第九章-林木抗逆性育種課件

第九章_林木抗逆性育種第九章_林木抗逆性育種1本章講述內(nèi)容一、樹木對脅迫的反應(yīng)及其抗逆性機制1、非生物脅迫2、生物脅迫二、抗逆性測定辦法1、抗旱、抗寒、抗鹽堿能力的測定2、抗病性測定3、抗蟲性測定三、林木抗逆育種途徑與策略1、選擇育種2、雜交育種3、耐鹽突變體的篩選四、展望本章講述內(nèi)容一、樹木對脅迫的反應(yīng)及其抗逆性機制2序林木頻繁地受環(huán)境脅迫（stress），生長、發(fā)育或繁殖將受到不利影響，甚至死亡。脅迫可以是生物性的（biotic），即由病蟲害引起，也可以是非生物性的（abiotic），即由過度或不足的物理、化學條件引發(fā)。導(dǎo)致林木損傷的物理、化學因素有干旱、寒冷、高溫、水澇、鹽漬、污染、土壤礦物質(zhì)營養(yǎng)不足以及光照太強或太弱等。不同樹種或同一樹種的不同種源、群體和個體對環(huán)境脅迫的反應(yīng)不同。林木長期生長在各種脅迫的自然環(huán)境中，通過自然選擇或人工選擇，有利性狀被保留下來，并不斷加強，不利性狀不斷被淘汰，林木便產(chǎn)生一定的適應(yīng)性，即能采取不同的方式去抵抗各種脅迫因子。林木抵抗各種脅迫因子的能力稱為抗逆性（stressresistance）。充分利用林木抗逆性的遺傳變異，通過一定的育種途徑，選育出對某種不良環(huán)境具有抗性或耐性的群體和個體，應(yīng)用于生產(chǎn)，這一過程可稱為抗逆性育種(breedingforstressresistance)。序林木頻繁地受環(huán)境脅迫（stress），生長、發(fā)育或繁殖將受3第九章_林木抗逆性育種課件4第九章_林木抗逆性育種課件5環(huán)境脅迫的因素與樹木的反應(yīng)

環(huán)境脅迫的因素與樹木的反應(yīng)6（1）對干旱的適應(yīng)性由于經(jīng)過長期自然選擇，樹木可通過不同途徑來抵御和適應(yīng)干旱。Levitt(1972)將避旱性、耐旱性統(tǒng)稱為抗旱性。Turner(1979)把栽培植物對干旱的適應(yīng)性劃分為避旱、高水勢下耐旱和低水勢下耐旱三種類型。Hall(1990)認為，植物對干旱的適應(yīng)性應(yīng)包括三種機制：避旱、耐旱和水分利用效率。樹木是多年生植物，具有生命周期和年周期兩個生長發(fā)育周期，對干旱的抵抗能力主要通過忍耐干旱和提高水分利用效率來實現(xiàn)的。綜合現(xiàn)有的研究成果，樹木的抗旱性機制可歸納如下：（1）對干旱的適應(yīng)性由于經(jīng)過長期自然選擇，樹木可通過不同途徑7植物耐旱機理分類植物耐旱機理分類8（1）對干旱的適應(yīng)性A高水勢下延遲脫水躲避干旱在土壤或大氣出現(xiàn)干旱脅迫時，植物首先通過增加吸水或減少水分消耗，維持較高的水勢和水分利用效率，推遲組織脫水，以達到躲避干旱的目的?？购抵参锏囊粋€普遍特征就是根系生長快、根深，根的活力強。許多觀察發(fā)現(xiàn)，在干旱條件下植物根/莖比值提高。除了提高吸水能力外，某些植物的抗旱性完全或部分取決于減少蒸騰失水。減少水分損失的途徑主要是通過以下三個途徑來實現(xiàn)：（1）增加氣孔阻力和角質(zhì)層阻力；（2）通過改變?nèi)~片的形態(tài)特征，減少對光能的吸收；（3）減少蒸騰表面積。（1）對干旱的適應(yīng)性A高水勢下延遲脫水躲避干旱9（1）對干旱的適應(yīng)性A高水勢下延遲脫水躲避干旱當干旱進一步加劇時，常引起植物葉片形態(tài)改變，如葉片卷曲、萎蔫、復(fù)葉閉合、茸毛或蠟質(zhì)增厚，甚至葉片脫落或死亡，從而減少對光能的吸收和減小蒸騰面。許多抗旱的植物種類，特別是荒漠地區(qū)生長的樹木，其形態(tài)均表現(xiàn)出避旱的特征。如在中亞荒漠地區(qū)生長的常綠灌木沙冬青，其根、莖、葉均表現(xiàn)出抗脫水的旱生特征。沙冬青葉片上下表皮皆具有濃密的表皮毛，氣孔下陷極深，形成氣孔窩，由不透水的脂類物質(zhì)組成的角質(zhì)層厚達15μm，以抑制蒸騰失水，并加強反射使葉肉細胞免于灼傷。葉肉細胞緊密排列，全部柵欄化，海綿組織退化，細胞壁較厚，細胞間自由空間度很小，細胞質(zhì)濃厚，內(nèi)含物豐富，都有利于適應(yīng)水分和溫差的脅迫。（1）對干旱的適應(yīng)性A高水勢下延遲脫水躲避干旱10（1）對干旱的適應(yīng)性B低水勢下忍耐脫水抵御干旱在持續(xù)干旱下，推遲脫水的各種機制最終會失去作用，不可避免地造成植物脫水，嚴重時可導(dǎo)致不可逆的傷害或死亡。耐旱的樹木均具有較強的耐脫水能力。植物組織耐脫水的主要機理：一是在低水勢下保持一定的膨壓和代謝功能，增加細胞的持水能力；二是細胞能忍受脫水，不受或少受傷害。當受到脫水傷害時，植物體內(nèi)主要通過調(diào)整生物膜結(jié)構(gòu)與功能、滲透調(diào)節(jié)作用和抗過氧化能力來完成抗脫水傷害。植物體內(nèi)的這種反應(yīng)是通過植物的合成和降解來實現(xiàn)的，最終受到植物基因的調(diào)控。（1）對干旱的適應(yīng)性B低水勢下忍耐脫水抵御干旱11

(2)對低溫的適應(yīng)性低溫對植物的傷害可分為冷害和凍害兩類。冷害是熱帶、亞熱帶喜溫植物及生長旺盛的溫帶植物，突然遭到0℃以上低溫或低溫反復(fù)侵襲造成的傷害。凍害是指植物受到冰點以下的低溫脅迫，發(fā)生組織結(jié)冰而造成的傷害。(2)對低溫的適應(yīng)性低溫對植物的傷害可分為冷害和凍害兩類12

(2)對低溫的適應(yīng)性與冷害相比，凍害更為普遍。關(guān)于植物凍害機理，有多種假說，比較認同的是膜傷害假說。細胞膜系（質(zhì)膜、葉綠體膜、線粒體膜及液泡膜等）的穩(wěn)定性與植物抗凍性密切相關(guān)，細胞膜系形態(tài)變化和成分改變在抗凍機制上起關(guān)鍵作用。低溫首先損傷細胞的膜體系，從而導(dǎo)致體內(nèi)生理生化過程的破壞，低溫引起細胞各種膜結(jié)構(gòu)的破壞是造成植物凍害損傷和死亡的根本原因，而質(zhì)膜是這種破壞的原初部位。傷害性低溫不僅會引起膜脂的相變，而且會引起膜蛋白的變化，包括膜蛋白的構(gòu)型變化以及膜蛋白和膜脂相互關(guān)系的變化，引起膜蛋白的遷移運動。(2)對低溫的適應(yīng)性與冷害相比，凍害更為普遍。關(guān)于植物凍13(2)對低溫的適應(yīng)性Levitt(1980)基于膜傷害理論，將植物分成兩類。一類是敏感植物，另一類是抗寒植物。前者膜的透水性和穩(wěn)定性差，極易引起胞內(nèi)結(jié)冰，也易被胞內(nèi)冰晶刺穿，導(dǎo)致死亡。后者膜的透水性和穩(wěn)定性強，即使在寒冷條件下發(fā)生胞外結(jié)冰，當溫度回升后也能緩慢恢復(fù)。Levitt(1980)還總結(jié)了植物抗凍性的6個機理（見下圖），其中凍害引起脫水的忍耐性是抗凍性的主要因素。(2)對低溫的適應(yīng)性Levitt(1980)基于膜傷14植物抗凍的6種方式（Levitt,1980）植物抗凍的6種方式（Levitt,1980）15

(2)對低溫的適應(yīng)性抗寒性較強的植物多通過回避細胞內(nèi)結(jié)冰、避免脫水脅變和忍耐細胞脫水脅變的方式抗凍。植物避免細胞內(nèi)結(jié)冰的方法有4條途徑：一是提高細胞液的濃度，降低冰點；二是使細胞內(nèi)的水流到細胞外結(jié)冰；三是細胞液的過冷卻（是指細胞液在其冰點以下仍保持非冰凍狀態(tài)）四是水的玻璃態(tài)化（即液態(tài)水在攝氏零度以下不結(jié)冰而保持液態(tài)）。其中細胞外結(jié)冰和細胞液的過冷卻是植物避免細胞內(nèi)結(jié)冰傷害的最主要和最普遍的兩種適應(yīng)機制。(2)對低溫的適應(yīng)性抗寒性較強的植物多通過回避細胞內(nèi)結(jié)冰16

(2)對低溫的適應(yīng)性抗寒性是植物在長期寒冷環(huán)境中，通過本身的遺傳變異和自然選擇獲得的，是適應(yīng)低溫的遺傳特性。但這種特性只有在特定環(huán)境條件的誘導(dǎo)下，才能表達出來，隨環(huán)境的改變也可消失。在抗寒基因表達之前，抗寒性強的植物也是不耐寒的，只有當它表達后才能發(fā)展為抗寒力。抗寒基因表達為抗寒力的過程，就是抗寒性提高的過程，稱為抗寒鍛煉或寒冷馴化。植物進入抗寒鍛煉，主要取決于內(nèi)外兩個方面的因素。一低溫與短日照，特別是低溫是主要的外界誘發(fā)條件。不同植物所要求的低溫誘導(dǎo)臨界溫度不同，大多數(shù)植物為2－5℃，鍛煉的溫度越低，抗寒效應(yīng)越高，對降溫速度的要求與植物的抗寒性有關(guān)。(2)對低溫的適應(yīng)性抗寒性是植物在長期寒冷環(huán)境中，通過本17

(2)對低溫的適應(yīng)性抗寒鍛煉還受光的影響，如果缺光，植物即使在持續(xù)的低溫下也不能得到抗寒鍛煉。光在抗寒鍛煉中所起的作用主要是光合效應(yīng)和光周期效應(yīng)，光周期效應(yīng)是通過光敏素起作用的；植物生理活動強度，脅變的分裂和生長活動等是內(nèi)因。植物的生長活動與抗寒基因的表達是矛盾的，生長越旺盛，抗寒力越弱；降低生長活動是提高抗寒性的前提條件。植物必須在秋季低溫和短日照條件下，逐漸停止生長活動，抗寒基因才能活動，才能表達出抗寒力。(2)對低溫的適應(yīng)性抗寒鍛煉還受光的影響，如果缺光，植物18（3）對土壤鹽堿的適應(yīng)性鹽堿脅迫對植物造成的傷害主要表現(xiàn)在以下兩個方面：一是細胞質(zhì)中金屬離子，主要是Na+的大量積累，它會破壞細胞內(nèi)離子平衡并抑制細胞內(nèi)生理生化代謝過程，使植物光合作用能力下降，最終因碳饑餓而死亡；二是鹽堿土壤是一個高滲環(huán)境，它能阻止植物根系吸收水分，從而使植物因“干旱”而死亡。同時鹽堿土壤pH值較高，這使得植物體與外界環(huán)境酸堿失衡，進而破壞細胞膜的結(jié)構(gòu)，造成細胞內(nèi)溶物外滲而使植物死亡。因而，受鹽堿脅迫的植物一方面要降低細胞質(zhì)中離子積累，另一方面還通過積累過程產(chǎn)生某些特殊的產(chǎn)物，如蛋白質(zhì)、氨基酸、糖類等來增強細胞的滲透壓，阻止細胞失水，穩(wěn)定質(zhì)膜及酶類的結(jié)構(gòu)。（3）對土壤鹽堿的適應(yīng)性鹽堿脅迫對植物造成的傷害主要表現(xiàn)在以19（3）對土壤鹽堿的適應(yīng)性植物在系統(tǒng)發(fā)育過程中對鹽害的抵御有不同的機理，形成了不同的植物抗鹽類型。（1）泌鹽植物：吸收鹽分以后，不積累在體內(nèi)，而是通過鹽腺排出體外，如檉柳。（2）稀鹽植物：生長快，吸水多，能把吸進體內(nèi)的鹽分稀釋，如堿蓬屬植物。（3）聚鹽植物：具有肉質(zhì)莖，體內(nèi)有鹽泡，能將原生質(zhì)內(nèi)的鹽分排到鹽泡里去，使細胞的滲透壓增加，就可提高吸收水分和養(yǎng)分的能力，如鹽角草和堿蓬。（4）拒鹽植物：細胞的原生質(zhì)對養(yǎng)分的透性很小，并在液泡內(nèi)積累有機酸、可溶性糖和其它物質(zhì)，滲透壓較高，能從外界吸水，如長冰草。如果增加細胞內(nèi)鈣離子，可以降低細胞膜的透性，減少K+、Na+等一價離子的吸收。（3）對土壤鹽堿的適應(yīng)性植物在系統(tǒng)發(fā)育過程中對鹽害的抵御有不20（3）對土壤鹽堿的適應(yīng)性耐鹽方式主要有滲透調(diào)節(jié)、區(qū)隔化、維持膜系統(tǒng)的完整性、改變代謝類型等。（1）滲透調(diào)節(jié)：是指植物生長在滲透脅迫條件下，其細胞中有活性和無毒害作用的滲透溶質(zhì)的主動凈增長過程。滲透調(diào)節(jié)方式有兩種：一是吸收和積累無機鹽，一些鹽生植物主要通過這種方式；二是合成有機化合物，包括非鹽植物和一些鹽生植物。（2）離子區(qū)隔化：是在鹽脅迫條件下，植物將主要的鹽分離子轉(zhuǎn)移至液泡中，而在細胞質(zhì)中合成代謝可兼容的溶質(zhì)，來補償液泡與細胞質(zhì)之間的滲透差異。（3）對土壤鹽堿的適應(yīng)性耐鹽方式主要有滲透調(diào)節(jié)、區(qū)隔化、維持21（3）對土壤鹽堿的適應(yīng)性（3）改變代謝類型：在鹽脅迫條件下，一些植物的代謝途徑不能適應(yīng)，發(fā)生鹽害。另一些植物能夠采取放棄舊的代謝途徑，產(chǎn)生新的代謝途徑的方式去適應(yīng)這種新的生境。如獐毛等鹽生植物在低鹽條件下是Ｃ3植物，光合作用以Ｃ3途徑方式進行，若在高鹽條件下，向Ｃ4途徑轉(zhuǎn)化。（4）維護膜系統(tǒng)的完整性：在鹽脅迫條件下，細胞質(zhì)膜首先受到鹽離子脅迫影響而產(chǎn)生脅變，導(dǎo)致質(zhì)膜受傷。質(zhì)膜脅變最明顯的表現(xiàn)是質(zhì)膜透性增大。鹽分條件下，植物膜系統(tǒng)的變化有2個階段:首先是鹽分對膜系統(tǒng)的破壞;然后是植物對膜系統(tǒng)的修復(fù)。植物能否維持其膜系統(tǒng)的穩(wěn)定性，主要在于其修復(fù)能力大小。膜系統(tǒng)的修復(fù)與SOD、POD、CAT酶活性的升高是分不開的。（3）對土壤鹽堿的適應(yīng)性（3）改變代謝類型：在鹽脅迫條件下，222、生物脅迫（1）病害—抗?。?）蟲害—抗蟲2、生物脅迫（1）病害—抗病23（1）病害及抗病林木生長發(fā)育過程中，各個部位經(jīng)常受到多種侵染性的或非侵染性的病害侵襲，不僅可使林木生長受到抑制，林產(chǎn)品變質(zhì)或減產(chǎn)，有時甚至造成大量死亡。如我國北方地區(qū)的楊樹腐爛病、潰瘍病，落葉松的枯梢病、早期落葉病，紅松的皰銹病等，杉木的黃化病，國外松的松針褐斑病、桉樹及木麻黃等的青枯病、油桐炭疽病等，泡桐叢枝病及棗瘋病等，都對林業(yè)生產(chǎn)構(gòu)成嚴重威脅，造成了重大經(jīng)濟損失。造成植物病害的病原物主要由真菌、細菌、病毒、類病毒等。病原物侵染的途徑和致病手段多種多樣。病毒一般通過機械損傷、昆蟲介導(dǎo)進入寄主細胞，經(jīng)胞間連絲進入周圍細胞，再經(jīng)過維管束運往寄主全身。細菌一般經(jīng)過傷口、氣孔、皮孔等進入寄主細胞間隙和導(dǎo)管。有的還進一步侵入周圍細胞。（1）病害及抗病林木生長發(fā)育過程中，各個部位經(jīng)常受到多種侵染24（1）病害及抗病植物的抗病性是指植物與病原物相互關(guān)系中，寄主植物抵抗病原物侵染的性能。植物被病原物侵染后一般表現(xiàn)為感病、耐病、抗病或免疫等4種反應(yīng)。同一種植物對不同的病原物可以有不同的反應(yīng)，某種植物對某種病原物的侵染會發(fā)生哪種反應(yīng)，是由植物與病原物的親和性程度決定的。如果植物受到不親和的病原物的侵染就表現(xiàn)為免疫和抗病，而受到親和的病原物的侵染時則表現(xiàn)為感病。植物與病原物不同程度的親和能力是這兩類生物之間經(jīng)過長期協(xié)同進化形成的。樹木與病原物在長期進化和相互作用的復(fù)雜過程中，逐漸形成和表現(xiàn)出各種抵御有害病原物的特性與能力，這在病理學上稱之為抗病性（diseaseresistance）。植物的抗病性與其它性狀有所不同，它除了受遺傳性制約外，還受環(huán)境和病原物的致病性的影響，因此是一個綜合性狀的總稱。（1）病害及抗病植物的抗病性是指植物與病原物相互關(guān)系中，寄主25（1）病害及抗病樹木的抗病性按遺傳方式的不同，可分成：（1）單基因抗病性（diseaseresistancebasedonsinglegene）。

控制抗病性的基因只有一個，有顯性隱性之分。單基因遺傳一般符合孟德爾的遺傳規(guī)律，大量研究證明，寄主植物對許多病害存在著單基因抗性的遺傳。大多數(shù)品種對抗真菌性病害的抗性屬單基因顯性遺傳，少數(shù)抗性屬于單基因隱性或不完全顯性遺傳。有時同一抗性基因?qū)Σ【承┬》N是顯性，對另一些為隱性。在不同遺傳背景下，一個抗病基因可表現(xiàn)為顯性或隱性，是常見現(xiàn)象。植物抗病毒病害中抗性基因多屬于隱性基因。（2）寡基因抗病性(diseaseresistancebasedonoligogene)。

指由少數(shù)基因控制的抗病性。其作用方式分為基因獨立遺傳、復(fù)等位基因和基因連鎖遺傳。（3）多基因抗病性(diseaseresistancebasingonpolygene)。

指由眾多微效基因控制的抗病性。當這一性狀分離時，常觀察不到整齊的表現(xiàn)型種類，在高抗性和低抗性的雜種之間，存在著一系列過渡的類型，在抗性的中親遺傳與超親遺傳現(xiàn)象之間沒有顯著的界限。（1）病害及抗病樹木的抗病性按遺傳方式的不同，可分成：26（1）病害及抗病Flor最早提出“基因?qū)颉钡募僬f，認為抗病是植物品種所具有的抗病基因和與之相應(yīng)的病原物的無毒基因結(jié)合時才得以表現(xiàn)的。在此基礎(chǔ)，Vanderolank提出了垂直和水平兩類抗病性的假設(shè)。認為垂直抗病性是由單基因控制的，由主效基因單獨起作用，表現(xiàn)為質(zhì)量遺傳；而水平抗性是由多基因控制的，由許多微效基因綜合起作用，表現(xiàn)為數(shù)量遺傳。植物的抗病性是由植物的形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理生化等多方面因素在時間和空間上綜合表現(xiàn)的結(jié)果。它是通過體內(nèi)抗病基因的表達，進而控制有關(guān)蛋白酶的表達和有關(guān)抗病調(diào)控物質(zhì)的產(chǎn)生來實現(xiàn)的。抗病基因的存在與否，抗病基因的表達速度，有關(guān)蛋白酶的活性及調(diào)控物質(zhì)的量，就決定了植物抗病性的強弱。（1）病害及抗病Flor最早提出“基因?qū)颉钡募僬f，認為抗27（1）病害及抗病寄主植物可采用多種方式來抵御病原物的侵染，歸納為預(yù)存和誘導(dǎo)兩大系統(tǒng)。預(yù)存系統(tǒng)包括細胞壁的一些成分(如角質(zhì)、蠟質(zhì)、木質(zhì)素等)、氣孔特殊結(jié)構(gòu)、小分子抗病物質(zhì)、種子抗真菌蛋白等。誘導(dǎo)抗性是由病原物侵染誘導(dǎo)形成的，包括局部抗性反應(yīng)和系統(tǒng)抗性兩種。植株在受到非親和性病原物感染后，侵染部位會出現(xiàn)局部保護反應(yīng)，出現(xiàn)枯斑，以限制病原物生長和擴散，這種方式即為過敏性反應(yīng)。（1）病害及抗病寄主植物可采用多種方式來抵御病原物的侵染，歸28（2）抗蟲林木的抗蟲性（insectresistance）是樹木與昆蟲協(xié)同進化過程中形成的一種可以遺傳的特性，它使樹木不受蟲害或受害較輕。林木對害蟲危害具有一定的防衛(wèi)反應(yīng)，按照林木受害蟲危害而引起的反應(yīng)的時間先后，將防衛(wèi)分為原生防衛(wèi)和誘發(fā)防衛(wèi)兩種。原生防衛(wèi)指林木在進化過程中形成的組織結(jié)構(gòu)或產(chǎn)生毒它性化學物質(zhì)，包括機械阻止、使昆蟲中毒或干擾昆蟲生長發(fā)育及生殖等；誘發(fā)防衛(wèi)是在昆蟲侵害后，林木在非固有的理化因子刺激下所做出的組織和化學反應(yīng)，包括分泌毒它性化合物、壞死反應(yīng)和減少對入侵者所必需的營養(yǎng)物質(zhì)的供給等?？瓜x植物體內(nèi)還具有一整套化學防御體系，普遍認為其內(nèi)含有抗蟲性的化學物質(zhì)，即營養(yǎng)物質(zhì)和次生代謝物質(zhì)。越來越多的研究發(fā)現(xiàn)次生性物質(zhì)發(fā)揮著重要的作用。如：萜烯類、酚酸類、生物堿、糖苷、黃酮類化合物等。（2）抗蟲林木的抗蟲性（insectresistance29（2）抗蟲植物對昆蟲的化學防御類型主要包括以下3類：（1）產(chǎn)生能引起昆蟲忌避或抑制其取食的物質(zhì)，使覓食昆蟲避開、離去或阻礙取食中的昆蟲取食。（2）產(chǎn)生阻礙昆蟲對食物消化和利用的化學因素。（3）植物改變昆蟲所需營養(yǎng)成分的食量和比例，使不利于昆蟲的生長、發(fā)育和繁殖。（2）抗蟲植物對昆蟲的化學防御類型主要包括以下3類：30二、抗逆性測定辦法1、抗旱、抗寒、抗鹽堿能力的測定2、抗病性測定3、抗蟲性測定二、抗逆性測定辦法1、抗旱、抗寒、抗鹽堿能力的測定311、抗旱、抗寒、抗鹽堿能力的測定樹木抗旱、寒、鹽堿性測定方法很多，主要包括田間直接測定、盆栽測定和人工氣候室測定、室內(nèi)模擬測定等，這些方法各有優(yōu)缺點。（1）田間直接測定：將待測材料直接播種或定植于苗圃或造林地，利用冬季低溫、干旱地區(qū)少雨、鹽堿地或人工造成干旱和鹽堿脅迫，測定與抗凍、抗旱、抗鹽堿有關(guān)的形態(tài)或生理生化指標。（2）盆栽測定法：將待測材料栽種栽花盆內(nèi)，人工控制澆水或鹽水，進行干旱或鹽堿脅迫處理。1、抗旱、抗寒、抗鹽堿能力的測定樹木抗旱、寒、鹽堿性測定方法321、抗旱、抗寒、抗鹽堿能力的測定（3）室內(nèi)模擬脅迫測定法：如將待測材料用紗布和塑料薄膜包裹，置于低溫冰箱，經(jīng)過低溫誘導(dǎo)后進行不同低溫級處理。材料經(jīng)室溫融冰后，在溫室扦插，逐日觀察恢復(fù)情況，或通過切片觀察韌皮部、木質(zhì)部等組織顏色，比較各種材料的耐凍性。又如，利用不同濃度的聚乙二醇（PEG）或鹽溶液構(gòu)成干旱或鹽脅迫梯度，通過種子在上面發(fā)芽時間和發(fā)芽率，比較不同材料的抗旱或抗鹽能力。1、抗旱、抗寒、抗鹽堿能力的測定（3）室內(nèi)模擬脅迫測定法：331、抗旱、抗寒、抗鹽堿能力的測定（4）生理生化測定：包括質(zhì)膜透性、水分生理、保護酶活性等。植物經(jīng)過凍害和旱害，細胞膜透性發(fā)生改變，電解質(zhì)大量外滲，電導(dǎo)率增高，電阻降低。因此，可以通過測定電導(dǎo)率和電阻了解質(zhì)膜的傷害程度?？购瞪頊y定常用PV技術(shù)（Pressure－Volumetechnique），該技術(shù)可計算出被測植物體或其器官（葉或小枝）的飽和含水時滲透勢、質(zhì)壁分離點滲透勢、相對含水量、相對滲透水含量和質(zhì)外體水相對含量等水分參數(shù)。具體測定方法見有關(guān)文獻。1、抗旱、抗寒、抗鹽堿能力的測定（4）生理生化測定：341、抗旱、抗寒、抗鹽堿能力的測定在實驗室檢測抗寒性時，準確掌握測定時期很關(guān)鍵。樹木的抗寒能力與溫度的季節(jié)變化一致。從秋末至寒冬，樹木抗寒能力逐漸提高，之后隨著休眠的解除，樹液開始流動，抗寒能力又迅速下降。不同種源或無性系的抗寒能力在不同時期差異很大，在最冷季節(jié)差異最小，而在封頂初期和臨萌動期差異較大。1、抗旱、抗寒、抗鹽堿能力的測定在實驗室檢測抗寒性時，準確掌351、抗旱、抗寒、抗鹽堿能力的測定植物的抗旱和抗鹽堿機理十分復(fù)雜，是受形態(tài)、解剖和生理生化許多特性控制的復(fù)合遺傳性狀。這種復(fù)合性狀具有相對穩(wěn)定性和潛在反應(yīng)性兩個特點。一般認為，植物是通過多種不同途徑來抵御或忍耐干旱和鹽堿脅迫的影響。單一的抗旱、抗鹽堿性測定指標，難以充分反映出植物對干旱適應(yīng)的綜合能力，因此，許多學者都認為只有采用多項指標的綜合評價，才能比較準確地反映植物的抗旱水平。目前應(yīng)用較多的綜合分析方法主要有:主分量分析、聚類分析、模糊綜合評判等。1、抗旱、抗寒、抗鹽堿能力的測定植物的抗旱和抗鹽堿機理十分復(fù)362、抗病性測定病圃符合病原物流行條件，故應(yīng)以病圃測定為主。但溫室特別是人工氣候室只要模擬得當，可以避免異常條件的干擾，也常用于抗病性測定。不過，溫室測定不能測定其避病與耐病性，一般只能測定其一代侵染，不能充分表現(xiàn)出群體（抗流行）的抗病性。如果已知所要測定的抗病性是以組織、細胞、分子水平機制為主，而不是株形、全株功能的抗病性，則可采取植株的枝條或葉片等進行離體水培，進行人工接種。不少植物在離體條件下仍能保持某些抗病性的正常反應(yīng)。不用接種的方法而采用與抗病性相關(guān)性狀的生理生化指標來間接測定，如致病毒素、植保素、酶法、血清學方法等，這是一類正在探索的新方法。2、抗病性測定病圃符合病原物流行條件，故應(yīng)以病圃測定為主。372、抗病性測定抗病性測定的指標因不同病病害和植物而不同，主要包括以下幾類指標：（1）發(fā)病率：發(fā)病率指標包括葉、果、梢，乃至整株的發(fā)病率。系統(tǒng)性病害用發(fā)病率表示，局部病害則用病情指數(shù)統(tǒng)計。（2）潛育期：一般來說，寄主抗病性強，潛育期較長，反之則較短。（3）過敏反應(yīng)：該項指標主要用于寄主對活養(yǎng)生物病害抗性的測定，包括壞死出現(xiàn)的速度及范圍。寄主抗病力強，過敏反應(yīng)出現(xiàn)的快。（4）病斑擴展速度：該指標主要用于寄主對枝干（莖）腐爛病抗性的測定。抗病力弱的寄主，病斑擴展速度快，范圍大。除此以外，在抗病性測定中，還要考慮病害對產(chǎn)量和生長量的影響等因素。2、抗病性測定抗病性測定的指標因不同病病害和植物而不同，主要383、抗蟲性測定林木抗蟲性測定是林木抗蟲育種的重要環(huán)節(jié)之一，但是樹木抗蟲性測定的方法和體系還很不完善。過去，林木的抗蟲性測定一般基于自然感染，從試驗比較林中選擇抗蟲個體。由于林木生長周期長，抗蟲鑒定所需時間長。人工接蟲技術(shù)在作物抗蟲性鑒定方面應(yīng)用比較成熟、完善，有的已形成一套系統(tǒng)的抗蟲鑒定標準和程序，人工接蟲能夠早期測定林木的抗蟲性，有助于縮短育種周期。人工接蟲材料有卵、幼蟲和成蟲，成蟲雌雄比例要恰當。用于人工接蟲的蟲源可以利用野外自然種群，也可以利用室內(nèi)飼養(yǎng)種群。室內(nèi)飼養(yǎng)的蟲源要滿足：①具有正常的生活力，特別是致害力；②遺傳性比較一致，來自同一親本；③飼料相對不變；④不帶樹木的病原物。3、抗蟲性測定林木抗蟲性測定是林木抗蟲育種的重要環(huán)節(jié)之一，但393、抗蟲性測定柳杉是日本重要的工業(yè)用材樹種，但天牛、柳杉癭蚊危害嚴重。從1984年開始選育抗柳杉天牛的優(yōu)良品種，抗蟲測定采用了針刺測定、網(wǎng)室放蟲測定和人工接幼蟲測定3種方法。針刺測定是一種簡單的方法，就是在天然或人工林分中，通過針刺試驗，根據(jù)創(chuàng)傷樹脂道的形成，選擇抗蟲無性系。加藤一隆等(1991年)采用網(wǎng)室放蟲的方法將經(jīng)針刺測定選出的優(yōu)樹進行網(wǎng)室接蟲試驗，研究柳杉不同無性系抗柳杉天牛在性狀上的差異及柳杉天牛種群的動態(tài)變化，發(fā)現(xiàn)不同無性系對柳杉天牛的抗性不同。網(wǎng)室放蟲試驗結(jié)束，在樹干上進行人工接幼蟲試驗。3、抗蟲性測定柳杉是日本重要的工業(yè)用材樹種，但天牛、柳杉癭蚊403、抗蟲性測定樹木抗蟲性表現(xiàn)是樹木抗蟲遺傳特性、害蟲為害遺傳特性、接蟲方法、環(huán)境條件等諸多因素相互作用的結(jié)果，動態(tài)性很強。只有在一致的蟲源、接蟲方法、環(huán)境條件和調(diào)查記載標準下，才能橫向比較各供試材料遺傳抗性的差異。某些情況下，自然感染和人工接蟲都難以保證樹木受害的一致性，需要進行人工模擬危害。如在天然或人工林分中，通過針刺試驗，根據(jù)柳杉創(chuàng)傷樹脂道的形成，選擇柳杉抗柳杉天牛無性系。又如在研究松樹對松毛蟲的抗性時，可以對松樹進行人工摘葉試驗，模擬不同的失葉水平，根據(jù)供試材料對松毛蟲的各種直接或間接反映，確定其抗蟲能力。3、抗蟲性測定樹木抗蟲性表現(xiàn)是樹木抗蟲遺傳特性、害蟲為害遺傳413、抗蟲性測定樹木抗蟲性測定方法分直接測定和間接測定兩大類。（1）直接測定：直接測定是按照林木受害后的反應(yīng)或損失程度來評價，該方法是抗蟲性測定的最重要依據(jù)，一般根據(jù)林木受害后的反應(yīng)或損失程度來劃分等級。直接測定可以在田間進行，也可以用盆栽樹木進行。除供試材料外，還要以感蟲和抗蟲品種作為對照。3、抗蟲性測定樹木抗蟲性測定方法分直接測定和間接測定兩大類。423、抗蟲性測定（2）間接測定：該方法主要根據(jù)林木抗蟲性引起害蟲產(chǎn)生一系列異常的行為和生理上的反應(yīng)的程度，來估測抗蟲性的強弱。由于害蟲種類不同，其具體的行為和生理反應(yīng)差別很大，需要根據(jù)實際情況來確定間接測定的指標體系。食葉害蟲糞便的排泄量和取食量成正比，可以根據(jù)糞便排泄量多少，間接確定抗蟲性的表現(xiàn)程度。蚜蟲類害蟲取食感蟲品種時分泌的蜜露量常高于抗蟲品種，根據(jù)蜜露量可以估測品種的抗生性程度?？瓜x林木常導(dǎo)致害蟲大量死亡、體重減輕、生長發(fā)育緩慢、繁殖率下降等結(jié)果，通過測定各蟲態(tài)害蟲死亡率、幼蟲生長量（平均體重）、幼蟲發(fā)育進度（進入各蟲齡的數(shù)量）、產(chǎn)卵率等來評價其抗蟲性。3、抗蟲性測定（2）間接測定：43三、林木抗逆育種途徑與策略1、選擇育種2、雜交育種3、耐鹽突變體的篩選三、林木抗逆育種途徑與策略1、選擇育種441、選擇育種（抗寒）一些樹種，如側(cè)柏、銀杏等，自然分布區(qū)廣泛，由于長期隔離、突變以及自然選擇的結(jié)果，形成遺傳上差異明顯的地理類群。在地理環(huán)境變化中，溫度是影響樹木生長最主要的生態(tài)因子，因此樹木抗寒性的地理種源變異最為明顯。Zobel（1984）對火炬松耐寒性變異研究表明，地理種源變異占耐寒性總變異的70％，個體間變異占總變異的30％，通過種源選擇可能取得良好效果。Hawkins等（1994）對不同種源黃扁柏抗寒性進行了測定，結(jié)果表明：高海拔種源幼樹的抗寒性高于低海拔種源，抗寒性變異有明顯地理趨勢，受遺傳控制。林木種內(nèi)個體之間在耐寒性方面也存在著差異。如山西林業(yè)科學研究所對全國毛白楊優(yōu)樹進行抗寒性比較，選育出17個抗寒無性系，苗期復(fù)測和區(qū)域試驗表明，這些抗寒無性系在北緯40°左右地區(qū)能正常發(fā)育生長，并保持毛白楊特有的速生性。1、選擇育種（抗寒）一些樹種，如側(cè)柏、銀杏等，自然分布區(qū)廣泛451、選擇育種（抗旱）選種也是抗旱育種的主要途徑。1966年，美國的VanBuijtenen等人在得克薩斯州進行了火炬松種源的抗旱性選育，發(fā)現(xiàn)火炬松的地理小種在抗旱能力上有很大的差異。日本也很重視抗性育種的研究，在育種目標中十分強調(diào)林木抗性的選育。近20多年來，在抗旱性育種方面取得了不少成績，比較突出的實例是日本柳杉抗旱性品種“DR系統(tǒng)”的選育。日本在抗旱性選育方面的研究過程主要是利用樹種與種內(nèi)的遺傳變異進行樹種、種源和優(yōu)樹的選擇與鑒定，進而建立以優(yōu)樹或精選樹為材料的種子園或其它經(jīng)遺傳改良的抗性種苗生產(chǎn)基地。1、選擇育種（抗旱）選種也是抗旱育種的主要途徑。1966年461、選擇育種（抗旱）北京林業(yè)大學“油松抗性育種及改良技術(shù)”課題組（2000）通過國家“九五”科技攻關(guān)，對油松25個種源、130個家系進行了多性狀綜合評價，篩選出抗旱能力強、樹高生長量超過當?shù)貙φ?0%以上的優(yōu)良種源4個，超過平均值14%～25.6%；優(yōu)良家系16個，超過平均值17～28.5%。在對種源的試驗林和子代測定林生長調(diào)查的基礎(chǔ)上，結(jié)合近10年氣象因子，統(tǒng)計分析了各生長性狀與氣象因子的相關(guān)性，認為干旱對下一年高生長的影響作為油松抗旱性評價指標是比較理想的，并提出了油松抗旱性良種選育程序（見下圖）。1、選擇育種（抗旱）北京林業(yè)大學“油松抗性育種及改良技術(shù)”課47油松抗旱性選育程序油松抗旱性選育程序481、選擇育種（抗鹽）鹽漬化土壤在世界上分布廣泛，在我國也有很大的面積。樹木長期生長在各種土壤環(huán)境中，必然會產(chǎn)生耐鹽性的遺傳變異，因此選種的潛力是巨大的。目前耐鹽性選種的研究主要集中在耐鹽樹種的選擇上，而種內(nèi)耐鹽變異的利用研究的還比較少。山東師范大學收集了39種植物，將它們引種到黃河三角洲不同含鹽量的土地上進行抗鹽性篩選。經(jīng)過兩年的引種馴化和篩選，有12種1年生鹽生植物和抗鹽植物在黃河三角洲可正常生長發(fā)育，多年生植物中有11中可以在這里生長并越冬。澳大利亞多年進行桉樹耐鹽選種的結(jié)果表明，用實生苗在鹽脅迫條件下選出的個體大量無性繁殖后，在高鹽分條件下保存率和生長都比同種源中未經(jīng)耐鹽篩選的實生苗好，證明了耐鹽篩選的有效性和前景。1、選擇育種（抗鹽）鹽漬化土壤在世界上分布廣泛，在我國也有很491、選擇育種（抗病）通過種源選擇提高抗病能力的報道較多。Martinsson(1980)用加拿大西部太平洋沿岸地區(qū)53個扭葉松種源進行種源試驗，發(fā)現(xiàn)種源間發(fā)病率變動在8％～42％之間，南部種源比北部種源抗性強，同一種源內(nèi)家系間的抗病性差異比種源間還高。許多樹種的抗病性在無性系間也存在著差異。羅馬尼亞對花旗松無性系抗黑霉病能力進行了調(diào)查，證明無性系間差異極顯著，選出的最優(yōu)無性系，抗病性增益可達36.9％。1、選擇育種（抗?。┩ㄟ^種源選擇提高抗病能力的報道較多。M501、選擇育種（抗蟲）抗蟲性與林木地理起源和家系有關(guān)系。Charles等(1991)對歐洲赤松不同種源及個體對歐洲松梢卷葉蛾敏感性進行了連續(xù)5年的觀測，發(fā)現(xiàn)來自法國和比利時的種源最敏感，來自土耳其的輕度敏感，來自科西加的最不敏感。我國廣東省對木麻黃不同種源抗星天牛研究表明，不同地理種源的木麻黃存在極顯著差異。高抗類群有21個種源，中抗類群)有17個種源；高感類群)有11個種源，其中尤其以C21、C23最為感蟲，被害率為48.9%和56.8%。1、選擇育種（抗蟲）抗蟲性與林木地理起源和家系有關(guān)系。Ch511、選擇育種(抗蟲）抗蟲性個體的選擇應(yīng)該在嚴重感染蟲害的林分中進行。一般蟲害愈嚴重的林分，選種的效果愈好。在選擇抗蟲個體時，應(yīng)根據(jù)害蟲的危害特性，注意樹木的篩選年齡。有時害蟲侵襲的易感性很大程度上隨寄主的年齡而改變。個體選擇的作用是明顯的。但不能認為找到一個具有抗性的個體就可作為一個抗性品種，應(yīng)當收集盡可能多的抗性個體。日本從1978年開始的松材線蟲抗性育種，共選擇了抗性單株25000株，并進行了兩次遺傳測定。在大多數(shù)情況下，抗蟲性遺傳力是比較低的，如松實心蟲被害的抗性廣義遺傳力約為0.1左右，選擇效果很小。因此在選擇抗蟲性個體時應(yīng)降低入選率，盡可能多選一些，同時要從盡可能多的具有不同遺傳基礎(chǔ)的林分中去選擇。1、選擇育種(抗蟲）抗蟲性個體的選擇應(yīng)該在嚴重感染蟲害的林分522、

雜交育種（抗寒、抗旱）通過采用抗逆性強、速生性好的樹種或品種進行有性雜交，仍然是進行抗旱品種選育的重要手段之一。在前蘇聯(lián)，1933年開始進行楊樹雜交育種工作，在抗寒抗旱方面取得了顯著成績。先后從歐洲山楊×銀白楊、香脂楊×中東楊、銀白楊×新疆楊中選育出抗寒、抗旱、速生品種。從加楊×西伯利亞楊、加楊×香脂楊中選育抗寒品種。2、雜交育種（抗寒、抗旱）通過采用抗逆性強、速生性好的樹532、雜交育種（抗鹽）收集、測定抗旱或抗鹽親本材料，采用雜交育種手段，促進有利基因的重組，是培育抗鹽新品種的有效途徑。選配組合一般用抗旱或抗鹽材料作母本、速生優(yōu)質(zhì)材料作父本，易于選出抗旱或抗鹽的后代。在干旱或鹽脅迫條件下，結(jié)合抗鹽形態(tài)特征、生長、經(jīng)濟性狀進行選擇。一般以生長量為主要指標，生理生化指標的檢測可作為輔助篩選措施，以提高選擇效率。山東省林校通過雜交育種選出4個山海關(guān)楊×塔形小葉楊雜種無性系，分別定名為魯楊31、魯楊69、魯楊70和魯楊6。這4個無性系易繁殖，樹冠尖塔形，在土壤含鹽量0.16%～0.41%的條件下造林能正常生長，其生長量顯著地超過八里莊楊，并在生長速度和木材質(zhì)量上表現(xiàn)出較強的雜種優(yōu)勢，適于在內(nèi)陸輕鹽堿地上造林、營建農(nóng)田林網(wǎng)及農(nóng)林間作。2、雜交育種（抗鹽）收集、測定抗旱或抗鹽親本材料，采用雜542、雜交育種（抗病）雜交是抗病育種中最常用的方法。抗梭銹病的火炬松與短葉松的雜種在美國已被研究多年，F(xiàn)1雜種的發(fā)病率比火炬松低44％，回交種低34％。美國曾把東部白松抗性個體與西部白松進行種間雜交，以引進抗病基因，培育出既具有抗病性又表現(xiàn)優(yōu)良的雜種。我國在白花泡桐、川泡桐、毛泡桐、蘭考泡桐、南方泡桐、臺灣泡桐等12個種間雜交，發(fā)現(xiàn)在發(fā)病率和感病指數(shù)等方面都有顯著差異，發(fā)病率變動在26.7％～100％，感病指數(shù)變動在0.08～0.72之間。在毛泡桐×白花泡桐同一雜交組合的13個雜種無性系，發(fā)病率變動于37.8％～100％之間，感病指數(shù)變動于0.12～0.62之間。說明在雜交組合及雜種子代中選擇的重要性。2、雜交育種（抗病）雜交是抗病育種中最常用的方法。抗梭銹552、雜交育種（抗蟲）樹木抗蟲雜交育種，一般從生產(chǎn)上使用的良種中選擇適當?shù)膫€體為親本，用具有抗性的品種或個體與之雜交，在雜種后代中選出經(jīng)濟形狀和抗性都優(yōu)良的家系或無性系為抗性品種。為選育抗云斑天牛楊樹優(yōu)良無性系，中國林科院用天牛危害較輕且速生的I－69楊為母本，與I－63楊、歐洲黑楊和晚花楊為父本進行有性雜交，對3個雜交組合雜種F1代的16個無性系進行了比較研究。根據(jù)每株樹木幼蟲數(shù)通過聚類分析可將16個無性系分成4類，類群1的生長速度和抗蟲性均明顯低于對照；類群2生長速度和抗蟲性與對照無顯著差異；類群3生長速度與I－69楊無顯著差異，但抗蟲性顯著高于I－69楊；類群4生長速度慢但抗蟲性好。2、雜交育種（抗蟲）樹木抗蟲雜交育種，一般從生產(chǎn)上使用的563、耐鹽突變體的篩選主要是通過對固體培養(yǎng)的愈傷組織或液體懸浮培養(yǎng)的細胞系進行鹽或海水等選擇劑的脅迫培養(yǎng)，從而誘導(dǎo)產(chǎn)生耐鹽突變體植株，進而培育成耐鹽品種。自1980年Nabor等首次報道從煙草耐鹽細胞系成功地篩選出耐鹽突變體再生植株之后，已有很多報道篩選耐鹽細胞系與變異體或突變體，研究的植物種類已近40種。3、耐鹽突變體的篩選主要是通過對固體培養(yǎng)的愈傷組織或液體懸浮573、耐鹽突變體的篩選在林木育種方面，1984年李駒首次報道由愈傷組織培養(yǎng)篩選出了小胡楊樹的耐NaCl植株，并將試管苗的莖和葉作為外植體，在普通培養(yǎng)基和含NaCl的培養(yǎng)基上誘導(dǎo)一個月，都能形成愈傷組織，說明耐鹽特性能夠無性傳遞，從而首次證明利用組織培養(yǎng)愈傷組織變異來進行耐鹽性的篩選在林木育種中的可行性。李玲（1990）等采用不同楊樹種和品種的嫩葉和幼莖產(chǎn)生的愈傷組織誘導(dǎo)耐鹽突變體，篩選出了完整