2植物抗病育种

1第七章植物抗病育种2第一节植物抗病育种概述植物抗病育种的原理和方法与一般植物育种相同，但在抗病性的鉴定和转导方面有所侧重。3一、抗病育种的进展和问题•人类利用植物抗病性防治病虫害的历史非常久远，在孟德尔遗传规律被重新发现和抗病性的遗传性质被确认以后，现代抗病育种工作才逐渐发展起来了。•“基因对基因”规律的发现又促进人们研究合理进行抗病育种的策略，深入研究抗病性的机制。利用远缘杂交和诱变育种技术开拓了大量新抗源，扩大了抗病育种的范围。自70年代后期逐渐兴起细胞工程和基因工程，把解决植物抗病性问题列为主要目标之一。•抗病育种的历史证明，选育和使用抗病品种是防治农作物病害最经济有效的措施。4•另一方面，植物抗病育种工作还存在以下有待解决的问题：•1．长期以来，主要农作物病害的抗病育种，主要使用了小种专化性抗病性(过敏性坏死反应类型)，由于病原菌生理小种变异，抗病品种的抗病性“丧失”现象愈益突出，大大缩短了抗病品种使用年限。•2．随着农作物产量水平的提高和农田生态条件的变化，新病害不断出现，许多次要病害也渐趋严重，甚至演变成主要的病害问题。一、抗病育种的进展和问题5•3．需要尽快改变抗源单一化和品种单一化的局面。抗病育种过程中往往偏重使用少数优良抗源，在生产中因集约化经营和机械化作业等原因又偏向大面积推广‘少数优良抗病丰产品种，结果造成了抗源和品种单一化(遗传种质单一化)。抗源单一化有利于毒性小种的迅速繁衍，加速了品种抗病性变异，往往导致病害大流行。•4．有些病害因品种间抗病性差异小，难以育成抗病品种。•5．植物抗病性多与不良农艺性状连锁，抗病材料往往产量较低，农艺性状较差，农家品种和远缘材料这一矛盾尤其突出。一、抗病育种的进展和问题6二、抗病育种的目标•抗病育种目标必须兼顾品种的抗病性、丰产性和适应性三个方面。有时对品种的品质、抗逆性，植物学性状等还会有特殊要求，也需要包括在育种目标中。•(一)育成品种的主攻目标和兼抗范围•(二)对所利用的抗病性类型要有明确的选择•(三)合理确定抗病性程度•(四)防止降低亲本品种原有的背景抗病性和削弱亲本群体的遗传基础7第二节植物抗病性种质资源•抗病种质资源，即抗源，是植物抗病育种的原始材料。系统地搜集、保存、评价和研究抗源是抗病育种工作最重要的基础建设。在育种目标确定之后，育种的成效往往取决于育种材料的目标性状及其遗传特性，因而选择适宜的抗源至关重要。8一、种质资源(即抗源)类型•(一)地方品种在长期自然选择和人工选择过程中，各地的原始地方品种积累了丰富的抗病性。•(二)改良品种国内育成的改良品种和由国外引进的改良品种综合性状好，多具有抗病效能高的主效抗病基因，又易于通过常规杂交育种方法转移抗病基因，因而是当前利用最多的抗源。•(三)近缘植物栽培植物的近缘属、种具有高度的抗病性和抗逆性，有极大的潜在应用价值。9一、种质资源(即抗源)类型•(四)抗病中间材料已有的种质资源经加工和创新后所得到了可直接用于育种的抗病新物种、新类型。抗病中间材料的来源主要有以下三个途径：•1．种内杂交•2．远缘杂交•3．诱发变异10二、抗病种质资源的搜集•前苏联学者瓦维洛夫(N，T.Vavilov)在对植物种质资源的系统考察和深入研究的基础上提出了作物起源中心学说，并认为在作物的原产地，存在大量有价值的变异。菇可夫斯基进一步提出在植物与病原物的共同起源中心存在丰富的抗病类型。11•1978年中国农业科学院成立了作物品种资源研究所，各省区也先后设立了相应的研究机构，建立了现代化的国家长期种子库，有计划进行作物种质资源的搜集、保存、整理和研究工作。•世界著名种质资源保存和研究中心还有全苏作物栽培研究所(VIR)、美国农业部国家种子储藏研究室（NSSL）、美国农业部植物遗传和种质资源研究所、意大利农业研究所种质研究室、国际玉米和小麦改良中心(CIMMYT)、国际水稻研究所(IRRI)、斯拉夫玉米研究所、国际半干旱热带地区作物研究所(ICRISAT)、日本农林省农业生物资源研究所、印度农业研究所等。另外，设在罗马的国际植物遗传资源委员会(1BPGR)还组织了国际基因库网络。二、抗病种质资源的搜集12•植物种质资源的鉴定和评价种质资源鉴定和评价的项目很多，诸如分类地位、形态特征、农艺性状、抗逆性、抗病、抗虫性，品质性状，生理和遗传特性等等。抗病性鉴定和抗源筛选一直受到普遍重视。一个完整抗源筛选、鉴定和研究过程应包括如下内容：1．抗病材料的鉴定和筛选2．抗病性性质研究3．遗传学研究二、抗病种质资源的搜集13第三节植物抗病性鉴定•抗病性鉴定是植物抗病育种工作的重要环节，其主要任务是在病害自然流行或人工接种发病的条件下，鉴别植物材料的抗病性类型和评定抗病性程度。抗病性鉴定主要用于抗原筛选、杂交后代选择和高代品系、品种的比较评定。14一、基本要求(一)目标明确根据育种目标，确定对象病害或小种，所期望抗病类型和应达到的抗病性水平，有针对性地选用鉴定方法。(二)结果准确鉴定结果应能代表该材料在病害自然流行条件下的病害水平以及在生产中产量或品质的损失程度。(三)全面衡量对重要抗源材料或品种，应全面鉴定其潜在的抗病能力而不以一时二地的育种要求而决定取舍，需针对多种病害或小种，在不同生育阶段，在变动的环境条件下用多种方法测定。15•(四)经济、快速鉴定方法应有利于节省人力、物力、简便易行，适于在较短时期内筛选大量育种材料。•(五)实行标准化不断改进鉴定方法，逐步实行规格化、标准化，不断提高鉴定结果的准确性、可重复性与可比性。•(六)实行联合鉴定加强不同地区、不同层次的育种单位之间的协作，建立统一病圃，实行多点联合鉴定。并加强国内外信息交流，及时掌握小种变化情况和抗源品种抗病性变异动态。一、基本要求16二、抗病性鉴定方法•植物抗病性鉴定的方法很多，可以在群体水平、个体水平乃至组织和细胞水平，按照不同的要求进行鉴定。这些方法按鉴定的场所区分有田间鉴定和室内鉴定；按植物材料的生育阶段或状态区分有成株鉴定，苗期鉴定和离体鉴定，按评价抗病性的指标区分有直接鉴定法和间接鉴定法。田间鉴定是最基本的鉴定方法，是评价其他方法鉴定结果的主要依据。17•(一)田间鉴定在田间自然条件下进行，是最基本的鉴定方法。田间鉴定能在植物群体和个体两个层次认识抗病性，尤适于鉴定成株抗病性、慢发抗病性、耐病性、避病性等。在田间通过病害发生的系统调查，可以揭示植株各发育阶段的抗病性变化。与其他鉴定方法相比，田间鉴定能较全面地反映出抗病性类型和水平。品种抗病性鉴定结果能较好地代表品种在生产中的实际表现。二、抗病性鉴定方法但是，田间鉴定周期长，受生长季节限制，不适于对大量育种材料进行初筛。在田间不能接种危险性新病原或新小种，通常也难以分别鉴定对多种病害或多个小种的抗病性。田间环境条件较难控制，不宜研究单个环境因子对抗病性的影响。18•田间鉴定需在特设的抗病性鉴定圃即病圃(diseasenursery)中实施。依初侵染菌源不同，病圃可分为天然病圃与人工病圃两种类型。•天然病圃依靠自然菌源造成病害流行，因此应设在病害常发区和老病区的重病地块，并采用调节播期，灌水，施肥等措施促进发病。•天然病圃可以按统一的设计，用同样试验材料的同批种子在不同地区多点设置，这称为统一病圃。•人工病圃用病原物进行接种，造成人为的病害流行。二、抗病性鉴定方法19•(二)室内鉴定在温室以及人工气候室、植物生长箱或其他人工设施内鉴定植物抗病性，不受生长季节和自然条件的限制，且主要在苗期鉴定，周期短，可以在较短期间内进行大量育种材料的初步筛选和比较。•在温室和植物生长箱内虽然能接种鉴定包括成株期在内的各生育期的抗病性，但为了经济有效地利用空间，多进行苗期鉴定。苗期鉴定省工省时，出结果快，适于大量材料的初步筛选和比较。•难以完全模拟田间生态条件，鉴定针对单株，难以反映群体抗病性、耐病性和避病性。二、抗病性鉴定方法20•(三)离体鉴定如果所要鉴定的抗病性能够在器官、组织和细胞水平表达，与整个植株的形态和机能特征无关，那么就可能利用离体的器官、组织、细胞作材料，进行抗病性鉴定。•离体材料需用培养液或水培养并补充细胞激动素、苯胼眯唑等植物激素，以保持其正常的生理状态和抗病能力。•离体鉴定作为一种抗病性的实验室辅助鉴定方法，具有快速易行、可在短时间内筛选大量材料的优点。二、抗病性鉴定方法21•离体鉴定还可同时分别测定同一植物材料对不同病原物或不同小种的抗病性，也可以鉴定田间任一单株当代的抗病性而不妨碍其结实，便于在重点杂交组合的后代分离群体中选拔抗病单株。•部分病原真菌和病原细菌能产生植物毒素(寄主选择性毒素和非寄主选择性毒素)，植物离体材料对多种毒素的抗性能代表植株抗病性，可利用毒素代替病原菌进行抗病性鉴定。•病原菌产生的毒素还用于处理植物原生质体，筛选抗病突变细胞。二、抗病性鉴定方法22•(四)间接鉴定是以一些生理的、生物化学的、形态的，血清学的性状为指标来间接地判定抗病性的水平。这些性状可能与病原物的侵染过程或抗病性的表达有一定的关系，也可能没有病理学意义，仅仅与抗病性水平之间有显著的相关性。•植物组织的电生理学特性是较好的抗病性间接鉴定指标。•抗病性的间接鉴定，只有当其鉴定结果与田间鉴定结果一致时，才有可能付诸使用但也不能完全取代常规鉴定方法。二、抗病性鉴定方法23三、接种技术和田间试验设计•（一）接种技术通过人工接种诱发病害发生是抗病性鉴定的基本手段。为保证接种成功；必需要培育处于规定发育阶段，无病虫发生的健壮植株，使用高质量的代表性接种体(菌种)，采用适宜的接种方法，在接种和潜育期间保持适于侵染发病的环境条件。•在抗病性鉴定中常用的接种方法有以下7类：24•1．喷雾接种法（孢子+水+吐温20）•2.喷粉接种法（干孢子粉+滑石粉）•3．病植物接种法（利用得病植物）•4．直接接种法（病原菌培养物）•5.致伤接种法（利用针刺等制造创伤）•6.介体接种法（利用一些传毒介体）•7.土壤接种法（麦粒或玉米粉等混入土壤）三、接种技术和田间试验设计25•在接种时，必须采用有代表性的接种物。•首先要保证接种物种(或变种、专化型)的真实性，不得混杂有其它类群，另外还要求接种物在致病性(或毒性)上的代表性。病原物群体大，变异性强，往往包含有多个致病性(或毒性)不同的小种或株系。如果希望育种材料抵抗的对象是病原物总体而不是其中某一毒性基因型，则应当使用混合菌种接种。在小种专化性抗病性鉴定中，如果需要了解对病原物各个毒性类型的抵抗性，就要用单一小种，甚至是单孢菌系接种。三、接种技术和田间试验设计26•接种时还必须掌握适宜的诱发强度。•调节诱发强度可从控制接种菌量和调节病圃的环境条件两方面下手。对于低速流行病害，应以调节接种菌量为主来掌握诱发强度，对于流行速度高的病害，则应以调节环境条件为主。•为保证接种成功，田间喷雾或喷粉接种应选择傍晚有结露条件时进行或接种后用塑料布覆盖保湿。三、接种技术和田间试验设计27•(二)田间试验设计•试验地的选择病圃应设在地势平坦，土质与土壤肥力均匀，排灌方便的田块内，四周无高大建筑物或树木。土传病害受土壤差异影响更大，对试验地要求更为严格)应多次耕耙匀地，接菌量务求均匀。•试验小区的大小1-4行一个小区•重复次数2-3次•设标准感病品种和抗病品种对照，以利于试验资料的统计分析。•随机区组设计三、接种技术和田间试验设计28•病圃周围设保护行。对气传病害，比较品种或品系的定量抗病性时，小区间应有足够的间隔或种植隔离植物，以减少菌源交流造成的小区间干扰。•在每一排或两排试验区之间与株行垂直的方向设一诱发行，诱发行种植对目标病害高度感染，对其它病害高度抵抗的品种，先接种诱发行，发病产孢后，均匀地侵染试验区。三、接种技术和田间试验设计29（三）育种过程中的抗性鉴定试验•杂种圃或选种圃均单株种植，小区按组合及系统顺序排列，不设重复，以亲本为对照，接种混合小种，选择优良抗病单株。•品系预备试验以比较产量等农艺性状为主，需要时可在病圃内鉴定，设置标准抗病和感病品种对照。小区面积10m2左右，尽量设置重复采用间比法或