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      常规育种是怎么回事?

      2014-07-02 20:34 | 作者: ISAAA | 标签: 常规育种

      翻译:基因农业网(王晓肖,信娜)

      自农业发生已有八千至一万年,农民一直在改变其所种植作物的基因构成。早期的农民选择最好看的植物及种子,并将其保存下来以便下一个季节种植。后来,到了遗传学更容易理解时,植物育种者就用其所掌握的植物基因来选择理想性状以改良品种。

      选择像生长快、产量高、抗虫抗病、种子更大或果实更甜这样的性状使驯化植物与其野生品种相比有了很大变化。例如,数千年以前最初在北美和南美被种植时,农民收获的玉米棒比人的小指还小。而现在玉米有数百个品种,有一些玉米棒和人的前臂一样长。

      植物常规育种已经持续了数百年,并且现在仍被广泛使用。早期的农民发现一些作物可以通过人工培育和异花传粉来增加产量。来自不同亲本植株的目标性状还可以在子代中结合。二十世纪,植物育种科学得到进一步发展,植物育种者更加了解应该如何选择优势植物并培育得到不同植物的新改良品种。这使得我们种植的粮食作物、饲养作物以及纤维作物的产量和品质得到非常大的提升。

      识别理想性状并将其整合到后代的艺术在植物育种中非常重要。育种者仔细检查他们的田地并长途奔波寻找显示出理想性状的植株。一些这样的理想性状会通过基因突变过程自然发生,但是其自然发生率非常低,并且要用它来产生目标性状是不可靠的。(参见“诱变育种”)

      杂交技术

      天然授粉(OP)品种与F1(第一代)杂交品种均不是植物育种的最终结果。天然授粉品种如果得到正确的维持与生产,将会在繁殖过程中保留相同的性状。天然授粉所用到的唯一技术便是筛选结果实植株。

      杂交种子较天然授粉种子而言在产量、抗虫抗病以及成熟时间这些性状上得到了改良。杂交种子是通过杂交亲本培育出的,这些亲本是近交而来的纯系。纯系是指与亲本非常相似的有性后代的植株。通过纯系杂交,可制造出均匀分布的有预期性状的F1代杂交种子。详情请参见《如何进行杂交育种?

      举例解释如何培育F1代杂交种子。假设植物育种者在一个植株上发现了一个特别好的性状,但是其花的颜色不好看,而在另一株同品种的植株上,他发现该性状不好但花的颜色漂亮。然后,他分别将两种植株在隔离的环境下每年进行自花传粉,并重复种植其种子。最后,每次种下的种子都会长成完全相同的植株。这些植株就叫做“纯系”。

      如果育种者分别取他最初选择的两种植株的纯系植株进行人工交叉传粉,得到的结果便是“杂合子一代”(F1)。再将杂交出的种子培育成植株,这种交叉传粉的结果是子代植株应该兼具父本与母本的性状。

      这是杂交育种最简单的,但也有复杂的。一个完完全全的纯系植株有时需要七到八年时间才能完成。有时,一个纯系植株是由几次之前的以嵌入理想性状为目的的杂交而来,这样的植株会一直被种植筛选,直到基因完全纯化才能被用于杂交。

      除了像生命力强、品种纯正、高产以及杂交植物拥有的高度一致性之外,其它的像早熟、抗病抗虫以及保水能力强的性状也已经被并入了大多数F1代中。

      然而,这些优点都是有代价的。因为培育F1代的过程包含了多年培育纯系的准备,纯系只有被不断的维持才能每年都收获子一代种子,子一代种子因此变得更贵。问题是很复杂的,为了保证不发生自花传粉,所有两种纯系的杂交,有时都必须由人工完成。

      另一个缺点是如果用F1代的种子种植下一代作物,得到的作物可能不如F1代植物,比如低产或生命力弱。因此,农民们不得不每年从育种者那里购买新的F1代种子。不过,农民们能够得到高产和更好的作物。

      虽然杂交种子更贵,但是它却给农业生产力带来了巨大的影响。如今,几乎所有的玉米以及50%的水稻都是杂交种(丹麦国际开发署)(注:此文为2006年更新数据)。

      在美国,杂交玉米种的广泛种植再加上农民栽培技术的改进,使得玉米产量在过去的五十年中从二十世纪三十年代的每英亩顷35蒲式耳增长到了九十年代的每公顷115蒲式耳。世界上没有任何地方的任何其它主要作物的发展可以与这样的成功案例相比。

      杂交水稻技术帮助中国将水稻产量从1978年的1.4亿吨增长到了1990年的1.88亿吨。国际水稻研究所以及其它国家的研究显示杂交水稻技术帮助水稻产量增加了15%到20%,这在改良的半矮秆纯系品种中是可以实现的(国际水稻研究所)。

      许多受欢迎的蔬菜或观赏植物都是F1代杂交品种。就改良后的植物特性而言,热带植物育种者们可以指出过去两年来取得的一些显著成果:
      • 产量增加。由于更有活力、更强的遗传抗病性、压力中更高的座果率以及更高的雌雄花比率,杂交品种的产量超出了经自由传粉植株的50%到100%。
      • 延长生长季。杂交品种通常比自由传粉品种早熟达十五天。对许多作物而言,杂交品种较自由传粉品种在有压力的生存环境下优势更显著。
      • 质量提高。杂交品种使得产品质量稳定在一个较高且更均一---这意味着提高了食用质量(例如,坚实的冬瓜肉、西瓜的酥脆口感)。

      总结

      在过去的几十年里,常规植物育种得到的自由传粉品种或杂交品种对农业生产力产生了巨大的影响。尽管常规植物育种是一个非常重要的工具,它也有其局限性。首先,常规育种只能发生在两种能互相进行有性生殖的植物之间。这限制了添加某种特定物种新的特性。其次,植物杂交时,许多其它特性都会随着有益的特性一起被转移---包括那些对产量有不良影响的特性。

      诱变育种

      二十世纪二十年代后期,研究人员发现通过将植物暴露在X射线或化学药品中,其变种或突变的数目大大增加。“诱变育种”在第二次世界大战后核时代技术能被广泛利用时得到进一步发展。植物被暴露在γ射线、质子、中子、α粒子以及β粒子中来看它们是否可以诱发有用的突变。像叠氮化钠和甲磺酸乙酯这样的化学药品也被用来引起基因突变。

      诱变育种工作现在仍在世界各地继续。在已被官方发布的2252种诱变育种品种中,有1019或几乎一半在最近的15年中发布。通过诱变育种制造出的植物包括小麦、大麦、大米、土豆、大豆以及洋葱等。(了解联合国粮食与农业组织的变异品种数据库,访问http://www-mvd.iaea.org/MVD/default.htm)

      来源:ISAAA

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