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第八节 抗逆生理与农业生产
作者:植物生理…    文章来源:扬州大学农学院    点击数:958    更新时间:2007/7/4
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一、提高作物抗逆性的途径
  植物在一生中会遇上各种逆境,提高作物抗逆性是植物生理学的重要研究内容之一。选育抗逆性强的品种,是最根本的方法。抗性生理的理论可为育种提供极有价值的参考信息。
  如对环境胁迫中不同抗逆能力作物的生理生化特性的监测,各种表现的考察,从而为育种打下基础。组织培养已经成为一种快速筛选抗性新品种的方法,如有人用一系列作物和牧草产生的愈伤组织,选择耐盐突变体,已获得了耐90mol·m-3NaCl的烟草,耐170~340mol·-3的辣椒和耐60~170mol·m-3的苜蓿。
  通过基因工程将抗性基因转移到植物中去,从而提高植物的抗性,已经在多种植物中取得了成功。
  农业生产上的各种栽培管理措施,也是行之有效的增强抗逆性的途径。如进行抗寒锻炼、抗旱锻炼,使作物在生理上发生变化甚至产生相应的逆境蛋白,从而增强对不良环境的抵抗能力。
  合理使用各种肥料,调节氮、磷、钾的比例,也可使植物体内的物质代谢发生改变。如磷能促进有机磷化合物的合成,有利于蛋白质形成和提高原生质胶体水合程度,从而提高植株的抗旱性。
  适当施用植物生长调节剂,也可通过改变植物体内的激素平衡,调控生长发育的方向,从而达到提高植物抗逆性的能力。多效唑浸种使干旱7天、土壤含水量降至15%时再复水的水稻幼苗生存率由5.7%提高到76.1%;水杨酸、比久、茉莉酸甲酯等处理增强了烟草、桃、水稻、马铃薯、番茄等植株的抗病能力。

二、作物的抗性育种
  育种过程中田间试验因环境条件难以控制,加之占地面积大,工作量多,试验周期也长,故不易取得理想的结果。人们可以参考生理鉴定方法,进行抗性品种的选育。
  光合速率和叶绿素含量与植物抗性有很强的相关性。如抗冷性强的水稻品种,在10℃和10001x的光照条件下,叶绿素含量比抗冷性弱的高,且其净光合速率也强。耐盐作物品种在盐渍化土壤中叶绿素含量稳定,叶片的光合作用保持正常或稍下降。
  多种酶活性与酶系统也与植物抗逆性有直接关系。如苹果酸脱氢酶,果糖-1,6-二磷酸酯酶,磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶与水稻抗冷性的强弱有密切联系,这些酶都与光合作用或物质代谢直接相关。耐冷性较强的水稻品种铁骨31比耐冷性较弱的水稻品种珍珠矮11的过氧化物酶和酯酶的同工酶区带数在低温下有更多的增加。
  膜脂组分和膜结构在胁迫下,不同抗性品种间也有较大的差别,如叶绿体的超微结构在低温下耐冷性强的比耐冷性弱的受破坏的程度轻;膜饱和脂肪酸与不饱和脂肪酸的比例在抗冷性和抗热性强的品种与敏感性品种间也常不相同。

三、抗性生理与分子生物学
  现代分子生物学的发展,为抗性生理的研究注入了新的活力,开辟了新的途径。
  图11-25 利用细菌将抗渗基因转移到豆科植物的两个系统
  在逆境胁迫下,植物体内正常的蛋白合成被抑制,但也会诱导出若干新的蛋白,即在逆境中出现一些起保护细胞作用的逆境蛋白。人们将编码逆境蛋白的基因分离出来,并转化到抗逆能力弱的优良品种中以提高抗逆性。在分子水平上进行遗传物质切割、组装的基因工程技术可以克服常规杂交育种所无法解决的难题。利用分子生物学技术还可解决常规育种难以做到的不同种属甚至更远亲缘关系的基因转移问题。例如抗冻基因可利用鱼类抗冻蛋白基因。鱼抗冻蛋白渗透到植物组织中后,使植物组织冰点下降、抗寒性提高。1990年乔治斯(Georgas)等设计并合成了比目鱼的抗冻蛋白基因,将其导入植物细胞(玉米原生质体)后得到了表达,进而海托华(Hightowet)等(1991)将比目鱼抗冻蛋白基因afa3和Spa-afa5导入烟草和番茄,并在再生植株中检验到基因的转录产物和表达产物,进行抗冻性测定,证明再生植株的抗冻蛋白是具有活性的。
  将抗渗基因转移到豆科植物中,提高了植株的抗渗透胁迫能力(图11-25)。
  用植物基因工程技术可克隆编码一些特有性状的基因,通过生物、物理和化学等方法,导入到植物细胞,并通过组织培养育出转基因植物(transgenic plant)。人们可以在一定范围内根据意愿来改造植物某些性状,从而获得高产、稳产、优质和抗逆性强的品种。
  将编码植物病毒的外壳蛋白基因导入到植物细胞中,可以获得转基因植株。通过此法现已获得抗病毒的烟草、马铃薯、苜蓿以及一些蔬菜、粮食作物等。
  目前已培育成功并进入大田应用的是将杀鳞翅目害虫的B.t毒蛋白基因转入烟草、番茄和棉花等的转基因作物。其原理主要是利用苏云金杆菌中的毒蛋白对害虫有毒杀作用,从而使用这些杆菌来控制害虫。此项技术的应用不仅可减少杀虫剂农药的使用及降低农业生产成本,并可减少由于使用农药而造成的环境污染。我国科学家也已成功地培育出抗虫棉等作物。利用能抵抗除草剂的基因转移到植物中,获得抗除草剂植物,已获得能抗特定除草剂的一些蔬菜、油菜、大豆、棉花、烟草等。这些转基因植物在大田生产中如混有一些杂草,可以通过使用除草剂,就能有选择性地将杂草杀死而不影响转基因植物的生长发育,从而大大减少劳动力,并且提高了作物产量。
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