申世界的水稻耐高温研究进展.ppt

水稻耐高温方面研究的简要分析,作 者:申世界 专 业: 作物遗传育种 邮 箱：814509709 导 师:陈庆全 时 间：2013年4月,目 录,研究背景 课题方向 致谢,一,二,三,一、研究背景,（1）、全球气温的变化特点 （2）、高温对水稻的影响 （3）、水稻耐高温的评价指标 （4）、 国内研究的概况,（1）、全球气温的变化特点,当前，随着“温室效应”越来越严重，引起的全球气温发生剧烈的变化。据统计，目前全球平均气温较100年前升高1。根据分析已有的气候变化数据分析，在本世纪末，全球平均表面温度将会升高1.45.8 。 气温变化的另一个特点是，短期的极端高温现象出现频率大幅度升高，包括局部地区也出现短期极端高温，这给农作物的安全生产带来极大的安全隐患。如2003年夏是我国长江中下游的最炎热夏天，出现了极端高温天气，导致该地区水稻产生严重的结实不良而大面积大幅度减产等。,在全球气温变暖大背景下, 夏季异常高温将可能在我国更加频繁的出现, 持续时间也可能更长。在我国南方稻区, 盛夏高温对双季早稻的结实及灌浆会形成严重危害, 造成高温逼熟、产量下降。 2003 年, 我国南方稻区在水稻抽穗开花期出现了极端高温天气, 给水稻生产造成了严重损失: 江西省因高温热害造成水稻减产12.2 亿kg; 湖南省仅南县就有近1333.3 hm2的“两优培九”结实率在60%以下, 个别农户水稻结实率只有9.5%, 单产仅1 125 kghm2; 江苏省平均单产减少了15%。,（2）高温对水稻的影响,1 高素华, 王培娟. 长江中下游高温热害及对水稻的影响M.北京: 气象出版社, 2009: 78, 73105, 162208 2 黄英金, 罗永锋, 黄兴作, 等. 水稻灌浆期耐热性的品种间差异及其与剑叶光合特性和内源多胺的关系J. 中国水稻科学, 1999, 13(4): 205210 3 许红云, 许为军, 谭学林. 高温对粳稻品种发芽及幼苗生长发育影响的研究J. 西南农业学报, 2008, 21(3): 593596 4 李金军, 刘明放, 陆金根, 等. 粳稻穗期耐高温鉴定技术的研究J. 上海农业学报, 2003, 19(4): 2527 5 李太贵, 沈波. 水稻品种开花期抗热性鉴定研究J. 作物品种资源, 1995(1): 3435 6 张桂莲. 两个早稻品种耐热性生理及分子遗传基础的研究D. 长沙: 湖南农业大学, 2006: 119 7 周浩, 胡文彬, 王作平, 等. 抽穗扬花期高温对水稻重组自交系群体RIL47 结实率的影响J. 中国生态农业学报,2011, 19(1): 6974 8 罗丽华, 刘国华, 肖应辉, 等. 高温胁迫对水稻花粉和小穗育性及稻谷粒重的影响J. 湖南农业大学学报: 自然科学版, 2005, 31(6): 593596 9 李成德. 高温导致水稻出现大量空壳分析J. 陕西农业科学, 2003(5): 4547,高温对水稻生长发育的影响主要体现在几个方面： 1、高温对水稻发芽和营养生长期的影响： 植物生长发育都有最适温度、最低温度和最高温度。水稻发芽的最适温度为25，在10 40范围内均可发芽，在一定温度范围内，对水稻营养生长期和发芽期的影响较小。 但是当水稻长时间处于温度高于42时，就会出现高温胁迫，表现为出叶速度减慢，叶片退绿或白化，甚至不抽穗，直至死亡。,2、高温对水稻扬花期的影响：水稻扬花期对高温特别敏感，水稻在此期间如果遭遇35以上持续高温，水稻花器官将发育不全，花粉将发育不良，活力下降。原因主要有：高温低湿条件，浆片吸水膨胀受到严重影响，造成不开花；高温容易过快失水，影响花药开裂，这是主要原因；高温下，花粉寿命大大缩短；花粉管伸长明显受阻；影响受精。高温胁迫下，水稻颍花不育、结实率下降的主要原因是：花粉萌发量和活性的降低。,3、高温对水稻灌浆期的影响：灌浆期如遇高温，导致灌浆不良，出现秕粒，导致籽粒充实度差，严重影响实粒重，导致产量下降。高温下光合作用降低，水稻品质下降等。,（3）水稻耐高温品种的评价指标,由于水稻耐高温的反应复杂,不仅受基因型,更受高温胁迫时间、植株的生育期和其他环境因子如光照、湿度、营养条件等以及它们之间互作效应的影响,因此,耐高温的鉴定更显得重要,是开展耐高温研究和育种的前提条件。 耐高温品种的筛选一般在人工气候箱或人工气候室内进行。沈波,陶龙兴等通过温室模拟高温条件筛选耐高温品种,结果也具有一定的重演性。此外,黄英金、汤日圣等通过薄膜简棚遮盖法进行高温处理,李金军等直接利用海南省南部冬繁育种基地春季自然高温条件和当地正常种植季节的自然高温条件重复鉴定粳稻的穗期耐高温能力,也获得了较好的筛选效果。,水稻耐高温评价指标研究主要有：,1 小穗育性： 由于高温直接影响到水稻小穗的育性,因此花粉活力的测定、花粉管的萌发以及结实率现已成为水稻耐高温鉴定的最基本也是最主要的鉴定指标。 热害指数热害指数=(常温结实率-高温结实率)/常温结实率作为较好反映结实率的一个参数,已被一些研究者用作评价结实率的重要指标。,2 水稻籽粒品质 由于灌浆期水稻对高温热害的表现复杂,单一的指标如垩白度、直链淀粉含量等很难评判不同品种的耐高温强弱,一般采用综合评判的方法。 张宏玉等对灌浆期水稻耐高温能力相关的5个指标进行综合评判的结果表明,籽粒充实度的耐热系数(=高温胁迫下籽粒充实度/常温下籽粒充实度 100)可作为灌浆期耐高温的一项关键性指标。,3 光合作用 光合作用被认为是对高温最敏感的过程之一,主要影响类囊体的物理化学性质和结构组织,导致细胞膜的解体和细胞组分的降解。 黄英金等通过对不同耐高温品种热胁迫处理后剑叶的光合速率、叶绿素含量和RuBP羧化酶活性的测定,表明耐高温的品种经高温胁迫后的下降幅度小,光合速率较稳定,且在胁迫后都能恢复到较高的水平,认为高温胁迫下剑叶的叶绿素合成和降解程度以及RuBP羧化酶活性的热稳定性,可作为水稻灌浆期耐高温鉴定的指标之一。,4 综合评判方法 黄英金等以垩白粒率、垩白大小、垩白度、秕粒率、受精粒重、饱粒重、籽粒充实度、饱粒密度8项性状的耐高温指数为指标,应用主成分分析法将其综合成3个彼此不相关的综合指标,再运用隶属函数法求出每一品种耐高温的综合评价值,可全面并准确地区分和评价水稻品种灌浆期耐高温能力的强弱。 张宏玉等则以籽粒充实度、秕粒率、饱粒密度、垩白米率、垩白度5个性状的耐高温系数为指标,应用主成分分析法得出每品种2个综合指标,再运用隶属函数法求得每品种的综合评价值,所建立的评判方法也具有理想的效果。,（4）、国内研究概况,水稻是世界三大粮食作物之一，全世界1/2的人口以它为主食。在许多地区，高温成为了影响水稻生产的最主要因素。早在1990年Mutsuo等研究报告指出，全球热带地区水稻受高温潜在威胁的面积约有4106 hm2 。亚非美等地区的13个国家。 2004年国际水稻研究所的报告指出，21世纪，全球气温将会升高。而日平均气温每升高1，水稻产量就会下降15%。,为此，全世界都开始重视，水稻耐高温方面的研究。 日本在1993年就将培育耐高温水稻品种作为水稻育种的主要改良性状。 我国育种家徐云碧等在20世纪80年代也报道过早稻不同品种耐高温的差异。 尽管如此，但是水稻耐高温方面的研究较其他性状方面的研究，依然显得落后。尤其是在培育耐高温品种方面更是欠缺。 因此，培育稳定的耐高温水稻品种，适应未来全球气温的变化，提高水稻产量，改善水稻品质，保证粮食安全，至为重要。,国内培育的品种,目前，对于水稻耐高温的品种培育，已取得初步的进展，国内外也培育出了几个具有耐高温性状的品种。 国内报道的小麻占（王才林和仲维功等，2004，田小海等，2007）；新品系996（湖南农业大学利用大豆外源DNA整体导入水稻诱导产生）；黄华占（广东省农业科学院)和T226（华中农业大学）等，均为耐高温材料。,二、课题方向-耐高温品种的杂交培育,（1）试验品种 （2）试验方法,（1）试验品种,水稻品种N22和9311. 水稻品种N22是国际公认的耐热性最强的品种，含有特异性耐高温基因，属于特异耐高温品种，原产于印度和巴基斯坦交界处，但是该品种其它的农艺性状较差。 中籼品种9311以其优质、多抗、高产特性而著称，是国际水稻研究基因组计划测序的品种，被公认为生产面积推广优质、高产、多抗杂交稻以及部分超级杂交稻的优良恢复系，农艺性状良好，但是具有热敏感性。,水稻N22,中籼9311,（2）试验方法,育种方法：杂交和回交相结合的方法； 检测方法：SSR分子标记检测。,SSR分子标记应用于多态性检测,步骤 DNA提取： 亲本的DNA提取：CTAB法； 嫩叶于试管内 CTAB提取液 研磨破碎 水浴 氯仿和异戊醇混合液 离心 上清液 加 95%酒精冷冻沉淀DNA 离心倒去上清液 得DNA。 单棵植株的DNA提取：碱煮法。 NaOH溶液，水浴1分钟； Tris-HCl 溶液，水浴3分钟。,PCR进行基因片段的扩增。 PCR体系的配制（10 l） 设计大量的引物，分别进行PCR扩增，检测能够同时在两个亲本的基因中表现多态性的引物，用于后期的实验使用。,部分引物的序列特征：,扩增产物的电泳分离检测,制胶 电泳 读带,引物多态性分析的意义： 借助分子标记技术对引物多态性筛选，在遗传图谱构建、进行重要农艺性状的QTL定位、近等基因系的构建和靶性状的基因克隆都具有重要的意义。 本实验通过引物对亲本的多态性鉴定，筛选能够表现多态性的引物，为以后作物遗传图谱的构建，杂交育种杂合带的鉴定的呢过具有重要的作用，尤其是能为特异性基因的定位特够实验依据。,在耐高温育种的过程中，通过非轮回亲本N22和轮回亲本9311杂交，可以将N22的特异耐高温基因导入到9311的基因组内。再通过轮回亲本9311多次的回交，培育的后代将具有9311的优良基因和N22的耐高温基因。 但是，对于N22的特异耐高温基因片段的特定位置还不了解，无法确定那一片段具有目的基因，所以事先进行引物多态性的筛选，选出具有多态性的引物，用来分析和定位特异性基因，确定目的基因的位置。,在耐高温相关QTL定位的研究方面，也取得一定的进展。 曹立勇等人通过IR64和Azcuena 杂交的DH群体以水稻结实率为鉴定指标，定位水稻开花结实期分别来自两亲本的6个加性QTL和8个上位性QTL； 朱昌兰等通过Nipponbare和Kasalath的重组自交系群体，以粒重感热系数为指标，定位灌浆期的3个主效QTL和8个上位性QTL； 陈庆全等以两个籼稻恢复系（T219和T226）为亲本构建重组自交系，并以