1、報(bào)告內(nèi)容報(bào)告內(nèi)容 研究的目的及意義研究的目的及意義1 研究現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀2 研究的例案研究的例案4 總結(jié)總結(jié)5 研究中可能存在的問題研究中可能存在的問題3一、研究的目的及意義一、研究的目的及意義 干旱與水資源短缺已成為世界農(nóng)業(yè)與社會(huì)發(fā)展的制約因素，是制約農(nóng)干旱與水資源短缺已成為世界農(nóng)業(yè)與社會(huì)發(fā)展的制約因素，是制約農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要障礙，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。甘肅水資源缺乏，常業(yè)發(fā)展的主要障礙，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。甘肅水資源缺乏，常遭受一定時(shí)間的干旱，加上水利基礎(chǔ)比較薄弱，致使農(nóng)作物在整個(gè)生育時(shí)遭受一定時(shí)間的干旱，加上水利基礎(chǔ)比較薄弱，致使農(nóng)作物在整個(gè)生育時(shí)期可能遭受干旱而造成大幅度減產(chǎn)

2、。為了抵御這種自然災(zāi)害，除調(diào)整耕作期可能遭受干旱而造成大幅度減產(chǎn)。為了抵御這種自然災(zāi)害，除調(diào)整耕作制度、增強(qiáng)灌溉能力、采用節(jié)水栽培措施等之外，制度、增強(qiáng)灌溉能力、采用節(jié)水栽培措施等之外，通過培育抗旱種質(zhì)、選通過培育抗旱種質(zhì)、選育抗旱新品種，有助于減少由于干旱所造成的產(chǎn)量損失。因此，利用遺傳育抗旱新品種，有助于減少由于干旱所造成的產(chǎn)量損失。因此，利用遺傳和育種的方法挖掘和利用生物抗旱節(jié)水遺傳潛力培育抗旱品種對(duì)和育種的方法挖掘和利用生物抗旱節(jié)水遺傳潛力培育抗旱品種對(duì)發(fā)展節(jié)水發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)具有重要意義。農(nóng)業(yè)具有重要意義。二、研究現(xiàn)狀二、研究現(xiàn)狀 近年來，從整個(gè)植株到分子水平，對(duì)植物干旱反應(yīng)的機(jī)近年來，

3、從整個(gè)植株到分子水平，對(duì)植物干旱反應(yīng)的機(jī)制研究取得了很大的進(jìn)展，有關(guān)植物抗旱性的概念國(guó)內(nèi)外已制研究取得了很大的進(jìn)展，有關(guān)植物抗旱性的概念國(guó)內(nèi)外已有很多論述。一般認(rèn)為，有很多論述。一般認(rèn)為，作物的抗旱性是指作物對(duì)于干旱的作物的抗旱性是指作物對(duì)于干旱的適應(yīng)性和抵抗能力，具有忍受干旱而受害最小、減產(chǎn)最少的適應(yīng)性和抵抗能力，具有忍受干旱而受害最小、減產(chǎn)最少的一種特性。一種特性。它一方面受不同干旱環(huán)境條件的制約，另一方面它一方面受不同干旱環(huán)境條件的制約，另一方面又取決于作物本身的抗旱機(jī)制作用。又取決于作物本身的抗旱機(jī)制作用。 二、研究現(xiàn)狀二、研究現(xiàn)狀 作物抗旱性通常有作物抗旱性通常有3種抗旱機(jī)制：種抗旱

4、機(jī)制：躲旱躲旱(drought escape)、避旱避旱(drought avoidance)和和耐旱耐旱(drought tolerance)，而，而避旱避旱和耐旱統(tǒng)稱為抗旱性和耐旱統(tǒng)稱為抗旱性(drought resistance)。其中，躲旱機(jī)制其中，躲旱機(jī)制適應(yīng)干旱環(huán)境的早熟品種，由于其早熟性，產(chǎn)量潛力不大。適應(yīng)干旱環(huán)境的早熟品種，由于其早熟性，產(chǎn)量潛力不大。因此，目前大多數(shù)育種家都傾向于抗旱性育種。因此，目前大多數(shù)育種家都傾向于抗旱性育種。二、研究現(xiàn)狀二、研究現(xiàn)狀 在抗旱品種的選育方面，常規(guī)雜交育種仍然是選育品種在抗旱品種的選育方面，常規(guī)雜交育種仍然是選育品種的主要方法。目前，的主要

5、方法。目前，結(jié)合生物技術(shù)提供的新方法和理論應(yīng)用結(jié)合生物技術(shù)提供的新方法和理論應(yīng)用于育種實(shí)踐中，是作物抗旱育種發(fā)展的趨勢(shì)和方向。一般從于育種實(shí)踐中，是作物抗旱育種發(fā)展的趨勢(shì)和方向。一般從抗旱性鑒定指標(biāo)抗旱性鑒定指標(biāo)、抗旱分子生物學(xué)機(jī)理抗旱分子生物學(xué)機(jī)理和和抗旱品種選育抗旱品種選育三個(gè)三個(gè)方面對(duì)其進(jìn)行研究。方面對(duì)其進(jìn)行研究。二、研究現(xiàn)狀二、研究現(xiàn)狀 （一）抗旱性鑒定指標(biāo)的研究一）抗旱性鑒定指標(biāo)的研究 作物抗旱性是通過抗旱鑒定指標(biāo)來體現(xiàn)的，一般來說，作物抗旱性是通過抗旱鑒定指標(biāo)來體現(xiàn)的，一般來說，鑒定作物抗旱性的指標(biāo)有以下幾種：鑒定作物抗旱性的指標(biāo)有以下幾種： 1、形態(tài)指標(biāo)、形態(tài)指標(biāo) 形態(tài)結(jié)構(gòu)和植株

6、水分的吸收和散失有密切關(guān)系，良好的形態(tài)結(jié)構(gòu)和植株水分的吸收和散失有密切關(guān)系，良好的形態(tài)結(jié)構(gòu)是作物適應(yīng)干旱的重要機(jī)制之一。形態(tài)指標(biāo)的鑒定形態(tài)結(jié)構(gòu)是作物適應(yīng)干旱的重要機(jī)制之一。形態(tài)指標(biāo)的鑒定較為直接和簡(jiǎn)單，在抗旱性研究中應(yīng)用得比較多，尤其是地較為直接和簡(jiǎn)單，在抗旱性研究中應(yīng)用得比較多，尤其是地上部分形態(tài)指標(biāo)應(yīng)用較廣。已有研究表明，根、莖、葉等形上部分形態(tài)指標(biāo)應(yīng)用較廣。已有研究表明，根、莖、葉等形態(tài)指標(biāo)均與作物的抗旱性密切相關(guān)。態(tài)指標(biāo)均與作物的抗旱性密切相關(guān)。二、研究現(xiàn)狀二、研究現(xiàn)狀 2、生理生化指標(biāo)、生理生化指標(biāo) 干旱脅迫對(duì)作物生理活動(dòng)的影響是多方面的，涉及光合干旱脅迫對(duì)作物生理活動(dòng)的影響是多方面

7、的，涉及光合作用、蒸騰作用、呼吸作用等一系列生理生化過程。生理生作用、蒸騰作用、呼吸作用等一系列生理生化過程。生理生化指標(biāo)測(cè)定和分析過程較為復(fù)雜，已有研究認(rèn)為諸如葉片水化指標(biāo)測(cè)定和分析過程較為復(fù)雜，已有研究認(rèn)為諸如葉片水勢(shì)、光合速率、蒸騰速率、脫落酸含量、脯氨酸含量、抗氧勢(shì)、光合速率、蒸騰速率、脫落酸含量、脯氨酸含量、抗氧化物酶活性和滲透調(diào)節(jié)能力等均可作為作物抗旱性鑒定的評(píng)化物酶活性和滲透調(diào)節(jié)能力等均可作為作物抗旱性鑒定的評(píng)價(jià)指標(biāo)。價(jià)指標(biāo)。二、研究現(xiàn)狀二、研究現(xiàn)狀 3、產(chǎn)量指標(biāo)、產(chǎn)量指標(biāo) 作物品種抗旱能力是否強(qiáng)，主要體現(xiàn)在干旱脅迫下能否作物品種抗旱能力是否強(qiáng)，主要體現(xiàn)在干旱脅迫下能否保持高產(chǎn)和

8、穩(wěn)產(chǎn)。因此，產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因子是衡量作物抗保持高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)。因此，產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因子是衡量作物抗旱性最重要的指標(biāo)。胡福順等提出用抗旱指數(shù)旱性最重要的指標(biāo)。胡福順等提出用抗旱指數(shù)DL來衡量作物來衡量作物的抗旱性，該方法同時(shí)考慮了干旱脅迫下產(chǎn)量的表現(xiàn)潛力和的抗旱性，該方法同時(shí)考慮了干旱脅迫下產(chǎn)量的表現(xiàn)潛力和基因型與環(huán)境的互作，在作物抗旱性鑒定中取得了良好的效基因型與環(huán)境的互作，在作物抗旱性鑒定中取得了良好的效果。果。二、研究現(xiàn)狀二、研究現(xiàn)狀 4、綜合指標(biāo)、綜合指標(biāo) 作物的抗旱性是一個(gè)多因素互作和協(xié)同作用的結(jié)果，在作物的抗旱性是一個(gè)多因素互作和協(xié)同作用的結(jié)果，在不同基因型之間可能具有不同的抗旱機(jī)制，在

9、同一基因型不不同基因型之間可能具有不同的抗旱機(jī)制，在同一基因型不同發(fā)育階段的抗旱機(jī)制也可能存在差異。單一指標(biāo)難以對(duì)抗同發(fā)育階段的抗旱機(jī)制也可能存在差異。單一指標(biāo)難以對(duì)抗旱性進(jìn)行正確評(píng)價(jià)，需綜合考慮形態(tài)、生理、生化及產(chǎn)量等旱性進(jìn)行正確評(píng)價(jià)，需綜合考慮形態(tài)、生理、生化及產(chǎn)量等眾多指標(biāo)以避免單一指標(biāo)的偏差。近年來較多采用抗旱總級(jí)眾多指標(biāo)以避免單一指標(biāo)的偏差。近年來較多采用抗旱總級(jí)別法、五級(jí)評(píng)分法以及抗旱評(píng)價(jià)值別法、五級(jí)評(píng)分法以及抗旱評(píng)價(jià)值(D值值)等綜合評(píng)價(jià)法。等綜合評(píng)價(jià)法。二、研究現(xiàn)狀二、研究現(xiàn)狀 （二）抗旱分子生物學(xué)機(jī)理的研究（二）抗旱分子生物學(xué)機(jī)理的研究 國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)作物抗旱分子機(jī)制的研究主要

10、集中在抗旱國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)作物抗旱分子機(jī)制的研究主要集中在抗旱相關(guān)性狀的相關(guān)性狀的QTL定位、抗旱相關(guān)基因的克隆和功能研究?jī)蓚€(gè)定位、抗旱相關(guān)基因的克隆和功能研究?jī)蓚€(gè)重要的方面，而利用分子標(biāo)記輔助選擇和轉(zhuǎn)基因的方法提高重要的方面，而利用分子標(biāo)記輔助選擇和轉(zhuǎn)基因的方法提高作物的抗旱性成為抗旱分子育種的發(fā)展方向。作物的抗旱性成為抗旱分子育種的發(fā)展方向。 二、研究現(xiàn)狀二、研究現(xiàn)狀 （二）抗旱分子生物學(xué)機(jī)理的研究（二）抗旱分子生物學(xué)機(jī)理的研究 目前，作物抗旱性分子機(jī)制的研究主要有兩種途徑：目前，作物抗旱性分子機(jī)制的研究主要有兩種途徑： 1、借助分子標(biāo)記技術(shù)和相關(guān)統(tǒng)計(jì)方法、借助分子標(biāo)記技術(shù)和相關(guān)統(tǒng)計(jì)方法(連鎖

11、分析和關(guān)聯(lián)連鎖分析和關(guān)聯(lián)分析分析)定位與抗旱相關(guān)性狀有關(guān)的染色體區(qū)域。定位與抗旱相關(guān)性狀有關(guān)的染色體區(qū)域。 2、借助功能基因組學(xué)的研究方法、借助功能基因組學(xué)的研究方法(轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白質(zhì)組轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)學(xué))對(duì)干旱脅迫下相關(guān)基因的表達(dá)和調(diào)控進(jìn)行研究。對(duì)干旱脅迫下相關(guān)基因的表達(dá)和調(diào)控進(jìn)行研究。二、研究現(xiàn)狀二、研究現(xiàn)狀 （三）抗旱品種選育的研究（三）抗旱品種選育的研究 目前應(yīng)用較廣的抗旱育種策略主要有：目前應(yīng)用較廣的抗旱育種策略主要有： 1、先在非脅迫條件下選擇產(chǎn)量，然后再在干旱環(huán)境中進(jìn)、先在非脅迫條件下選擇產(chǎn)量，然后再在干旱環(huán)境中進(jìn)行評(píng)價(jià)。美國(guó)已用這種方法育成了優(yōu)良的玉米雜交種。行評(píng)價(jià)。美國(guó)已

12、用這種方法育成了優(yōu)良的玉米雜交種。 2、直接在干旱環(huán)境下選擇產(chǎn)量。如，國(guó)際玉米小麥改良、直接在干旱環(huán)境下選擇產(chǎn)量。如，國(guó)際玉米小麥改良中心中心(CIMMYT)利用現(xiàn)有的優(yōu)良種質(zhì)資源進(jìn)行抗旱輪回選擇，利用現(xiàn)有的優(yōu)良種質(zhì)資源進(jìn)行抗旱輪回選擇，得到了得到了4個(gè)優(yōu)良熱帶玉米群體，從中選出的優(yōu)良自交系測(cè)交個(gè)優(yōu)良熱帶玉米群體，從中選出的優(yōu)良自交系測(cè)交后發(fā)現(xiàn)具有很強(qiáng)的抗旱能力，已用于雜交育種。后發(fā)現(xiàn)具有很強(qiáng)的抗旱能力，已用于雜交育種。二、研究現(xiàn)狀二、研究現(xiàn)狀 （三）抗旱品種選育的研究（三）抗旱品種選育的研究 目前應(yīng)用較廣的抗旱育種策略主要有：目前應(yīng)用較廣的抗旱育種策略主要有： 3、利用次級(jí)性狀、利用次級(jí)性狀

13、(第二性狀第二性狀)進(jìn)行抗旱選擇。已有研究認(rèn)進(jìn)行抗旱選擇。已有研究認(rèn)為，在干旱脅迫下產(chǎn)量遺傳力低，直接選擇效果不佳，而引為，在干旱脅迫下產(chǎn)量遺傳力低，直接選擇效果不佳，而引入遺傳力高且與產(chǎn)量和抗旱性高度相關(guān)的次級(jí)性狀可以提高入遺傳力高且與產(chǎn)量和抗旱性高度相關(guān)的次級(jí)性狀可以提高抗旱育種選擇效率。如：穗長(zhǎng)、結(jié)實(shí)長(zhǎng)、穗行數(shù)和行粒數(shù)等抗旱育種選擇效率。如：穗長(zhǎng)、結(jié)實(shí)長(zhǎng)、穗行數(shù)和行粒數(shù)等進(jìn)行選擇可提高選擇效率。進(jìn)行選擇可提高選擇效率。 二、研究現(xiàn)狀二、研究現(xiàn)狀 （三）抗旱品種選育的研究（三）抗旱品種選育的研究 目前應(yīng)用較廣的抗旱育種策略主要有：目前應(yīng)用較廣的抗旱育種策略主要有： 4、分子生物學(xué)技術(shù)和常規(guī)

14、育種方法相結(jié)合提高抗旱育種效率。通過、分子生物學(xué)技術(shù)和常規(guī)育種方法相結(jié)合提高抗旱育種效率。通過簡(jiǎn)單的雜交和自交，結(jié)合可靠的表型分析和分子標(biāo)記輔助選擇技術(shù)可以簡(jiǎn)單的雜交和自交，結(jié)合可靠的表型分析和分子標(biāo)記輔助選擇技術(shù)可以間接地篩選出有利抗旱等位基因。如，間接地篩選出有利抗旱等位基因。如，Ragot(2007)利用分子標(biāo)記輔助回利用分子標(biāo)記輔助回交的方法將與干旱脅迫下增加產(chǎn)量相關(guān)的交的方法將與干旱脅迫下增加產(chǎn)量相關(guān)的5個(gè)主效個(gè)主效QTL導(dǎo)入到不耐旱的親導(dǎo)入到不耐旱的親本中，獲得了抗旱性顯著提高的本中，獲得了抗旱性顯著提高的5個(gè)家系，在極度干旱脅迫下比輪回親本個(gè)家系，在極度干旱脅迫下比輪回親本增產(chǎn)增

15、產(chǎn)50。三、研究中存在的問題三、研究中存在的問題 1、研究一致認(rèn)為，對(duì)材料進(jìn)行多指標(biāo)測(cè)定，然后進(jìn)行抗、研究一致認(rèn)為，對(duì)材料進(jìn)行多指標(biāo)測(cè)定，然后進(jìn)行抗旱性綜合評(píng)價(jià)的可靠性比較高，然而用多指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)定旱性綜合評(píng)價(jià)的可靠性比較高，然而用多指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)定的方法，需作大量的觀察測(cè)定，工作量大、費(fèi)時(shí)費(fèi)力，不適的方法，需作大量的觀察測(cè)定，工作量大、費(fèi)時(shí)費(fèi)力，不適于對(duì)大批量材料進(jìn)行鑒定。于對(duì)大批量材料進(jìn)行鑒定。 2、由于缺乏規(guī)范的鑒定技術(shù)體系，使許多指標(biāo)不能準(zhǔn)確、由于缺乏規(guī)范的鑒定技術(shù)體系，使許多指標(biāo)不能準(zhǔn)確反映育種材料的抗旱性，在育種實(shí)踐中難以有效發(fā)揮作用。反映育種材料的抗旱性，在育種實(shí)踐中難以有效發(fā)

16、揮作用。三、研究中存在的問題三、研究中存在的問題 3、根據(jù)近年來的研究發(fā)現(xiàn)，同一作物種質(zhì)間的抗旱能力、根據(jù)近年來的研究發(fā)現(xiàn)，同一作物種質(zhì)間的抗旱能力具有明顯的差異，這種差異是作物抗旱性育種的內(nèi)因和依據(jù)。具有明顯的差異，這種差異是作物抗旱性育種的內(nèi)因和依據(jù)。由于抗旱性是一個(gè)受多基因控制的復(fù)雜的數(shù)量性狀，優(yōu)良基由于抗旱性是一個(gè)受多基因控制的復(fù)雜的數(shù)量性狀，優(yōu)良基因出現(xiàn)的頻率較低，因此抗旱育種田間試驗(yàn)的管理難度大。因出現(xiàn)的頻率較低，因此抗旱育種田間試驗(yàn)的管理難度大。同時(shí)，抗旱性與多個(gè)性狀相關(guān)，對(duì)作物抗旱性的提高，需對(duì)同時(shí)，抗旱性與多個(gè)性狀相關(guān)，對(duì)作物抗旱性的提高，需對(duì)一系列的基因進(jìn)行研究，這樣會(huì)加大

17、育種的難度和工作量，一系列的基因進(jìn)行研究，這樣會(huì)加大育種的難度和工作量，也提高了育種的成本。也提高了育種的成本。 四、研究的例案四、研究的例案 以玉米抗旱品種選育的研究為例以玉米抗旱品種選育的研究為例 此研究篩選出在大田環(huán)境下玉米的適合大規(guī)模抗旱性鑒定的此研究篩選出在大田環(huán)境下玉米的適合大規(guī)模抗旱性鑒定的指標(biāo)，并根據(jù)抗旱性鑒定篩選出來的指標(biāo)，利用自主選育出來的指標(biāo)，并根據(jù)抗旱性鑒定篩選出來的指標(biāo)，利用自主選育出來的定位群體，通過田間試驗(yàn)和覆蓋全基因組的定位群體，通過田間試驗(yàn)和覆蓋全基因組的SSR標(biāo)記進(jìn)行連鎖分標(biāo)記進(jìn)行連鎖分析，探究了不同水分條件下玉米抗旱相關(guān)性狀之間的關(guān)系，定位析，探究了不同水

18、分條件下玉米抗旱相關(guān)性狀之間的關(guān)系，定位了與抗旱性相關(guān)的數(shù)量性狀位點(diǎn)。同時(shí)，根據(jù)抗旱性鑒定指標(biāo)，了與抗旱性相關(guān)的數(shù)量性狀位點(diǎn)。同時(shí)，根據(jù)抗旱性鑒定指標(biāo)，結(jié)合運(yùn)用常規(guī)育種的方法，選育出了適宜地方環(huán)境條件的抗旱自結(jié)合運(yùn)用常規(guī)育種的方法，選育出了適宜地方環(huán)境條件的抗旱自交系和雜交種。交系和雜交種。四、研究的例案四、研究的例案 對(duì)玉米抗旱性鑒定指標(biāo)的篩選試驗(yàn)對(duì)玉米抗旱性鑒定指標(biāo)的篩選試驗(yàn) 以以10個(gè)玉米的優(yōu)良品種為試驗(yàn)材料，采用隨機(jī)區(qū)組裂區(qū)設(shè)計(jì)，個(gè)玉米的優(yōu)良品種為試驗(yàn)材料，采用隨機(jī)區(qū)組裂區(qū)設(shè)計(jì)，主處理設(shè)主處理設(shè)2個(gè)處理。主處理個(gè)處理。主處理1：為在大喇叭口期：為在大喇叭口期(抽雄前抽雄前1周周)后每遇

19、后每遇連續(xù)連續(xù)10 d干旱灌溉干旱灌溉1次；主處理次；主處理2：為整個(gè)生長(zhǎng)期依靠自然降水不：為整個(gè)生長(zhǎng)期依靠自然降水不灌溉。副處理分別為灌溉。副處理分別為10個(gè)玉米品種，每處理兩次重復(fù)。個(gè)玉米品種，每處理兩次重復(fù)。 通過對(duì)產(chǎn)量與主要農(nóng)藝性狀，以及產(chǎn)量抗旱指數(shù)與主要農(nóng)藝性通過對(duì)產(chǎn)量與主要農(nóng)藝性狀，以及產(chǎn)量抗旱指數(shù)與主要農(nóng)藝性狀的抗旱指數(shù)的相關(guān)分析，篩選出產(chǎn)量以及與產(chǎn)量抗旱指數(shù)相關(guān)狀的抗旱指數(shù)的相關(guān)分析，篩選出產(chǎn)量以及與產(chǎn)量抗旱指數(shù)相關(guān)顯著的性狀顯著的性狀A(yù)SI、根深、株高和千粒重共、根深、株高和千粒重共5個(gè)性狀作為玉米抗旱評(píng)個(gè)性狀作為玉米抗旱評(píng)價(jià)的指標(biāo)。價(jià)的指標(biāo)。四、研究的例案四、研究的例案抗旱性差而其他適應(yīng)性強(qiáng)的品種抗旱性差而其他適應(yīng)性強(qiáng)的品種A， 適應(yīng)性差而抗旱性強(qiáng)的品種適應(yīng)性差而抗旱性強(qiáng)的品種B， F1 BC1F1 A A BC2F1 BC3F1 A A BC4F1(96.875%基因來自基因來自A) UUBC4F2 UUBC4F2連續(xù)自交，選擇出抗旱的品種連續(xù)自交，選擇出抗旱的品種.區(qū)域試驗(yàn)區(qū)域試驗(yàn) 生產(chǎn)試驗(yàn)生產(chǎn)試驗(yàn) 品種審定品種審定 優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)抗旱玉米雜交種的選育