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远缘杂交:一场物种间的“跨界”

发布时间:2014年08月19日 08:55 | 进入三农论坛 | 来源:农民日报 | 手机看新闻


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  本报记者 缪翼

  编者按:用牧草与小麦杂交,培育出抗病性强的小麦品种——小偃系列小麦;用竹子和水稻杂交,培育出高产、稳产、抗倒、米质优良的水稻新品种——竹稻;用冰草与小麦杂交,培育出节水型小麦新品种——“普冰9946”;用枸杞与辣椒杂交,培育出个高大、产量高、营养丰富的宁夏枸杞辣椒……

  面对层出不穷的远缘杂交品种,恐怕多数人都会产生这样的疑问——究竟是怎样的融合,让看似不搭边儿的两个物种突破种属界限创造出了新物种?远缘杂交技术为农民致富增收创造了多少奇迹?本期《前沿》带您一探其中的奥秘。

  远缘杂交,选育最优秀后代

  远缘杂交,其实就是个取长补短的过程。不同种、不同属,甚至亲缘关系更远的物种之间的杂交,突破种属界限,扩大遗传变异,从而实现创造新物种、改良旧物种、利用杂种优势的育种意义。

  记者曾在南方的菜市场上看到过一种球形西葫芦,当时在想是不是基因突变?经调查了解,其实它是印度南瓜和美洲南瓜远缘杂交而成的特色西葫芦新品种,这听起来有些不可思议。

  “让两个不同种、不同属,看似风马牛不相及的物种杂交,育出抗逆性强、适应性强、产量高的品种。”中国科学院院士、小麦育种学家李振声形象的比喻让记者对远缘杂交有了初步认识。他和他的育种团队几十年如一日,做着如此不可思议的探索,最终给了小麦野草般“春风吹又生”的旺盛生命力。

  据李振声介绍,获得远缘杂种通常要克服三方面的困难:一是杂交不亲和性。可根据具体情况分别采用广泛测交、改变授粉方法、预先无性接近法、媒介法、改变亲本染色体的倍数性、理化因素处理,或其他方法克服。二是杂种夭亡或不育。由于远缘亲本在遗传、生理上的巨大差异,即使克服了受精过程的障碍,在胚乳植物中还可能出现胚与胚乳之间发育不协调以致幼胚败育,可采用杂种幼胚离体培养解决。造成杂种不育的原因多半是由于来自双亲的异源染色体不能正常配对,破坏了减数分裂的正常进程和大小孢子形成。利用秋水仙碱处理杂种使染色体加倍,不仅可克服杂种不育,还可创造新种。通过延长生育期、改善营养条件等措施对克服杂种夭亡、提高杂种育性有时也有一定作用。三是疯狂分离。由于来自双亲的异源染色体不能互相配对而形成大量单价染色体,在连续几个世代的配子形成过程中,随机分散到杂种后代的细胞内,形成多种多样的性状变异,解决办法是染色体加倍或回交。

  就像马和驴杂交的后代骡子没有生育能力一样,让小麦的杂交后代获得牧草的抗病基因谈何容易,从上世纪50年代,李振声就在西北开始了大浪淘沙式的实验研究。“起初我们选了12种牧草与小麦杂交,只成功了3种,但其中的两种表现都不十分理想,只有长穗偃麦草一枝独秀,与小麦的杂交后代最优秀。”李振声说,“于是,我们就把研究重点集中于此,便有了现在的小偃系列小麦。”

  远缘杂种,特性关键词解读

  不难看出,高产、耐旱、抗倒伏等等,俨然成为了远缘杂交品种的特性标签。那么,远缘杂种品种的效果究竟如何呢?俗话说,是骡子是马拉出来遛遛。

  高产

  代表作物:“周麦22”

  “我院培育的小麦品种‘周麦22'亩产764.2公斤,创造了国内千亩高产示范方实收最高亩产纪录。”河南省周口市农科院小麦室主任韩玉林说,“目前,‘周麦22'已迅速成为我省第一大推广品种,黄淮麦区累计推广面积7000多万亩。”

  据韩玉林介绍,“周麦22”是通过小黑麦与普通小麦远缘杂交、回交、辐射诱变、阶梯聚合改良等模式,综合运用常规育种与抗病性平行接种鉴定、品质测定及一年三次加代等育种新技术定向选育而成,技术水平居国内领先。该品种于2007年9月通过国家审定,2009年获得国家植物新品种权保护。

  据了解,该品种高产潜力大,稳产性、耐旱性、抗寒性及茎秆弹性都很好,抗倒伏能力强,适宜在河南省、安徽北部、江苏北部、陕西关中地区和山东西南部高中水肥地块早中茬种植。2013年已成为河南省麦播面积最大的小麦新品种。

  韩玉林表示,该品种应用前景十分广阔,预计2年~3年内就能成为我国推广面积最大的半冬性小麦新品种之一,为国家粮食安全作出贡献。

  耐旱

  代表作物:“普冰143”

  大旱当前,耐旱、节水、高产的作物有了用武之地。西北农林科技大学副研究员张正茂从具有先天性抗旱基因的冰草中找出一些优配个体,再通过人工组培出能开花结实的植株,与日本普通小麦Fukuho进行多代杂交回交,选育而成的“普冰143”不仅对提高陕西渭北旱塬和关中北部旱地区域的小麦产量产生重要影响,而且丰富了普通小麦的遗传背景,为我国小麦育种提供了优秀的种质资源。

  据了解,“普冰143”具有冰草抗旱、抗病、分蘖力强、结实性好等优点,属冬性多穗型小麦品种,千粒重37克~41克,株高90厘米~100厘米,全生育期240天,是一个具有良好食品加工特性的面包、馒头兼用型小麦品种。

  即便没有遇到干旱,耐旱作物也因替农民节约成本而受到农民青睐。种植农作物是件辛苦的事,要投入充足的人力和物力,浇水灌溉就是首当其冲的。据了解,给地里灌一次水少则三四十元,多则七八十元,再加上人力成本,让农民苦不堪言。“普冰143”可谓顺应农民需求,可减少浇水、施肥、打药次数,大大降低了种植成本,除了在陕西旱地种植,还在河南三门峡、洛阳以及甘肃陇东高原大面积推广。

  抗倒伏

  代表作物:竹稻

  细细的叶,疏疏的节;雪压不倒,风吹不折。郑板桥笔下的竹子坚韧而挺拔。用竹子与水稻进行杂交,水稻就能抗倒伏吗?广东省梅州市蕉岭县霭岭村的农艺师钟章美用40年的时间给出了肯定的答案。

  竹子和水稻是同科不同属的植物,“亲和性”很差,杂交育种是非常困难的事,要想竹子与水稻远缘杂交育种成功,必须解决两大技术难关:一是解决授粉授精技术;二是解决杂交后代不育的问题。钟章美利用竹子开花和水稻开花相互授粉,通过自然杂交,最终得到了根系发达,分蘖率强,叶片硬、直、厚,茎秆坚硬,茎部竹节明显,介于竹子与水稻之间的新物种——竹稻。目前,我国科学家已育成“竹稻966”、“竹稻963”、“竹包美”、“竹包香”、“竹稻香”、“再生竹稻208”等新型非转基因水稻品种。

  据了解,经农业部稻米及制品质量监督检验测试中心检测,竹稻米含有竹子基因及其控制生成的多种有益营养元素,富含竹黄酮、蛋白质,以及锌、硒、钙、铁等微量元素,其中蛋白质、钙、锌、硒等含量是普通大米的数倍到数十倍,远超泰国香米和日本“月光米”。

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