植物营养遗传的特性与改良

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1、第十章植物营养的遗传特性与改良一直到本世纪中期，农业生产的年增长率基本上是通过扩大种植面积来实现的。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，只有提高单产。为此，必须增加生产投入、改善植物生长环境。这一途径既要消耗大量的人力和财力，同时也可能破坏生态平衡，甚至导致资源退化、环境污染和投入效益下降等。另一条途径就是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，以提高作物产量。这一途径被称为生物学途径，它能克服前一途径的种种弊端，因此越来越显示出其重要性。第一节

2、植物营养的遗传变异性和基因潜力一、植物营养性状的表现型、基因型和基因型差异基因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。基因型（genotype）是生物体内某一性状的遗传基础总和。表现型（phenotype）是指生物体在基因型和环境共同作用下表现出的特定个体性状。植物基因型与表现型的关系DNARNA环境因素影响基因表达蛋白质转录翻译分化生长植物表现型（基因型+环境作用）植物基因型（所有基因）由于分离、重组和突变等原因，某一群体的不同个体间在基因组成上会产生差异。群体中个体

3、间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”。对于单基因控制的质量性状，可以根据表现型的分离和重组规律来确定其基因型；对于多基因控制的数量性状，往往只能通过一些间接的方法来估测多基因综合作用的结果。在实践中，通常用遗传率（或称遗传力）作为估测数量性状的遗传变异程度的一个指标。广义遗传率（%）=×100狭义遗传率（%）=×100基因型方差基因型方差+环境方差基因型方差+环境方差基因加性方差二、植物营养性状基因型差异的例证1、生长在石灰性土壤上的有些大豆品系易出现典型的失绿症；而另外一些则无失绿症状。（Weiss，

4、1943）2、芹菜对缺镁和缺硼的敏感性存在着基因型差异。（Pope&Munger，1953）3、小麦锌营养效率存在基因型差异（Graham）豫麦18小偃54PlantsadaptedtoP-deficientstressPlantsadaptedtoB-deficientstress不同基因型小麦在缺锌条件下籽粒产量(t/ha)比较供锌状况基因型供锌不供锌锌效率*（%）Aroona1.421.3192Durati1.120.4541*锌效率（%）=×100缺锌处理的产量施锌处理的产量4、植物铜利用效率在不同植物种类和不同品

5、种之间都有明显的基因型差异。小麦一般对缺铜比较敏感，而黑麦对缺铜有较强的抗性。在缺铜土壤上不同基因型对铜的反应施铜量（mg/盆）植物种类品种00.10.440小麦Cabo009.5100Halberd1.67.152.0100Chinesespring025.544.0100黑麦Imperial100114114100小黑麦Beagle98.695.293.6100在表述不同植物营养形状的基因型差异时常用到养分效率这一概念，但目前对养分效率（Nutrientefficiency）尚无统一定义。一般认为，养分效率应包括两个方面

6、的含义：其一、当植物生长的介质，如土壤中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；其二、当植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。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。从养分种类来看，对养分效率的研究大都集中在一些土壤中化学有效性较低的元素如铁、磷、锰、锌和铜上，特别对磷和铁研究较多。第二节植物营

7、养效率基因型差异的形态学、生理学和遗传学特性一、形态学和生理学特性植物营养效率的基因型差异不仅体现在不同基因型植物的形态学特征方面，而且体现在一系列生理学和遗传学特征方面。高效基因型的吸收效率、运输效率、和利用效率都较高，或者其中一两个效率特别高。养分效率基因型差异的可能机理利用效率养分效率运输效率吸收效率根系形态学特性根系生理生化特性根-地上部运输（长距离运输）根内运输（短距离运输）吸收系统的亲合力（Km）临界浓度（Cmin）根际特性对养分缺乏的主动反应（如：分泌螯合性、还原性物质、质子等）对养分缺乏的被动反应（如：阴-阳

8、离子吸收的不平衡）菌根根系对养分缺乏的反应遗传特性细胞水平上的需要地上部的利用效率（如：再转移效率）定位/根内结合形态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运转能力。在养分胁迫时，植物可通过根系形态学和生理学的变化机理来调节自身活化和