16 第16章 作物抗病虫育种.pptx

第1页：作物抗病虫遗传育种的意义稳定产量保持品质

一、作物抗病虫遗传育种的意义稳定产量保持品质保护环境节本增效有害生物综合防治体系（抗病品种、栽培防治、生物防治和化学防治）抗病虫品种是防治体系中的重要基础（主动性策略）没有抗性的品种很难通过区域试验和生产试验的评价与审定，更难于大面积推广第一节抗病虫育种的意义与特点

第2页：数十年来的实践证明

数十年来的实践证明，培育抗病虫品种是防治病虫危害最为经济有效的方法抗病品种抗病品种感病品种稻瘟病危害

第3页：穗颈瘟粒瘟

穗颈瘟粒瘟

第4页：抗病虫育种要点

• 二、作物抗病虫遗传育种的特点
• 1.不同于高产优质育种（寄主与环境）病（虫）害的发生是由寄主遗传、寄生物（病虫）和环境三方面共同决定的

第5页：作物抗病虫遗传育种的特点

• 二、作物抗病虫遗传育种的特点
• 2.寄主和寄生物的协同进化在自然生态系统中，寄主植物与有害生物（病原菌和害虫）大多各自存在独立的多样性的异质群体遗。双方通过相互适应和选择而协同进化（co-evolution）。导致各自群体基因型的消长变化，处于动态平衡

第6页：定向选择：稳定化选择

• 定向选择（directional selection）——当垂直抗性品种大面积推广后，相应的毒性小种（virulent race）便会大量繁殖增多
• 稳定化选择（stabilizing selection）——当生产上一个抗强毒性小种的品种的面积减少，感病品种的面积扩大时，因强度性小种适应性差，竞争不过无毒性或弱毒性小种，而频率下降，一些无毒性或弱毒性小种的频率升高，而不能形成优势小种（preferentialrace,priorityrace）
• 农业措施改变平衡

第7页：作物抗病虫遗传育种的特点

• 二、作物抗病虫遗传育种的特点
• 3.育种策略需要寄生物在适宜环境条件下鉴定；广泛利用和创造抗源;抗性基因聚合（多小种或多生物型鉴定、分子标记辅助选择）

第8页：病原菌致病性机制、遗传与变异

• 一、病原菌致病性机制、遗传与变异
• 1、致病性病原物侵入寄主引起病害的能力(pathogenicity)1）、毒性(专化性致病性):克服某专化抗病品种而表现侵染，质量性状生理小种(physiological race) :根据对鉴别品种专化性差异划分生理型(physiological type):按品种危害范围划分类型致病群(pathogenic group):对生理小种的归类致病型(pathogenic type):针对抗病基因的专化性差异划分的
• 2）、侵袭力（非专化性致病性）:侵染后病原菌的生长繁殖能力，数量性状。第二节作物抗病虫育种的类别与机制

第9页：K59BL1K60砦

• K59BL1K60砦
• 1号Pi4K1福锦露明草笛藤坂
• 5号爱知旭新
• 2号Pi-tPi-bPi-kpPi-ztPi-ta2Pi-taPi-zPi-kmPi-kPi-iPi-aPi-ks.4.2.1400200100402010421感病品种的编号相加中国稻瘟病小种鉴别体系丽江合江
• 18关东
• 51东农363四丰
• 43珍龙13TetepG1F2E4D8C16B32A64以菌株在A、B、D……依次出现侵染的品种确立群，对应群以后的非侵染品种编号相加，再加1。因此A1为毒性最强的小种，G1为最弱的小种日本稻瘟病菌致病型鉴别体系

第10页：致病性遗传病原细菌和病毒没有有性世代

• 2、致病性遗传病原细菌和病毒没有有性世代，无法用经典遗传学方法研究致病性遗传病原真菌的有性生殖毒性为隐性单基因遗传,而显性的为无毒基因。如亚麻锈菌和稻瘟病菌。亚麻锈菌两个小种的F2菌系的致病性分离品种亲本小种的基因型F2基因型小种
• 24小种
• 22（AA）（aa）AA和AaaaOttawa无毒毒性无毒毒性100 33理论比例3 1

第11页：致病性变异：突变

3、致病性变异

3、致病性变异

突变

自然条件下和人工培养条件下都会产生，随机和定向

有性杂交

毒性基因重组（真菌）

适应性变异

原因不明

体细胞重组异核现象

不用小种（致病型）菌丝的联结发生核交换准性生殖

第12页：侵入途径：真菌：直接侵入、自然孔口

4、侵入途径：真菌：直接侵入、自然孔口（气孔）侵入和伤口侵入细菌：伤口侵入和自然孔口（气孔）侵入病毒：微伤口侵入线虫：直接侵入

第13页：作物害虫与分类

二作物害虫与分类

二作物害虫与分类

1、主要害虫分类

动物界-节肢动物门-昆虫纲-种（基本单元）（1）鳞翅目：农业害虫中最重要的一个类群，包括稻螟虫、黏虫、玉米螟和棉红铃虫等

（2）同翅目

是农业害虫中较大的一个类群，包括（叶）蝉、（飞或粉）虱、蚜虫和介壳虫。刺吸汁液，传播病毒

（3）鞘翅目

昆虫中最大的一个目，包括瓢虫、豆象、金龟子、叶甲和天牛等

（4）半翅目

一个重要的类群，也称蝽象或蝽，刺吸汁液

（5）缨翅目

统称为蓟马，吮吸汁液

（6）双翅目

包括各蝇、蚊、虻，潜叶的、蛀茎（根）的等

（7）膜翅目

包括各种蜂和蚁

（8）直翅目

蝗虫、蟋蟀、蝼蛄和蠹斯等昆虫螨类：蛛型纲--蜱螨目

第14页：根据危害的部位地下害虫

2、根据危害的部位地下害虫：蛴螬类、金针虫类、蝼蛄类、根蛆类仓储害虫：玉米象、麦蛾、豆象类蝗虫类:飞蝗、稻蝗、土蝗蚜虫类：禾谷类作物蚜虫、棉蚜、菜蚜、果树蚜虫介克虫类：球蚧类、绵蚧类、粉蚧类、盾蚧类螨类：棉花害螨、蔬菜害螨、果树害螨食叶害虫：菜粉蝶、菜蛾、食叶夜蛾类、食叶毛虫类、刺蛾类潜叶害虫：潜叶蝇类、潜叶蛾类卷叶害虫:水稻卷叶虫、果树卷叶虫蛀茎害虫：玉米螟、水稻钻心虫蛀干害虫：天牛类、吉丁虫类、透刺蛾类蛀果害虫：小麦吸浆虫、棉铃虫与烟青虫、豆类食心虫、仁（核）果类食心虫、吮吸类害虫：飞虱类、叶蝉类、粉虱类、木虱类、蝽类、蓟马类迁飞性多食性害虫:小地老虎、黏虫、草地螟……

第15页：作物抗病虫性的类别

• 三作物抗病虫性的类别
• 1、按寄主类别寄主抗病性(host-resistance)当环境条件适宜而出现某种病害流行时，作物的某些品种对这种病害不感染或感染程度较轻，称为作物的抗病性非寄主抗病性( non-host-resistance)自然条件下，某种作物从不受某种病原菌侵入的特性。如小麦-稻瘟菌
• 2、根据抗病虫性的程度免疫、高抗、中抗、中感和高感

第16页：按专化性有无垂直抗性

• 3、按专化性有无垂直抗性（小种专化抗病性）(verticalresistance）寄主品种对同一种病原菌的一个或数个生理小种（生物型）表现高抗甚至免疫，而对其他一些小种则为高感
• 由1-2对主效基因控制符合孟德尔遗传，质量性状
• 育种利用方便，抗性容易丧失（定向选择）水平抗性（非小种专化抗病性）(horizontal resistance)寄主品种对所有的生理小种（生物型）反应一致，无小种特异反应
• 多个微效基因控制，抗感杂种分离世代呈连续分布
• 抗性不强，但持久稳定
• 综合抗性：兼有垂直抗性和水平抗性

第17页：抗病虫性、环境与污染

• Contrasting features of vertical and horizontal resistance(垂直抗性和水平抗性的区别)
• Vertical resistance
• 1. Race specificity showing either resistant or susceptible reaction of a host to anyrace of pathogen
• 2. Controlled by one or few genes
• 3. Less stable as can be overcome by appearance of one virulent gene
• 4. Less effect of environment
• 5. Very effective against few races but totally ineffective against others
• 6. Affects the disease onset by intercepting amount of initial inoculum
• Horizontal resistance
• 1. Race-nonspecific showing resistance to all races though not necessarily of samelevel
• 2. Controlled by polygenes
• 3. More stable because requires several new genes for virulence that is less probable
• 4. More likely to be influenced by environmental factors
• 5. Some degree of effectiveness against all races though may not be equally effectiveagainst all
• 6. It has rate reducing effect after the establishment of pathogen in the host

第18页：作物抗病虫机制

• 四作物抗病虫机制
• 1、抗病性机制
• （1）抗侵入(invading resistance)：植株表面厚角质层或蜡质层，细胞木质化、硅质化、钙化等阻止建立寄生关系
• （2）抗扩展（spreading-resistance)：厚壁组织、木栓组织….（形态抗性）植保素、葡聚糖酶、几丁质酶……（生理生化抗性）过敏性坏死，单基因遗传，表现高抗生态抗性和遗传抗性（水稻多品种混种抗稻瘟病）组成抗性和诱导抗性（无毒菌株、SA…）（3）避病(escaping)：时间与空间避病（栽培利用）（4）耐病(tolerance)：相同的发病程度而对产量等经济性状影响小

第19页：抗虫机制：形态因素如植物株型

• 2、抗虫机制（1）拒虫性或不选择性由于寄主品种具有的形态结构和生理生化的特征，使昆虫不喜欢栖居、产卵和取食的特性
• 形态因素如植物株型、颜色、毛状体、表面蜡质等影响昆虫的选择、取食和产卵；如叶片表面多毛的棉花品种抗棉蚜而感棉铃虫
• 生理生化特征：由于不同植物中含有不同的次生物质所造成的，这些物质被称为引诱素、刺激素或拒斥素和抑制素，如芥子糖苷、印楝素和川楝素等

第20页：抗生性有些植物品种含有对昆虫有害化学物质

• （2）抗生性有些植物品种含有对昆虫有害化学物质或缺少必要的营养物质，引起害虫死亡率增高、繁殖率降低、生长受到抑制而不能完成发育或延迟发育寿命缩短的现象
• 如：烟草根部含有烟碱对昆虫由有神经毒性
• 高棉酚的棉花品种对棉铃虫、红铃虫有一定抗性
• 稻株含有的水杨酸和苯甲酸对二化螟幼虫生长有抑制作用
• 稻株中缺乏天冬氨酸的品种（Mudgo）抗褐飞虱
• 玉米螟的幼虫在玉米心叶前期死亡率高，原因是由于有毒化学物质--氧污酸，抑制玉米螟幼虫取食后的生长发育，并促使其死亡

第21页：耐害性植物种类或品种在遭受害虫危害时

• （3）耐害性植物种类或品种在遭受害虫危害时，植物有一定的增殖或补偿能力，可以忍受虫害而不影响或不显著影响产量，根据受影响的程度可以分为不同类型。耐害的因素：作物受害组织的再生能力、邻近植株的补偿能力等
• 某些禾谷类品种在遭受蛀茎害虫时，虽然被害茎糵枯死，但能迅速分蘖形成新茎，不致显著影响产量
• 棉花处于蕾铃增长盛期的补偿能力强，所以棉铃虫取食所造成的产量影响较小

第22页：抗病虫性遗传

• 一抗病虫性遗传1、主基因遗传水稻抗白叶枯病、稻瘟病、褐飞虱等基因；小麦、亚麻的锈病等
• 大多数显性为抗、隐性为感如水稻抗稻瘟病基因Pi-t、Pi-z、Pi-ta、Pi-b、Pi-k、Pi-aPi-1、Pi-2、Pi-3、Pi-4……近50个都是显性抗性基因
• 复等位或紧密连锁成簇排列抗稻瘟病基因Pi-kPi-ksPi-kpPi-kmPi-khPi-kgPi-z与Pi-ztPi-ta与Pi-ta2水稻Chr.11长臂、Chr.12着丝粒附近都报道有10多个抗稻瘟病基因
• 基因间互作上位性、互补、修饰、抑制……第3节抗病虫性的遗传

第23页：已报道的水稻抗褐飞虱基因

已报道的水稻抗褐飞虱基因

第24页：多基因遗传连续分布

• 2、多基因遗传连续分布、水平抗性水稻纹枯病、小麦赤霉病、玉米螟……主基因-多基因遗传
• 3、细胞质遗传玉米T细胞质

第25页：基因对基因学说寄主与病原菌互作模式194

• 二基因对基因学说寄主与病原菌互作模式1946年flor对亚麻锈病的研究针对寄主的某一个抗病基因，病原菌迟早会出现对应的毒性基因
• 毒性基因只能克服其相应的抗病基因，产生毒性效应
• 寄主与病原菌体系中，一方基因只能通过另一方相应的基因被鉴定
• 基因对基因相互关系的模式病原菌寄主品种及基因型小种基因型甲r1r1r2r2乙R1R1r2r2丙r1r1R2R2丁R1R1R2R20 A1A1A2A2感抗抗抗1 a1a1A2A2感感抗抗2 A1A1a2a2感抗感抗3 a1a1a2a2感感感感当抗病基因为显性，无毒基因为显性，相互非亲和，寄主表现抗性

第26页：基因对基因的分子生物学研究抗病基因编码受

• 基因对基因的分子生物学研究抗病基因编码受体蛋白receptor无毒基因编码激发子elicitor当两者产物不亲和，产生HR反应
• 大多专化性抗性符合基因对基因学说
• 细菌、病毒、线虫等寄生物与寄主间也存在基因对基因关系

第27页：抗病虫育种要点

二抗源的鉴定方法一抗源的搜集和创新四选育、推广抗病虫品种第四节抗病虫品种的选育与利用三选育抗病虫品种的方法

第28页：抗源种质的收集

• 一、抗源种质的收集、创造地方品种原始栽培种野生近缘种育种中间材料主栽品种
• 起源中心是抗源多样性中心水稻叶蝉：南亚、东南亚稻褐飞虱：印度、斯里兰卡白叶枯病：印度、孟加拉国
• 创新诱变、远缘杂交、转基因
• 遗传研究是抗病虫基因育种有效利用的基础

第29页：抗病性鉴定的方法

• 1.抗病性鉴定的方法
• （1）田间鉴定和温室鉴定：自然发病条件下的田间鉴定是鉴定抗病性的最基本的方法，尤其是在各种病害的常发区，进行多年、多点的联合鉴定是一种有效的方法。田间鉴定：专设病圃、人工接种、等距离种植感病品种作对照。温室鉴定：不受季节及环境条件的限制，加快工作进程，在田间鉴定为主的前提下，可利用温室鉴定。二抗源的鉴定

第30页：病害接种鉴定方法根据病害种类

• 病害接种鉴定方法根据病害种类、侵入途径和实际条件，选择合适的方法，保证病原菌和寄主都处于有利于发病的环境条件
• 接种方法：喷雾法、注射法、浸根法、剪叶法、摩擦法、介体介导真菌病害：+ + +--+/-细菌病害：+ + + +--病毒病害：-+-+ + +线虫病害：--+

第31页：专门病圃：感病对照抗病对照

• 专门病圃
• 感病对照抗病对照
• 多小种分别或混合接种
• 鉴定指标（定性或定量）免疫、高抗中抗感高感病株率病叶率病斑面积病情指数……

第32页：稻瘟病接种鉴定

稻瘟病接种鉴定

第33页：苗期叶瘟

苗期叶瘟

第34页：水稻叶鞘稻瘟病危害

水稻叶鞘稻瘟病危害

第35页：水稻节秆稻瘟病危害

水稻节秆稻瘟病危害

第36页：抗病性鉴定的方法

• 1.抗病性鉴定的方法
• （2）成株期鉴定和苗期鉴定：进行田间或温室鉴定时，均可分别在苗期或成株期进行。成株期和苗期的抗性表现一致的病害（如烟草黑胫病）：可进行苗期鉴定。不一致的病害（如小麦抗秆锈的Sr23等只表现苗期抗病，S2只表现成株期抗病）：二者同时进行

第37页：抗病性鉴定的方法

• 1.抗病性鉴定的方法
• （3）离体鉴定：用植株的部分枝条、叶片、分蘖等进行离体培养人工接种，可鉴定那些以组织、细胞或分子水平的抗病机制为主的病害，如马铃薯晚疫病、小麦白粉病、烟草黑胫病等。除上述各方法以外，还可利用组织培养、原生质培养等方法进行鉴定

第38页：田间鉴定在自然条件下进行抗虫性鉴定的常用

(1).田间鉴定在自然条件下

(1).田间鉴定在自然条件下进行抗虫性鉴定的常用方法，田间鉴定的依据指标较多，因植物的受害方式、部位、发育阶段等情况而异，如死苗率、叶片被害率、果实被害率、减产率等

绝对法

估计害虫群体的绝对密度

相对法

大体一致的条件下，捕获的害虫群体数量，或利用害虫的产物如虫粪、虫巢以及对作物的危害效应来估计群体密度。2.抗虫性鉴定的方法

第39页：室内鉴定：室内鉴定可分为

• (2).室内鉴定
• 室内鉴定可分为：温室、实验室、生长箱三种方式。鉴定环境的选择依据植物种类、虫种和研究的具体要求而定。但是室内鉴定不能完全取代田间鉴定，只能作为田间鉴定的辅助方法
• 室内鉴定时，可选用寄主受害后的表现，或以昆虫个体或群体增长的速度等作为指标。2.抗虫性鉴定的方法

第40页：分级标准和方法

• 3.分级标准和方法
• （1）定性分级：主要根据侵燃点及其周围枯死反应的有无或强弱，病斑大小、色泽及其产孢的有无、多少，把病斑分为免疫、高抗到高感等级别。如小麦秆锈病的侵染型可分为
• 4及X（混杂型）等七个级别

第41页：定量分级：即通常所用的普遍率

• （2）定量分级：即通常所用的普遍率（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斑面积占体表面积的百分率；或病斑的密集程度）和病情指数（由普遍率和严重度综合成的数值）来区分抗病等级
• 3.分级标准和方法

第42页：抗病育种的方法

• 三、抗病育种的方法
• 1.引种(Introduction)2.选择育种(Selection breeding)3.杂交选育和法Hybridization4.回交转育法和多系品种Backcrossing and multi-lines5.远缘杂交(wide cross)7.诱变育种(Mutation induction)8.生物技术的应用(Application of Bio-tech in breedingfor disease tolerant crops)

第43页：推广抗病虫品种策略

• 四推广抗病虫品种策略
• 作物品种抗病性散失的原因
• 稳定品种抗病性的策略1.重视利用水平抗病性2.合理利用垂直抗病性

第44页：推广抗病虫品种策略抗源轮换抗源合理布局抗

四推广抗病虫品种策略抗源轮换抗源合理布局抗源聚合多系品种或混合应用

第45页：感稻瘟病品种苏香粳

• 感稻瘟病品种苏香粳
• 8号抗稻瘟病近等基因系

第46页：水稻抗白叶枯病Xa-7基因导入不育系珍汕

水稻抗白叶枯病Xa-7基因导入不育系珍汕97A

第47页：

第48页：抗病虫性、诱变与突变体筛选

• PROBLEMS IN BREEDING FOR DISEASE RESISTANCE
• The development of disease resistant varieties is most viable biological alternative tothe use of other means of disease control but it has unique requirements and problems.
• 1. Lack of Resistance Genes
• The gene(s) to be used for resistance breeding may not be available in cultivated orwild species. The survey and screening of more genetic variation is likely to providerelevant genes. The recent techniques of genetic engineering may also be helpful tolocate and transfer required gene(s) from other organisms.
• 2. Breakdown of Resistance
• The co-existence and past evolutionary history of co-evolution of host and pathogen isoperative even under intensive agriculture. The pathogen acquires new virulent genesthat can attack the resistant varieties. The term breakdown of resistance is misnomer inthe sense that the existing gene for resistance does not change rather pathogenchanges its virulence. The average life of resistant varieties is usually 5-10 years afterwhich new genes for resistance have to be incorporated into the varieties supposed tobe cultivated in the area.
• 3. Development of New Races of Pathogen
• The release and large scale cultivation of resistant varieties especially with strong race-specific major genes exerts a strong selection pressure on the pathogen as a result ofwhich some unimportant races to which the resistant variety is susceptible mayincrease in frequency leading to a new form of pathogen. The pathogen also acquiresnew mutations to overcome the effect of resistance genes to render the existingvarieties as susceptible.
• 4. Combination of Resistance with High Yield and Adaptability
• Development of resistant varieties usually involves resistance to many diseases to getstable yield. But a simultaneous management of several components especially ofhigher yield and adaptability along with resistance to many diseases reduces chancesof success and more divergent and large size of population has to be handled.