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刺槐耐逆性家系及選育技術 |
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| 來源：未知 作者：admin 發布時間：2013-07-28 13:34 |
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1.成果內容概述 該成果屬于國家攻關專題“三北地區抗逆性植物材料選育和培育技術”中獨立子專題“刺槐杭逆性選育和改良技術研究”的初試成果，由北京林業大學森林資源與環境學院和三北防護林建設局北方荒漠林業實驗研究中心等單位經4年努力共同完成。河南省經濟林和林木種苗站、山東省林業科學研究院、寧夏林業科學研究所、甘肅省種苗站、遼寧省種苗站和遼寧省林業科學研究院等單位曾給予該項研究以大力支持，該成果亦匯聚了他們的貢獻。 (一)刺槐抗逆性遺傳材料的選擇、收集和保存 (1)優良遺傳材料的篩選、收集和優樹選擇 在對干旱地區刺槐資源狀況進行了實地考察和調研相關科技成果基礎上，根據表現型選擇了16個無性系；根據早期遺傳測定結果，在甘肅天水優良種源中選擇了50個生長超過對照10%以上的優良半同胞家系；選擇集了山東費縣刺槐改良種子園生長超過當地對照15%以上的27個優良家系；選擇收集遼寧錦縣11個優良家系。 在干旱、鹽堿立地條件下表現較好的刺槐植株，有枝下高較高，側枝數多，側枝長且粗，小枝密度、皮否則密度、皮孔密度等較大等特征。以生長和參考其他相關性狀表現，在干旱地區的刺槐子代測定林中，選擇了15個第二代優良單株；在干旱貧瘠逆境下，采用優勢木對比法和主觀對比法選擇優樹40株。 苗木網,999miaomu.com (2)遺傳材料的保存 總共收集優良家系88個，無性系15個；選擇優樹40株，第二代優樹15株。收集了家系種子和種根，在三北防護林建設局北方荒漠林業試驗研究中心、北京林業大學苗圃建立收集圃育苗保存，現保存家系和無性系93份。 (二)田間對比試驗和初選抗逆性系 半同胞家系和無性系在三北防護林建設局北方荒漠林業試驗研究中心、北京林業大學苗圃開展苗期抗逆性和生長表現的對比試驗。 (1)苗期家系生長狀況對比 試驗了不同來源家系138個，方差分析表明家系間極顯著的遺傳差異，苗高的家系遺傳率為0.83左右，遺傳選擇有效。3年生試驗家系中有8個的苗高超過當地優樹子代，平均優勢比為8%；地徑優勢比為15%。2年生中有9個家系苗高超過對照達15%以上；地徑超過對照15%以上的家系有14個，T94超過對照達90%，表現非常突出。優良家系地徑的較大生長優勢，反映了其生長潛力。從家系來源看，山東費縣家系表現最好，遼寧次之，甘肅天水第三。 (2)苗期家系生長與試驗地點的交互作用 家系與試驗地點間有顯著交互作用，按兩試驗地點家系苗高生長表現排序，根據超過家系平鏡一個標準差分級比較各家系生長的相對表，多數在全年干旱和鹽堿較高的寧夏試驗地表現好和較好的家系，在北京亦有好或較好有現，僅有家系T176除外，說明生長好的家系苗期在較差立地也可以有較好的生長表現。 999中國苗木網,www.cqhuayin.com (3)各家系苗木耐逆境能力田間對比 抗逆性試驗地各家系苗木受害狀主要表現為枯梢和枯干，它是苗木受干旱、寒冷、風害和鹽堿綜合影響的結果，亦是刺槐在西北地區發展的主要限制因子。采用加權法計算各家系枯梢率地平值，結果表明：苗木的適應性表現了極顯著的遺傳差異，3年生12個家系的受害系低于當地家系；2年生29個家系中有9個的受害低于當地對照(20%)。這為理一步的抗逆性選擇介供了參考。 (4)家系受害狀況與生長表現的相互關系 對家系生長與受害指數的相關分析結果表明，家系的苗高、地徑與枯梢狀況有顯著的負相關，苗木成活率無顯著耵關。相關分析結果使得選出抗逆性強且生長較好的優良家系成為可能。 (5)綜合分析與優良家系初選 根據各家系的地徑、苗高及枯梢率的相對表現，計算了選擇指數，根據各家系的選擇指數綜合排序。以家系綜合抗逆性能力高于當地對照，或與對照無顯著差異；樹高和地徑的現實遺傳增益平鏡超過對照15%以上為標準。初選了優良家系14個，即T164、T94、B18、J11、T69、T176、74011、T169、J5、X207、T53、T108、T88和T82。其中家系T164、T94、B18和J11，不僅苗期的生長表現突出，而且受害率很低，表現了很好的早期綜合抗逆性和優良的生長勢，可以作為優良的抗逆性遺傳材料進行區域化試驗。 中國苗木網,www.cqhuayin.com (三)刺槐抗旱、耐鹽堿能力的測定技術和指標建立 (1)刺槐家系抗旱能力測定技術的綜合研究 用人工似態試驗方法對20個生長優良的家系的干旱脅迫研究結果表明： ①刺槐具有較強的抗旱性，在土壤含水量達到10%時就可以保持基本的生長；在土壤含水量低于7%時出現脅迫；在土壤含水量低于7%時出現脅迫；在土壤含水量低于3%時出現嚴重脅迫。 ②各家系間葉片的厚度、柵欄組織厚和柵欄組織/海綿組織都存在顯著遺傳差異，家系遺偉力分別大到了0.95、0.96和0.89，對這些指標的遺傳選擇有效，進行家系內的選擇也有一定潛力。 ③各家系葉片的保水能力有顯著差異，不同家系離體葉片的失水率不同，離體葉片失水率在離體1～10h內家系間變異最大，離體24h后葉片已基本達到恒重，因此，用失水率來鑒定刺槐家系葉片的保水力以離體1～10h內測定為好。 ④葉綠素穩定指數(CSI)是較好的耐熱性指標，經過高溫處理后不同家系葉綠素穩定指數下降的幅度不同，它與家系的抗旱能力存在明顯相關。 ⑤根據刺槐家系在干旱擬態條件下苗木活力狀態變化特點的研究，苗木活力與家系抗旱性有密切的正相關，苗木活力測定是反映苗木耐旱能力的較好方法，為進一步的家系和無性系耐旱能力評價打下了良好技術基礎。 苗木網,999miaomu.com ⑥葉組織含水量、葉飽和虧缺和葉水勢隨著水分脅迫強度下降，下降幅度在家系間有差異，下降的幅度越大，家系對水分脅迫反應越敏感，抗旱能力越差。家系間在水分參數和生理生化指標上都存在著差異，從而為家系抗旱性篩選提供了可能。 ⑦葉水勢、水分利用效率、凈光合帶率、蒸騰速率、電阻值在家系間有顯著遺傳差差異，家系遺傳力均比較高，分別為0.81、0.87、0.85、0.85和0.74，可以用來作為刺槐家系抗旱性選擇的依據。 ⑧對水分脅迫下各生理生化指標之間的相關性都達到了極顯著水平 ⑨以葉保水能力、葉綠素穩定指標(CSI)、苗木電導率、葉水勢、凈光合速率(Pn)、蒸騰帶率(Tr)和水分利用效率(WUE)這7個與抗旱性關系密切的指標建立刺槐家系抗旱性鑒定指標體系，利用這些指標可對刺槐家系的抗旱能力進行有效評價。 (2)刺槐耐鹽生理基礎與分子機制研究 對1年生刺槐家系苗進行不同濃度的鹽處理，通過光合速率的測定、X射線微區分析、原子吸收、聚丙烯胺凝膠電泳等分析手段和技術，研究了鹽脅迫對刺槐苗生長、光合及蒸騰作用的影響，鹽脅迫對刺槐不同組織及細胞離子吸收和分配的影響、鹽脅迫相關蛋白質等。 ①在〉100mmol/L NaCl的脅迫處理下，刺槐家系苗木的生長開始受到抑制，50mmol/LNaCl處理的刺槐與對照相比，不但高生長、生物量、冠根比的增長沒有受到抑制，反而有一定的促進作用，說明刺槐可耐受一定程度的鹽環境。 中國苗木網,999miaomu.com ②高鹽脅迫引起刺槐凈光合速率的下降與生長減繪的趨勢是一致的，刺槐在不同鹽脅迫濃度下，蒸騰速率的變化趨勢基本一致。 ③隨鹽濃度增大使細胞膜受到的損傷加劇，滲透調節的能力下降，生長受到抑制。 ④鹽脅迫下，刺槐體內Na＋含量隨環境Na＋的增加而上升，根部的Na＋含量較高，其分布量的順序是根〉莖〉葉，葉片中鹽離子含量較低，從而減少了鹽脅迫對地上部的毒害。 ⑤植株體內的K＋在幼嫩的組織中分布較多，其分布量的順序為葉〉莖〉根，葉中K＋含量是其他部位的3～4倍。鹽脅迫下，刺槐中K＋含量隨Na＋含量的增加而下降，表明Na＋的積累抑制了K＋的進入。 ⑥刺槐葉肉細胞與根皮層細胞離子含量的測定結果表明：隨NaCl脅迫程度的增加，Na＋和Cl-的含量在細胞壁、細胞質和液泡中都呈上升趨勢。但在鹽脅迫下，刺槐根皮層細胞的液泡中積累的Na＋和Cl-的量遠高于細胞質，說明刺槐的根皮層對Na＋和Cl-具有一定的區隔化作用。 ⑦無論是器官水平還是細胞水平的測定結果均表明，刺槐感的Na＋含量最高，說明刺槐吸收鈉離子之后，可以將其保留在根部，以進行滲透調節。 ⑧隨鹽濃度提高，氣孔阻力上升，CO2補償點、光補膛點升高，呼吸作用增強，鹽肋迫狀態下刺槐的高代謝活動超過一定限度則會嚴重影響正常生理活動，最終可導致苗木死亡。上述指標可以用于評價脅迫狀態下刺槐的耐鹽能力，并可根據不同鹽濃度脅迫下苗木50%致死作為閾值，篩選耐鹽家系。 999苗木網,999miaomu.com ⑨研究還發現，隨鹽脅迫處理時間的延長，刺槐實生苗有一定的適應反應；刺槐愈傷組織細胞，耐鹽脅迫能力低于苗木。 (四)刺杭逆性改良的生物技術途徑研究進展 建立了刺槐從外質體處理，愈傷組織誘導，脫化分和試管苗培育的刺槐組培再生技術體系，育出了組培苗，為進一步研究建立了培育技術；研究表明葉蛋白含量高于感蛋白含量；高鹽脅迫降低了刺槐葉片和感蛋白的含量，說明過多的鹽離子對刺槐的蛋白質合成系統造成了一定的傷害；在50mmol/L NaCl的鹽環境處理下，增加了葉片中的蛋白質的含量，說明刺槐對鹽脅迫有一定適應性反應；在植物耐鹽性蛋白的分析研究基礎上，初步探測到具有耐鹽性的蛋白譜帶。鹽脅迫后，刺槐葉片中的58KD和33KD蛋白以及感的65KD、29KD蛋白人含量增加；而葉片中109KD和12KD蛋白的表達量降低。實驗中33KD是新增加的蛋白帶。 從藜科植物中克隆了與逆性相關的甜菜堿生物合成基因--膽堿合成酶和甜菜堿脫氫酶啟動子基因，并已進行了DNA測序。 (五)良種繁殖園建設 在三北防護林建設局北方荒漠化林業試驗研究中心，根據立地條件，采用完全隨機區組設計，單株及申小區靈活設計建設良種園2hm2。包括山東、甘肅、寧夏及遼寧等地收集的刺槐優良家系和無性系55個。株行距為5m×6m。良種園的交通較便利。有灌溉條件。 999中國苗木網,www.cqhuayin.com 2.成果關鍵技術、主要技術經濟指標與國內外同類技術的比較 (一)關鍵技術 (1)刺槐抗逆性遺傳材料的選擇、收集和保存 在充分分析和調研基礎上，選擇、篩選并收集了159個在各地經濟性狀表現優良的刺槐家系、無性系和自選優樹，異地保存93個家系、無性系。 (2)初選綜合抗逆性表現優良的刺槐家系 在典型逆境的田間試驗和多性狀分析對比基礎上，初選了綜合抗逆性較強的優良家系14個：T164、T94、B18、J11、T69、T176、74011、T169、J5、X207、T53、T108、T88和T82，在受害程度低于對照或與對照無顯著差異條件下，苗高和地徑優勢比平鏡超過對照均在15%以上。家系T164、T94、B18和J11，受害率很低，苗期生長表現突出，具有很好的利用前景。 (3)研究了刺槐家系間抗旱能力變異的機理，建立了較為可靠地評價刺槐家系抗旱性的技術方法和指標體系 在水分脅迫狀態下，家系對水分利用效率(WUE)反應類型的不同和差異是家系抗旱能力差異的主要原因之一。葉保水能力、葉綠素穩定指標(CSI)、苗木電導率、苗木活力指標、葉水勢、凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)和水分利用效率(WUE)8個與刺槐家系的抗旱性密切相關，利用這些指標可有效評價刺槐家系的抗旱能力。 999苗木網,www.cqhuayin.com (4)系統了解了刺槐抗鹽性的生理基礎，發現了鹽脅迫狀態下離子在刺槐組織和細胞微觀結構上的區域化分布現象，建立了刺槐耐鹽性評價和選擇方法 全面分析和認識了刺槐的耐鹽性機理，首次報道了鹽離子在刺槐不同組織和細胞微管結構上的區域化分布，探討了這種離子運動和分布狀態對耐鹽性的可能影響；建立起了刺槐耐鹽堿能力測定的技術方法和指標體系，并有效進行了刺槐抗旱性和耐鹽閾值的分析檢測。 (5)檢測發現了刺槐的鹽脅迫誘導蛋白33KD，克隆了與抗逆性相關基因 在國內林業研究領域，自主克隆了與抗逆性相關的甜菜堿生物合成基因--膽堿合成酶和甜菜堿氫酶啟動子基因，建立了相應的技術體系，并已進行了KNA測序。 (6)初建了刺槐抗逆性多功能初級良種園2hm2，提出了相應的建立和發展策略 (三)與國內外同類技術的比較 開展抗逆性植物材料選育技術的研究為國內首次專門立項啟動的技術和技術基礎研究領域，面臨的技術問題均屬國內林業技術研究的探索性內容，并具有國內的區域性特點，國外亦少有專門系統的研究報道。雖然借助的生理生化等分析技術手段多為經典技術，但針對一樹木種內譜系的遺傳特點開展的抗逆性評價和選育技術基礎和實用技術研究，在國內尚屬開拓性工作，整體成果水平應處于國內同類研究的領先地位。采用的研究技術處于國際當前研究相同水平，研究成果的系統性上處于國際同類研究的先進水平。 苗木網,999miaomu.com 【完成人】李 悅 蔣湘寧 杜和平 王沙生 陳雪梅 薛玉瑋 張術忠 李國鋒 王艷青 劉 穎 高 森 王 平 【完成單位】北京林業大學 三北防護林建設局北方荒漠林業實驗研究中心 |
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