現(xiàn)代作物育種的發(fā)展趨勢(shì)

沈潔

摘 要：作物種植需要進(jìn)行育種選育工作，只有良好的作物育種才可以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的作物種植和產(chǎn)出，基于此，本文針對(duì)現(xiàn)代作物選育種植進(jìn)行分析研究，并論述作物育種的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：作物育種；作物種植；雜交技術(shù)

1 作物育種關(guān)鍵技術(shù)

1.1 單倍體育種

①誘導(dǎo)獲得單倍體。自然生長(zhǎng)的作物發(fā)生單倍體概率并不高，以自然生長(zhǎng)玉米為例，野生玉米的單倍體概率僅有0.05%～0.1%的發(fā)生概率，這主要是因?yàn)樽魑锬副締伪扼w發(fā)生是極為罕見(jiàn)的，僅有十萬(wàn)分之一的發(fā)生概率。也正是基于自然生長(zhǎng)作物下單倍體稀有性，在實(shí)際種植培育中需以人工方式，誘導(dǎo)作物產(chǎn)生所需的單倍體。人工誘導(dǎo)單倍體的產(chǎn)生是通過(guò)化學(xué)藥劑處理花粉的方式，實(shí)現(xiàn)單倍體的誘導(dǎo)產(chǎn)生；或通過(guò)延遲授粉提升孤雌生殖的誘導(dǎo)率；或通過(guò)父本花粉的輻射射線(xiàn)處理，提升單倍體產(chǎn)生概率；也可單倍體啟動(dòng)基因?qū)崿F(xiàn)作物單倍體誘導(dǎo)。②單倍體鑒定。作物培育中并非所有單倍體都可應(yīng)用，在實(shí)際培育中需要相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)用單倍體鑒定方法，對(duì)單倍體的水平進(jìn)行鑒定，進(jìn)而達(dá)到單倍體是否可用的確認(rèn)明確，一般常用單倍體鑒定方法包括形態(tài)學(xué)、解剖學(xué)及細(xì)胞遺傳鑒定、射線(xiàn)照射鑒定等。③多倍體的重新合成。基于部分單倍體選育并不可直接利用，因此需對(duì)單倍體進(jìn)行加倍形成二倍體再加以利用，雖然單倍體加倍可以自然發(fā)生，但人工引導(dǎo)選擇的單倍體加倍具備更高的存活率和生長(zhǎng)質(zhì)量[1]。

1.2 群體改良

群體改良是作物培育中通過(guò)一定方式對(duì)作物群體進(jìn)行基因改良，促使作物基因的不良基因消退和去除的方法，一般作物的群體改良主要以輪回選擇法、逆境選擇法兩種方法為主，其中輪回選擇法是通過(guò)原始群體中選取優(yōu)良單株進(jìn)行自交和測(cè)交，根據(jù)結(jié)果選出優(yōu)良單株并混合種植互相交配形成第一輪改良群體；再依照這方法進(jìn)行多次輪回交配，實(shí)現(xiàn)優(yōu)良基因比例的提升和保持，是典型的循環(huán)育種技術(shù)；逆境選擇法就是在育種選配中將作物群體種植于逆境環(huán)境中，例如雜草叢生區(qū)域、鹽堿地區(qū)域、病蟲(chóng)害區(qū)域、旱澇災(zāi)害區(qū)域等，通過(guò)定向的逆境環(huán)境培育，以后天引導(dǎo)的方式促進(jìn)作物產(chǎn)生適應(yīng)環(huán)境的變異，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)群體改良。

1.3 雜交育種

雜交育種是指在作物育種中，將父母本雜交形成不同的遺傳多樣性，進(jìn)而通過(guò)對(duì)雜交后代的篩選，獲得具備父母本優(yōu)良性狀的作物，并實(shí)現(xiàn)對(duì)不良性狀的剔除。一般雜交育種常用方式包括單雜交、復(fù)合雜交、回交三種方式，其中單雜交就是兩個(gè)品種之間的雜交，具備經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)，多用于雜交一代；復(fù)合雜交是指兩個(gè)以上的品種經(jīng)過(guò)兩次以上的雜交進(jìn)行育種，一般適用于單雜交無(wú)法實(shí)現(xiàn)性狀遺傳需求下的技術(shù)應(yīng)用；回交是指雜交后代與親本一代繼續(xù)雜交，是一種強(qiáng)化親本性狀的雜交方法。

2 現(xiàn)代作物育種的發(fā)展趨勢(shì)

2.1 快速育種的發(fā)展趨勢(shì)

現(xiàn)有研究顯示作物育種在恒定光照下多具備快速開(kāi)花結(jié)果的特性，能夠符合現(xiàn)代社會(huì)對(duì)作物的快速獲取需求。而在2003年昆士蘭大學(xué)就創(chuàng)造出了面向小麥育種的快速育種技術(shù)。該技術(shù)應(yīng)用中不需要專(zhuān)門(mén)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行體外培養(yǎng)和單倍體加倍，只需要優(yōu)質(zhì)光源保持一定時(shí)間、強(qiáng)度的光照，再輔以溫度控制即可實(shí)現(xiàn)開(kāi)花加速實(shí)現(xiàn)盡快收獲種子，有利于低成本實(shí)現(xiàn)高密度種植。基于當(dāng)下農(nóng)業(yè)集成化技術(shù)發(fā)展和智能農(nóng)業(yè)應(yīng)用，快速育種技術(shù)也在不斷發(fā)展。例如，第一個(gè)使用快速育種開(kāi)發(fā)的春小麥品種“DS? Faraday”于2017年在澳大利亞發(fā)布。該產(chǎn)品基于快速育種技術(shù)應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)作物成熟時(shí)對(duì)休眠基因的轉(zhuǎn)育，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)籽粒加速發(fā)育。這也意味著隨著技術(shù)發(fā)展和推廣應(yīng)用，快速育種技術(shù)應(yīng)用有望基于智能技術(shù)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)更好發(fā)展，未來(lái)作物育種將更加高效化[2]。

2.2 表型分析的發(fā)展趨勢(shì)

作物培育和生長(zhǎng)離不開(kāi)表型分析，表型分析是指對(duì)作物生長(zhǎng)、發(fā)育、生理學(xué)的任何方面進(jìn)行測(cè)量，進(jìn)而基于表型分析實(shí)現(xiàn)新品種的選型以及品系的篩選，而基于當(dāng)下工程學(xué)的發(fā)展，在作物表型分析的過(guò)程中，育種技術(shù)人員可以基于工程學(xué)支持瞥見(jiàn)更多作物育種內(nèi)容，包括各種植物成像機(jī)器人、可視化學(xué)習(xí)處理系統(tǒng)等，可以在應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)無(wú)損化的植物生長(zhǎng)監(jiān)控和自動(dòng)監(jiān)測(cè)，有助于技術(shù)人員繪制復(fù)雜表型遺傳區(qū)域圖譜，對(duì)作物的產(chǎn)量構(gòu)成要素和植株高度等重要信息進(jìn)行分析，以此可以實(shí)現(xiàn)更快更好的改良作物品系。并隨著低成本計(jì)算機(jī)設(shè)備和智能設(shè)備的應(yīng)用，表型分析平臺(tái)開(kāi)始愈發(fā)容易獲取和應(yīng)用，未來(lái)的作物育種，預(yù)期可實(shí)現(xiàn)更高技術(shù)支持和更便利技術(shù)應(yīng)用幫助下的育種效率提升。

2.3 細(xì)胞工程的發(fā)展趨勢(shì)

基于當(dāng)下生物工程技術(shù)發(fā)展，生物工程重要分支細(xì)胞工程技術(shù)將有望對(duì)作物育種工作帶來(lái)新發(fā)展趨勢(shì)，細(xì)胞工程技術(shù)基于細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)理論，能在技術(shù)應(yīng)用中，基于人工設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)細(xì)胞水平上的遺傳操作和組織培養(yǎng)，通過(guò)細(xì)胞工程技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)高價(jià)值植株的定向培養(yǎng)及作物育種人工選擇。實(shí)際上基于細(xì)胞工程技術(shù)應(yīng)用，當(dāng)下國(guó)內(nèi)作物選育已經(jīng)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的技術(shù)進(jìn)步。其中，河南農(nóng)科院基于細(xì)胞工程培育小麥新品種具備抗倒伏、抗銹病、抗白粉病優(yōu)勢(shì)，通過(guò)細(xì)胞工程選育培養(yǎng)，大幅縮短育成周期，一般可提升2～3年時(shí)間。細(xì)胞工程是重要的作物種植發(fā)展趨勢(shì)。

結(jié)語(yǔ)：綜上所述，現(xiàn)代作物育種技術(shù)的發(fā)展基于新時(shí)代技術(shù)的應(yīng)用，有多方面的發(fā)展趨勢(shì)和方向，而無(wú)論如何高效的技術(shù)發(fā)展都將有利于作物的育種，都將有助于糧食安全的保障。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉海嵐，夏超，蘭海.全基因組選擇技術(shù)在作物育種中的研究進(jìn)展[J].華北農(nóng)學(xué)報(bào)，2022，37（S1）：51-58.

[2] 尹春鳳，徐宣國(guó)，崔丙群.種業(yè)振興背景下我國(guó)作物育種協(xié)同創(chuàng)新發(fā)展空間及提升路徑[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2022，50（18）：42-47.