植物的育种又称品种改良。高产、稳产、优质、高效是育种的目标,但特定的育种目标还要综合考虑当地品种的现状、育种基础、自然环境、耕作制度、栽培水平、经济条件等因素,并随生产的发展不断加以调整。
一、选择育种
选择育种简称选种,是指对现有植物繁殖的群体所产生的遗传变异,通过选择、提纯以及比较鉴定等手段获得符合育种目标的新品种的育种方法。选择包括自然选择和人工选择;人工选择又分为无意识选择和有意识选择。自然选择的作用在于定向地改变种类群体的基园频率,促进生物不断地进化,产生对自然条件高度适应的新的类型、变种乃至新的物种。
人工选择的作用则是选择合乎人类需要的某些性状的变异,并促进其继续发展成为更加符合于现代农业生产要求的新型品种。选种是人类应用最早的一种改良方法,为丰富我国的园林植物作出了重要贡献。例如,1500 多年前,从实生莲藕中选出重瓣品种,后来又选出小花碗莲品种我国梅花品种323个,其中人工选育的75个品种中有48个是通过选择育种得到的。碗莲选种有两种常用方法混合选择法和单株选择法。
混合选择法,就是根据育种的目的,每年按照定的经济目的,从大田或留种地中选出定的优良植株,经过复查,去掉不良植株,把全部优良植株混合脱粒、混合贮藏和播种,并且和原品种以及标准品种进行比较。这样经过连续几年的选择,就可以从混杂群中选出性状一致的优良品种。继西汉创用穗选法以后,到了北魏,混合选择法已经达到相当高的水平。《齐民要术·收种》中详细地记载了这一方法,在选种史上比德国选种家仁博于1867年改良黑麦和小麦使用的混合选择法要早1300多年。明代耿荫楼在《国脉民天》一书中记载的选种方法和现在的混合选择法几乎没有什么区别了。
单株选择法,是用一个具有优良性状的单株或单穗选育新品种的方法。这在我国清代康熙年间就已经相当普遍地应用了。康熙曾运用劳动人民创造的单株选择法,选育成功了一种“早熟”、“高声”、“气香面味顾”的水稻优良品种——“御稻””。它比现代选种史上维尔莫林在1856年开始的甜菜单株选择要早100多年。
二、杂交育种
杂交育种,是以基因型不同的果树种或品种进行交配或结合长成杂种,通过培育选择,获得新品种的方法。杂交育种是选育新品种的主要途径,是近代育种工作最重要的方法。由于杂交引起基因重组,后代会出现组合双亲控制的优良性状基因型,产生加性效应,并利用某些基因互作,形成具有超亲类型的新个体,为培育选择提供了物质基础。杂种后代群体通过培育、鉴定、选择等步骤获得优良单系,再经过无性繁殖就形成了新品种。杂交育种按性质可分为有性杂交育种和无性杂交育种。在有性杂交育种中,根据亲缘关系的远近,又可分为品种间杂交和远缘杂交。一般杂交育种是指品种间杂交育种。按育种不同要求可采用简单杂交、回交和复式杂交等方式。
杂交前要熟悉植物的开花习性和花器构造,便于确定花粉采集和授粉时间。另外还要了解去雄和授粉方法。对自交结实品种要了解有无闭花受精现象。杂交要在生长健壮、开花结果正常的母本树上进行,选生长健壮的结果枝上发育充实的花蕾,授粉花朵要保持一定间距,以保证以后养分供给充分。杂交应选晴朗无风的天气。对两性花,为了防止自交,在花药成熟开裂前去雄。
三、诱变育种
诱变育种是指用物理、化学因素诱导动植物的遗传特性发生变异,再从变异群体中选择符合人们某种要求的单株或个体,进而培育成新的品种或种质的育种方法。它是继选择育种和杂交育种之后发展起来的一项现代育种技术。
四、单倍体育种
单倍体育种,是利用各种有效方法产生单倍体后,进行染色体人工或自然加倍,使植株恢复正常育性,迅速获得稳定的新品种的育种方法。单倍体是只具有配子体染色体组分的个体、组织或细胞。由这种细胞分化、生长出来的植株叫单倍体植物,此种植物不能生殖,必须使其染色体组分加信,才能继续繁殖,获得稳定一致的后代。我国自从20世纪60年代用曼陀罗的花粉培养成植株后,单倍体育种首先在烟草上取得成功。20 世纪70年代以来,通过花药培养先后诱导出单倍体的蔬菜有结球甘蓝、芥蓝、芦笋、番茄、茄子、辣椒、甜椒、马铃薯、大白菜等。中国首次育成水稻、烟草、小麦、茄子、甜椒等作物的新品种或品系。单倍体植株染色体加倍的方式有四种:
1.核内加倍,即在核分裂期间染色体增加,末期染色单体数目加倍,然后在有丝分裂中配对;
2. 核内有丝分裂,即有丝分裂缺少纺锤体,核膜在整个过程中不消失;
3.秋水仙素效应的有效分裂;
4.相邻细胞或双核细胞中核融合。自然加倍一般不易产生畸变,人工诱变畸变率较高。
五、多倍体育种
多倍体是指体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体。名倍体育种是利用人工诱变或自然变异等,通过细胞染色体组加倍获得多倍体育种材料,用以选育符合人们需要的优良品种。
多倍化后,多个等位基因互相产生了更多的组合和更多样的功能变化,从而比二倍体亲本拥有更高的杂合性和更迅速的环境适应力,表现为抗逆性增强及克服远缘杂交的不育性等特点,从而倍受园艺育种学家的青睐。
六、基因组育种
所有生物的DNA均由四种脱氧核苷酸组成,其结构基础是:所有生物的DNA均为双螺旋结构。一种生物的DNA上的基因之所以能在其他生物体内得以进行相同的表达,是因为它们共用一套遗传密码。自基因组育种是分子育种在高通量测序时代的产物,即利用高通量测序技术对群体进行研究,定位到控制某个目标性状的基因,然后通过序列辅助筛选或者转基因的方法来选育新的品种。
七、空间育种
空间是当今世界竞争激烈的新领域。开发空间资源,建立空间产业,已成为21世纪人类进行空间活动的主要目标。当代空间技术的应用不仅在军事和经济建设领域,而是已渗透到人们日常生活的方方面面,并正在对社会经济和人们的生活产生深刻的影响。
空间环境的主要特征是:长期微重力状态,空间辐射,超真空和超净环境等。科学实验证明,空间辐射和微重力等综合环境因素对作物种子的生理和遗传性状具有强烈的影响作用,因而在过去的几十年里一直受到国内外研究者的广泛关注。