口袋K号31:用含盐生物技术处理问题土壤

盐分与农业

从耕作实践开始,农田高盐度一直是一个问题。因为劣质灌溉水的蒸发会留下盐分,随着时间的推移,盐分会积聚在土壤中。虽然灌溉使农业有可能扩展到半干旱和干旱的土地地区,并对过去40年来食品产量的大幅增长负部分责任,这也导致了大规模的水倒伏和盐度。由于盐分增加,土地退化目前影响到世界上约20%的灌溉面积,不考虑干旱地区或沙漠,占地球总面积的四分之一(1)。大多数作物对盐非常敏感,严重影响产量;增加其他压力的严重性,疾病和污染物;对植物来说是致命的。盐的过量存在对土壤结构也有非常不利的影响,影响多孔性和保水性,最终会使农田不适合农业。

因此,更加合理和可持续地利用自然资源——土地和水——对于扭转环境退化和确保可持续生产力至关重要。williamhill农业实践的变化,如选择适宜的栽培品种和品种,同时,还需要使用混合种植系统来减少土壤中的盐分积累。

尽管如此,满足当前和未来的粮食需求仍然需要短期增加灌溉和雨水灌溉土地的粮食产量,包括那些缺水和高盐浓度是产量的重要制约因素的地区。因此,发展对干旱和盐碱等非生物胁迫耐受性增强的作物品种是实现这一目标的重要战略(2)。

盐胁迫

盐胁迫有效地降低了土壤中水分对植物的有效性,因此,植物对干旱和盐分的反应有很大的重叠(关于耐旱性的更多信息,见第K 30号袋)。3)。一般来说,培育出更耐旱、更高效用水的品种,也会对盐胁迫更有弹性(4;5)。然而,除了影响植物的水分平衡外,盐给植物带来了另一个问题:细胞中过量的盐离子积累是有毒的,可能致命。盐离子损害酶的功能,抑制蛋白质合成,影响细胞膜的结构和渗透性,抑制光合作用,并导致有毒活性氧的产生。

常规育种开发耐盐作物

在含盐量高的土壤中生长的植物的存在(称为盐生植物)。作物品种间盐敏感性变异的发生,表明耐盐性在很大程度上受遗传控制。盐生植物只占植物种类的2%左右,然而,它们可以在陆生植物科的一半中找到,并且是非常多变和多样的。虽然人们认为,在陆地植物进化过程中,耐盐性的发展已经独立地发生过几次,盐生植物似乎进化出了处理盐度的基本方法:在细胞液泡中储存有害的盐离子,在细胞胞浆中积累有机溶质(作为渗透保护剂)。

传统育种需要确定作物不同品种或品种的盐分遗传变异性,或者在性相容的物种中,将这种耐受性培育成具有适宜农艺性状的品系。传统的耐盐育种包括水稻的开发,威廉希尔 官网网址卡纳尔中央土壤盐分研究所的耐盐碱性小麦和印度芥子品种,印度(7)和努力将野生相关品种小麦的耐盐性纳入其中(8)。许多基因组工具,例如分子标记和基因分析方法,可以大大提高育种计划的效率,威廉希尔 官网网址并应充分利用传统育种活动。

基因改造工程耐盐作物

虽然不是农作物,拟南芥在阐明压力耐受的基本过程中发挥了重要作用,所获得的知识已在一定程度上转移到重要的食品植物(4)。有几个特点拟南芥理想的模式生物:一个小的全序列基因组,小尺寸的,生命周期短。此外,大量的基因组资源可用于williamhill拟南芥,所获得的见解可用于提高我们对作物相同过程的理解,不太适合基因研究。许多已知与压力耐受有关的基因最初是在拟南芥.

突变分析——对影响植物对压力反应的突变进行筛选——一直是发现作用于网络的基因的关键工具。设计的筛选包括那些旨在识别对干旱敏感性增加或降低的突变的筛选。盐度和冷应力。同样重要的是使用DNA微阵列技术,它可以监测基因表达在压力下的变化,并鉴定治疗诱导或抑制的基因(5)。

通过基因工程开发耐盐作物的策略主要有:提高植物限制土壤中盐离子吸收的能力;提高盐离子的活性挤出率;以及改善细胞液泡中不影响细胞功能的盐离子的区域化。编码渗透保护剂的基因也是基因修饰实验的目标。但是,尽管它们在某些情况下的过度表达提高了耐盐性,一般来说,它们也会在没有压力的情况下影响植物的生长,对产量产生负面影响,农民的一个非常不受欢迎的特征(2,9)。

盐的摄入是由低亲和力和高亲和力的离子转运体控制的:跨膜蛋白,它能使离子穿过细胞膜,钾离子(K+)的摄入也是必需的。离子从植物中的流出取决于SOS1基因(用于)盐过敏1)最初特征是拟南芥但最近在水稻中发现,并且在双子叶植物和单子叶植物之间表现出功能上的保守(10)。空泡膜转运蛋白,包括由ATNHX1基因拟南芥,在离子进入液泡的过程中起作用。NHX1蛋白质也在不同物种间保存,已经从几种农作物中分离出来。过度表达NHX1基因在拟南芥,大米据报道,菜籽油和番茄能提高对盐胁迫的耐受性(3)。

结论

耐盐性是一个非常复杂的特性,在生理和遗传水平上,同时也受到其他环境因素的影响。此外,对盐胁迫的遗传控制在植物生命周期的不同阶段是不同的:成年期的耐盐性不一定与苗期和幼年期的耐盐性有关。或在盐(2,9)。Rice例如,土壤中盐分的存在对籽粒灌浆的影响比植物生长的影响大得多。让事情更加复杂的是,很难设计田间试验来测试改良耐盐品种的农艺性状。由于土壤中的盐浓度变化很大,而且由于存在额外的污染物和内陆水入侵而变得复杂。

植物基因组需要非常可塑,适应变化多端的环境所需的特性,需要对植物的新陈代谢进行不断的调整。因此,必须在实验室条件下对新开发的耐应力品种进行多应力试验。而且,在大量评估绝对产量增加时的耐受性的条件下进行广泛的实地研究的重要性不能过分强调(11)。

工具书类

  1. 约阿.R.(1999)。SCI。Hortic。(阿姆斯特丹)78:159-174。
  2. 山口TBlumwald E.(2005)。植物科学趋势。10:615~620。
  3. 威廉希尔ISAAA(2007)。开发耐旱作物的pk30生物技术。
  4. 张杰Z.等。(2004)。植物生理学135:615~621。
  5. 新崎以及山口县新崎县。(2007)。JExp.马胃蝇蛆。58:221-227。
  6. 格伦EP.等。(1999)。暴击。牧师。植物SCI。18:227~255。
  7. 中央土壤盐分研究所(2001年)。
    http://plantress.com/files/salt_karnal.htm(网址:http://plantress.com/files/salt_karnal.htm)
  8. 科尔默等人。(2006)。JExp.马胃蝇蛆。57:1059-1078。
  9. 花TJ(2004)。JExp.马胃蝇蛆。55:307~319。
  10. Mart_nez Atienza等人(2007)。植物生理学143:1001-1012。
  11. 米特勒河(2006)。植物科学趋势。11:15~19。

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