植物育種歷史及其對(duì)社會(huì)的影響

張換樣 李 靜 朱永紅 秦麗霞 吳慎杰

（山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所，山西運(yùn)城 044000）

1 古代的植物育種對(duì)社會(huì)的作用

人類的植物育種起始于對(duì)野生植物的馴化。人類一開始主要以捕食動(dòng)物和采集可食性植物的果實(shí)和器官為生，隨著工具和手段的不斷進(jìn)步，人類種群不斷壯大，造成了食物資源匱乏，種群內(nèi)部的生存競(jìng)爭(zhēng)也越來越激烈。古人開始馴化植物物種后，從捕食和野外采集野生植物作為食物慢慢轉(zhuǎn)為大面積的種植和收獲糧食，降低了捕食和采集食物的風(fēng)險(xiǎn)，從而有利于古人類種群的繁衍和生存。在最初的對(duì)野生植物物種的馴化過程之中，人們不可能對(duì)某一物種的所有群體都進(jìn)行馴化，所以在滿足了當(dāng)初人類的原始飲食需求的基礎(chǔ)上對(duì)自然的物種沒有造成巨大的破壞，也不可能造成生態(tài)或物種多樣性的社會(huì)問題，只是滿足了人類生存的需求，促進(jìn)了人類種群的迅速繁衍和社會(huì)的巨大發(fā)展，象征著人類文明的進(jìn)步，是人類種群的進(jìn)一步擴(kuò)張和分化及新的社會(huì)形態(tài)建成的主要因素之一。

品種的傳播和遷移受到人們活動(dòng)范圍和氣候的影響，不同地區(qū)馴化的物種只能是在一定的地域范圍內(nèi)種植。事實(shí)上當(dāng)人們開始有選擇地保留優(yōu)良單株的種子，即標(biāo)志著人們選育品種的開始。經(jīng)過長(zhǎng)期的選擇和馴化以及地域性自然選擇就形成了各種適用范圍較窄的地方性品種，在封建社會(huì)自給自足的自然經(jīng)濟(jì)模式下，每年各家自留種子種自家的田，經(jīng)過長(zhǎng)期的種植就形成了農(nóng)家品種。這些品種在資本主義商品經(jīng)濟(jì)沒有建立起以前，留種不是為了賺錢和推廣，而是滿足自家的種植需求，得不到大面積種植。中國(guó)農(nóng)家品種和地方性品種經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的封建社會(huì)使其變得更加豐富，這些地方性品種和農(nóng)家品種對(duì)當(dāng)時(shí)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)起著決定性作用，在一定程度上豐富了物種的多樣性。

2 近代的植物育種奠定了科學(xué)的現(xiàn)代植物育種的基礎(chǔ)

科學(xué)研究者于17世紀(jì)后半業(yè)開始了和育種有關(guān)的科學(xué)工作并且明確了子房和花粉的作用，發(fā)現(xiàn)去雄和去柱頭都對(duì)植株會(huì)造成不育[1]；繼英國(guó)的Faerchild在1719年進(jìn)行了世界上首次的人工雜交之后，德國(guó)Keolreuter（1759-1838年）研究了棉花、等植物的雜交[2]。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)了梨樹和桃樹的雜種優(yōu)勢(shì)，了解到相近的品種之間能相互進(jìn)行雜交，F(xiàn)1表現(xiàn)一致而F2及其后代表現(xiàn)眾多變異[3]。Vilmorin在1830-1855年利用單株選育了高糖甜菜及谷類、花卉等品種[4]；Hay于1888年發(fā)明了百株選育法[5]。這一時(shí)期的育種工作沒有明確的目標(biāo)，只是盲目地雜交和選擇，沒有系統(tǒng)的理論指導(dǎo)，都是對(duì)育種技術(shù)的探索，為建立系統(tǒng)的進(jìn)化論和基本遺傳定律創(chuàng)造了條件。當(dāng)時(shí)培育的品種沒有大面積推廣，引發(fā)的社會(huì)問題也不突出。

3 現(xiàn)代的植物育種和當(dāng)前育種的熱點(diǎn)

達(dá)爾文的進(jìn)化論和雜種優(yōu)勢(shì)理論的確立以及孟德爾遺傳學(xué)定律的發(fā)現(xiàn)，使得作物育種從20世紀(jì)20年代開始擺脫憑借經(jīng)驗(yàn)和技巧的初級(jí)狀態(tài)，發(fā)展為具有系統(tǒng)理論和科學(xué)方法的一門應(yīng)用學(xué)科，才有了真正意義上的植物遺傳育種方式，開創(chuàng)了現(xiàn)代植物育種技術(shù)的新紀(jì)元。特別是雜交育種成了最主要、最有效的育種方法，經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，作物的常規(guī)育種技術(shù)以雜交育種為核心形成了完整的常規(guī)育種技術(shù)體系和方法。常規(guī)育種的方法有以下6種。（1）選擇育種由自然選擇變異發(fā)展而來，具體分為系選法和混選法，是所有育種技術(shù)的基礎(chǔ)。（2）雜交育種按親本選配原則進(jìn)行品種間雜交，分離純合出集聚優(yōu)良性狀的材料形成品種。（3）回交育種利用雜交和選擇技術(shù)對(duì)品種、自交系或材料進(jìn)行可預(yù)測(cè)的遺傳改良。（4）雜優(yōu)利用主要利用純系間雜交時(shí)的顯性和超顯性遺傳效應(yīng)進(jìn)行選種。（5）遠(yuǎn)緣雜交不同種、屬或親緣更遠(yuǎn)的雜交，可合成新物種，但主要是創(chuàng)造新材料。（6）誘變育種具體分為物理誘變和化學(xué)誘變，主要通過誘變技術(shù)使選育材料產(chǎn)生大量的變異。這樣人們就可以有目的、可預(yù)測(cè)和程序化地選育品種和改良品種。

生物技術(shù)的興起為作物育種提供了前所未有的美好前景，它可以基本不受限制地使基因在動(dòng)物、植物和微生物3大系統(tǒng)里交換，可使性狀的改良與變異定向化；可以不受時(shí)空限制用克隆的辦法大量地繁殖所需的生物個(gè)體；獲得新品種的速度比常規(guī)育種快得多[6-9]。隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，分子圖譜技術(shù)也逐漸興起，為基因的定位、分離、功能鑒定奠定了重要基礎(chǔ)，特別是分子標(biāo)記技術(shù)的建立有效解決了作物育種中的準(zhǔn)確性選擇不夠問題[10-12]。目前，轉(zhuǎn)基因育種成為新熱點(diǎn)，并已取得突破。美國(guó)抗玉米螟和抗除草劑轉(zhuǎn)基因玉米品種年種植面積已超過500萬hm2。我國(guó)科學(xué)家也正在積極發(fā)展具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的轉(zhuǎn)基因作物，并在抗蟲棉、抗蟲玉米、轉(zhuǎn)基因水稻和小麥等方面取得了突破。以基因工程為代表的生物技術(shù)和以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為代表的信息技術(shù)將在21世紀(jì)發(fā)揮重要作用。生物技術(shù)和信息技術(shù)等高新技術(shù)與經(jīng)濟(jì)緊密結(jié)合形成了產(chǎn)業(yè)化。企業(yè)在高新技術(shù)發(fā)展中成為主體，如美國(guó)的英特爾公司的CPU、微軟公司的Windows操作系統(tǒng)、孟山都公司的轉(zhuǎn)基因技術(shù)等都處于該領(lǐng)域的領(lǐng)先壟斷地位。國(guó)家之間的競(jìng)爭(zhēng)越來越集中地體現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)等方面。隨著新技術(shù)革命的到來，經(jīng)濟(jì)、市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)集中體現(xiàn)在技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)上。

4 現(xiàn)代植物育種對(duì)人類的貢獻(xiàn)和帶來的社會(huì)問題

4.1 育種解決的問題現(xiàn)代植物育種技術(shù)的成就是令人驕傲的，近年來耕地面積迅速減少而世界人口增長(zhǎng)了數(shù)倍，目前世界總?cè)丝跀?shù)近60億，而能夠解決飲食問題很大程度上歸功于植物育種。目前，中國(guó)人口到2030年預(yù)測(cè)達(dá)到16億，按播種面積不變以及人民生活水平的逐步提高計(jì)算，單產(chǎn)須提高32.6%，因此飲食問題將是植物育種家要直接面對(duì)的問題。育種是提高作物單產(chǎn)的核心環(huán)節(jié)，在對(duì)單產(chǎn)的貢獻(xiàn)中品種可占33%，是不可替代的手段。育種技術(shù)的進(jìn)步和材料的突破都會(huì)給單產(chǎn)或品質(zhì)等性狀帶來新的進(jìn)步。1949-1991年，小麥的單產(chǎn)由42.5 kg/667 m2增加到208 kg/667 m2，增長(zhǎng)了4.8倍。雜種優(yōu)勢(shì)的大規(guī)模應(yīng)用，是20世紀(jì)農(nóng)業(yè)發(fā)展應(yīng)用的最主要的技術(shù)之一。20世紀(jì)20年代，在雜種優(yōu)勢(shì)的遺傳學(xué)理論基礎(chǔ)上，雜交種首先在玉米生產(chǎn)上大規(guī)模應(yīng)用，首先應(yīng)用的是雙交種，再發(fā)展為三交種和單交種。20世紀(jì)20年代，美國(guó)玉米產(chǎn)量由每667 m2產(chǎn)量100 kg提高到目前的500 kg，其中雜交種的作用占45%以上。我國(guó)自20世紀(jì)60年代開始推廣應(yīng)用雜交種，到目前90%以上的玉米生產(chǎn)使用的都是雜交種，處于國(guó)際先進(jìn)行列。水稻是我國(guó)的第一大作物，20世紀(jì)60年代水稻的產(chǎn)量由每667 m2平均175 kg增加到200 kg，在1976-1992年通過推廣雜交水稻，增產(chǎn)約500億kg。

現(xiàn)代生物技術(shù)的興起為培育高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的糧食作物品種提供了更加有效的工具。1983年首次出現(xiàn)轉(zhuǎn)基因植物，1986年轉(zhuǎn)基因技術(shù)首次進(jìn)入田間實(shí)驗(yàn)，隨后轉(zhuǎn)基因棉花、大豆、玉米、水稻和番茄等取得了巨大的成功。30多個(gè)國(guó)家和地區(qū)千例轉(zhuǎn)基因植物進(jìn)入田間實(shí)驗(yàn)并進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段。隨著轉(zhuǎn)基因植物的產(chǎn)業(yè)化，減少了除草劑、殺蟲劑、化肥等化學(xué)品的使用，節(jié)省了勞動(dòng)力，近年來世界轉(zhuǎn)基因植物的銷售成倍增長(zhǎng)，2005年達(dá)80億美元，2010年達(dá)到250億美元。另外，利用生物技術(shù)可提高農(nóng)、林、果、蔬等各種作物的品質(zhì)和抗逆性，滿足人類日益提高的生活水平的需求，開發(fā)旱、荒、瘠以及薄等不易生長(zhǎng)作物或產(chǎn)量較低的土地。培養(yǎng)出新型的植物可以用來解決當(dāng)今日趨緊張的環(huán)境和資源問題，如吸收污染或分解污染物，對(duì)瘠薄山地和荒漠的綠化，提供新型植物資源；作為藥品生產(chǎn)的反應(yīng)器，在一定程度上豐富了物種的多樣性。

4.2 種子的產(chǎn)業(yè)化帶來的巨大社會(huì)效益美國(guó)是世界上最發(fā)達(dá)的種子產(chǎn)業(yè)化國(guó)家，也是最大的種子生產(chǎn)國(guó)和出口國(guó)，也是第一個(gè)商業(yè)化生產(chǎn)種子的國(guó)家。種子產(chǎn)業(yè)從20世紀(jì)20年代起步，二戰(zhàn)后快速發(fā)展，20世紀(jì)90年代以后則開始質(zhì)的飛躍。美國(guó)的種子產(chǎn)業(yè)不僅市場(chǎng)巨大，而且運(yùn)行規(guī)范，已發(fā)展形成一個(gè)年產(chǎn)值幾十億美元的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，對(duì)美國(guó)的種植業(yè)、食品業(yè)、飼料業(yè)乃至醫(yī)藥、化工等行業(yè)都有巨大影響。美國(guó)的玉米種子貿(mào)易占據(jù)全部種子貿(mào)易利潤(rùn)的一半以上。美國(guó)種業(yè)7強(qiáng)中有5家將玉米種子作為最主要的商品。以先鋒公司（Pioneer）為例，玉米種子的營(yíng)業(yè)利潤(rùn)在過去7 a一直占90%以上，而選育玉米新品種對(duì)成功銷售種子和企業(yè)發(fā)展至關(guān)重要。迪卡公司（Dekalb）在美國(guó)曾一度領(lǐng)先于先鋒，就是因?yàn)槭紫冗x育出大受歡迎的玉米雙交種Dekalb 404A、中熟玉米單交種Dekalb 805和早熟種Dekalb 145等新品種。而先鋒公司之所以在20世紀(jì)70年代中后期出現(xiàn)快速發(fā)展，也是該公司成功選育了P3780和P3732兩個(gè)單交種（每個(gè)品種累計(jì)銷售額超過10億美元）。玉米種子的成功產(chǎn)業(yè)化很大程度地推動(dòng)了美國(guó)種子產(chǎn)業(yè)的形成、完善與發(fā)展。投巨資進(jìn)行玉米育種研發(fā)是美國(guó)玉米種子產(chǎn)業(yè)的主要成功之道。1980年，美國(guó)種子產(chǎn)業(yè)在玉米育種研發(fā)方面的投入額為5 300萬美元，而到1990年達(dá)到1.01億美元。此外，創(chuàng)新意識(shí)和企業(yè)家精神對(duì)種子產(chǎn)業(yè)化的成功也至關(guān)重要。我國(guó)的玉米種子產(chǎn)業(yè)還處于初級(jí)階段，但玉米新品種的選育和推廣種植所產(chǎn)生的增產(chǎn)作用，能夠帶動(dòng)整個(gè)種子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。如山東萊州農(nóng)科院選育出的掖單2、13等系列緊湊大穗型品種，品種覆蓋面占全國(guó)玉米面積的1/3以上，促進(jìn)了自身種子產(chǎn)業(yè)的形成，也帶動(dòng)了全國(guó)一大批種子企業(yè)的發(fā)展。近幾年的農(nóng)大108、3138和唐抗5號(hào)的育成、推廣也帶動(dòng)了許多種子企業(yè)的發(fā)展。

5 現(xiàn)代植物育種帶來的問題

5.1 品種單一化造成了遺傳多樣性的流失農(nóng)作物地方品種的有效保護(hù)是農(nóng)業(yè)生物多樣性可持續(xù)利用的基礎(chǔ)，而長(zhǎng)期定向育種使得可利用的生物多樣性越來越窄。由于品種的產(chǎn)業(yè)化和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的集約化生產(chǎn)方式使大量農(nóng)作物地方品種被少數(shù)高產(chǎn)改良品種所取代，并在一定程度上排擠了小作物的種植，造成農(nóng)作物基因庫(kù)中“基因流失（Geneticrosion）”和遺傳多樣性的降低[13]。如印尼近15 a來就丟失了1 500份水稻資源，80%的水稻種植面積是經(jīng)培育的優(yōu)良品種。農(nóng)家品種會(huì)在生長(zhǎng)環(huán)境中繼續(xù)進(jìn)化而產(chǎn)生新的遺傳變異，因而是農(nóng)業(yè)生物多樣性就地保護(hù)的重要途徑。盡管人們對(duì)作物品種資源農(nóng)家保護(hù)有大量相關(guān)的研究和案例分析，但截至目前還沒有比較成功的農(nóng)家保護(hù)實(shí)例報(bào)道。另外，品種單一會(huì)由于遺傳的一致性而引發(fā)比較重的和遺傳有關(guān)的病蟲害，對(duì)病蟲害抗的性越來越差，尋找新的抗源越來越難。1970年，美國(guó)雜交玉米由于T型不育系對(duì)小斑病的敏感而爆發(fā)的小斑病損失達(dá)10億美元。1964年，我國(guó)小麥的三種銹病大爆發(fā)。因此，對(duì)農(nóng)家品種的保護(hù)機(jī)制及科學(xué)問題進(jìn)行深入研究，并尋求一條新的途徑來充分發(fā)揮農(nóng)家保護(hù)應(yīng)有的作用，顯得格外重要。利用生物多樣性布局的水稻混合間栽的生產(chǎn)模式，不僅解決了病害控制的問題，而且也保護(hù)了水稻地方品種的多樣性。這種混合間栽的生物多樣性布局和生產(chǎn)方式，可能成為農(nóng)家保護(hù)的一條新途徑[14-15]。

5.2 品種的產(chǎn)業(yè)化、知識(shí)產(chǎn)權(quán)、資金投入以及管理方面的問題品種的產(chǎn)業(yè)化在世界范圍內(nèi)的興起打破了國(guó)家和地區(qū)的界限，集團(tuán)之間的協(xié)作和利益的瓜分需要建立較為公正和統(tǒng)一的公約或標(biāo)準(zhǔn)。各國(guó)家先后建立起法律、規(guī)章和制度，保護(hù)新品種的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，明確了育種者和經(jīng)營(yíng)者各自的權(quán)力和利益。但是更需進(jìn)一步明確種植者的權(quán)益，即農(nóng)民所承擔(dān)的相應(yīng)的新品種保護(hù)、多樣性保護(hù)及知識(shí)產(chǎn)權(quán)的維護(hù)等方面的權(quán)力和義務(wù)。在這些方面應(yīng)有世界級(jí)的統(tǒng)一或認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)。尤其是我國(guó)現(xiàn)在的種子生產(chǎn)和和銷售的管理迫切需要加強(qiáng)管制。在育種的資金投入方面，私營(yíng)的比例越來越大，但它的流向值得注意。企業(yè)投資的目的很大程度上受利益的驅(qū)動(dòng)，關(guān)注的收益多一點(diǎn)，偏重于應(yīng)用和推廣，偏重于雜交種、經(jīng)濟(jì)作物和大作物。對(duì)基礎(chǔ)理論的投入明顯不足，對(duì)常規(guī)育種和小作物的投入也較少，應(yīng)適當(dāng)對(duì)此進(jìn)行必要的平衡和管理。

6 轉(zhuǎn)基因技術(shù)育種引發(fā)的社會(huì)問題

轉(zhuǎn)基因植物現(xiàn)在有很多已投入應(yīng)用，如抗除草劑大豆、玉米，延遲成熟的番茄，都產(chǎn)生了非常好的經(jīng)濟(jì)效益。人們對(duì)轉(zhuǎn)基因植物發(fā)表了很多看法，是世界關(guān)注的焦點(diǎn)。目前，還沒有充分的證據(jù)表明轉(zhuǎn)基因?qū)θ擞泻€是無害，只能是防患于未然地放到實(shí)踐中去檢驗(yàn)。

6.1 公眾的心態(tài)關(guān)于這一點(diǎn)，歐洲人比美國(guó)人要敏感的多。這可能和他們的保守觀念有關(guān)，害怕新植物帶來潛在的危害，一旦在特定的時(shí)期發(fā)生，無法控制，許多人便會(huì)有恐慌的心態(tài)，相當(dāng)一部分人存在抵制的情緒。可是雖然他們給轉(zhuǎn)基因食品貼標(biāo)簽，限制推廣，但是在轉(zhuǎn)基因的投入和規(guī)模上并不落后，這就是尖端科學(xué)和技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)。

6.2 安全性問題安全性問題主要指轉(zhuǎn)基因食品的安全性和轉(zhuǎn)基因植物環(huán)境釋放的安全性，雖然沒有足夠的證據(jù)表明它對(duì)安全性造成威脅，但是還是需要根據(jù)設(shè)計(jì)試驗(yàn)對(duì)可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行必要論證[16]。

環(huán)境安全性主要體現(xiàn)在以下幾方面：第一，轉(zhuǎn)基因植物可能缺少天敵或有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)而形成新的巨型雜草；第二，基因可能漂移到近緣野生種，對(duì)生態(tài)平衡造成威脅；第三，一些抗病蟲基因編碼的毒蛋白在收獲后或加工后對(duì)環(huán)境是否會(huì)造成污染；第四，關(guān)于對(duì)品種多樣性的保護(hù)報(bào)道有很多，但沒有形成定論[17-18]。

食用安全性主要表現(xiàn)在以下幾方面：第一，外援基因本身是否有毒害型和發(fā)生轉(zhuǎn)移；第二，外援基因編碼的蛋白質(zhì)對(duì)人或動(dòng)物是否有毒；第三，抗生素標(biāo)記基因是否導(dǎo)致人或動(dòng)物的抗藥性；第四，是否有次生效應(yīng)。

6.3 產(chǎn)業(yè)化的問題轉(zhuǎn)基因食品或產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)需做各種安全評(píng)估和環(huán)境釋放評(píng)估，增加了非技術(shù)的成本，而進(jìn)入市場(chǎng)后的標(biāo)識(shí)制度也設(shè)置了人為的市場(chǎng)障礙。單獨(dú)隔離種植、儲(chǔ)運(yùn)、加工更是增加了成本，大大限制了轉(zhuǎn)基因食品的市場(chǎng)銷售，也限制了轉(zhuǎn)基因育種的種子的產(chǎn)業(yè)化。

6.4 倫理和自然法則問題一些人、團(tuán)體和宗教團(tuán)體認(rèn)為，外源基因的導(dǎo)入違背了自然的法則，有悖于常倫，它的存在是嚴(yán)重不合理的。他們相信萬物是上帝創(chuàng)造，人類沒有權(quán)力更改任何物種基因，是不道德的。

7 結(jié)語

育種工作者應(yīng)注重對(duì)現(xiàn)有種質(zhì)資源的保護(hù)、創(chuàng)新和進(jìn)一步的合理開發(fā)利用；加強(qiáng)生物技術(shù)研究，慎重對(duì)待其利弊；時(shí)刻掌握國(guó)內(nèi)外本領(lǐng)域的最新動(dòng)態(tài)，時(shí)刻保持創(chuàng)新意識(shí)，只有不斷創(chuàng)新才能在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)制高點(diǎn)，處于優(yōu)勢(shì)地位，并在科研和產(chǎn)業(yè)化工作中站在技術(shù)創(chuàng)新的第一線；把握市場(chǎng)脈搏，以市場(chǎng)為導(dǎo)向，以形成產(chǎn)業(yè)為目標(biāo)。總而言之，我國(guó)要以科研為基礎(chǔ)，以市場(chǎng)為導(dǎo)向，以創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益為中心；立足目前，著眼未來，不斷創(chuàng)新，發(fā)展高科技，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。