口袋K号13:常规植物育种

从农业实践开始,八到一万年前,农民们一直在改变他们种植的作物的基因组成。早期的农民选择了外观最好的植物和种子,并将它们保存到下一个季节种植。然后,一旦遗传学的科学被更好地理解,植物育种家利用对植物基因的了解,选择特定的理想性状,培育出改良品种。

选择快速增长等功能,更高的产量,抗虫抗病,较大的种子,或者更甜的水果比它们的野生亲缘植物显著地改变了驯化的植物种类。例如,当玉米首次在北美和南美种植时,几千年前,农民们收获的玉米芯比一个小手指还小。今天,玉米品种有数百种,其中一些产生的棒子和前臂一样长。


传统植物育种已经进行了数百年,现在仍然普遍使用。早期的农民发现一些农作物可以人工交配或交叉授粉以增加产量。不同亲本植物的理想特性也可以在后代中结合。20世纪植物育种学进一步发展的时候,植物育种家更了解如何选择优良的植物并培育它们,以创造不同作物的新品种和改良品种。这大大提高了我们种植的粮食作物的生产力和质量,饲料和纤维。

在植物育种中,识别理想性状并将其纳入后代的技术是非常重要的。种植者仔细观察他们的田地,并长途旅行,寻找表现出理想性状的个别植物。其中一些特性有时是通过一个称为突变的过程自发产生的,但是自然的突变速度非常慢,不可靠,不足以产生育种家希望看到的所有植物特性。(见“突变育种”框。)

杂交种子技术


植物育种的最终结果是开放授粉(OP)品种或F1(第一代)杂交品种。OP品种,在适当维护和生产时,相乘时保持相同的特征。与OP品种一起使用的唯一技术是选择种子植物。

杂交种子是在产量等品质上比开放授粉种子的改进。抗病虫害,以及成熟的时间。杂交种子是由亲本系杂交或杂交产生的,亲本系是通过近交产生的“纯系”。纯系是“培育出真正的”植物,或产生与父母非常相似的有性后代。穿过纯线条,一个统一的群体的F1杂交种子可以产生可预测的特点。

解释如何开发F1混合动力最简单的方法就是举个例子。假设一个植物育种家观察到一种植物有一个特别好的习惯,但花色不好,在同一类型的另一种植物中,他看到了好的颜色,但却发现了坏习惯。每种类型的最好的植物每年都会被摘取并自花授粉(单独授粉),而且,每年,种子重新播种。最终,每次播种时,都会出现相同的植物。当他们这样做的时候,这就是所谓的“纯线条”。


美国农业部照片

如果繁殖者现在选择他最初选择的两种植物中的每一种都进行纯系繁殖,并手工对这两种植物进行异花授粉,其结果被称为“F1杂交种”。植物是从所产生的种子中生长出来的,这种异花授粉的结果应具有双亲的综合性状。

这是最简单的杂交形式,但也有并发症,当然。一条完全纯净的生产线有时需要七到八年才能实现。有时候,一条纯粹的线路由几个以前的交叉口组成,以建立理想的特性。然后,将得到的植物种植,直到其遗传纯,然后再用于杂交。

除了精力充沛的品质外,正确打字,杂交植物所享受的高产量和高均匀性,其他特征,如耳廓,大多数F1杂种都具有抗病、抗虫、保水性好等特点。

不幸的是,这些好处是有代价的。因为培育F1杂交种需要多年的准备,才能培育出纯系,而这些纯系必须不断保持,以便每年都能收获F1种子。然后种子变得更贵。这一问题更加复杂,因为为了确保不发生自花授粉,两个纯系的杂交,有时,必须手工完成。

另一个缺点是,如果F1杂交种的种子用于种植下一批作物,由此产生的植物表现不如F1材料——导致产量和活力较低。因此,农民每年必须从植物育种家那里购买新的F1种子。农民是,然而,通过更高的产量和更好的作物质量得到补偿。

虽然更贵,杂交种子对农业生产力有着巨大的影响。今天,几乎所有的玉米和50%的水稻都是杂交种。

在美国,玉米杂交种的广泛应用,再加上农民改进的文化习俗,在过去的50年里,玉米的产量增加了两倍多,从20世纪30年代的平均每英亩35蒲式耳增加到90年代的每英亩115蒲式耳。世界上任何地方的其他主要作物都无法与这种成功故事相提并论。

杂交水稻技术帮助中国从1978年的1.4亿吨增加到1990年的1.88亿吨。国际水稻研究所(IRRI)和其他国家的研究表明,杂交水稻技术为提高水稻品种产量提供了15-20%的机会。这是可以实现的改进,半矮星,和近交品种(IRRI)。

许多流行蔬菜或观赏植物的品种都是F1杂交种。在改善植物特性方面,热带蔬菜育种家可以指出过去二十年中取得的一些相当明显的成就:

  • 提高产量.杂交种通常比传统的OP选择产量高出50-100%,因为它的活力得到了提高。提高了基因抗病性,在压力下改善了果实的凝结,雌雄花比例更高。
  • 延长生长季节.杂交品种通常比本地的OP品种提前15天成熟。对许多作物来说,在压力条件下,混合动力车相对于OP的相对优势最为明显。
  • 质量改进.混合动力有助于将产品质量稳定在更高水平,更统一的水平——这意味着消费质量的提高(例如冬瓜的硬肉,西瓜清脆的味道)。

突变育种


在20世纪20年代后期,研究人员发现,通过将植物暴露在X射线和化学物质下,它们可以大大增加这些变异或突变的数量。“突变育种”在二战后得到进一步发展,当核时代的技术被广泛应用时。植物暴露在伽马射线下,质子,中子,α粒子,以及β粒子,看看这些是否会诱发有用的突变。化学制品,同样,如叠氮化钠和甲磺酸乙酯,是用来引起突变的。

突变育种工作今天在世界各地继续进行。在正式公布的2252个突变育种品种中,在过去的15年里,共有1019人或近一半被释放。通过突变育种产生的植物包括小麦,大麦,大米,土豆,大豆,洋葱。(对于粮农组织的突变品种数据库,参观网址:http://www-mvd.iaea.org/mvd/default.htm。)

结论

传统的植物育种导致了开放授粉品种(OP)或杂交品种在过去几十年中对农业生产力产生了巨大的影响。虽然这是一个非常重要的工具,传统植物育种也有其局限性。第一,繁殖只能在两种植物之间进行,这两种植物可以有性交配。这限制了可以添加到已经存在于特定物种中的新特性。第二个,当植物交叉时,许多性状随感兴趣的性状一起转移,包括那些对产量潜力有不良影响的性状。

工具书类

  1. 鲍曼f.鹤,P.L.公司1992年。杂交玉米-历史,开发和选择注意事项。国家玉米手册。普渡大学,美国。
  2. 达尼达。2002年。在发展中国家评估与植物育种和作物生产有关的植物生物技术开发和使用的潜力和制约因素。工作文件。外交部,丹麦。
  3. 东西方种子1982-2002年。2002年。市场开发蔬菜育种。卡尔·库兹编辑。曼谷,泰国。
  4. 粮食及农业组织。2002年。作物生物技术:撒哈拉以南非洲地区管理者和政策制定者的工作文件。
  5. 植物育种史(http://www.colostate.edu/威廉希尔 官网网址programs/lifesciences/transgenicrcrops/history.html
  6. 杂交品种与保存种子(http://aggie-horticulture.tamu.edu/plantanswers/vegetables/seed.html
  7. 国际水稻研究所。(网址:http://www.irri.org

*2006年11月

下一个口袋k:组织培养技术