作物抗旱育种的研究报告

1、报告内容报告内容 研究的目的及意义研究的目的及意义1 研究现状研究现状2 研究的例案研究的例案4 总结总结5 研究中可能存在的问题研究中可能存在的问题3一、研究的目的及意义一、研究的目的及意义 干旱与水资源短缺已成为世界农业与社会发展的制约因素，是制约农干旱与水资源短缺已成为世界农业与社会发展的制约因素，是制约农业发展的主要障碍，对农业生产构成了严重的威胁。甘肃水资源缺乏，常业发展的主要障碍，对农业生产构成了严重的威胁。甘肃水资源缺乏，常遭受一定时间的干旱，加上水利基础比较薄弱，致使农作物在整个生育时遭受一定时间的干旱，加上水利基础比较薄弱，致使农作物在整个生育时期可能遭受干旱而造成大幅度减产

2、。为了抵御这种自然灾害，除调整耕作期可能遭受干旱而造成大幅度减产。为了抵御这种自然灾害，除调整耕作制度、增强灌溉能力、采用节水栽培措施等之外，制度、增强灌溉能力、采用节水栽培措施等之外，通过培育抗旱种质、选通过培育抗旱种质、选育抗旱新品种，有助于减少由于干旱所造成的产量损失。因此，利用遗传育抗旱新品种，有助于减少由于干旱所造成的产量损失。因此，利用遗传和育种的方法挖掘和利用生物抗旱节水遗传潜力培育抗旱品种对和育种的方法挖掘和利用生物抗旱节水遗传潜力培育抗旱品种对发展节水发展节水农业具有重要意义。农业具有重要意义。二、研究现状二、研究现状 近年来，从整个植株到分子水平，对植物干旱反应的机近年来，

3、从整个植株到分子水平，对植物干旱反应的机制研究取得了很大的进展，有关植物抗旱性的概念国内外已制研究取得了很大的进展，有关植物抗旱性的概念国内外已有很多论述。一般认为，有很多论述。一般认为，作物的抗旱性是指作物对于干旱的作物的抗旱性是指作物对于干旱的适应性和抵抗能力，具有忍受干旱而受害最小、减产最少的适应性和抵抗能力，具有忍受干旱而受害最小、减产最少的一种特性。一种特性。它一方面受不同干旱环境条件的制约，另一方面它一方面受不同干旱环境条件的制约，另一方面又取决于作物本身的抗旱机制作用。又取决于作物本身的抗旱机制作用。 二、研究现状二、研究现状 作物抗旱性通常有作物抗旱性通常有3种抗旱机制：种抗旱

4、机制：躲旱躲旱(drought escape)、避旱避旱(drought avoidance)和和耐旱耐旱(drought tolerance)，而，而避旱避旱和耐旱统称为抗旱性和耐旱统称为抗旱性(drought resistance)。其中，躲旱机制其中，躲旱机制适应干旱环境的早熟品种，由于其早熟性，产量潜力不大。适应干旱环境的早熟品种，由于其早熟性，产量潜力不大。因此，目前大多数育种家都倾向于抗旱性育种。因此，目前大多数育种家都倾向于抗旱性育种。二、研究现状二、研究现状 在抗旱品种的选育方面，常规杂交育种仍然是选育品种在抗旱品种的选育方面，常规杂交育种仍然是选育品种的主要方法。目前，的主要

5、方法。目前，结合生物技术提供的新方法和理论应用结合生物技术提供的新方法和理论应用于育种实践中，是作物抗旱育种发展的趋势和方向。一般从于育种实践中，是作物抗旱育种发展的趋势和方向。一般从抗旱性鉴定指标抗旱性鉴定指标、抗旱分子生物学机理抗旱分子生物学机理和和抗旱品种选育抗旱品种选育三个三个方面对其进行研究。方面对其进行研究。二、研究现状二、研究现状 （一）抗旱性鉴定指标的研究一）抗旱性鉴定指标的研究 作物抗旱性是通过抗旱鉴定指标来体现的，一般来说，作物抗旱性是通过抗旱鉴定指标来体现的，一般来说，鉴定作物抗旱性的指标有以下几种：鉴定作物抗旱性的指标有以下几种： 1、形态指标、形态指标 形态结构和植株

6、水分的吸收和散失有密切关系，良好的形态结构和植株水分的吸收和散失有密切关系，良好的形态结构是作物适应干旱的重要机制之一。形态指标的鉴定形态结构是作物适应干旱的重要机制之一。形态指标的鉴定较为直接和简单，在抗旱性研究中应用得比较多，尤其是地较为直接和简单，在抗旱性研究中应用得比较多，尤其是地上部分形态指标应用较广。已有研究表明，根、茎、叶等形上部分形态指标应用较广。已有研究表明，根、茎、叶等形态指标均与作物的抗旱性密切相关。态指标均与作物的抗旱性密切相关。二、研究现状二、研究现状 2、生理生化指标、生理生化指标 干旱胁迫对作物生理活动的影响是多方面的，涉及光合干旱胁迫对作物生理活动的影响是多方面

7、的，涉及光合作用、蒸腾作用、呼吸作用等一系列生理生化过程。生理生作用、蒸腾作用、呼吸作用等一系列生理生化过程。生理生化指标测定和分析过程较为复杂，已有研究认为诸如叶片水化指标测定和分析过程较为复杂，已有研究认为诸如叶片水势、光合速率、蒸腾速率、脱落酸含量、脯氨酸含量、抗氧势、光合速率、蒸腾速率、脱落酸含量、脯氨酸含量、抗氧化物酶活性和渗透调节能力等均可作为作物抗旱性鉴定的评化物酶活性和渗透调节能力等均可作为作物抗旱性鉴定的评价指标。价指标。二、研究现状二、研究现状 3、产量指标、产量指标 作物品种抗旱能力是否强，主要体现在干旱胁迫下能否作物品种抗旱能力是否强，主要体现在干旱胁迫下能否保持高产和

8、稳产。因此，产量和产量构成因子是衡量作物抗保持高产和稳产。因此，产量和产量构成因子是衡量作物抗旱性最重要的指标。胡福顺等提出用抗旱指数旱性最重要的指标。胡福顺等提出用抗旱指数DL来衡量作物来衡量作物的抗旱性，该方法同时考虑了干旱胁迫下产量的表现潜力和的抗旱性，该方法同时考虑了干旱胁迫下产量的表现潜力和基因型与环境的互作，在作物抗旱性鉴定中取得了良好的效基因型与环境的互作，在作物抗旱性鉴定中取得了良好的效果。果。二、研究现状二、研究现状 4、综合指标、综合指标 作物的抗旱性是一个多因素互作和协同作用的结果，在作物的抗旱性是一个多因素互作和协同作用的结果，在不同基因型之间可能具有不同的抗旱机制，在

9、同一基因型不不同基因型之间可能具有不同的抗旱机制，在同一基因型不同发育阶段的抗旱机制也可能存在差异。单一指标难以对抗同发育阶段的抗旱机制也可能存在差异。单一指标难以对抗旱性进行正确评价，需综合考虑形态、生理、生化及产量等旱性进行正确评价，需综合考虑形态、生理、生化及产量等众多指标以避免单一指标的偏差。近年来较多采用抗旱总级众多指标以避免单一指标的偏差。近年来较多采用抗旱总级别法、五级评分法以及抗旱评价值别法、五级评分法以及抗旱评价值(D值值)等综合评价法。等综合评价法。二、研究现状二、研究现状 （二）抗旱分子生物学机理的研究（二）抗旱分子生物学机理的研究 国内外学者对作物抗旱分子机制的研究主要

10、集中在抗旱国内外学者对作物抗旱分子机制的研究主要集中在抗旱相关性状的相关性状的QTL定位、抗旱相关基因的克隆和功能研究两个定位、抗旱相关基因的克隆和功能研究两个重要的方面，而利用分子标记辅助选择和转基因的方法提高重要的方面，而利用分子标记辅助选择和转基因的方法提高作物的抗旱性成为抗旱分子育种的发展方向。作物的抗旱性成为抗旱分子育种的发展方向。 二、研究现状二、研究现状 （二）抗旱分子生物学机理的研究（二）抗旱分子生物学机理的研究 目前，作物抗旱性分子机制的研究主要有两种途径：目前，作物抗旱性分子机制的研究主要有两种途径： 1、借助分子标记技术和相关统计方法、借助分子标记技术和相关统计方法(连锁

11、分析和关联连锁分析和关联分析分析)定位与抗旱相关性状有关的染色体区域。定位与抗旱相关性状有关的染色体区域。 2、借助功能基因组学的研究方法、借助功能基因组学的研究方法(转录组学和蛋白质组转录组学和蛋白质组学学)对干旱胁迫下相关基因的表达和调控进行研究。对干旱胁迫下相关基因的表达和调控进行研究。二、研究现状二、研究现状 （三）抗旱品种选育的研究（三）抗旱品种选育的研究 目前应用较广的抗旱育种策略主要有：目前应用较广的抗旱育种策略主要有： 1、先在非胁迫条件下选择产量，然后再在干旱环境中进、先在非胁迫条件下选择产量，然后再在干旱环境中进行评价。美国已用这种方法育成了优良的玉米杂交种。行评价。美国已

12、用这种方法育成了优良的玉米杂交种。 2、直接在干旱环境下选择产量。如，国际玉米小麦改良、直接在干旱环境下选择产量。如，国际玉米小麦改良中心中心(CIMMYT)利用现有的优良种质资源进行抗旱轮回选择，利用现有的优良种质资源进行抗旱轮回选择，得到了得到了4个优良热带玉米群体，从中选出的优良自交系测交个优良热带玉米群体，从中选出的优良自交系测交后发现具有很强的抗旱能力，已用于杂交育种。后发现具有很强的抗旱能力，已用于杂交育种。二、研究现状二、研究现状 （三）抗旱品种选育的研究（三）抗旱品种选育的研究 目前应用较广的抗旱育种策略主要有：目前应用较广的抗旱育种策略主要有： 3、利用次级性状、利用次级性状

13、(第二性状第二性状)进行抗旱选择。已有研究认进行抗旱选择。已有研究认为，在干旱胁迫下产量遗传力低，直接选择效果不佳，而引为，在干旱胁迫下产量遗传力低，直接选择效果不佳，而引入遗传力高且与产量和抗旱性高度相关的次级性状可以提高入遗传力高且与产量和抗旱性高度相关的次级性状可以提高抗旱育种选择效率。如：穗长、结实长、穗行数和行粒数等抗旱育种选择效率。如：穗长、结实长、穗行数和行粒数等进行选择可提高选择效率。进行选择可提高选择效率。 二、研究现状二、研究现状 （三）抗旱品种选育的研究（三）抗旱品种选育的研究 目前应用较广的抗旱育种策略主要有：目前应用较广的抗旱育种策略主要有： 4、分子生物学技术和常规

14、育种方法相结合提高抗旱育种效率。通过、分子生物学技术和常规育种方法相结合提高抗旱育种效率。通过简单的杂交和自交，结合可靠的表型分析和分子标记辅助选择技术可以简单的杂交和自交，结合可靠的表型分析和分子标记辅助选择技术可以间接地筛选出有利抗旱等位基因。如，间接地筛选出有利抗旱等位基因。如，Ragot(2007)利用分子标记辅助回利用分子标记辅助回交的方法将与干旱胁迫下增加产量相关的交的方法将与干旱胁迫下增加产量相关的5个主效个主效QTL导入到不耐旱的亲导入到不耐旱的亲本中，获得了抗旱性显著提高的本中，获得了抗旱性显著提高的5个家系，在极度干旱胁迫下比轮回亲本个家系，在极度干旱胁迫下比轮回亲本增产增

15、产50。三、研究中存在的问题三、研究中存在的问题 1、研究一致认为，对材料进行多指标测定，然后进行抗、研究一致认为，对材料进行多指标测定，然后进行抗旱性综合评价的可靠性比较高，然而用多指标进行综合评定旱性综合评价的可靠性比较高，然而用多指标进行综合评定的方法，需作大量的观察测定，工作量大、费时费力，不适的方法，需作大量的观察测定，工作量大、费时费力，不适于对大批量材料进行鉴定。于对大批量材料进行鉴定。 2、由于缺乏规范的鉴定技术体系，使许多指标不能准确、由于缺乏规范的鉴定技术体系，使许多指标不能准确反映育种材料的抗旱性，在育种实践中难以有效发挥作用。反映育种材料的抗旱性，在育种实践中难以有效发

16、挥作用。三、研究中存在的问题三、研究中存在的问题 3、根据近年来的研究发现，同一作物种质间的抗旱能力、根据近年来的研究发现，同一作物种质间的抗旱能力具有明显的差异，这种差异是作物抗旱性育种的内因和依据。具有明显的差异，这种差异是作物抗旱性育种的内因和依据。由于抗旱性是一个受多基因控制的复杂的数量性状，优良基由于抗旱性是一个受多基因控制的复杂的数量性状，优良基因出现的频率较低，因此抗旱育种田间试验的管理难度大。因出现的频率较低，因此抗旱育种田间试验的管理难度大。同时，抗旱性与多个性状相关，对作物抗旱性的提高，需对同时，抗旱性与多个性状相关，对作物抗旱性的提高，需对一系列的基因进行研究，这样会加大

17、育种的难度和工作量，一系列的基因进行研究，这样会加大育种的难度和工作量，也提高了育种的成本。也提高了育种的成本。 四、研究的例案四、研究的例案 以玉米抗旱品种选育的研究为例以玉米抗旱品种选育的研究为例 此研究筛选出在大田环境下玉米的适合大规模抗旱性鉴定的此研究筛选出在大田环境下玉米的适合大规模抗旱性鉴定的指标，并根据抗旱性鉴定筛选出来的指标，利用自主选育出来的指标，并根据抗旱性鉴定筛选出来的指标，利用自主选育出来的定位群体，通过田间试验和覆盖全基因组的定位群体，通过田间试验和覆盖全基因组的SSR标记进行连锁分标记进行连锁分析，探究了不同水分条件下玉米抗旱相关性状之间的关系，定位析，探究了不同水

18、分条件下玉米抗旱相关性状之间的关系，定位了与抗旱性相关的数量性状位点。同时，根据抗旱性鉴定指标，了与抗旱性相关的数量性状位点。同时，根据抗旱性鉴定指标，结合运用常规育种的方法，选育出了适宜地方环境条件的抗旱自结合运用常规育种的方法，选育出了适宜地方环境条件的抗旱自交系和杂交种。交系和杂交种。四、研究的例案四、研究的例案 对玉米抗旱性鉴定指标的筛选试验对玉米抗旱性鉴定指标的筛选试验 以以10个玉米的优良品种为试验材料，采用随机区组裂区设计，个玉米的优良品种为试验材料，采用随机区组裂区设计，主处理设主处理设2个处理。主处理个处理。主处理1：为在大喇叭口期：为在大喇叭口期(抽雄前抽雄前1周周)后每遇

19、后每遇连续连续10 d干旱灌溉干旱灌溉1次；主处理次；主处理2：为整个生长期依靠自然降水不：为整个生长期依靠自然降水不灌溉。副处理分别为灌溉。副处理分别为10个玉米品种，每处理两次重复。个玉米品种，每处理两次重复。 通过对产量与主要农艺性状，以及产量抗旱指数与主要农艺性通过对产量与主要农艺性状，以及产量抗旱指数与主要农艺性状的抗旱指数的相关分析，筛选出产量以及与产量抗旱指数相关状的抗旱指数的相关分析，筛选出产量以及与产量抗旱指数相关显著的性状显著的性状ASI、根深、株高和千粒重共、根深、株高和千粒重共5个性状作为玉米抗旱评个性状作为玉米抗旱评价的指标。价的指标。四、研究的例案四、研究的例案抗旱性差而其他适应性强的品种抗旱性差而其他适应性强的品种A， 适应性差而抗旱性强的品种适应性差而抗旱性强的品种B， F1 BC1F1 A A BC2F1 BC3F1 A A BC4F1(96.875%基因来自基因来自A) UUBC4F2 UUBC4F2连续自交，选择出抗旱的品种连续自交，选择出抗旱的品种.区域试验区域试验 生产试验生产试验 品种审定品种审定 优质高产抗旱玉米杂交种的选育