誘變育種的成就及特點
幾十年來,輻射誘變育種已經對農業生產作出了巨大的貢獻,主要表現在兩個方面。
(一)育成大量植物新品種
據1995年的不完全統計,全世界在158種植物上輻射育成和推廣了1 932個品種;我國利用輻射育成的品種達459個,占世界總數的1/4。可見,輻射誘變育種的植物種類已相當廣泛,幾乎遍及所有有經濟價值和觀賞價值的植物。一些誘變品種已成為當地的主要推廣品種,如原蘇聯的小麥誘變品種新西伯利亞67的種植面積達300萬hm2。意大利在20世紀70年代育成的硬粒小麥品種Greso等,約占全國硬粒小麥面積的1/3。
我國誘變育成的作物品種數量居世界各國之首,種植面積也不斷擴大。誘變品種的種植面積1985年以來基本穩定在900萬hm2左右,其中有6個品種的種植面積均在70萬hm2以上,20個品種在20萬~70萬hm2之間,31個品種在7萬~20萬hm2之間。有9個輻射誘變品種獲國家發明獎,它們是棉花魯棉1號,水稻原豐早,大豆鐵豐18和黑農26,小麥山農輻63和川輻麥1號,玉米自交系原武02,桑樹激7681,以及早熟沙打旺等。魯棉1號年最大種植面積曾高達200萬hm2以上,是我國自己育成的棉花品種中種植面積最大的品種之一。它的特點是早熟、結鈴性好、高產、適應性強。水稻原豐早具有早熟、適應性廣等特點,由于它比親本早熟45d,因而在解決我國南方水稻多熟制栽培中發揮了重要作用,最大年種植面積超過110萬hm2。原浙江農業大學育成的水稻新品種浙輻802具有早熟、抗病性強、適應性廣、增產潛力大等特點,累計種植面積已達550萬hm2,是我國目前除雜交水稻外種植面積最大的一個水稻品種。小麥突變品種山農輻63的最大年種植面積也曾達120萬hm2,是我國輻射誘變育成的小麥品種中推廣面積最大的一個品種。大豆突變品種鐵豐18的種植面積約34萬hm2,占大豆主產區之一的遼寧省大豆種植面積的70%。由此可見,輻射誘變育種在農業增產中做出了重要貢獻。
(二)提供大量優異的種質資源
輻射誘變可使作物產生很多變異,這些變異就是新的種質資源,可供育種利用。近年來,我國收集了24種植物的突變遺傳資源1700余份,并對其進行了鑒定、編制名錄及育種價值的研究。其中性狀優異被廣泛利用的遺傳資源34份,如水稻原豐早、輻709、輻竹二,小麥輻66、原冬96、輻矮1號,玉米原武02、原輻17等。20世紀90年代以來利用突變遺傳資源作雜交親本已育成50多個優良品種(或雜交種),累計種植面積在700萬hm2以上。例如水稻輻709被用作雜交親本,育成了9個秀水系列新品種,得到了大面積推廣。用小麥輻66作親本,育成魯麥5號、魯麥8號、魯麥11等優良品種。利用高配合力的高梁恢復系晉輻1號不但育成了晉雜1號、遼雜1號等雜交種,而且還育成一批衍生的恢復系,它們約占全國可利用恢復系的1/4,成為我國高粱恢復系的主干體系。
將輻射誘變產生的優良突變體作為親本用于選育雜交品種是誘變育種的另一用途。突變體間接利用育成品種的比重在1966—1983年間占突變品種的16,9%,而在1984—1991年間占41.7%。
二、誘變育種的特點
(一)提高突變率,擴大突變譜
一般誘變率在0.1%左右,但利用多種誘變因素可使突變率提高到3%,比自然突變高出100倍以上,甚至達1000倍。人工誘發的變異范圍較大,往往超出一般的變異范圍,甚至是自然界尚未出現或很難出現的新基因源。例如通過誘發處理可以產生不同類型的矮稈水稻種質。
(二)改良單一性狀比較有效,同時改良多個性狀較困難
一般點突變都是使某一個基因發生改變,所以可以改良推廣品種的個別缺點,但同時改良多個性狀較困難。實踐證明,誘變育種可以有效地改良品種的早熟、矮稈、抗病和優質等單一性狀。例如浙江省農業科學院用γ射線處理晚熟水稻品種二九矮7號,獲得了比原品種早熟15d的輻育1號新品種,而其他性狀與原品種相仿。魯棉1號是由(中棉所2號X1195)P4選育的一個優異品系經γ射線處理后獲得的中早熟品種,其生育期較原品系明顯縮短,表現早熟、結鈴性好、高產、適應性廣。
通過誘變育種要想得到同時改良多個性狀的難度很大。例如對抗病品種的選育,期望從誘變處理感病品種的后代中,選得明顯的高抗二種以上病害類型還有一定的困難。此外,誘變育種所產生的突變體大部分是不理想的,有時選到的理想突變體還很可能帶有不理想的附帶效應(如其他突變性狀、易位和不育等)。由于突變體在M2群體中始終是少數,除了如生育期、株高、抗性等易發現的性狀外,其他性狀必須依靠精確、快速的篩選技術。誘變育種對二倍體的白花授粉作物較為有利,如果是多倍體或無性繁殖作物則收效較少。
(三)性狀穩定快,育種年限短
誘發的變異大多是一個主基因的改變,因此穩定較快,一般經3—4代即可基本穩定,有利于較短時間育成新品種。如山東農業大學于1974年用γ射線處理蚰包/歐柔F4的一個株系,經4代選育,于1978年育成山農輻63小麥品種,1980—1983年累計種植120萬hm2。
(四)誘發突變的方向和性質尚難掌握
雜交育種只要充分了解雙親的性狀遺傳,就能大致估計雜交后代群體中可能出現重組的類型,但誘變育種很難預見變異的類型及突變頻率。雖然早熟性、矮稈、抗病、優質等性狀的突變頻率較高,但其他有益的變異很少,必須擴大誘變后代群體,以增加選擇機會,這樣就比較花費人力和物力。
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