PDF《百名院士科技 系列报告集》

二、常用的育种方案、途径和做法 从育种学的观点,作物基本上可分为两大类:即自花授粉(自交)作物 和异花授粉(异交)作物.一般说来,天然异交率小于 4%的为自交作物, 如水稻、小麦、大麦、谷子、花生、大豆、烟草、亚麻、豌豆、菜豆、番茄 等;

天然异交率在 50%以上的是异交作物,如向日葵、黑麦、甜菜、大白菜、 甘蓝、萝卜(以上雌雄同花)、玉米、西瓜、草莓(以上雌雄异花)、大麻、 菠菜(以上雌雄异株)等.天然异交率介于二者之间的叫常异交作物,如棉 花、高粱、蚕豆等.自交作物的自然群体是单一的基因型或一些纯合基因型 的混合物,其个体在遗传上是高度纯合的.自交后代生育正常,没有衰退现 象.异交作物的自然群体是异质的,含有很多不同的基因型,在遗传上是高 度杂合的,自交后呈现不同程度的衰退,再杂交时又恢育正常的健壮状态. 自交作物最主要的育种方法是品种间杂交,包括单交、三交、双交、回 交等,其目的是将来自不同亲本品种的优良性状组装在一起,形成新的纯系. 现在也在积极利用杂种第一代的优势挖掘增产潜力,已在水稻、烟草、番茄、 小麦等作物上应用.异交作物最主要的育种方法是自交系间杂交,包括单交、 三交、双交和顶交,都是以利用杂种第一代优势为归宿的,其中以单交种的 优势最强,整齐度最好,在生产上应用最广.同时,还常采用轮回选择的方 法来改良育种群体.它是高一级的混合选择,即从原始群体中选择优良单株, 一方面进行自交,同时与测验种测交以测定其一般配合力,然后根据测交结 果选择最优的一些自交系进行互相杂交,组成新的育种群体.这样轮复一轮 地自交――测交――互交加上选择,可以把原始群体内的优良基因逐步聚集 在一起,形成改良群体,以便从中选育出更好的自交系或合成综合杂交种. 所谓综合杂交种就是选择一般配合力好的一些优良自交系(5~10 个)混合 种植,任其随机互交,以产生异质性大、杂合度高而又相对整齐一致的品种 群体.这样的群体可以连续使用多代.常异交作物对自交没有不良影响,其 育种原理和方法与自交作物基本相同.此外,还有无性繁殖作物如马铃薯、 甘薯、甘蔗、草莓等,其表现型虽然整齐一致,而基因型则高度杂合.它们 在自然情况下常会发生芽变,可以进行个体选择;

也可在特定条件下进行有 性杂交加以改良,其杂种第一代异质性大,可选择优株进行无性繁殖,成为 整齐一致的无性系或品种.表2概括说明现用生产品种的类型和基本特点. 表2生产品种群体的类型与特点 繁殖方式 交配体系 群体类型 基本特点 有性 自交 纯系 同质,纯合;

亲本纯系杂交后在第二至第六代选 择超亲后代. 有性 异交 杂交种 同质,高度杂合;

选择配合力好的自交系进行杂 交,利用第一代优势. 有性 异交 开放授粉群体 异质,杂合;

改良群体,增加有利基因频率;

或 选择优良亲本品系或无性系混合组成综合种. 无性 异交 无性系 同质,杂合;

杂合亲本品系杂交的第一代选择超 亲的无性系. 利用杂交种第一代的优势(表现在产量、品质、抗逆、低耗等方面)是 育种工作的发展方向,但需要每年制种、换种.为了节省人工去雄、授粉的 麻烦,配制杂交种可采用以下几种途径: (1)核质互作雄性不育系――即不 育系、保持系、恢复系 三系 配套法,已在玉米、高粱、水稻、油菜、小 麦等作物上应用.(2)光(温)敏核雄性不育系――即一系两用(不育系兼 保持系)的 两系法 ,已开始在水稻、小麦上应用.(3)自交不亲和系― ―有配子体型(如烟草)自交不亲和与孢子体型自交不亲和(如白菜、甘蓝 等十字花科植物)之分.(4)化学杀雄,已在小麦上应用.其中以核质互作 雄性不育系应用最广,但化学杀雄最为简便,如果价格合理又无残毒则更便 于推广. 以上是作物育种的 主流 做法,或称常规育种.在实际工作中,配合 常规技术进行的还有诱变育种、双单倍体育种和远缘杂交.前者利用理化因 素如γ射线、中子、离子束以及甲基璜酸乙脂(EMS)、硫酸二乙酯(DES)、 叠氮化钠(NaN3)等化学诱变剂诱发遗传变异,但其变异是随机的,而且有 益突变率很低,一般为 10-5 ~10-3 ,所以多与品种间杂交结合进行.双单倍体 育种则通过花药培养或孤雌生殖产生单倍体,继之以染色体加倍形成二倍 体,此法可以加速纯合进程,但因诱导频率低(一般不到 5%),出现优良 基因型的机率小,只能作为辅助措施应用.至于远缘杂交,一般指不同种、 属之间的杂交,由于亲缘关系相距稍远,经常会出现杂交不亲和,幼胚不成 活,杂种第一代不育,杂种后代育性差和 疯狂 分离等现象.随着科学技 术的进展,如利用带有广亲和基因、可交配性基因、部分同源群染色体配对 基因、染色体自然加倍基因等的 桥梁 亲本,以及生长激素处理,幼胚、 幼穗培养,秋水仙素染色体加倍处理等办法,可在不同程度上克服前述的一 系列问题.应该指出,远缘杂交是针对常规育种难以解决的问题或旨在人工 创造新类型而制定的,其潜在的遗传变异性很大,但技术难度也高,不是短 时间所能奏效的,一般多是为常规育种培育一些中间材料如双二倍体、附加 系、代换系、易位系等,以便进一步育成可供生产利用的新品种.