柑橘抗病育种的研究进展

柑橘抗病育种的研究进展
摘要：柑橘是世界上重要的经济水果，我国又是柑橘的三大主产地之一。

目前，我国的柑桔种植面积、产量及出口量都已跃居
世界第一位，但是病害严重影响柑桔病果品生产的产量和品
质,给生产带来巨大损失。

通过抗病品种的培育，提高果树抗
病性，可以从根本上解决抗菌药物对果实的农药残留和相应
的环境污染。

传统的育种方式有许多限制，近年来遗传转化
即转基因的方法越来越受到关注。

关键词:柑橘；抗病性；育种；转基因
柑橘果树病害中真菌病害占90%以上,如柑橘黄龙病是我国南方柑橘产区的毁灭性病害，此外还有溃疡病、衰退病、疮痂病和裂皮病，在我国柑橘产区发生非常普遍,危害十分严重,轻者树体病斑累累,树势衰弱、产量低、果实品质差或完全丧失商品价值,重者枝干破损,
甚至整株病死，乃至全园毁灭。

于是，有效地防治柑橘果树病害,实现柑橘果实生产的优质、高效、低耗,是生产上的当务之急。

传统的药剂防治容易使病原真菌产生抗药性,而且会造成果实的农药残留和环境污染,因此防治果树病害的根本途径依赖于培育抗病品种。

1柑橘抗病机制的研究
1.1发病原因
病害发生由非生物因子和生物因子引起。

把不能引起相互传染的叫非生物因子，而能相互传染的叫生物因子。

非生物因子一般由环境条件不适合引起，如营养、水分、温度不适或中毒。

传染性病害是有
害物所引起，如真菌、病毒、细菌、线虫和寄生性种子植物，柑橘类多数病害由真菌引起。

这两者的关系是“相互促进”，许多病原物，特别是寄生性较弱的病原物，往往在生长衰弱或组织器官受损伤的情况下，才容易侵入和扩大蔓延。

1.2防治的基本原理和方法
植物病害检疫，农业防治，生物防治，物理防治和化学防治。

1.3柑橘物理结构和抗病性的关系
对植物抗病机制的研究已经相当深入。

植物抗病因子一般分为结构因子和生化因子两类,前者主要指植物表面角质层和细胞壁的组成和厚度,还包括胼胝质、栓质、木质素等,它们限制和阻碍病原物的侵入；后者主要指抑制病原物对寄主植物结构物质和代谢能力起直接杀伤作用的物质,包括病原物降解酶的抑制剂、植保素、酚类化合物和降解病原物细胞壁的酶(如几丁质酶Chitinase、葡聚糖酶β-1,3 -glucanase等)。

物理许多结构特征与抗病性有重要的关系。

一些研究表明,角质层的某些特征,如叶面防水特性,使得那些由水滴携带的真菌的湿润孢子不能停留在叶面上,从而起着抵抗病菌侵入的作用。

有的植物的角质层含有能够抑制某些真菌生长的物质。

有的研究也发现,腊质层有减缓或延缓发病的作用。

气孔或皮孔的形状、大小、密度、行为和发育程度已被证明与病原菌必须通过气孔或(和)皮孔侵入的一些病害有关。

叶面刺毛的多少对病原菌的侵入并非有直接关系,而是通过刺毛来抗传染介体(如蚜虫等),从而减少病毒的传播而表现抗病。

许多预先形成的具有抗菌性的化学物质都与植物的抗病性有关。

这些物质通常在健康的植物体中含量较高,在植物受到侵染后,这些物质便转化为更加有效的病菌毒素。

例如核果类果树中有些品种含有多酚氧化酶氧化产物,能抑制褐腐病菌的水解酶活性,故可抗褐腐病。

此外,结构蛋白与木质素也与植物的抗病性有关。

几丁质酶和β_1,3_葡聚糖酶在植物抗病中的有重要作用。

几丁质是一种广泛分布于多数真菌细胞壁上的主要成分,它是N_乙酰_D 葡萄糖胺以β_1,4糖苷键连接的多聚物。

几丁质酶抗病性机制的研究已为病原真菌防治提供了新的线索,它的利用策略主要有3种:①直接应用,即将酶直接施用于灌溉水或与种衣剂混合以保护幼苗不受土壤真菌的侵染;②将几丁质酶基因引入根围细菌,使该工程菌表达分泌几丁质酶;③将基因导入植物,转基因植物可表达几丁质酶活性。

对于第3条途径,近年研究已取得显著进展。

植物中的N_乙酰葡萄糖胺以糖酯键形式存在,而非线性同聚物,即植物中缺少该酶的有效底物。

所以几丁质酶可以降解病原真菌细胞壁中的几丁质破坏细胞新物质的沉积致使病原体死亡,而且产生的细胞壁碎片具有诱导作用,从而刺激寄主植物的抗病反应。

几丁质酶的定位研究表明,几丁质酶总在侵入植物体内的菌丝周围积累,位于细胞间隙的几丁质酶在被病原真菌侵染后首先诱导表达,而位于液泡中的几丁质酶只有在细胞裂解破裂后才能起到抗菌的作用。

多数病原真菌对植物的侵染从细胞间隙开始,为了使植株能抵抗真菌侵染,抗真菌蛋白最好在胞间表达。

对于在液泡中表达的几丁质酶基因,可以通过修饰,使其在细胞间隙中表
达而且保持其抑菌活性。

植物几丁质酶在体内表达定位的不同还导致其抗菌性的特异性,由于成熟的真菌菌丝顶端的几丁质酶层的外层还有β-1,3-葡聚糖、类脂层等,因此,几丁质酶还需要与其他β_1,3_葡聚糖酶等防卫蛋白协同作用才可以充分发挥抑菌活性,体外抑菌试验也证明了这一点。

1.4柑橘果树抗病的遗传基础
病害种类繁多，在其整个发育过程中会受到病原物不同程度的侵害，在长期与病原物相互作用、相互适应、相互选择的过程中，果树逐渐获得一系列的防御机制来保护自己，在自身的抗病性和病原物的致病性之间形成某种动态平衡，以减轻病害的危害。

果树与病原物相互作用的遗传基础是形成果树抗病的遗传基础，因此，果树抗病性的强弱不仅决定于其自身的基因型，也决定于病原物的基因型。

过敏性反应(HR)是植物最常见的抗病表现形式，表现为寄主植物受到病原物侵染后，在侵染部位迅速形成枯斑从而限制病原物的发展。

系统获得抗性(SAR)是植物发生过敏反应之后获得的对病原物的广谱抗性，是植物防卫反应基因被系统诱导表达的结果。

根据Flor的基因对基因假说，病原与其寄主的关系可分为亲和(comPatible)和不亲和(incomPatible)两种类型，寄主植物的每一个抗病基因R在病原菌中存在相应的无毒基因avr，与avr相对应的是病原菌的毒性基因vir。

则含有avr和vir的基因的病原菌对含R基因的寄主分别表现为非亲和性和亲和性。

只有当具有相应抗病基因的植物与具有无毒基因的病原物相互识别后，才会诱发植物的抗病反应即非亲和性反应，寄主
(果树)抗病;其他情况下则两者表现亲和，即寄主(果树)感病。

2柑橘抗病育种研究进展
长期以来科技工作者们致力于柑橘抗病机制研究并利用育种方法进行品种改良,以提高柑橘果树抗病能力。

虽然抗病育种在我国取得了一些成就,但由于果树自交不亲和、杂合程度高、童期长等原因,通过常规杂交育种改良相当困难。

而采用遗传转化的手段则可克服上述缺点,在向现有品种引进期望性状的同时,不会出现基因的大量重组,也解决了童期长的问题。

该项技术已为作物的抗病育种带来革命性的变化,许多作物已获得了抗病、抗虫的基因工程植，对柑橘果树抗病育种有极大的借鉴作用。

2.1传统育种在果树抗病育种的运用
传统育种方法包括实生选种、芽变选种、杂交育种、诱变育种。

实生选种是育种中最原始的方法,方法简单；不足之处是要求保持原有的优良特性,变异范围小,变异类型少。

芽变选种是利用生产中常有某些品种植株或枝芽受到外界某因子影响发生新的突变体,选择出新品种。

但是，芽变选种存在突变的频率低以及不确定性的不足。

杂交育种是针对期望的育种目标,获得具有双亲优良特性的新品种的一种最有效的育种方法，但是选育周期长，也可能得不到预期的育种目标，方向性不强。

诱变育种的运用是弥补自然变异特别是优变毕竟较少,为获得大量变异类型,采用理、化人工诱变方法,如利用60Co_γ射线或热中子等进行枝条、种子或花粉照射处理,从变异中选择新变异类型。

运用上述方法进行抗病育种的报道很少,即使有，其育种的目标性状也大多是在果实风味、果个大小、果实着色、果实成熟期等经济性状方面,选育成功的部分新品种中有些具有抗病性状,但并不是作为主要的目标性状来进行选育的。

2．2生物技术育种在果树抗病育种中的运用
自20世纪80年代末起,人们已开始探索新的转基因的途径,即通过细胞工程和基因工程手段,将理想的基因转到优良的栽培品种中去,以达到定向改良品种或砧木的目的,这一技术为果树育种提供了新的途径也成为果树抗病育种的主要手段。

通过分离和克隆抗病基因，在分子水平上对抗病基因进行操作并加以利用，能大大加速抗病研究的进程，或许能对柑橘病害防治提供新的途径。

抗菌肤(antiimcrobialpeptide)是一类新型的抗菌物质，具有广谱抗菌能力，抗菌肤及人工合成的抗菌肤基因在植物体中表达，能够提高植物对病原菌的抵抗能力。

细菌性溃疡病是柑橘的毁灭性病害，利用传化抗菌肽基因到柑橘中似乎可以改善病害情况。

我国陈善春等以含有双元载体的农杆菌转化柑橘的3个品种(锦橙、新会橙和沙田袖)的上胚轴和子叶外植体，成功的将柞蝉的抗菌肤基因导入这3个柑橘品种中，获得了对柑橘溃疡病耐受性增强的植株。

郑启发等也将柞蝉抗菌肤基因成功的转入沙田袖，产生了对柑橘黄龙病病原类细菌的一定抗性。

由于抗菌肤主要是通过形成离子通道直接破坏病原菌细胞，因此病菌才受准对它产生抗性，转抗菌肤基因工程的研究已成为果树抗病育种的重要途径与热点之一。

3柑橘抗病育种的展望
生物技术育种弥补传统育种的不足,带动了农业科学全方位的技术革命,也给果树育种开辟了全新的道路,突破了长期得不到解决的技术难点,展示了广阔的发展前景。

在生物技术抗病育种中,基因工程育种发展的最为迅速与广泛。

果树转基因研究始于20世纪80年代末期,McGranahan等于1988年获得转基因核桃,是世界首例成功的转基因果树。

到目前为止,已有多个果树树种和品种得到成功转化,并表现了良好的抗病性。

柑橘果树抗病育种已经取得了一定的成绩,但任重道远。

组织培养和遗传操作技术的迅速发展与逐步深入和完善,将促进育种效率的提高,加快品种改良的步伐。

今后我们应该从以下方面努力:①生物技术育种与常规育种并举,生物技术要以常规育种为基础,常规育种要靠生物技术不断的改进、提高和更新,做到优势互补、密切结合。

②不断完善细胞工程和基因工程育种技术,重视育种实践应用。

从长远的角度看，加强柑橘果树重要经济性状相关基因的分离与克隆研究，将会为其抗病分子遗传育种研究提供更为丰富的功能基因，促进植物基因工程技术，特别是转基因技术在果树抗病品种改良中的发展和应用。

随着植物分子生物学和植物基因工程技术的迅速发展，利用转基因技术进行果树抗病育种将具有广阔的应用前景。

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