竹子对低温的响应及转基因抗寒育种的研究进展.pdf
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1、第 卷 第 期 年 月福建林业科技 :./.竹子对低温的响应及转基因抗寒育种的研究进展罗素珍(福建省尤溪国有林场福建 尤溪)摘要:综述了竹子耐寒性相关的研究现状主要包括竹子耐寒相关的生理生化指标、抗性生理研究、以及通过转基因技术提高竹子耐寒性等方面的研究进展并提出竹子分子生物学、转基因及基因编辑育种在竹子耐寒育种方面的应用可能是今后竹子耐寒研究的新课题和方向 研究结果可为后续竹子耐寒性的研究提供参考关键词:竹子耐寒性转基因育种中图分类号:文献标识码:文章编号:()():我国是世界上竹资源最丰富的国家竹子生长速度快、材质优良在培育、生产、应用过程中对环境友好有极高利用价值以及深厚的文化内涵 从生
2、态文明建设的角度看竹子不但是优良的可持续发展资源而且“吸碳”能力极强 随着二氧化碳含量的不断增加全球温室效应愈加严重而竹林具备强大的二氧化碳固定能力 每株竹子可吸收二氧化碳 远超杉木、桉树等常规的速生树种因此扩大竹林的栽培面积对我国实现“碳中和”“碳达峰”等目标有重要的现实意义 目前我国约有 万人直接生产和消费竹子 年我国竹产业总产值超过 亿元(数据来源于国际竹藤组织)已经成为主要竹产区社会经济发展的支柱产业和农民经济收入的主要来源竹种分布于热带、亚热带地区等温暖湿润地区对干旱、低温等胁迫异常敏感 其中低温严重影响竹子的地理分布并迫使竹子的生长速度减缓甚至会造成竹林的大面积死亡 由于受到温室效
3、应的影响全球气候越来越复杂南方地区霜冻等极端现象频发这在一定程度上也影响了麻竹的生长和分布低温已经成为限制毛竹、麻竹等重要经济竹种“南竹北移”的最主要影响因子之一 因此了解竹子对逆境胁迫反应的机制提高竹子的耐寒性选育具有耐寒性状的竹子新品种并拓展其地域分布范围一直是竹子理论研究及产业化迫切需要解决的问题 本文在查阅了大量文献后综述了近年来在竹子耐寒性研究及转基因育种方面的研究进展以期为今后更好地提高竹子耐寒性提供参考 竹子对冷胁迫响应的生理机制 目前竹子耐寒方面的研究还较少多数还停留在生理生化指标测定及耐寒性评价等方面 比如 收稿日期:修回日期:基金项目:三明市科技计划项目(基于冰冻干扰的造林
4、树种选择与经营技术研究 )作者简介:罗素珍()女福建省尤溪国有林场高级工程师从事森林经营管理工作:第 期罗素珍:竹子对低温的响应及转基因抗寒育种的研究进展低温胁迫使竹类植物细胞质膜的结构和功能受到损伤细胞膜透性发生改变离子渗透率增加但超氧化物歧化酶()、过氧化物酶()和过氧化氢酶()等保护酶类的活性变强以及可溶性蛋白、可溶性糖和游离脯氨酸的含量提高可以帮助植物在一定程度上抵御低温带来的伤害 张玮等采用室内人工低温处理的方法处理麻竹发现剧烈降温对麻竹生理特征造成严重影响叶片通过提高可溶性蛋白、可溶性糖含量维持较高的 活性以减轻低温伤害根系则通过维持较高的、活性以减轻低温下膜脂过氧化水平并通过提高
5、膜脂不饱和脂肪酸比例降低质膜透性来抵御低温对膜的伤害 低温影响竹子的胞内代谢及激素的积累水平 伴随冷胁迫处理脱落酸()的含量逐渐升高而赤霉素 及 的水平逐渐降低提示着竹类在受到胁迫因子的影响时会从营养生长转为抗性响应 近年来的研究表明乔木状竹种的耐寒性要高于灌木状竹种耐寒的竹种在竹叶致密度、气孔密度、光合速率、蒸腾速率、气孔导度等生理指标与温度敏感型竹种差异较大这些耐寒竹种在低温胁迫下可溶性蛋白和糖大量积累提高细胞的保水能力同时可以维持膜质的正常流动性及较高的酶活性 植物低温胁迫下细胞内代谢失衡产生大量的活性氧()作为植物体内重要的酶保护系统超氧化物歧化酶、过氧化物酶和多酚氧化酶()起着清除活
6、性氧自由基的作用 多数竹子细胞内的、活性与其耐寒性呈正相关但在某些竹种上随着温度降低 活性表现出先降低后升高的趋势 这些跟耐寒性关系密切的指标对于判定竹子的耐寒能力具有一定的参考性 近年来通过叶绿素荧光法测定植物耐寒性的研究较多研究表明植物叶绿素荧光可以作为光合作用的有效探针用于鉴别竹类中的耐寒性是可行的 通过黄槽竹及其变种自然低温胁迫下的生理响应特征并对抗寒能力进行综合评价发现竹种是影响黄槽竹及其变种抗寒性的主要因子竹种与竹龄的交互作用次之 形态指标、生理指标及组织抗寒性之间的关系为特定竹种人工栽培时选择合适的栽培地提供了基础资料 通过转基因手段提高竹子的耐寒性由于竹类特殊的生长特性开花周期
7、长并具有不确定性无法从多世代遗传改良的角度进行抗性育种 基因工程为植物育种提供了有效手段 与传统育种相比转基因育种有更多的优越性主要表现在以下几个方面:其一转基因育种能够有效缩短育种周期和时间提高育种的效率其二转基因育种所利用基因资源不受物种的限制包括植物、微生物、动物等生命体的基因都可以应用其三转基因育种能精确地进行基因水平的操作即可以对某个基因进行操作和选择也可同时转入多个基因以更好的改进农艺性状 因此极大丰富了可利用的基因资源为新品种的培育提供无限可能转基因的成功实施离不开 个关键要素:重要的基因及高效的遗传转化体系 目前包括毛竹、麻竹等重要经济竹种在内的 种竹子的基因组已经被报道 这为
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