[发明专利]一种强耐盐抗旱甜菜的培育方法

说明书

技术领域

本发明属于生物技术领域，涉及强耐盐抗旱甜菜的培育方法。

背景技术

干旱和土壤盐碱化是限制农作物生长和产量的两个最主要的环境因子(Zhu JK. 2001. Plant Sci. 6: 66-71)。据统计，我国是世界上干旱最为严重的国家之一，尤其西北干旱和半干旱地区约占我国国土总面积的50.8%(山仑. 2005. 求是杂志. 22: 42-43)。而且，随着温室CO₂的排放，全球气温逐年递增，致使一些半湿润土地也演化为干旱地区，甚至导致在一些原本适应干旱地区的植物绝产。此外，由于高温干燥，土壤水分蒸发强烈，因不适当的耕作方式和管理方法，大面积灌溉导致很多可耕种土地普遍积盐，导致每年约有1000万公顷的土地由于土壤的次生盐渍化而丢弃（Hu Y and Schmidhalter U. 2005. J Plant Nutr Soil Sci. 168: 541-549）。然而，随着每年世界人口的迅速增长，粮食需求和水资源短缺日益严重。因此，在可耕种土地逐年退化的背景下，对干旱半干旱地区以及盐碱地的开发利用显得愈加紧迫。

目前，对干旱、盐碱化可耕种土地的开发利用主要是种植一些主根明显，根系发达的较耐盐、抗旱农作物，如紫花苜蓿、红豆草等，但这不能从根本上利用干旱和盐渍化土地。而且，全球99%的植物种类，尤其是农作物对干旱和盐渍环境的耐受性都不强 （Flowers T J and Colmer T D. 2008. New Phytol. 179(4): 945-963），这在很大程度上限制了农作物的大面积种植。因此，增强农作物的耐盐抗旱性是解决粮食危机的重要手段和大面积开发利用干旱盐渍土地资源的重要途径之一，也是目前生物技术发展所迫切解决的关键问题。然而，目前农作物抗逆性的改良主要依赖于传统育种，但由于育种周期长、成功几率小的缺陷，而且亲本遗产物质的杂合性以及优良性状的限制，给育种工作者造成很大的困难。庆幸的是，利用基因工程技术可以克服传统育种的缺陷，能将极端植物(能适应极其干旱或盐碱的植物，如旱生植物、盐生植物等)体内独特抗逆性基因整合到农作物基因组中，突破不同种属间优良抗逆基因转移的障碍，能培育出传统育种方法不能培育的新品种（系）。因此，虽然大多数农作物的种植受到干旱和盐渍环境的限制，但可以利用从适应干旱盐渍生境的植物中挖掘抗逆基因，利用现代基因工程技术改良农作物的抗逆性，使其在干旱以及盐渍化土壤中正常生长，以达到提高农作物产量的目的。

大量研究表明，植物在干旱盐渍环境中，植物组织会大量失水，尤其是叶细胞，这将抑制植物的生长和发育，主要表现为抑制光合作用和减少蒸腾速率（Tahi H, Wahbi S, Wakrim R, Aganchich B, Serraj R, Centritto M. 2007. Plant Biosyst. 141: 265–274）。植物为了在逆境中生存，合成大量“兼性”有机溶质，如可溶性糖、脯氨酸、甜菜碱等进行渗透调节，使植物细胞维持较低的渗透势以确保在干旱条件下根系能从土壤中吸收水分（Szabados L and Savouré A. 2009. Cell. 15: 89-97）。然而，合成“兼性”有机溶质，不仅消耗了大量的C源和N源，增加了细胞内的负荷，而且在合成过程中还需要耗费大量的能量。因此，通过合成有机渗透调节物质增强植物的耐盐抗旱性并不是一种理想的方式。

Na⁺是土壤中最丰富的阳离子，其浓度仅次于Ca²⁺。植物在干旱盐渍环境中，能将体内大量Na⁺转运至地上部，然而，Na⁺会危害细胞质内各种代谢酶的活性（Blumwald E. 2000. Curr Opin Cell Biol. 12(4): 431-434）。即便如此，植物在长期进化中，形成了一套能将胞质内过多Na⁺区域化至液泡中的载体通道，这样一方面可以减轻过多Na⁺对各种代谢酶活性的影响，另一方面，积累在液泡内的Na⁺可作为一种廉价的渗透调节剂调节细胞的渗透势，从而使植物更好的适应干旱和盐渍环境。因此，在干旱盐渍化土壤中，将细胞质内Na⁺区域化在液泡内是维持植物正常生长最理想的方式。