植物育种技术的发展阶段,植物育种有哪些方法

首页 > 经验 > 作者:YD1662024-02-05 05:24:44

在我们整个农业的发展史中,为了解决温饱问题,可以说人类长期以来一直在与自然做斗争,人类之所以区别与动物,很关键的一点就是具备不断改造自然的能力。而育种工作就是其中一个典型范例,育种者在育种工作中充分发挥了改造自然的创造力,使得作物产量不断攀升。从整个农业发展史来说,育种工作可以划分为选择育种、杂交育种、诱变育种、分子育种四个阶段。下面分开解读一下。

植物育种技术的发展阶段,植物育种有哪些方法(1)

选择育种

在一个相对稳定的环境内,作物的性状是相对稳定的,但是作物自然传粉杂交或者自身基因突变等出现,就会表现出不同于原来固有性状的新的表现性,这也就是我们在育种中所谓的自然变异。俗语“龙生九子,各有不同”也就是属于变异的表现形式。人类在育种中所表现出来的创造力就在于非常智慧的利用这些变异,从一堆复杂的变异中选择出符合人类需求的变异,并从这些变异中优中选优,连续多个世代的选育,就成为了稳定的品种。这也是人类最早所从事的育种工作,在过去或许没有育种这个专有名词,但是工作性质来说却是如此。这一阶段被称为选择育种,也可以说称之为经验育种。曾经有朋友询问,育种是不是科学,因为很多没有上过学的农民科学家也可以将育种做的很好。之所以让很多朋友对育种质疑,很大一方面原因也是来自于选择育种更多的是出自经验。

选择育种工作进入门槛低,可以说是古人在长期的农耕生产中根据经验、积累总结出的一套方法。在汉朝的《氾胜之书》和北魏的《齐民要术》中都出现了对于单株和混合选择育种的记载。清初提出了“株取佳穗,穗取佳粒”的理念,可以说这已经是很科学的育种理念了。随着西方植物科学的系统性发展,在1819年英国育种家P.Sherriff将上述理念称为系谱法。1856年法国的L.de.Vilmorin归纳总结了选择后代的鉴定原则,这也是至今为止为育种工作者所认可的指导原则。20世纪纯系学说的发表,使得选择育种这一经验说正是建立于科学理论之上,有了完备的科学基础。

杂交育种

植物育种技术的发展阶段,植物育种有哪些方法(2)

刚刚已经提到,选择育种更多的是建立在经验基础之上,这种育种手段对于创造变异的能力非常有限。而育种工作者则渴望拥有差异更大的变异,显然这不是选择育种可以满足的。1719年费尔德以石竹科植物杂交首次获得人工杂交种,由此打开了杂交育种的先河。1856年-1866年,孟德尔的豌豆杂交实验,提出的遗传学遗传规律成为了杂交育种的指导理论,为杂交育种提供了理论基础。

杂交育种是指不同的品系之间杂交而创造出变异,并加以选育而成为新品种的方法。杂交育种中最为突出的当属杂种优势的利用,比如杂种玉米,一代杂交种集双亲优势于一体,表现出远远超出亲本的优良性状。

杂交育种的出现对于育种来说是一个毋庸置疑的突破,但是短短几十年的发展就觉得杂交育种仅仅单一物种间的杂交所创造的变异具有极大局限性。杂交育种遗传基础狭窄,变异范围也无法满足育种者的胃口,于是育种者将杂交目标扩大到了跨度更大的种间、属间甚至科间杂交,这就是远缘杂交育种。但是缘缘杂交也存在很多缺陷,后代不育、结实率低、甚至不育等情况常有发生,但是也有很好的范例,比如马和驴杂交产生了骡子,更好的耐力和性子,农业生产上更为有用。

诱变育种

诱变育种是随着现代物理化学、航空航天等多学科发展而出现的心得育种手段。通过辐射诱导作物产生新的基因变异,继而对所产生的变异进行加以选择利用的育种手段。对于育种工作者来说,渴望拥有无穷的变异供其选择。诱变恰恰完美的满足了这些需求。相比自然变异,诱变使作物发生变异的概率要高出千百倍。不过,诱变尽管突变率很高,由于突变方向的不确定性,往往较大群体中都难选择到有用的变异。

分子育种

分子育种是将分子生物学技术应用于育种中,在分子水平上进行育种选择。通常包括:分子标记辅助育种和遗传修饰育种(转基因育种)。

分子标记辅助育种是利用分子标记与决定目标性状基因紧密连锁的特点,在育种工作中通过检测分子标记,即可达到筛选目标性状的目的,该育种方法具有快速准确的特点。

植物育种技术的发展阶段,植物育种有哪些方法(3)

遗传修饰育种,是在作物基因组水平进行修饰,目的性的创造性状,该育种方法目的性强、高校育种时间短。1983年第一株转基因烟草问世,标志着现代遗传学已发展至定向改造生物的新阶段。1986年首个转基因作物田间试验。1994年美国批准全球首个转基因耐储存番茄上市,由此开启了转基因商业化的历史先河。尽管目前转基因与尚村一些争议,但是其所取得的效益已经无法金钱所衡量了。目前我国转基因商业化种植的作物有棉花和番木瓜,两者都取得了很高的社会经济效益。2018年1月9日,由华中农大张启发院士主导研发的转基因抗虫水稻华恢1号正式获得美国FDA的食用许可,这无疑是我国转基因育种领域的里程碑。

在遗传修饰育种中还有一种被称为基因组编辑育种的技术,该技术通过对基因组中的目的基因实行敲除而达到定向改变作物性状的目的。极大的增加了创造定向变异的能力,大大提高了育种效率。更为值得期待的是,该技术只是在作物基因组内部实施敲除,而没有引入新的外源基因。完全可以消除大众对于转基因危害的担忧。不过可惜的是,目前我国对于该技术所育品种是否属于转基因范畴尚未有定论。而美国通过该技术所选育的“极地”苹果已经上市销售,美国方面的看法是依据转基因定义,该技术育成的品种不属于转基因范畴,无需转基因标识。

从整个农业育种发展史来看,育种的发展是由原先的不定向逐步向定向选择靠拢的。育种工作变得越来越高效,但是不可否认的一点是,随着现在生命科学技术的发展,育种工作也越来越系统化,在实际育种中,更多的是多种育种手段相结合,让育种工作变得更加高效。

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