第九章 植物营养的遗传特性与改变

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1、第九章植物营养的遗传特性与改变第一节植物营养的遗传变异性和基因潜力第二节进入21世纪，人口与生态环境的矛盾日益突出。随着人口的不断增长，人均耕地将越来越少，要在有限的耕地上生产出足够养活众多人口的粮食，必须提高作物单产。如果单纯依靠增加生产投入，既要消耗大量的人力和财力，又导致经济效率下降，甚至造成环境污染。充分发掘和利用植物自身的抗逆能力，通过遗传和育种的手段对植物加以改良，在有限的养分水分等资源条件下提高作物产量，提高资源利用率，是解决这一问题的有效途径之一。在此背景下，植物营养遗传学应运而

2、生并迅速发展。本章将着重介绍植物营养性状的遗传差异、生理基础和改良途径。一、植物营养性状的表现型、基因型和基因型差异　　基因（gene）是控制生物生长发育性状的基本功能单位。它既是染色体的一个特定区段，又是DNA的一段特定碱基序列。碱基序列决定了植物的遗传密码。不同基因的差异在于其DNA碱基序列的排列组合不同，因而编码不同的蛋白质，行使不同的功能，进而控制生物体内的特定生理生化功能，在外观表现出不同的性状。不同生物个体内的基因组成不同，所有基因的组合称为基因型(genotype).由于鉴定所有基

3、因有实际困难，所以一般将生物体内某一性状的遗传基础总和称为基因型。在一定的环境条件下，基因表达使生物表现出某种性状，称为表现型(phenotype）。　　性状可由单基因或多基因控制。单基因控制的性状称为质量性状，而多基因控制的性状则为数量性状。1植物营养性状的基因型差异　　在自然进化及人工选择过程中，由于分离、重组和突变等原因，某一生物群体的不同个体间在基因组成上会产生差异。群体中个体间因基因组成差异而导致的表现型差异通常被称之为“基因型差异”。由于表现型受环境影响很大，不同的基因型既可表现为不

4、同的表现型，也可表现为相同的表现型。所以严格来讲，判断不同个体之间是否存在基因型差异时，不能仅限于其表现型的比较，而必须通过遗传学手段确定每一个体的基因型。在表述不同植物利用养分能力的差异时常用养分效率(nutrientefficiency)这一概念，但对养分效率的具体内涵，则不同研究者尚无统一的定义。在同一物种不同品种之间，一般认为养分效率是指某个基因型在一定的养分供给条件下，获得高产的能力，或者认为，在同样的产量水平下，某个基因型需要的养分供应水平较低；而在不同物种之间，养分效率指当植物生长

5、的介质中的养分不能满足一般植物正常生长发育的需要时（如土壤中养分元素的有效性较低），某一高效基因型植物能正常生长的能力。后一概念在生态学研究中更有意义。　　养分效率可以进一步划分为养分吸收效率和植物体内养分的利用效率。前者指植物吸收养分占养分总供应量的比率，后期则指植物体内单位养分所生产的干物质量或生物量，也称养分的生理利用效率。需要注意的是，植物体内养分的利用效率是一个复杂的动态的过程，涉及养分在植物体内的运输、分配、利用及再利用等多个生理过程，常常需要从全生育期的观点去分析，尤其是对于以收获

6、繁殖器官为目标的植物。　　在表述不同植物营养性状的基因型差异时常用养分效率这一概念。目前对养分效率尚无统一的定义。有人认为养分效率是指某个基因型在一定的养分供给条件下，获得高产或高养分含量的能力。也有人把它定义为某个基因型比标准基因型在受到养分胁迫时，获得更高的产量的能力；还有人认为养分效率是专指养分缺乏时获得高产的基因潜力。　　总之，这一定义应包括两个方面的含义：一是当植物生长的介质，如土壤养分元素的有效性较低，不能满足一般植物正常生长发育的需要时，某一高效基因型植物能正常生长的能力；二是当植

7、物生长介质中养分元素有效浓度较高，或不断提高时，某一高效基因型植物的产量随养分浓度的增加而不断提高的基因潜力。前者对于选择利用适应于高产、优质的高效基因型植物，改良大面积、低产田有重要意义；而后者对高产田的稳产和高效有广阔的应用前景。　　近年来，国内外许多研究者对养分效率进行了大量的研究，其重点主要集中在矿质养分供应不足时，不同基因型作物产量的比较方面。人们常以植物获得最佳或最大养分供给量时的生长量或产量与植物在某一或某些矿质养分胁迫时的生长量或产量的比率，即相对生长量或相对产量来表达养分效率。

8、　　植物的营养性状基因型差异不仅表现在对养分缺乏的反应不同，而且还表现在对各种养分和重金属毒害的忍耐性的差异上。　　近年来，对不同基因型植物遭受矿质毒害的机理及其遗传特性也有不少研究，并且已深入到了分子生物学的水平。第二节　植物营养效率基因型差异的形态学、生理学和遗传学特征1形态学和生理学特征（1）吸收效率　　养分吸收效率既取决于根际养分供应能力及养分的有效性，同时也取决于植物根细胞对养分的选择性吸收和转运能力。在养分的吸收过程中，养分必须首先到达根表，才有可能被根吸收。养分离根越近，它被吸收的