《抗病育种》PPT课件.ppt

第十一章 抗病虫育种 本章重点：作物抗病虫性的类别；抗病虫性的遗 传；抗病虫品种的选育方法与利用策略。 讲授内容： 一、抗病虫育种的意义与特点 二、作物抗病虫性的类别与机制 三、抗病虫性的遗传与鉴定 四、抗病虫品种的选育及利用 一、抗病虫育种的意义和特点 （一）抗病性、抗虫性的概念 1、作物的抗病性 植物避免、中止或阻滞病原物侵入与扩展， 减轻发病和损失程度的一类特性。 2、作物的抗虫性： 植物具有抵御或减轻某些害虫侵袭或危害的 能力。 （二）抗病虫育种意义与作用 作物不同品种对同一种病害或虫害具有不同 的抗性。这种抗性可以遗传并在作物上表现出来 。 通过一定的技术，培育既丰产、优质，又具 有抗性的品种的过程称为抗性（病、虫）育种。 换言之，就是通过遗传改良以增强品种的抗性。 与其它防治措施相比，选育和利用抗性品种 是一项经济有效的措施，而且有利于生态环境保 护。一些重大病害如小麦锈病、麦类白粉病、小 麦赤霉病、马铃薯晚疫病等基本上都是采取以应 用抗病品种为主或为基础的综合防治措施才得以 控制的。 对于气传病害，如小麦锈病、稻瘟病、玉米 大小斑病等，这类病害发生面积大，重复侵染次 数频繁，通过空气传播，化学药剂难以全面防治 。推广抗病品种是最有效的防治方法。 对于土传病害，如棉花枯、黄萎病及其他土 传病害，由于对土地进行全面消毒处理是不现实 的，推广抗病品种同样重要。 病毒病和其他尚无药剂防治的病害，只能靠 利用抗病品种来防治，选育和利用抗病品种显得 更重要。 （三）抗病虫育种的特点 1、抗病虫育种可以综合运用各项育种技术。 2、与其它育种目标相比，抗病虫育种更复杂。品种是否 表现抗性与下列因素有关： 作物本身的遗传特性， （抗性基因，哪个基因？） 病原菌或害虫的遗传特性，（毒性基因） 作物和寄生物之间的相互作用，（基因对基因） 作物和寄生物对环境的敏感性。（小种、生物型变化 ） 品种的抗性表现，与品种本身、病原（虫）数量和 侵染力以及环境条件等因素相互作用的结果。 （四）抗病育种现状 1、成效显著：各种作物均选育了不少抗病虫品种， 使一些毁灭性的病虫害得以控制，生产得到恢复， 如小麦锈病、马铃薯晚疫病等。 2、进展不快：在水稻上，甚至有倒退的趋势。如， 20002006年福建审定109个杂交稻品种（组合）， 抗稻瘟病的仅2个；20032005年全国审定116个杂 交稻品种，中抗稻瘟病以上的仅18个（15.5%），中 抗白叶枯病以上的仅10个（8.61%），只有极个别组 合同时具备对稻瘟病和白叶枯病的抗性。 3、抗性易丧失：抗病品种常常在 推广种植35 年后就丧失抗性，引 起病害暴发和流行。 稻瘟病菌易变异，小种多且复 杂。我国8个群85个小种。 抗性丧失与病原菌致病性变异 及品种的专化抗性有关。大面积、 长时间使用某一抗性品种，其致病 小种上升，最终品种表现不抗病。 抗性品种可能在本地表现抗病 ，换个地方种植可能不抗病。 白叶枯病抗性育种 也存在同样问题。我国 白叶枯病病原菌存在多 个小种群。水稻品种对 白叶枯病的抗性也具有 很强的专化性。白叶枯 病病菌不像稻瘟病病菌 那样易变多变，抗性也 相对比较稳定。 将分散在不同品种中的多个抗病基因聚合到 同一个品种中，被认为是获得持久抗性的有效方 法。 研究表明，抗病基因聚合后，抗谱增宽、抗 性加强，而且并不是简单地表现为各个抗病基因 的抗谱相加，而是表现为不同抗病基因之间的互 作，使其能够抵抗各个抗病基因单独存在时皆不 能抵抗的生理小种。因此，抗病基因聚合已成为 抗病育种的主要发展方向。 二 作物的抗病性及其鉴定 （一）病原菌致病性的遗传与变异 1、病原菌的致病性： 病原菌危害寄主引起寄主病变的能力。 表现 在两个方面： 毒性：病原菌能克服某一品种的专化抗病基因 而侵染该品种的能力。（质量性状，专化致病性 ） 侵染力：病原菌侵染寄主后，在寄主中生长繁 殖的速度和强度。 （数量性状，非专化致病性） 2、病原菌的生理小种 同一种病原菌（种或变种）可以分化出不 同的类型，它们对不同品种有不同的毒性，某个 特定病原菌类型称为生理小种，也叫毒性小种 。 生理小种在形态上难以区分，只能用一套抗 病能力不同的鉴别寄主来区分。 要求：鉴别力 强；抗性反应稳定；具有不同的抗病基因；有代 表性的纯系品种。 3、生理小种的消长 有小种分化的病原菌群体（如，稻瘟病） ，是由若干小种组成，其中比例较大的小种， 称为优势小种，比例小的称为弱势小种。 随着品种、自然、栽培条件的变化，优势 小种和弱势小种会发生转化（消长）。 例如，当生产上大面积推广某一抗病品种时 ，会对原来的病原菌群体产生选择压力。结果是 ，对该品种有毒性的生理小种就逐渐繁殖、积累 、传播，数量逐渐增大，成为优势小种；而原来 的优势小种，由于失去了最优的寄主条件，就转 为弱势小种。 当优势小种上升到绝对优势时，这个品种就 会丧失抗病性，成为这个生理小种的哺育品种。 4、致病性的遗传 对真菌病害的遗传研究认为： 毒性为单基因隐性遗传 侵染力是多基因遗传。 5、 致病性变异 v毒性基因突变 v有性杂交，基因重组 v体细胞重组（异核现象和拟性重组，p191 ） v适应性变异(选择性适应，种群繁衍需要) （二） 作物抗病性的类别和遗传 1、作物抗病性的分类 全生育期抗病性 抗性表现时期 苗期抗病性 成株期抗病性 形态学抗病性 抗性机能 组织结构抗病性 生理生化抗病性 避病： 不一定是非真实抗病 耐病：发病，但影响小 表现形式 抗病：病症无，或轻 感病：病症重，影响大 抗病 抗性程度 中抗 中感 感病 高感 垂直抗性 寄主与小种关系 水平抗性 2、垂直抗性和水平抗性 （1）抗性的特点 垂直抗性（特异性抗性，专化性抗性）： 对于某些生理小种高度抵抗，对另一些生理小种高度 感染。即同一寄主品种对同一病菌的不同生理小种具有“特 异”反应或“专化”反应。 水平抗性（田间抗性，非特异性抗性，非专化性抗性） ： 对不同生理小种没有专化反应或特异反应，对各种生 理小种的反应大体在一个水平上波动。 v有些品种具有综合抗性和多抗性（垂直抗性+水平抗性） （2）抗性的表现形式 垂直抗性：往往是过敏性坏死型，反应表现明显 。 水平抗性：过敏性坏死以外的多种抗性，表现不 突出，大多为中度水平。 （3）抗性的作用 垂直抗性：使病原菌无法寄生或发展。 水平抗性：减缓病害发展速度。 （4）抗性的利用 垂直抗性：易于识别利用，但容易丧失抗性。 水平抗性：不易识别利用，但抗性稳定。 3、 抗病性的遗传 （1）主效基因遗传 单基因或寡基因（少数主基因），有显隐性之分 。 抗稻瘟病基因至少已鉴定了27个，均为显性。如 ，Pi-t, Pi-z ,Pi-ta, Pi-b, Pi-k, Pi-1, Pi-2, Pi-9等。抗白叶 枯病基因至少已鉴定了26个，有的是显性，有的为隐 性。如，Xa-4、Xa-7、Xa-21；xa-5、xa-13等。 抗性基因的显性度在不同品种的遗传背景中可能 表现不同。 复等位性。许多抗性基因位点存在复等位基因 ，如Pi-k位点存在Pi-ks，Pi-kp，Pi-km，Pi-kh。 连锁与互作 水稻第11号染色体上4个抗病基因的连锁情形 （2）多基因遗传，由微效多基因控制。如小麦 赤霉病，水稻纹枯病、细菌性条斑病等。 （3）细胞质遗传 作物的有些抗病性可能与细胞质有关。玉米 T型雄性不育细胞质（cms-T）易感小斑病菌T小 种，正常细胞质或其它不育细胞质抗小斑病菌。 v抗病毒性一般为隐性。抗病毒育种难度大。 4、基因对基因学说（ Flor 1956） 针对寄主植物的每一个垂直抗病基因，病原 菌方面早迟会发现一个相对应的毒性基因。 毒性基因只能克服相应的抗性基因而产生毒 性效应。 在寄主寄生物系统中，任何一方的上述基 因，都只有在对方相对应基因的存在下，才能 被鉴别出来。 毒性基因：a1，a2；抗性基因： R1，R2 a1 R1； a2 R2 v该学说 n指出了品种抗病基因型与病原物致病性基因 型的鉴定方法； n可以预测病原菌新小种的出现； n解释了为什么小种会消长，抗性品种的抗性 为何会丧失。 n是指导作物抗病育种的主要理论。 （三） 作物抗病性鉴定 1、 控制发病条件 利用自然病圃 建立人工病圃，人工接种诱发 2、鉴定的方法 田间鉴定和温室鉴定 成株鉴定和苗期鉴定 离体鉴定 3、 鉴定标准和记载方法 反应型：根据侵染点及周围枯死反应的有无或强 弱、病斑大小、色泽、产孢量的多少，分为抗至 高感等。 （定性标准） 普遍率：受病害侵染的植株或叶片的百分率。 严重度（病情等级） ：病叶或病株的发病程度 。分为0-9级，0-没发病，9-发病最严重。 Xa X1a1+X2a2+Xnan 病情指数（%）= = 100 n X nT X0 X1Xn 普遍率 a0 a1an 病情等级， a0不发病， an最高级 T 调查总数 福建稻瘟病抗性评级 三、 品种的抗虫性及其鉴定 （一）抗虫性的类别、机制和遗传 1. 抗虫性的类别 抗虫 抗虫性程度 中抗 中感 感虫 高感 寄主避免 抗虫性机能 诱导抗虫性 逃避 寄主避免：寄主以快速的生长发育速度，渡过 最易被害虫侵害的时期，避免受害。 诱导抗虫性：通过专门农业措施，改变土壤水 分和肥力水平，使植株暂时增加抗性。 逃避：寄主短暂避免害虫栖息与侵害。 不选择性 抗虫性机制 抗生性 耐害性 不选择性：品种本身具有某些形态或生理特征特性，表现出 对某些害虫具有拒降落、拒取食、拒产卵和栖息的特性。 抗生性：作物体内含有毒素或抑制剂；或缺乏昆虫生长发育 所需要的营养物质，致使昆虫取食后幼虫死亡；或发育和繁殖 受到影响。（转Bt基因植物？） 耐害性：一些品种遭受虫害后，仍然能够正常生长发育，在 个体或群体水平上表现出一定的再生或补偿能力，不至于大幅 度减产。 垂直抗性 寄主-害虫关系 水平抗性 综合抗性和多抗性 v与生理小种类似，害虫有生物型分化。 v综合抗性和多抗性（垂直抗性+水平抗性） 不同生育时期 苗期抗性 成株期抗性 2、 抗虫性的机制 （1）形态学抗虫性 棉花茎叶上有毛和多毛的品种抗棉蚜、红蜘蛛、 蓟马；光叶无毛的品种抗棉铃虫、红龄虫。 （2）解剖学抗虫性 细胞壁厚、木质化或硅质化程度高、组织坚硬的 害虫难以侵入或取食。 （3）生理生化特性抗虫性 棉株中的棉酚含量高，抗棉铃虫、红龄虫、蚜虫 。 3、抗虫性的遗传 （1）主基因遗传 由单基因或二对基因控制，有显隐性之分。 抗褐飞虱基因已鉴定了9个，如，Bph1, Bph3, Bph6, Bph9, bph2, bph4, bph5, bph7, bph8。 （2）多基因遗传 如，抗水稻二化螟、小麦叶蝉、棉红铃虫、 大豆黑潜叶蛾等。 （3）细胞质遗传 如，有些水稻品种对稻瘿蚊的抗性。 （二） 抗虫性的鉴定 1、田间鉴定 在大面积感虫作物中设置试验 在测试材料中，套种感虫品种 种植诱虫田，利用引诱作物或诱虫剂，把害虫 引进鉴定试验。 用特殊的杀虫剂，控制其他害虫或天敌，而不 杀害测试昆虫，维持适当害虫群体。 2、室内鉴定：温室、实验室、生长箱 四、 抗病虫品种的选育 （一） 抗源收集 1、从品种（本地、国外，过去的或现有的）中挖掘 。 2、从作物起源中心及病害常发区收集；或从抗病育 种工作较好国家或地区收集。 3、从育种的后代材料鉴定筛选。 4、从近缘种属植物中挖掘。 （二） 抗病品种选育方法 1、引种 2、选择育种 3、杂交育种 除采用常规的系普法、混合法选育单基因 或少数主基因抗性外，在选育由多基因控制的 、或者抗多种病虫害的品种时： 异花授粉作物可采用轮回选择法。 自花授粉作物可采用双列选择交配法 。 轮回选择法（可以积累多个抗性基因） 选用若干个具有水平抗性的亲本系，随机交配， 混合授粉，繁殖成综合品种群体。 从中选出若干抗性强的优株自交（人工辅助）。 自交后代按病害类别分成几份，分别种植，接种 鉴定，从中再选择具有多抗性的1020个优系，再 互交，混合授粉，组成第一轮改良的多抗群体。 在第一轮的基础上，按上述程序进行第2、3.轮 的选择。 双列选择交配法 将一系列中等抗性亲本进行各种可能的杂交。 将所得到的F1再进行所有可能的杂交。 在后代选择抗性高于各亲本的植株，彼此间再杂 交。如此杂交、选择、再杂交，进行若干轮回。每 次均选择抗性性的个体杂交，直到把不同来源的微 效抗性基因积累起来。 4、回交法。利用主基因，或培育多系品种。 5、杂种优势利用 如，T优5537（T55A蜀恢537） 特优627（龙特浦A 亚恢627 ） 谷优527 （谷丰A 蜀恢527 ） 6、 远缘杂交 如小偃6号；Xa-21来自长花药 野生稻。P203 7、 诱变育种 8、 生物技术 组织或细胞培养，进行无性系筛选。 染色体工程，如、利用异位系、多倍体转 移抗性基因。 基因工程，转入外源基因（如Bt） MAS技术，基因聚合。 （三）抗病育种中的若干问题 1、品种抗病性与高产、优质结合问题 高产、优质、抗病性是育种的主要目标。 首先要兼顾。高感稻瘟病的一票否决。 不同时期、不同地区，首要目标可能不同。 如武陵山区的水稻育种，抗稻瘟病是首要目标 。 2、主要病虫害与次要病虫害的兼抗问题 水稻病害：稻瘟病（福建、其他省份）；稻瘟病+ 白叶枯病（国家）。 水稻虫害：没有！？ 如，II优602（国审稻2004004）审定意见： 经审核，该品种符合国家稻品种审定标准，通 过审定。该品种熟期适中，产量较高，高感稻瘟病， 感白叶枯病，米质一般。适宜在云南、贵州、重庆中 低海拔稻区（武陵山区除外）和四川平坝稻区、陕西 南部稻瘟病