種內(nèi)雜交。圖自b4fa.org
自農(nóng)業(yè)發(fā)生已有八千至一萬年，農(nóng)民一直在改變其所種植作物的基因構(gòu)成。早期的農(nóng)民選擇最好看的植物及種子，并將其保存下來以便下一個季節(jié)種植。后來，到了遺傳學(xué)更容易理解時，植物育種者就用其所掌握的植物基因來選擇理想性狀以改良品種。 選擇像生長快、產(chǎn)量高、抗蟲抗病、種子更大或果實更甜這樣的性狀使馴化植物與其野生品種相比有了很大變化。例如，數(shù)千年以前最初在北美和南美被種植時，農(nóng)民收獲的玉米棒比人的小指還小。而現(xiàn)在玉米有數(shù)百個品種，有一些玉米棒和人的前臂一樣長。 植物常規(guī)育種已經(jīng)持續(xù)了數(shù)百年，并且現(xiàn)在仍被廣泛使用。早期的農(nóng)民發(fā)現(xiàn)一些作物可以通過人工培育和異花傳粉來增加產(chǎn)量。來自不同親本植株的目標(biāo)性狀還可以 在子代中結(jié)合。二十世紀(jì)，植物育種科學(xué)得到進(jìn)一步發(fā)展，植物育種者更加了解應(yīng)該如何選擇優(yōu)勢植物并培育得到不同植物的新改良品種。這使得我們種植的糧食作 物、飼養(yǎng)作物以及纖維作物的產(chǎn)量和品質(zhì)得到非常大的提升。 識別理想性狀并將其整合到后代的藝術(shù)在植物育種中非常重要。育種者仔細(xì)檢查他們的田地并長途奔波尋找顯示出理想性狀的植株。一些這樣的理想性狀會通過基因突變過程自然發(fā)生，但是其自然發(fā)生率非常低，并且要用它來產(chǎn)生目標(biāo)性狀是不可靠的。（參見“誘變育種”） 雜交技術(shù) 天然授粉（OP）品種與F1（第一代）雜交品種均不是植物育種的最終結(jié)果。天然授粉品種如果得到正確的維持與生產(chǎn)，將會在繁殖過程中保留相同的性狀。天然授粉所用到的唯一技術(shù)便是篩選結(jié)果實植株。 雜交種子較天然授粉種子而言在產(chǎn)量、抗蟲抗病以及成熟時間這些性狀上得到了改良。雜交種子是通過雜交親本培育出的，這些親本是近交而來的純系。純系是指與親本非常相似的有性后代的植株。通過純系雜交，可制造出均勻分布的有預(yù)期性狀的F1代雜交種子。詳情請參見《如何進(jìn)行雜交育種？》 舉例解釋如何培育F1代雜交種子。假設(shè)植物育種者在一個植株上發(fā)現(xiàn)了一個特別好的性狀，但是其花的顏色不好看，而在另一株同品種的植株上，他發(fā)現(xiàn)該性狀不 好但花的顏色漂亮。然后，他分別將兩種植株在隔離的環(huán)境下每年進(jìn)行自花傳粉，并重復(fù)種植其種子。最后，每次種下的種子都會長成完全相同的植株。這些植株就 叫做“純系”。 如果育種者分別取他最初選擇的兩種植株的純系植株進(jìn)行人工交叉?zhèn)鞣?，得到的結(jié)果便是“雜合子一代”（F1）。再將雜交出的種子培育成植株，這種交叉?zhèn)鞣鄣慕Y(jié)果是子代植株應(yīng)該兼具父本與母本的性狀。 這是雜交育種最簡單的，但也有復(fù)雜的。一個完完全全的純系植株有時需要七到八年時間才能完成。有時，一個純系植株是由幾次之前的以嵌入理想性狀為目的的雜交而來，這樣的植株會一直被種植篩選，直到基因完全純化才能被用于雜交。 除了像生命力強(qiáng)、品種純正、高產(chǎn)以及雜交植物擁有的高度一致性之外，其它的像早熟、抗病抗蟲以及保水能力強(qiáng)的性狀也已經(jīng)被并入了大多數(shù)F1代中。 然而，這些優(yōu)點(diǎn)都是有代價的。因為培育F1代的過程包含了多年培育純系的準(zhǔn)備，純系只有被不斷的維持才能每年都收獲子一代種子，子一代種子因此變得更貴。問題是很復(fù)雜的，為了保證不發(fā)生自花傳粉，所有兩種純系的雜交，有時都必須由人工完成。 另一個缺點(diǎn)是如果用F1代的種子種植下一代作物，得到的作物可能不如F1代植物，比如低產(chǎn)或生命力弱。因此，農(nóng)民們不得不每年從育種者那里購買新的F1代種子。不過，農(nóng)民們能夠得到高產(chǎn)和更好的作物。 雖然雜交種子更貴，但是它卻給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力帶來了巨大的影響。如今，幾乎所有的玉米以及50%的水稻都是雜交種（丹麥國際開發(fā)署）（注：此文為2006年更新數(shù)據(jù)）。 在美國，雜交玉米種的廣泛種植再加上農(nóng)民栽培技術(shù)的改進(jìn)，使得玉米產(chǎn)量在過去的五十年中從二十世紀(jì)三十年代的每英畝頃35蒲式耳增長到了九十年代的每公頃115蒲式耳。世界上沒有任何地方的任何其它主要作物的發(fā)展可以與這樣的成功案例相比。 雜交水稻技術(shù)幫助中國將水稻產(chǎn)量從1978年的1.4億噸增長到了1990年的1.88億噸。國際水稻研究所以及其它國家的研究顯示雜交水稻技術(shù)幫助水稻產(chǎn)量增加了15%到20%，這在改良的半矮稈純系品種中是可以實現(xiàn)的（國際水稻研究所）。 許多受歡迎的蔬菜或觀賞植物都是F1代雜交品種。就改良后的植物特性而言，熱帶植物育種者們可以指出過去兩年來取得的一些顯著成果： · 產(chǎn)量增加。由于更有活力、更強(qiáng)的遺傳抗病性、壓力中更高的座果率以及更高的雌雄花比率，雜交品種的產(chǎn)量超出了經(jīng)自由傳粉植株的50%到100%。 · 延長生長季。雜交品種通常比自由傳粉品種早熟達(dá)十五天。對許多作物而言，雜交品種較自由傳粉品種在有壓力的生存環(huán)境下優(yōu)勢更顯著。 · 質(zhì)量提高。雜交品種使得產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定在一個較高且更均一---這意味著提高了食用質(zhì)量（例如，堅實的冬瓜肉、西瓜的酥脆口感）。 總結(jié) 在過去的幾十年里，常規(guī)植物育種得到的自由傳粉品種或雜交品種對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力產(chǎn)生了巨大的影響。盡管常規(guī)植物育種是一個非常重要的工具，它也有其局限性。首 先，常規(guī)育種只能發(fā)生在兩種能互相進(jìn)行有性生殖的植物之間。這限制了添加某種特定物種新的特性。其次，植物雜交時，許多其它特性都會隨著有益的特性一起被 轉(zhuǎn)移---包括那些對產(chǎn)量有不良影響的特性。 誘變育種 二十世紀(jì)二十年代后期，研究人員發(fā)現(xiàn)通過將植物暴露在X射線或化學(xué)藥品中，其變種或突變的數(shù)目大大增加?！罢T變育種”在第二次世界大戰(zhàn)后核時代技術(shù)能被廣 泛利用時得到進(jìn)一步發(fā)展。植物被暴露在γ射線、質(zhì)子、中子、α粒子以及β粒子中來看它們是否可以誘發(fā)有用的突變。像疊氮化鈉和甲磺酸乙酯這樣的化學(xué)藥品也 被用來引起基因突變。 誘變育種工作現(xiàn)在仍在世界各地繼續(xù)。在已被官方發(fā)布的2252種誘變育種品種中，有1019或幾乎一半在最近的15年中發(fā)布。通過誘變育種制造出的植物包 括小麥、大麥、大米、土豆、大豆以及洋蔥等。（了解聯(lián)合國糧食與農(nóng)業(yè)組織的變異品種數(shù)據(jù)庫，訪問http://www-mvd./MVD /default.htm） （來源：ISAAA，翻譯：基因農(nóng)業(yè)網(wǎng) 王曉肖，信娜） |
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