胁迫条件下维持较高水势或压力势的能力第14章抗逆性育种Fig.12.“Staygreen”(left)a67沙漠植物第14章抗逆性育种沙漠植物第14章抗逆性育种681.

气孔关闭，降低蒸腾；2.渗透调节，维持压力势；3.激素ABA；4.增加水分吸收或控制水分丧失：1）根系，2）表皮腊质，3）表皮茸毛，4）叶向，5）卷叶。第14章抗逆性育种1.

气孔关闭，降低蒸腾；第14章抗逆性育种69灌溉(左)和旱地(右)条件下根系对照实验第14章抗逆性育种灌溉(左)和旱地(右)条件下根系对照实验第14章抗70Fig,5.Sorghumplantunderdroughtstressdisplayingleafrolling第14章抗逆性育种Fig,5.Sorghumplantunderdr71（三）耐旱（dehydrationtolerance）1．细胞水平：细胞膜稳定性（与渗透调节有关，干旱锻炼）2．植株水平：幼苗生长（发芽能力），幼苗存活率3．同化物运转4．其它：芒5．代谢产物：proline与膜及酶保护第14章抗逆性育种（三）耐旱（dehydrationtolerance）72(二).抗旱性鉴定技术和指标田间直接鉴定：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14章抗逆性育种(二).抗旱性鉴定技术和指标田间直接鉴定：第14章73Fig.18.InexpensivemanualrainoutsheltersconstructedatICRISAT,PatancheruIndia.（低廉手工rainout风雨棚被修建在ICRISAT,Patancheru印度。）第14章抗逆性育种Fig.18.Inexpensivemanualrai74间接鉴定：1.形态指标:根系的长度、数量及分布，冠层结构特征2.生理指标:蒸腾的气孔调节、缺水的渗透调节和质膜的透性调节3.生化指标:脯氨酸、甘露醇、脱落酸和SOD酶与CAT酶活性4.产量指标:抗旱系数和干旱敏感指数第14章抗逆性育种间接鉴定：第14章抗逆性育种75第十三章抗逆育种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仙人掌表面向内凹陷的气孔双子叶植物开放的气孔单子叶植物的气孔第14章抗逆性育种第十三章抗逆育种1、形态指标：不耐旱叶片表皮极度密集762、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14章抗逆性育种2、生理生化指标气孔的开闭的调节因子有昼夜节律、红蓝光、脱落77抗旱系数＝胁迫下的平均产量/非胁迫下的产量；干旱敏感指数SI=(1—胁迫下的平均产量/非胁迫下的平均产量)/环境胁迫强度。抗旱指数（DL）=抗旱系数×旱地产量/所有品种旱地产量的平均值。5.综合指标:①抗旱总级别法，据多项指标所测数据分为4～5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。

②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14章抗逆性育种第14章抗逆性育种78(三).抗旱品种的选育常规杂交育种仍然是主要方法远缘杂交和遗传工程等手段也可增进抗旱性开展抗旱性分子标记辅助选择育种第14章抗逆性育种(三).抗旱品种的选育常规杂交育种仍然是主要方法第1479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盐害或盐胁迫，包括:渗透胁迫—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，即生理干旱。离子效应—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，影响正常的代谢作用(一).耐盐性含义第14章抗逆性育种第三节耐盐性育种(一).耐盐性含义第14章抗逆性80碳酸钠与碳酸氢纳为主的土壤称为碱土，把氯化钠与硫酸钠为主的土壤称为盐土。实际上把盐分过多的土壤统称为盐碱土，简称为盐土。

避盐性和耐盐性第14章抗逆性育种第14章抗逆性育种