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| 关于我国节水农业和可持续农业发展的思考：生物节水研究展望 | |||||
| http://www.eedu.org.cn 作者：张正斌 文章来源：本站收集 点击数： 更新时间：2006-5-26 | |||||
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三、作物自身水分高效利用的生理遗传机制和育种改良研究 我国粮食生产的限制因素是干旱，雨水丰歉决定了粮食丰歉，影响了我国乃至世界粮食安全。但培育和种植抗旱节水作物优良品种是保障粮食稳产的关键。 植物抗旱高产有三个方面：一方面是要保持水分，将水分保持在体内，例如，仙人掌、玉米、高粱等植物是高水势的抗旱；二是耐旱，例如卷柏（还魂草）、小麦、谷子等植物就是低水势耐旱，在水分严重缺乏的情况下，还可以保持生命活力；三是水分高效利用，在具有一定抗旱性的同时，要利用一定的水分生产出更多的粮食和经济产量，如目前培育的旱肥型或者是水旱兼用型小麦品种，就是作物抗旱节水高产育种的方向。 植物在抗旱和水分高效利用方面有明显的遗传和生理差异，像人类一样“有人喝凉水都长胖”。小麦等作物里有四种水分利用效率类型：一种是耗水少、产量低，水分利用效率低，即三低型；二是耗水中少，产量中低，水分利用效率中高，如在我国北方冬麦区推广种植的旱薄地小麦生态型；三是耗水中上，产量最高，水分利用效率最高，如在我国黄淮旱地和节水灌溉地区推广种植的旱肥型和水旱兼用型小麦生态型；四是耗水多，产量低，水分利用效率低。我们希望选育出第二和第三种抗旱高水分利用效率和高产的类型的优良新品种。 目前在作物自身水分高效利用的生理遗传机理研究方面，应该从作物生长发育、形态结构、组织细胞、分子基因、代谢调控等层次，在以下几个方面进行深入研究：一是作物的抗旱机理，二是作物的水分高效利用机理；三是作物高收获指数的机理；四是抗旱和水分高效利用及高产的协调关系；五是水分和养分耦合共同高效利用的机理；六是水分和光合高效利用和转运的机理。 从作物抗旱节水品种遗传改良方面来看，一方面要加强抗旱高水分利用类型种质资源的筛选和利用，二是通过从国内外干旱半干旱地区进行抗旱高水分利用效率类型植物新种和作物新品种的引进和驯化，三是利用常规育种和转基因等生物新技术，培育抗旱节水优质高产的农作物新品种。 从旱地作物高产发展趋势来看，我国旱地小麦有50%的旱薄地亩产150公斤，有20%-30%的中产旱地亩产250公斤；有15%左右的旱肥地可亩产400公斤；有5%旱地育种和示范地亩产可达500公斤左右。说明我国旱地小麦育种有了很大的发展，同时，说明旱地作物高产育种和栽培还有很大的潜力可挖。我们相信随着栽培条件特别是肥料投入的普遍增加，在本世纪中期，全国旱地小麦可以平均亩产200公斤以上，甚至有50%的旱地面积可以达到亩产250公斤。另外，随着抗旱节水高产品种的推广，原来的水稻栽培将变成旱稻栽培，原来水地小麦一生种要灌溉10-5次，现在只灌溉1-3次，照样可以亩产500公斤。特别是玉米、水稻、小麦等作物超高产品种的培育成功和推广应用，即通过作物自身的水分利用效率提高，对我国粮食持续增产有重要意义和很大潜力可挖。 本文认为，抗旱节水应用研究从农艺保水节水→以肥调水增水效（水肥耦合）→作物抗旱耐旱育种→高水分利用效率育种→抗旱性和丰产性统一于一体→生物节水→WUE是未来可持续农业发展的关键问题→让每一滴水生产出更多的食物。植物抗旱机理进展从被动的耐旱性研究（细胞质浓度、束缚水含量、细胞膜稳定性，离体失水等）→主动的抗旱性研究（根系吸水、渗透调节等）→节水研究（ABA根冠信号调控叶片气孔开关，优化调节叶片WUE等）→水分高效利用研究（水通道蛋白，高收获指数等）。植物抗旱节水遗传改良的学科发展趋势是从耐旱抗旱形态和育种研究→耐旱（水分胁迫）生理调控机制→抗旱和高WUE遗传→抗旱和高WUE分子生物学→抗旱和高WUE分子遗传→WUE基因工程。中科院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心课题组近年来在小麦水分利用效率的生理遗传育种进化、基因定位和分子标记方面开展了深入研究，证明植物水分利用效率性状受遗传控制并可以进行遗传改良和栽培提高。目前国外已经克隆了控制拟南芥蒸腾效率的基因，利用转抗旱节水基因提高了小麦等植物的水分利用效率。我国在作物的水分利用效率生理遗传育种及分子生物学等方面的研究还很薄弱。因此，还有待大力加强，建议组织一个“生物节水机理和应用”或者是“提高作物水分利用效率的机理和应用”的研究项目，对我国节水农业和可持续农业的深入发展具有重要意义。 科学网2006年4月17日报道：中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心 张正斌。 |
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