小麦抗旱的分子标记、基因定位和基因工程研究进展

综述了与小麦抗旱相关的分子标记、基因定位和基因工程研究进展。作物抗旱性是复杂的数量性状,利用分子生物学技术对抗旱相关的性状进行研究,有利于阐明其遗传基础,为进一步应用现代生物技术进行小麦抗旱性改良提供理论基础,目前小麦抗旱的分子标记尚未和育种工作紧密结合,对这种现象的原因进行了分析,提出了解决问题的办法。基因工程从渗透调节物质、Lea蛋白、转录因子3个方面进行小麦抗旱性改良,转录因子是目前转基因抗旱育种的一个发展方向。     

禾本科主要作物抗旱相关基因及转基因研究进展

干旱是限制作物生长和产量的重要因素之一,为提高禾本科主要作物水稻、小麦、玉米、甘蔗的抗旱能力,本研究从植物抗旱机理出发,归纳了植物抗旱相关的功能基因、转录因子以及信号因子。综述了水稻、小麦、玉米、甘蔗抗旱相关基因挖掘以及抗旱转基因的研究进展,针对今后作物抗旱性的研究,提出了开展逆境植物重要抗旱基因资源挖掘、构建多基因共表达系统以及开展科学、标准的转基因抗旱鉴定指标评价体系研究的建议。     

科学家培育出抗旱转基因小麦

<正>由中国农业科学院作物科学研究所开展的抗旱节水转基因小麦新品种培育研究日前取得最新成果。该项目培育的转基因小麦新品系水分利用效率提高15%以上、产量提高10%以上,具有较大的生产应用潜力。据项目负责人、中国农科院作科所研究员马有志介绍,植物抗旱性是由多基因控制的复杂性状,常规育种难度大、周期较长,对多基因控制的复杂性状的分子标记技术也尚未取得突破。通过提高一个对抗旱     

向日葵抗旱性鉴定评价方法及其相关QTL定位研究进展

向日葵是中国五大油料作物之一,具有一定的经济价值,随着全球气候的变暖,干旱缺水成为影响其生长及产量的一个主要的非生物逆境因素,严重阻碍了向日葵的生产和可持续发展。想要从根本上缓解干旱危机给向日葵带来的减产危机,提高向日葵的抗旱性、培育抗旱品种是最经济有效的解决办法。为了给向日葵抗旱育种提供参考,本研究阐述了向日葵抗旱机制、向日葵抗旱性鉴定指标研究、向日葵抗旱性鉴定与评价方法,以及向日葵抗旱相关性状的QTL定位的研究进展,并展望了向日葵抗旱性研究的发展方向,以期为今后深入探究向日葵抗旱分子机制、加快向日葵抗旱分子遗传育种提供帮助。     

小麦水分利用效率及相关性状QTL研究进展

随着水资源的日趋短缺,生物节水在节水农业发展中的地位越来越受到重视。近年来, 随着分子标记技术和数量性状统计分析方法的改进,对调控水分利用效率等复杂数量性状的位点进行作图和定位的研究很多。本文综述了鉴定小麦高WUE的常用指标以及相关性状的QTL定位研究进展,并对目前在QTL定位研究中存在的问题及发展前景进行了探讨。     

水稻抗旱机理和抗旱育种研究进展

水资源短缺正成为制约中国水稻生产持续发展的重要因素,培育抗旱性强的水稻品种,不但能够节约水资源,而且有利于稳产增产、节约能源。日益深入的干旱胁迫响应基因及QTL定位研究的积累为进行抗旱育种提供了依据和基础。对水稻在干旱胁迫下的伤害机理和抗旱的分子机制以及水稻抗旱育种研究进展等方面进行了总结和综述,以期为今后进一步深入研究抗旱机理及抗旱育种提供理论依据。今后应加强对稻属抗旱基因资源的有效发掘、评价、创新和利用,进一步发挥抗旱分子标记辅助选择在抗旱育种实践中的作用,改良水稻根系,结合常规育种技术和现代生物技术,提高栽培稻的抗旱性。     

小麦株高QTL Qph.nau-5B的效应评价

株高直接影响小麦的产量潜力,也是植株抗倒伏性的重要组成部分。目前虽有大量株高相关QTL被鉴定到,但大多QTL的遗传效应仍不清楚。本研究前期利用小麦品种群体,通过关联分析鉴定到一个小麦株高主效QTL Qph.nau-5B。为了评价该QTL的效应,通过分子标记辅助选择分别构建了以南大2419、吉春1016和郑麦9023为供体亲本,中优9507为背景的3种等位变异的近等基因系,背景回复率均高于93%。在7个独立的试验环境中,所有近等基因系的株高较轮回亲本均显著降低,平均降幅为11.1 cm(10.3%)。Qph.nau-5B不同等位变异效应强弱不同,其中来源于吉春1016和郑麦9023的等位变异平均降秆效应相似(12.4 cm),显著大于南大2419的等位变异(8.6 cm),但各等位变异相对降秆效应大小受环境影响。此外,Qph.nau-5B对单株穗数、穗长、千粒重等农艺性状无明显负效应。本研究结果表明Qph.nau-5B具有重要的育种价值,可为小麦的株型分子设计育种提供基因资源。     

水稻抗旱性研究现状与展望

综述了水分胁迫对水稻的伤害以及水稻植株在气孔调节、渗透调节、激素调节、膜抗氧化保护酶类和干旱诱导蛋白等方面抗旱性生理生化机制的研究进展。介绍了水稻抗旱性状的基因定位和抗旱性基因工程方面的研究现状,并指出,稻属抗旱基因资源的发掘以及在育种上的遗传利用和水稻抗旱节水综合栽培技术的研究是当前研究的热点。     

小麦种质资源抗旱性鉴定评价

培育抗旱节水小麦品种是保障我国粮食安全的重要途径之一, 优异抗旱种质资源筛选及抗旱性评价方法的研究对于提高抗旱育种效率具有关键作用。本研究采用反复干旱法和田间直接鉴定法分别鉴定323份小麦种质苗期和成株期的抗旱性。结果表明, 随着干旱次数的增加幼苗存活率逐渐下降, 而其变异系数和广义遗传力增加。成株期单株产量抗旱系数与综合抗旱性度量值D显著正相关(R ² = 0.609), 采用综合抗旱性度量值D有利于区分干旱对不同种质产量的影响力。苗期反复干旱存活率(DS)与单株产量的抗旱系数及综合抗旱性度量值D均无显著相关。基于反复干旱存活率筛选得到28份苗期强抗旱种质, 基于单株产量抗旱系数和综合抗旱性度量值D分别得到25和30份成株期强抗旱种质, 其中, 9份种质用2种评价方法均表现强抗旱; 21份种质在苗期和成株期均表现抗旱或强抗旱。本研究为小麦抗旱性评价方法及抗旱亲本的合理选择提供理论指导和信息支撑。     

水稻第2染色体上抗旱相关性状QTL的精细定位

水资源危机使得水稻抗旱性的遗传与育种研究成为当今的研究热点之一。鉴定与水稻抗旱性直接相关的性状和产量的QTL,可为通过标记辅助选择培育抗旱水稻品种提供标记信息。以从供体IRAT109渗入到珍汕97B背景的269个高代回交渗入系中筛选出覆盖第2染色体目标区段的87个近等基因系为材料,在抗旱鉴定大棚中采用控制式供水,精细定位了水处理(对照)与干旱胁迫条件下影响水稻水分生理及产量相关性状的QTL。共检测到20个影响叶水势(LWP)、冠层温度(CT)、茎基粗(BCT)等性状相关QTL和百粒重(HGW)、每穗颖花数(SN)、着粒密度(SPD)等产量相关QTL。根据在不同环境下的表达情况,将其分为3类,第1类7个QTL,在两种环境下均被检测到;第2类4个,只在对照条件下检测到;第3类2个,分别控制叶水势和颈基粗,受干旱胁迫诱导,只在胁迫条件下被检测到,其中,叶水势定位在RIO02037-RIO02038约8.2 kb的区段上, 其加性效应和贡献率分别为-1.0361和13.03%,增效等位基因来自IRAT109;茎基粗定位在RIO02017-RIO02022约37.7 kb的区段内,加性效应和贡献率分别为0.2682和49.20%,增效等位基因来自珍汕97B。在水、旱2种条件下均检测到的相对稳定的7个QTL及干旱胁迫条件下的2个QTL可能对抗旱性有直接贡献。     

抗寒节水高产国审小麦新品种‘临旱8号’选育研究

针对黄淮麦区小麦生育期内干旱缺水、低温冻害、倒春寒及干热风等灾害频发的生态环境,重点围绕聚合优质高产、抗逆广适的目标,为该麦区培育具有优良综合性状的小麦新品种。采用系谱远缘杂交育种法,以抗旱广适的‘晋麦79号’为母本,以抗旱耐寒优质的‘临旱5408’为父本进行杂交,旨在实现性状互补,累积优质基因。运用水旱地交替选择、异地生态抗逆鉴定、分子标记辅助选择育种等手段选育出小麦新品种‘临旱8号’。分子标记检测结果表明:该品种含有8个抗旱节水相关基因和10个与水分高效利用紧密连锁的标记。2017—2018年在黄淮冬麦区旱薄组区域试验中,2年区试平均产量4873.5 kg/hm²,比对照品种‘晋麦47号’增产7.0%;2018—2019年度参加黄淮冬麦区旱薄组生产试验,平均产量4656.0 kg/hm²,比对照‘晋麦47号’增产8.4%,是近年来黄淮旱地难得的好品种。该品种品质优、产量高而稳、抗逆广适性强,具有抗寒性好、成穗多、穗层整齐、透光性好、熟相好等特点。于2020年通过国家农作物品种审定委员会审定（审定编号:国审麦202000033号）,适宜黄淮旱地麦区的山西晋南、陕西宝鸡、咸阳、铜川和河南及河北沧州旱地种植。     

山西省小麦苗期根系性状及抗旱特性分析

小麦苗期根系形态是成株期根系分布的基础,与抗逆和产量密切相关,全面认识苗期根系及抗旱特性,对于抗旱优异种质的利用和早期筛选具有重要意义。采用239份山西省小麦品种(系)在土培条件下,研究了苗期根系性状及对水分胁迫的响应。结果表明,正常生长下山西小麦苗期根系性状多样性丰富,地方种变异最大;不同年代品种中,除最大根长随年代略下降外,其他性状均呈先升后降的趋势;不同根系性状对水分胁迫响应存在差异,总根长对水分最敏感,其次为根表面积、根体积和根生物量,最大根长和平均根数不敏感。苗期根系综合抗旱能力随年代呈先降后升的趋势,地方种和20世纪70年代品种多为中抗,80和90年代的品种抗旱性较低,2000年以后审定品种的抗性较高,其中旱地品种抗性最好。苗期根系抗旱特性与产量性状相关分析发现,最大根长、总根长、根体积和根生物量与雨养条件下的千粒重和产量显著正相关,最大根长和根生物量与成株期抗旱性也显著正相关。因此苗期最大根长和根生物量可作为半干旱地区旱地育种过程中抗旱性和产量的早期筛选指标。     

不同降水年型节水小麦产量构成与效益分析

于2003~2006年间3个不同降水年型,以28个小麦品种为材料,采用只浇冻水一水的节水措施,比较品种间产量构成因素和农艺性状等方面的差异性,并与常规灌溉管理小麦在产量水平、产量相关性状和效益等方面进行比较分析。结果表明：（1）从产量水平看,参试品种间抗旱性存在显著差异。节水栽培条件下,各品种产量水平与不同降水年型生长期降水量有着密切的关系。（2）初步认为“京农02-2”、“中麦326”、“北农9580”、“中麦12”、“京农04-133”和“京冬8”六个品种在参试品种中具有较好的抗旱性,其中“中麦326”在丰水年和平水年2个不同年度表现出较好的对不同水分条件的适应性。（3）干旱条件下,小麦分蘖成穗过程受影响最大,分蘖成穗率可以作为小麦抗旱性筛选鉴定的较早期指标。（4）在丰水年和平水年大面积推广抗旱性好的小麦品种和节水型栽培技术,可以明显改善本区水资源亏空的状况。但枯水年只灌溉一次冻水难以满足小麦正常生长需要,比正常灌溉小麦产量降低48.89%以上。     

高产耐旱冬小麦育种技术及其评价方法研究

根据国内外适应性育种的经验 ,结合我们多年小麦抗旱育种实践 ,对培育兼具抗旱节水和高产冬小麦的育种技术及其评价方法进行了探讨 ;剖析了高产抗旱小麦品种在不同生育环境的产量构成特点 ;建立了选择鉴定抗旱高产、广适性、稳产性品种的具体程序     

新疆春小麦品种萌发期抗旱性评价

研究干旱胁迫条件下新疆春小麦不同品种间抗旱性的差异。以20% PEG-6000 作为水分胁迫剂,对10个新疆春小麦品种的发芽率、发芽势、相对芽长、相对根长、相对发芽率、萌发抗旱指数进行研究分析,并通过加权隶属函数法对供试材料的抗旱性进行了综合评价。结果表明：1)与对照相比,20%浓度的PEG胁迫后,发芽率、发芽势、相对芽长、相对根长、相对发芽率均受到抑制,不同品种降幅不同;2) 通过隶属函数法对上述指标进行综合评价分析,10份春小麦的综合评价值(D值)在0.01~0.82之间,中国春为强抗旱品种(1级),新春3号、新春6号、新旱688等3个品种为中抗品种(2级),新春2号、新春26号等2个品种为弱抗旱品种(3级),新春7号、新春17号、新春20号、新春21号等4个品种为不抗旱品种(4级)。因此,新旱688、新春3号、新春6号可作为新疆小麦抗旱育种的种质资源。     

Root pulling resistance in rice: Inheritance and association with drought tolerance

Summary Avoidance of drought stress is commonly associated with root system characteristics and root development. The inheritance of root pulling resistance in rice (Oryza sativa L.) was investigated and its relationship with visual field scores for drought tolerance was studied. Transgressive segregation for high root pulling resistance was observed in 3 crosses (high x high, low x high, and intermediate x intermediate). Both dominant and additive genes control the variation. F₁ superiority for high root pulling resistance was observed and could be exploited in an F₁ hybrid breeding program. F₂ distribution curves indicated that plants highly resistant to root pulling can be obtained not only from low x high and high x high crosses, but also from intermediate x intermediate crosses. Root pulling resistance in rice has a low heritability (39 to 47%). Thus, breeding for a high root pulling resistance may best be accomplished by selection based on line means rather than individual plant selection. Field screening showed significant differences in leaf water potential among random F₃ lines. F₃ lines with higher leaf water potential had better visual scores for drought tolerance. Visual drought tolerance scores were correlated with root pulling resistance. Plants with high root pulling resistance had the ability to maintain higher leaf water potentials under severe drought stress. The usefulness of the root pulling technique in selecting drought tolerant genotypes was confirmed.     

分子标记辅助选育小麦抗白粉病、优质高分子量麦谷蛋白亚基聚合体

现代小麦育种的目标是选育丰产、综合抗逆性好的优质小麦新品种,将分子标记技术与传统育种方法相结合可以大大提高育种效率.本研究利用与小麦抗白粉病基因Pm21紧密连锁的共显性PCR标记、以及优质高分子量麦谷蛋白亚基1Dx5 1Dy10特异的PCR标记对以小麦品种安农94212、安农92484为优质亲本和以抗白粉病小麦簇毛麦易位系为抗病亲本的杂交高代材料进行标记位点的检测,结合田间抗病性鉴定结果,筛选、培育出聚合有Pm21和1Dx5 1Dy10的抗白粉病小麦聚合体,为小麦抗病、优质育种提供了具有重要利用价值的中间材料.     

抗旱基因在小麦抗旱基因工程中的应用进展

干旱严重影响小麦的生长发育及产量,小麦抗旱育种是保障小麦生产的重要措施,利用基因工程技术提高小麦抗旱性是优于传统育种的有效途径。抗旱基因主要包括调节基因（蛋白激酶、蛋白酶和转录因子基因）和功能基因。目前,已证实的可提高小麦抗旱性的基因主要为转录因子基因CBF/DREB1、MYB、NAC（NAM、ATAF1、ATAF2和CUC2）、HD-Zip和WRKY等和功能基因LEA蛋白基因、甜菜碱合成酶基因和海藻糖合成酶基因等。本文从转录因子基因和功能基因2个方面概述国内外利用基因工程技术提高小麦抗旱性的研究进展,并对目前存在的问题进行分析,以期为小麦抗旱遗传改良及育种提供参考。     

Breeding banana (Musa spp.) for drought tolerance: A review

Drought is a major abiotic stress affecting banana production worldwide, leading to yield losses of up to 65%. Consequently, numerous efforts to understand and mitigate drought effects that include developing tolerant crop varieties are ongoing in several banana breeding programmes. The breeding efforts, however, have been greatly slowed down by inherent banana problems (polyploidy and male or female sterility) and complexity of drought tolerance (reportedly controlled by several genes). This review summarizes the pertinent research findings on water requirements of banana for its proper growth and productivity, symptoms of drought-sensitive varieties and field management strategies to cope with drought stress. The coping strategies deployed by resistant cultivars include high assimilation rates and water retention capacity as well as minor losses in leaf area and gaseous exchange. Reduced bunch weight, leaf chlorosis, wilting and strangled birth are underlined to be directly associated with drought susceptibility. Integration of conventional, molecular breeding and biotechnological tools as well as exploitation of the existing banana genetic diversity presents a huge opportunity for successful banana improvement.     

茶树抗旱机理和抗旱育种研究进展

茶树原产于中国西南地区,喜温暖潮湿的气候条件,其中水分对茶树的生长十分重要。笔者对茶树在干旱胁迫条件下的抗旱机理研究以及抗旱育种的现状进行综述,针对当前研究中存在的问题并结合当前分子生物学的发展,提出今后在茶树抗旱研究的研究重点：一是利用现代功能基因组研究技术,发掘更多的抗旱基因,深入研究茶树的抗旱机制;二是加强茶树转基因工程的研究。