《抗病虫育种技术》PPT课件.ppt

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1、第十章 园艺植物抗病虫性育种,抗病虫育种的意义抗病虫性的类别抗病虫性的鉴定抗病虫品种的选育,教学重点,一、抗病性、抗虫性的概念抗病性：当植物遭受病原菌的侵染后，能产生一种能动的反应，去战胜病原菌的侵染或减轻其危害的能力。抗虫性：寄主植物所具有的能抵御或减轻某些害虫的侵袭和危害的能力，即某一植物品种在相同的虫口密度下，比其它品种获得高产、优质的能力。,第一节 抗病虫育种的意义与特点,二、抗病虫育种的意义与作用 1、选育和推广抗病虫品种，可以起到保产的作用。2、选用抗病、虫品种，是一项最经济有效而又简单易行的措施。与化学防治相比，它可以降低生产成本，减轻环境污染，有利于保持生态平衡；投资少，收效大

2、，易于大面积推广。,化学农药,增加成本增加工作强度防治为害不彻底污染环境破坏生态平衡,有机食品不得使用,农药使用状况,全球已经注册的农药800种全球使用量460余万吨/年禁用农药仍在某些国家使用：Erdrin,DDT,Lindane,Aldrin,Chlordane我国农药年用量在120万吨左右，用在农作物、果树、蔬菜等约占95以上。,喷施农药时，仅有10-20%的农药附在植物上，40-60%降落在地面、5-30%飘落于空中，造成大气、水体及土壤的污染。农药破坏了农田生态平衡和生物多样性，出现了抗药性害虫；化学农药残留在作物体内形成一定的累积，造成人畜中毒。,三、抗病虫育种的特点 核心是寄主植

3、物与寄生物（病虫）之间的关系。1、寄主植物本身的抗病虫遗传特性；2、寄生物（病虫）的致害性遗传特性；3、寄主植物和寄生物（病虫）之间作用关系；4、寄主植物和寄生物（病虫）对环境敏感性。人们不仅要求品种的抗病虫性持久又要求多抗。所以抗病虫育种工作在某种程度上比高产、优质育种更具艰巨性和复杂性。,四、寄主和寄生物（病虫）的相互关系1、寄主和寄生物（病虫）的协同进化 寄主植物具有一定程度的群体抗病性或抗虫性，以适应寄生物（病虫）这一不利的外界条件；而寄生物（病虫）也会产生一定程度的致病性或致害性，以繁衍其种族，从而形成大体上势均力敌的动态平衡。2、基因对基因学说 寄主植物的抗病（虫）性不仅取决于其自

4、身所携带的抗性基因，还会受对应寄生物基,因的影响，即抗性是寄主与寄生物（病虫）双方的基因型互作的结果，但它们也各自有其独立的遗传系统。针对寄主方面每一个垂直抗病基因，在病原菌方面或迟或早也会出现一个相对应的毒性基因。毒性基因只能克服其相应的抗性基因，而产生毒性（致病）效应。在寄主-寄生物体系中，任何一方的每个基因都只有在另一方相应基因的作用下，才能被鉴定出来。,过去认为基因对基因学说主要是针对主效基因制约的垂直抗性而言，目前认为：在微效基因系统中也可能存在着基因对基因的关系，只是当若干个乃至多个微效基因共同决定着抗病性和致病性时，分化互作很小，难以从试验误差中区分开来而被忽略。同时，就每一个微

5、效基因而言，虽然存在着基因对基因的关系，但是其专化性很弱，相对品种对相对小种的定向选择作用也就不大，因而小种的组成变化较慢，所以就总的系统而言，抗病性能稳定持久。,上述概念延伸到寄主-昆虫的关系时也同样存在，即当寄主中每有一个主效抗性基因时，在昆虫方面便迟早会有一个相应的致害基因。当寄主具有抗虫基因时而昆虫不具有致害基因时，则表现为抗虫；而当寄主具有抗虫基因时，但昆虫具有相应的致害基因时，寄主则是不抗虫的。,第二节 抗病性及其鉴定,一、病原菌致病性的遗传和变异 不仅与植物本身也与病原菌致病性有关。毒性（或毒力）侵袭力。毒性是指病原菌能克服某一专化抗病基因而侵染该品种的特殊能力，属质量性状，又称

6、专化性致病性。侵袭力是指在能够侵染寄主的前提下，,致病性,病原菌在寄生生活中的生长繁殖速率和强度（如潜育期和产孢能力等），属数量性状，它没有专化性。又称非专化性致病性。（一）生理（毒性）小种 同一种病原菌可以分化出许多类型，不同类型之间对某一品种的专化致病性有明显差异，这种根据病原菌致病性差别划分出的类型就是生理小种，也称为毒性小种。,一般而言，病原菌的寄生性水平（专化性）越高，寄主的抗病特异性越强，病原菌的生理小种分化越强（生理小种数目越多）。,生理小种的鉴定方法 鉴别寄主-国际鉴别寄主（标准鉴别寄主）利用一套对一种病原物不同小种抗性反应不同的品种（或抗病基因类型）作为鉴别品种（寄主）。对鉴

7、别寄主的要求：a 鉴别力强 b 病症反应稳定 c 含有不同抗病基因 d 代表性的纯系品种 致病性鉴定的程序 标样采集、登记、分离保存、致病性鉴定、反应型记载以及结果分析等步骤。鉴定结果分析 结果与文献中描述的已知小种比较，确定其属于哪个生理小种。如与已知的小种都不相同，应深入研究。,（二）致病性的遗传 对真菌病害的遗传研究认为：毒性为单基因隐性遗传。侵染力是多基因遗传。（三）致病性的变异 1、突变：自发突变频率低，人工诱发突变率则较高。2、有性杂交：小种、变种和种间杂交后的重组。3、体细胞重组：不同生理小种的菌丝联结或芽管结 合，进行核交换或产生核突变，使单个菌丝的细胞或 孢子中含有遗传性质不

8、同的核的现象，叫异核现象。异核融合或交换某些遗传物质，发生基因重组，产生 新基因型的菌丝，叫准（拟）性重组。,二、抗病性的类别、机制和遗传（一）抗病性的类别 1、表现时期：全生育期、苗期、成株期；2、机能：生物学、形态和组织结构、生理生化；3、程度：免疫、高抗、中抗、中感、高感；4、遗传：主效基因、微效基因；5、病原菌小种:专化性、非专化性。,6、从遗传方式分类 分质量（单基因，垂直抗病性）和数量遗传的抗病性（多基因，水平抗病性）垂直抗性（小种特异性或专化性抗性）同一寄主品种对病原菌的不同的生理小种具有特异反应或专化反应。特点是抗、感反应表现明显，易于识别。往往受单基因或几个主基因的控制，抗病

9、感病杂交后代的抗性一般按孟德尔遗传规律分离。但抗病性易随病原菌生理小种的变异而丧失，大面积推广易使侵染它的生理小种上升为优势小种。,水平抗病性（非小种特异性或非专化性抗性）寄主品种对各个生理小种的抗性反应大体上接近于同一水平上，即对不同生理小种不具有特异性或专化性抗性反应。具有侵染率低、潜育期长、产孢量少等特点，抗性表现通常不突出。水平抗性作用在于减缓病害的发生速度，推迟发病高峰期的来临时期，从而减少损失。水平抗性受多基因或微效多基因控制。抗病感病的杂种后代分离复杂，难以分类,鉴定困难，且抗性易受环境的影响，因而常被忽略。,水平抗病性示意图,相对病指（感病性）,生理小种,7、从表现形式上分类

10、避病：感病品种常因某些原因没有受到病原菌的侵染而未发病。抗浸入：当病原菌的侵入或侵入后，寄主可以凭借原有的或诱发的、组织上或生理、生化上的障碍，阻止病原菌的侵入和侵入后建立的寄生关系。角质层或蜡质层、木栓化、钙化等 抗扩展：当病原菌侵入寄主体内后，会遇到寄主的一系列组织结构、生理生化特性等方面的抑制而难于扩展。厚壁细胞组织、植物防卫素、过敏性坏死。耐病：被病原菌侵染、并发生典型的发病症状，但受害程度较感病品种为轻，损害和影响较小。,（二）抗病性的机制 1 植物固有的抗菌物质 酚类化合物：绿原酸、单宁酸及儿茶酚。多酚氧化酶氧化作用转化为具有较高毒性醌类物质所致。木质素：增强寄主细胞壁抗真菌穿透的

11、结构强度；病原菌不分泌分解木质素的酶类；可限制真菌毒性酶和毒素向寄主细胞扩散；形成酚类前体物质，可钝化真菌的膜结构。,不饱和内脂：当植物受到病原菌侵染后由于增强了-糖苷酶的活性而释放葡萄糖苷酶，其产物有很大毒性。如郁金香苷。有机硫代化合物、皂角类物质及细胞壁水解酶（几丁质酶和-1，3葡萄糖酶）。2 诱导的抗菌物质 植物保卫素：寄主与病原菌互作产生的，能抑制微生物生长。植物保卫素一般是异类黄酮和萜类物质，次生代谢产物，非蛋白。,免疫信息物质：具有免疫特异性的蛋白。（三）抗病性的遗传 1 主效基因遗传 绝大多数的垂直抗性是受单基因或少数几个主效基因控制的，杂交后代的分离基本上符合孟德尔分离比例。基

12、因的显隐性：一般抗病性为显性，感病性为隐性。个别相反。复等位性：每个等位基因或抗不同生理小种或具有不同的表型效应。,不同抗病基因间的连锁和互作：不同病害抗性基因间连锁，有利于培育兼抗、多抗品种。但如对一种病害的抗性和对另一病害的感病性或不良农艺性状有连锁时，则会增加育种工作的困难。2 微效基因遗传 水平抗性多为微效基因控制的数量性状，属于微效基因遗传，抗性易受环境条件的影响。F2的抗性分离呈连续的正态或偏态分布，有明显的超亲遗传现象。3 细胞质遗传 表现为母系遗传，抗性不分离，具有较高的遗传连续性和稳定性。,三、抗病性的鉴定,（一）、抗病性鉴定的方法（田间、室内）无论哪种鉴定方法，鉴定时必须综

13、合控制上述三个方面。,1 田间鉴定 专设病圃：病圃中均匀地种植感病材料做诱发行。人工接种：接种方法因病菌而异。2 室内抗病鉴定 温室鉴定 离体鉴定 组织培养和原生质体培养鉴定,人工鉴定过程：控制病原物、植物、发病的环境、评价体系四个方面,抗性鉴定方法,（二）、抗病性分级标准和方法 1 定性分级 根据病菌侵染点及周围枯死反应的有无或强弱、病斑大小、色泽等分为免疫、高抗、中抗和高感等级别。多用于病斑型（或反应型、侵染型）、抗扩展的过敏坏死反应型及局部危害植物的一些病害。观察方便，分级简单，可用少量单株。2 定量分级 普遍率（局部病害侵染植株或叶片的百分率）、严重度（平均每一病叶或每一病株上的病班面

14、积占体表面积或病班密度程度）和病情指数来区分。,抗性的评价,普遍率/P 病情指数 严重度（病情等级株数相应病情等级）病情指数 100（DI）鉴定株数总和最高病情等级 数越小越抗病 根据病情指数分免疫、抗病、耐病、感病,抗性鉴定举例（了解过程和分级标准）,（1）病毒病抗性鉴定（辣椒TMV或CMV）（2）真菌性病害抗性鉴定（黄瓜霜霉病为例）（3）细菌性病害的抗性鉴定（番茄青枯病为例）,（1）病毒病抗性鉴定（辣椒TMV或CMV）毒液准备 接种 培养 调查分级 计算病情指数,毒液准备：将病叶称重，加少量0.03M磷酸缓冲液研成糊状，再加叶重10倍（TMV）或5倍（CMV）的缓冲液稀释，纱布过滤，滤液作

15、接种毒液。接种：23叶期辣椒幼苗，叶面上喷少量600目金钢砂，手指蘸取毒液，叶面上单向轻轻摩擦24次，几分种后清水冲去叶面上的残留物，缓冲液作对照。培养：在防虫控温温室内进行，温度控制在2229。,病情分级标准：0 级 无症状1 级 心叶明脉或接种叶急性枯斑；3 级 少数叶片出现花叶或茎部产生坏死点；5 级 多数叶片花叶，少数叶片畸形，皱缩或茎部产生坏死条斑；7 级 多数叶片畸形、蕨叶，植株矮化或茎条叶脉产生系统坏死；9 级 植株严重矮化，停止生长或植株系统坏死，甚至死亡。辣椒抗性分类：免疫(I)病情指数=0;高抗(HR)0病情指数 5;抗病（R）5 病情指数 20;耐病(T)20 病情指数

16、40;感病(S)病情指数40。,（2）真菌性病害抗性鉴定（黄瓜霜霉病为例）菌种保存和繁殖 接种体制备 寄主培养与接种 接种后的培养条件 病情调查,菌种繁殖：采集感病叶片，蒸馏水冲洗制成孢子囊悬浮液，喷雾器喷到易染病的黄瓜叶片上（相对湿度83%以上，温度1820，适当遮光），使植株发病并扩繁病原。菌种可保持34周。接种体制备：发病植株（菌种），置于24温度下，产生大量孢子囊后将病叶采下，蒸馏水中涮下孢子囊，悬浮液纱布过滤1次，1500转/分离心，除去上清液及部分菌丝，加水稀释至孢子囊含量达105-6/ml，经34小时，每个孢子囊可产生45个游动孢子，即可用于接种。,寄主培养与接种：小型喷雾器将接

17、种液喷于寄主苗子叶背面，或用细滴管于两片子叶上各滴接种液0.010.05ml。接种后的培养条件：接种后寄主放在保温和保湿温室等设施内，1216小时内保持在无光、20和100%的相对湿度下。以后白天放在2225、夜间1820，自然光照或2000Lux人工光照下生长。病情调查：接种后57天症状表现出来时，即可按下述病情分组标准进行调查，并统计病情指数。,分级标准：0 级叶上无病斑 1 级病斑面积不超过叶面积1/10；3 级病斑面积占叶面积1/101/4；5 级病斑面积占叶面积1/41/2；7 级 病斑面积占叶面积1/23/4；9 级 病斑面积占叶面积3/4以上。,（3）细菌性病害的抗性鉴定（番茄青

18、枯病为例）病原的繁殖及接种液的配制 接种 接种苗的管理 病情调查 计算病指,病原的繁殖及接种液的配制：发病组织消毒后，接种于牛肉胨培养基，3235培养，表面形成菌落后，蒸馏水倒入培养皿中，用无菌玻璃棒划动培养基表面的菌落，将洗液倒出，纱布过滤，用蒸馏水稀释到106-7/ml个细菌，用于接种。接种：拨46片真叶幼苗，清水洗去根上泥土，同一品种捆成一束，根部放到接种液中10分钟。接种苗管理：接菌幼苗移植到灭过菌的土壤或栽植容器中，移植于温室等相对光线较弱的环境中，白天温度在28左右，保持土壤湿润。病情调查：接种后每7天调查一次，观察21天，观察期间分别统计发病率和病情指数。,分级标准：0 级无症状

19、；1 级1片叶萎蔫；2 级23片叶萎蔫；3 级除顶部23片叶外，其他叶片萎蔫。,第三节 抗虫性及其鉴定,一、抗虫性的类别、机制和遗传（一）抗虫性的类别 1 按抗虫性的程度分类 免疫：从不受害虫取食或危害。高抗：在特定条件下，受害虫危害很小。低抗：受害虫危害程度低于其受害平均值。易感：受害虫危害程度等于或大于其受害平均值。高感：对害虫高度敏感，受害远高于平均值。,2 抗虫性的机能分类 寄主避免（错过受害虫危害时期）诱导抗虫性（栽培措施增加抗性）逃避（偶然避害，无害虫栖息）3 按寄主-害虫的专化性和非专化性分类 垂直抗性：寄主植物对某一害虫的某一生物型的专化反应或抗性，它是由单基因或寡基因所控制。

20、水平抗性：寄主对某一害虫的各种生物型具有相似的抗性，一般由多基因控制。综合抗性和多抗性：寄主对某种害虫既有水平抗性，又有垂直抗性。寄主能抗多种病虫害为多抗性。,（二）抗虫性的机制 1、不选择性（拒虫性、排趋性、无偏嗜性）：某些品种对害虫具有拒降落、拒取食、拒产卵和栖息等特性。2、耐害性：有些品种遭到虫害后，仍能正常生长发育，不致大幅度减产的特性。3、抗生性：某些植物体内含有毒素或抑制剂，或缺乏昆虫生长发育所需的一些特定的营养物质，致使害虫取食后，其幼虫的发育受到影响或死亡的特性。（三）抗虫性的遗传类型 单基因抗性；少（寡）基因抗性（2个或少数）；多基因控制；细胞质抗性（表现母本遗传）。,二、抗

21、虫性的鉴定（一）田间鉴定 在大面积感虫植物间设置试验，或在测试材料中套种感虫植物，种植诱虫田等。田间鉴定指标很多，因受害方式、部位、发育阶段而异。如死苗率、叶片被害率、果实被害率、减产率及害虫产卵量、虫口密度、死亡率、平均龄期、平均个体重、生长速度、食物利用等。以鉴定害虫群体密度最为常用。（二）室内鉴定 分温室、实验室、生长箱。以寄主植物受害表现，或以害虫增长速度作为指标。,一、抗病育种的基本方法二、品种抗性的丧失与对策三、生物技术与抗病育种,第四节 抗病品种的选育,（一）抗病原始材料（抗源）收集（二）抗病品种的选育,一、抗病育种基本方法,（一）抗病原始材料（抗源）收集抗源分布特点（初生与次生

22、中心）收集（发掘与创新）原则与利用过程（栽培品种传统地方品种半野生野生诱变和基因工程）一般先从本地区、本国开始，或者去植物与其病原菌和害虫的共同原产地（即起源中心）及病虫害常发地区去收集，也可到抗病虫育种工作基础较好的国家或地区去收集。,（二）抗病品种的选育,植物抗病育种的方法与常规的植物育种相同，具有多种途径，包括引种、选种、杂交育种、诱变育种、细胞工程和遗传工程育种等。1、选择育种法 混合选择法：从自然发病田的高抗植株采种。抗性提高较慢，但对提高水平抗性有一定的作用；系谱法：田间选择高抗单株种子，隔离繁殖，并 用病原微生物人工接种，以检验其后代的抗性表现。,2、有性杂交育种（1）常规杂交育

23、种 最常用的方法，使抗源的抗性与其他优良农艺性状重组，选育复合抗性品种。有时农艺性状优良而感病的双亲杂交，也能选育出抗病品种。常采用复合杂交法，用多个抗病品种的聚合杂交获得广谱抗性或抗性持久的品种。（2）远缘杂交和回交转育 农艺性状优良但不抗病与抗病（单基因或少基因控制）品种多次回交，将野生种抗源向栽培种转育，优良材料中添加抗病基因，育成农艺性状优良且单抗与多抗品种。,（3）多系品种 用一个优良的推广品种做轮回亲本，分别与含有不同垂直抗性基因的品种杂交，然后多次回交，以选育出具有轮回亲本优良农艺性状且各具一个不同抗性基因的一套近等基因系，然后根据病菌生理小种的变化，随时按比例混合育种。轮回选择

24、 选用若干个具有水平抗性的亲本系，随机互交混合授粉，繁殖成综合品种群。从中选出若干优株自交，后代分类，接种鉴定，多抗优系再互交改良。3、诱变育种 一些感病品种经理化因素诱导可获得抗病突变体。,（1）抗病毒的基因工程 病毒外壳蛋白介导的抗性 利用本无毒性的病毒外壳蛋白抑制病毒的复制（脱壳）或激发宿主的抗性反应，病毒外壳蛋白基因在植物体内表达产生对病毒病的交叉保护反应,从而使植株获得抗病毒的能力。微卫星RNA 它不能独立侵染和复制，但可干扰病毒的复制；也可利用病毒反义RNA,使病毒无法复制，,4、基因工程在抗病育种中的应用,病毒复制酶介导的抗性 利用源于病毒的复制酶基因干扰病毒的复制（如识别、切割

25、病毒的特定区域，破坏其生物功能）。（2）抗真菌基因工程植株 几丁质酶基因 其表达产物可以使真菌的细胞壁降解。核糖体失活蛋白基因 其机理是阻止真菌蛋白的表达 植物凝聚素（略）（3）抗细菌病转基因 蛋白类：抗菌肽类、溶菌酶类、其它抗菌,（一）抗性丧失及其原因 1、新生理小种或株系分化 2、抗病性的单一化 3、等位基因的影响 4、环境条件的影响（二）延长抗病品种的使用寿命 1、品种的合理布局与轮换、搭配，避免单一化，实现抗源的多样化 2、利用复合抗性品种 3、应用多系品种 4、利用水平抗性 5、改善环境,二、品种抗性的丧失与对策,抗源的收集抗虫育种方法,第五节 抗虫品种的选育及利用,抗源收集,抗源即

26、对某一害虫表现抗性的一切植物材料。抗源搜集可以从本地区，本国开始，搜集当地古老的地方种和正在推广的优良品种以及适应性强的高世代材料，这样育出的品种对当地条件才会有较强的适应性。对外地和国外的品种资源也要有针对性搜集加以利用，以弥补当地品种所欠缺的性状。,抗虫育种方法,未经改良的抗性品系很少具备生产品种的全部优良农艺性状，野生种一般具有较强的抗虫性，而不良的农艺性状明显。通过适当的方式进行杂交，把抗虫基因导入改良品种，才可能获得比较理想的杂种植株，育成优良的抗虫品种。,系统分离育种 在抗虫材料或品种群体内，寻找性状优良的抗性植株，育成既抗虫又丰产的优良品系，再经过多代繁育便可育成性状稳定的抗虫品

27、种。杂交育种 包括品种间杂交和远缘杂交。将具有优良农艺性状的植物品种，与抗虫品种进行杂交，选育出既具有优良农艺性状又抗虫的优良品种。回交育种 即用原优良农艺性状亲本与优良抗虫杂种后代再杂交，以获得性状与亲本相似的抗虫品种。主要是解决因杂交导入抗虫基因而使得原来的农艺性状变劣的问题。辐射育种 利用辐射技术处理植物品种，产生基因突变，育成抗虫品种。分子生物技术的应用 利用分子生物技术把抗虫基因导入植物品种，育成抗虫品种，并能遗传给下一代。,一、抗病虫品种必须符合育种目标的综合要求 抗病虫育种与其它优良农艺性状兼顾。二、在以一种病虫害抗性为主要目标的育种计划中，要兼顾其他病虫害的抗性 原定防治目标的病虫害一般能予以控制，但原属次要病虫害的危害可能上升。三、抗性的保持 1 抗源轮回 2 抗原聚集 3 应用多系品种或混合品种 4 抗源合理布局,第六节 选育、推广抗病虫品种的若干问题,思 考 题,1、抗病性育种的意义？2、基因对基因理论的主要内容是什么？3、植物的抗病机制是什么？4、抗病性鉴定有哪些方法？试比较“田间自然鉴定”与“室内人工接种鉴定”的优缺点？5、植物的抗虫机制有哪些？6、有一抗病新品种在生产中推广应用若干年后变成了感病品种，请您分析一下抗性丢失的原因，如何避免或减少这种情况的发生？,