玉米抗旱性遺傳育種

生技133

淡中豪一：玉米抗旱性簡介；二：玉米抗旱性遺傳研究；三：玉米抗旱性育種；四：玉米抗旱性研究的問題及其

發(fā)展方向；背景介紹

干旱與水資源短缺已成為世界農(nóng)業(yè)和社會發(fā)展的制約因素。中科院對限制我國玉米生產(chǎn)發(fā)展的自然因素、技術(shù)因素和社會經(jīng)濟(jì)因素進(jìn)行綜合分析認(rèn)為，干旱是限制我國玉米生產(chǎn)發(fā)展和產(chǎn)量提高的第一要素。干旱對玉米產(chǎn)量影響達(dá)20%-50%。

因此，國內(nèi)外對玉米抗旱性研究越來越重視。不過通過選育抗旱性品種等途徑完全有可能大幅度降低由于干旱造成的玉米產(chǎn)量損失。

玉米的抗旱性是指玉米對干旱的適應(yīng)性和抵抗能力，

即在土壤干旱或大氣干燥條件下，

玉米所具有受傷害最輕、產(chǎn)量下降最少的能力。

作物適應(yīng)干旱的機(jī)理可分為三類:避旱、御旱和耐旱，其中又把御旱性和耐旱性稱為抗旱性。

避旱是通過調(diào)節(jié)生長發(fā)育進(jìn)程避免干旱的影響。

御旱指在水分脅迫發(fā)生時，植株通過維持組織的高水勢或以組織水勢略微下降來忍受干旱的能力。

耐旱則是隨著水勢的降低，作物組織的生理活動或代謝活動下降較低的能力，并在水分脅迫解除后，盡快恢復(fù)各種生理活動。

二：玉米抗旱性遺傳研究

1、玉米抗旱性是受多基因控制的數(shù)量性狀

生理生化性狀中相對含水量以基因加性效應(yīng)為主(相對含水量RWC是指植物組織實(shí)際含水量占組織飽和含水量的百分比，常被用來表示植株在遭受水分脅迫后的水分虧缺程度?？购敌詮?qiáng)的品種由于細(xì)胞內(nèi)有較強(qiáng)的粘性、親水能力高，在干旱脅迫下抗脫水能力強(qiáng)。在干旱條件下，玉米葉片相對含水量越高說明其抗旱性越強(qiáng)。)2、玉米抗旱性受體內(nèi)激素調(diào)控

作為植物內(nèi)源激素之一的脫落酸（ABA），它在植物發(fā)育的諸多重要過程（如胚胎發(fā)育、種子休眠與萌發(fā)等）中起調(diào)節(jié)作用；同時，又在植物對干旱等環(huán)境脅迫的反應(yīng)中起共同調(diào)節(jié)因子的作用。植物在干旱脅迫下的一種主要生理變化是內(nèi)源ABA水平顯著增加。

ABA被認(rèn)為在干旱脅迫中起調(diào)節(jié)細(xì)胞反應(yīng)的作用，但對玉米的抗早性并無直接作用，而主要是通過調(diào)節(jié)細(xì)胞某些滲透調(diào)節(jié)劑的濃度來間接影響玉米的抗早性。三：玉米抗旱性育種

1抗旱性種質(zhì)資源收集篩選首先充分挖掘我國地方品種資源潛力，對其行抗旱性鑒定，選擇出抗旱性較好的材料作為玉米抗旱性育種的基礎(chǔ)材料，這些材料起步高，有利于提高育種效率。

其次，廣泛引進(jìn)國外種質(zhì)資源，尤其是熱帶-亞熱帶和CIMMYT等抗旱種質(zhì)資源，對其進(jìn)行馴化、改良，擴(kuò)充我國玉米抗旱種質(zhì)資源，鑒定有利的抗旱基因加以改良利用；

三是重視玉米近緣種和遠(yuǎn)緣種抗旱資源的利用。在目前我國育種和生產(chǎn)中應(yīng)用的自交系和雜交種中廣泛存在抗旱性基因變異，可作為抗旱育種的基礎(chǔ)材料。2抗旱性材料的鑒定及選育

玉米抗旱性鑒定的方法（1）：田間直接鑒定法

田間鑒定方法簡單易行，抗旱鑒定結(jié)果與大田實(shí)際情況相似，與育種實(shí)踐和生產(chǎn)上玉米品種的應(yīng)用密切相關(guān)。該方法的關(guān)鍵是要求抗旱鑒定試驗(yàn)地降雨量少，氣候干旱，可以用灌水來控制水分脅迫。但是受環(huán)境的影響大，所需時間長，工作量大，重復(fù)性差，而且大多數(shù)育種單位缺乏這種條件的試驗(yàn)地，難以進(jìn)行有效的水分脅迫處理。（2）干旱棚、抗旱池、人工氣候室法

將鑒定品種種于可以人工控制水分、溫度、濕度和光照的干旱棚、抗旱池、人工氣候室內(nèi)，通過控制土壤水分含量造成土壤干旱和控制空氣濕度造成大氣干旱，進(jìn)而研究不同生育期內(nèi)水分脅迫對生長發(fā)育、生理生化過程和產(chǎn)量的影響來評價作物的抗旱性。此方法結(jié)果可靠，重復(fù)性好，但是投資較大。3：玉米抗旱性選育時的參考指標(biāo)根系是作物吸收礦質(zhì)營養(yǎng)和水份的主要器官，研究發(fā)現(xiàn)：玉米根的多少和產(chǎn)量有關(guān)，而根的深度與產(chǎn)量無關(guān)。在干旱條件下，苗期有較高的根苗比的品種抗旱性較強(qiáng)。初生根數(shù)較多的玉米品種在干旱條件下存活率高，抗旱性較好。所以，在抗旱性選擇時，應(yīng)選根系發(fā)達(dá)、根冠比大的材料。一般認(rèn)為葉片較小、葉片較厚、葉色濃綠、葉片直立；葉片與莖稈夾角較小、葉片具有表皮毛和蠟質(zhì)、干旱時不卷葉、植株萎焉較輕等是抗旱的形態(tài)結(jié)構(gòu)指標(biāo)。在干旱條件下葉片保綠性好的品種抗旱性強(qiáng)。這類材料具有較長的葉面積功能期，灌漿期長，有更多的光合產(chǎn)物運(yùn)送到根系和莖稈，從而使根系在后期保持較高的活力，莖稈生長更加健壯進(jìn)而提高了品種的抗逆能力。這些形態(tài)指標(biāo)中部分可以直接應(yīng)用于玉米抗旱性鑒定，形成玉米抗旱性鑒定的指標(biāo)體系。在干旱等逆境脅迫條件下，植物主要通過2個途徑來減輕脅迫造成的傷害：一是啟動參與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和調(diào)節(jié)代謝途徑的基因；二是啟動編碼脅迫耐受蛋白以及參與結(jié)構(gòu)和功能代謝相關(guān)酶的基因。因此，發(fā)掘并應(yīng)用玉米抗旱優(yōu)異基因已成為當(dāng)前玉米抗旱育種的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，生命活動的物質(zhì)基礎(chǔ)追溯到了核酸和蛋白質(zhì)兩種生物大分子的序列，人們對干早傷害分子機(jī)制的認(rèn)識逐步加深，對抗性分子機(jī)理的研究逐步深入，通過基因工程來加強(qiáng)植物抗性的研究取得了相當(dāng)大的成就。人們通過向植物中轉(zhuǎn)入對脅迫具有某種抗性的目的基因，在一定程度上改善了植物的抗性，但獲得的轉(zhuǎn)基因植物中絕大多數(shù)是通過單個目的基因的遺傳轉(zhuǎn)化而獲得的，而植物在一定逆境下的抗性是受多基因控制的數(shù)量性狀，所以單個基因的轉(zhuǎn)基因操作實(shí)際上對作物抗性的提高有限，結(jié)果并不十分理想。