01

杂交育种

在农业生产中，优良品种对提高农作物产量、改善农作物品质具有十分关键的作用。在传统的农作物育种方法中，技术最为成熟、应用最为广泛的就是杂交育种。常规杂交育种的理论依据是孟德尔遗传学，核心是基因的自由组合定律，其基本方法就是将两个具有互补性状的亲本进行有性杂交，通过自然或人为的方法把外来的基因导入到受体品种里，经过有性生殖使双亲的基因重新组合。杂种从F2开始进行基因重组，引发若干性状的分离。在杂种后代中，作为母本的一方，传承和保留了原有的细胞质与部分细胞核基因，同时又接受了父本的部分细胞核基因，这种杂合体经过若干世代的不断磨合，发生了基因重组的选择和定型，从而获得稳定的新品种。

杂交可以分为近缘杂交和远缘杂交。近缘杂交一般是亲缘关系相对较近的同种、同属或同科物种之间，通过自然或人为授粉的方式，经过选择和培育，形成下一代，从而产生新品种。近缘杂交在自然界中是广泛存在的，他不会产生新基因，而是不同的父本和母本配子中基因型的组合，将双亲控制不同性状的优良基因结合于一体并产生优于亲本类型的优良性状。

远缘杂交指分类学上物种以上分类单位的个体之间交配，包括不同种间、属间植物，甚至更高分类阶元物种之间的杂交，如亚族间杂交、族间杂交等，是实现基因远缘转移的一条重要途径。通过远缘杂交，利用野生种潜在的抗病基因、营养高效基因、适应性和丰产性基因，可以获得新种质资源，进一步拓宽栽培品种的遗传基础，提高其生产潜力，培育出多抗、营养高效和稳产型的植物新品种。

目前，杂交已被广泛应用于果树、蔬菜、农作物以及花卉等各种植物育种领域，并且取得理想的结果。自然发生和人工获得的杂交种有很多例子，例如东北的苹果梨，是秋子梨和砂梨的天然杂交，具有品质好、丰产和抗寒的特点；福建的萘果，形似桃，但果面不披绒毛，肉质似李，品质优良，是李与桃的种间自然杂交。种间杂交还有普通小麦×硬粒小麦、陆地棉×海岛棉等，属间杂交有玉米×高粱、普通小麦×山羊草等。现在我国已通过远缘杂交成功培育出玉米稻、玉米麦，具有更强的抗病、抗倒伏能力，填补了国内空白。

可见，通过自然发生或人工手段进行的不同种间、属间甚至亲缘关系更远的物种之间的杂交，可以把不同种、属的特征以及特性结合起来，打破种、属之间的杂交障碍以扩大遗传变异的范围，从而创造出新颖的变异类群或新的物种。在具体的杂交育种工作中，其最大缺陷是杂交后代需要建立一个庞大的群体，1个育种单位一般常年有几百个组合，多个世代相加有几千个株系，占地面积较大，后期的选择工作量巨大，育种人员十分辛苦，并且收效缓慢，有的甚至十多年也难以选育出1个好的品种。

因此，人们就希望可以借助生物技术等新的育种手段，有选择地定向创造新物种和栽培类型，丰富生物的遗传多样性，提高产量、品质和抗逆性等，以满足生产和生活的需要。自从1986年国家“863计划”启动以来，现代生物技术在我国迅速发展，一大批具有重要应用价值包括高产、抗逆、优质等重要农艺性状的功能基因已被克隆，越来越多的转基因技术应用到现代农业育种体系中。应该说，转基因育种是传统育种技术的自然延伸，那么，与常规杂交育种之间究竟有什么异同呢?


02

转基因育种

植物转基因技术是指把从动物、植物或微生物中分离到的目的基因或者经过修饰的基因导入植物体内，使目的基因能够在受体内进行稳定的表达和遗传，从而使植物具有人们所需要的性状（如抗病、抗虫、抗逆等）的方法。转基因是一种分子杂交育种的方式，是一种更准确、更高效、更有针对性的定向杂交。常规杂交技术转移的是整个基因组，而转基因是很准确的转移某个基因，就像在图书馆选书一样，杂交是把一箱子书籍成批装到一个书架上，而转基因是有选择地挑出一本书，然后摆放到目标书架上某一个明确的位置，是一种更精确、更有目的性的转移。

很多人反对转基因是基于其能克服生殖隔离，认为转基因“扰乱自然秩序，违背自然意志”。然而自然界中其实存在各种天然的转基因现象，最常见的转基因现象是植物的根瘤，其是由于土壤中的根瘤农杆菌侵染到植物里，把细菌的基因转移到植物上而造成的。农杆菌是普遍存在于土壤中的一种革兰氏阴性细菌，能在自然条件下感染大多数双子叶植物的受伤部位，并将细胞中的一段DNA插入到植物基因中，并诱导植物产生冠瘿瘤或发状根，所以农杆菌是一种天然的植物遗传转化系统。例如红薯这种常见的被广泛食用的作物，最近被证明就是农杆菌作用下的天然的转基因产物。科学家对多个红薯品种进行了基因组分析，发现人类广泛栽培的红薯品种中都含有外源的土壤农杆菌的DNA序列。研究表明，在红薯进化中的某一个时刻（预测是8000年前），机缘巧合的情况下，土壤农杆菌对红薯的侵染产生了意想不到的有利改变，这种正向的基因转移通过人类的选育世世代代保持了下来。可见，人类很早就选育了自然产生的转基因红薯，并持续栽培、食用了数千年。

自然发生的转基因事件在多种多样的生命形式中普遍存在，外源基因的获得被认为是基因组取得新基因的重要途径，也是生命进化过程中的一个重要的推动力量。不同生物之间遗传物质相互“取长补短”，可能是自然界为生物进化提供的“高速公路”，生物体借此能高效率地加速自身对环境的适应。根据这一原理，科学家对根瘤农杆菌的质粒进行修饰改造，将目的性状基因整合进质粒，得到重组质粒，接下来按照农杆菌的自然转基因过程，就可以将目的基因插入到植物细胞的染色体，也就是植物的基因组之中，这就是农作物的转基因技术的本质过程。具体的研发环节包括：分离提取目的基因；构建基因表达载体，将目的基因与农杆菌等载体结合；将目的基因导入受体植物细胞；目的基因的表达和检测；之后还要经过田间释放试验、安全证书、品种审定等监管环节，才能规模化生产与上市销售。只要明确目的基因的功能，遵循操作规范，加强研发与生产过程的政策监管，便能够确保转基因产品的安全——具有与传统杂交选育的农产品同等的安全性。


03

杂交育种与转基因育种同时发展，相互促进

杂交育种是在一堆产物中找到一个好的品种，具有很大的随机性和不可控性，需要耗费育种工作者大量的时间和精力，经验和运气也起着很大的决定作用。不同于常规的植物杂交方法——整批地将成千上万个基因杂合进受体，通过转基因技术是以精确的方式把新的遗传物质引进一种植物，一次仅1～2个基因，并且对其表达的时空行可以控制。转基因技术因其目的性强，可以使重组生物定向表现出人们所期望的新性状，从而培育出各种优异的新品种。优良的转基因作物，可以改善品质、营养、口感、成熟度；抗病虫害、抗除草剂，以减少农药等化学品施用量，从而有利于环境；通过便于田间管理与收贮、免耕等方式，以减少成本；直接或间接提高农作物产量；通过培育节水耐旱品种，以充分利用水土资源、保护生态环境，具有十分重要的作用。

在过去的一个世纪里，人们利用常规的育种方法培育了许多的新的植物品种，获得了巨大的经济效益，但是，传统的育种方法也存在着许多不足。而植物转基因技术的发展则能够克服传统育种手段在培育时间长，工作量大等方面的不足。可以说，转基因技术与传统育种技术，在本质上都是将目的基因进行遗传整合。相比之下，转基因技术所操作和转移的一般是经过明确定义的基因，功能清楚，经过几代的杂交选育就能获得纯合的转基因植物，大大加快了育种的进程。作为传统杂交育种技术的延伸与发展，转基因技术实现了有利功能基因在不同物种之间的交换和转移，大大提高了作物育种效率，加快了农作物新品种培育和更新换代的速度。因此，转基因技术是对传统技术的发展和补充，两者相互结合，而不是此消彼长。把他们作为育种的主要技术手段同时发展，相互促进，生物技术育种作为一种新兴的技术手段也会凭借其独特的优越性在育种上发挥越来越重要的作用，也必将是未来很长一段时间内植物育种中不可缺少的技术手段。