植物育种经历了哪些发展历程?

2013-06-26 | 作者: | 标签: 植物育种

 
图自b4fa.org

在农业发展的进程中,植物育种经历了选择育种(经验育种)、杂交育种(科学育种)和分子育种(设计育种)3个重要的发展阶段。
 
选择育种
 
作物品种在一定时间内具有相对的稳定性,但由于外界环境条件的变化、或者植物的自然杂交等原因,作物品种会出现不同于原来性状的新性状,这就是自然变异。于是人类利用现有品种群体出现的自然变异,从中选择出符合生产需要的品种,无需人工创造变异,实现优中选优,连续选优。这种对现有品种中出现的自然变异进行性状鉴定、选择并通过品系试验、区域试验和生产试验培育农作物新品种的育种途径就成为选择育种。这是作物育种中最基本的、简易、快速而有效的途径。
 
选择育种是一种最古老的育种方法,在中国古代就有所记载,比如西周时期我们的祖先就对作物品种有所认识,并已形成选种、留种技术。汉朝的《氾胜之书》和北魏的《齐民要术》中对利用单株选择和混合选择进行留种、选种有过详细的记载。清代初年就已普遍采用单株选择法,“株取佳穗,穗取佳粒”,选育新品种。19世纪后,科学技术的发展带动了植物育种科学的发展,英国育种家P.Sherriff(1819)曾用单株选择法改良小麦和燕麦品种,他称这种方法为系谱育种法,通过对所选单株分别种植,再在后代中选优去劣,育出了不少新的品种。法国的L.de.Vilmorin于1856年提出了对所选单株进行后裔鉴定的原则,后来成为现代育种工作者公认的选择指导思想。20世纪初,约翰逊发表了纯系学说,使得现代的系统育种建立在科学的理论基础上。  
 
杂交育种和远缘杂交
 
由于选择育种只能停留在根据植物现有的自然变异来选择优株,改良现有品种,而不能创造出新的基因型。于是育种学家开始进行研究,希望能够有目的地获得植物新品种。1719年,T费尔德以石竹科植物为材料首次获得人工杂交品种、开创了植物杂交育种的先河。1856-1866年,孟德尔进行了豌豆杂交试验、提出了植物性状遗传规律,成为杂交育种的理论基础,奠定了杂交在育种中的重要地位。
 
杂交育种是指通过不同品种间杂交创造新变异,并对杂种后代进行培育、选择以育成新品种的方法,这也是现在国内外应用最普遍、成效最大的育种方法。杂交育种通过杂交、选择和鉴定,不仅能够获得集各亲本优良性状于一体的新类型,而且由于杂种基因的超亲分离、微效基因的分离和累积,在杂种后代群体中还可能出现超越亲本的性状,或通过基因互作产生亲本所不具备的新性状的的类型。另外,杂交育种的重要性不仅在于应用普遍而且有效,还在于其它一些育种方法如倍性育种、诱变育种往往要与杂交育种相结合进行才能收到更好的效果。
 
杂交育种的成绩是巨大的,但是随着杂交育种技术的广泛应用以及单一品种的大面积推广,短短几十年就使育种家们感到随着人类社会的进步仅靠品种间的遗传重组是远远不够的,生物多样性的减少、遗传基础的狭窄对于育种的影响是致命的,于是育种家们把目光投向跨度更大的种间、属间甚至科间杂交,这就产生了远缘杂交育种。
 
远缘杂交主要是指种间杂交,部分为属间杂交,也有一些扩展到了科间杂交,但是亲缘关系越远越难以实现。远缘杂交实际上是杂交育种方法的延伸,不仅能培育出突破性的优良品种,而且可以创造新物种以及大量的新材料。但远缘杂交由于越出了种的界限,常遇到杂交不亲和、杂种夭亡、杂种后代结实率低、甚至不育、疯狂分离等问题,严重地限制了远缘杂交技术在育种实践中的应用。
 
诱变育种
 
诱变育种是通过物理或化学的手段影响染色体的数目或结构,使染色体发生断裂、易位、或丢失,或者使DNA碱基发生修饰、导致遗传密码的改变,创造了全新的变异。区别于杂交育种,后者主要通过染色体的重新组合产生性状的改变,一般不引起染色体发生变异。自然界本身虽存在着诱变因素但是很弱,而理、化因索的诱导能使植物细胞的突变率比自然条件下高出千百倍,而且有些变异是其它手段难以得到的。诱变育种不仅是创造变异,而且还是解决远缘杂交中遇到的许多问题的重要辅助措施。另外太空育种、离子注入等又诱变育种增添了新的内容。诱变技术与其他方法结合,在扩大遗传变异、克服远缘杂交不亲和性方面也发挥了很重要的作用。但是诱变育种产生的有益突变体频率低,而且难以有效地控制变异的方向和性质。因此,诱变育种应该与其它技术相结合,并不断地自我完善。
 
转基因育种
 
从1973年Berg的DNA重组成功到1983年第一株转基因烟草获得,将分子生物学推进至应用性极强的生物技术和生物工程阶段,标志着现代遗传学已发展至定向改造生物的新阶段。自1986年首例转基因植物被批准进入田间试验以来,国际上已有30个国家批准了数千例转基因植物进入田间试验,涉及的植物种类达40多种,产生了巨大的社会和经济效益。目前,已经成功培育出具有抗除草剂、抗虫、抗毒病特性以及品质改良的转基因作物,培育具有复合性状的转基因作物是育种的发展趋势。
 
转基因育种就是在分子遗传学的理论基础上,应用不断发展的生物技术手段建立起来的新的育种方法,确定目标性状(比如抗虫)后分离出表达这一性状的目的基因,用生物技术手段把这一目的基因转移到受体作物中,使得产生的新作物也具有目标性状并能稳定遗传下去。转基因技术是克服物种间生殖隔离、利用异源优异基因进行作物遗传改良的核心技术。转基因育种使定向变异和定向选择均成为可能,大大提高了育种效率。

资料来源:刘珊,《植物育种技术》,军事医学科学出版社,2012

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