遠(yuǎn)緣雜交：一場物種間的“跨界”

遠(yuǎn)緣雜交：一場物種間的“跨界”

面對層出不窮的遠(yuǎn)緣雜交品種，恐怕多數(shù)人都會(huì)產(chǎn)生這樣的疑問--究竟是怎樣的融合，讓看似不搭邊兒的兩個(gè)物種突破種屬界限創(chuàng)造出了新物種？遠(yuǎn)緣雜交技術(shù)為農(nóng)民致富增收創(chuàng)造了多少奇跡？

一、遠(yuǎn)緣雜交，選育最優(yōu)秀后代

遠(yuǎn)緣雜交，其實(shí)就是個(gè)取長補(bǔ)短的過程。不同種、不同屬，甚至親緣關(guān)系更遠(yuǎn)的物種之間的雜交，突破種屬界限，擴(kuò)大遺傳變異，從而實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造新物種、改良舊物種、利用雜種優(yōu)勢的育種意義。

“讓兩個(gè)不同種、不同屬，看似風(fēng)馬牛不相及的物種雜交，育出抗逆性強(qiáng)、適應(yīng)性強(qiáng)、產(chǎn)量高的品種。”中國科學(xué)院院士、小麥育種學(xué)家李振聲形象的比喻了遠(yuǎn)緣雜交技術(shù)。他和他的育種團(tuán)隊(duì)幾十年如一日，做著如此不可思議的探索，最終給了小麥野草般“春風(fēng)吹又生”的旺盛生命力。

據(jù)李振聲介紹，獲得遠(yuǎn)緣雜種通常要克服三方面的困難：一是雜交不親和性。可根據(jù)具體情況分別采用廣泛測交、改變授粉方法、預(yù)先無性接近法、媒介法、改變親本染色體的倍數(shù)性、理化因素處理，或其他方法克服。二是雜種夭亡或不育。由于遠(yuǎn)緣親本在遺傳、生理上的巨大差異，即使克服了受精過程的障礙，在胚乳植物中還可能出現(xiàn)胚與胚乳之間發(fā)育不協(xié)調(diào)以致幼胚敗育，可采用雜種幼胚離體培養(yǎng)解決。造成雜種不育的原因多半是由于來自雙親的異源染色體不能正常配對，破壞了減數(shù)分裂的正常進(jìn)程和大小孢子形成。利用秋水仙堿處理雜種使染色體加倍，不僅可克服雜種不育，還可創(chuàng)造新種。通過延長生育期、改善營養(yǎng)條件等措施對克服雜種夭亡、提高雜種育性有時(shí)也有一定作用。三是瘋狂分離。由于來自雙親的異源染色體不能互相配對而形成大量單價(jià)染色體，在連續(xù)幾個(gè)世代的配子形成過程中，隨機(jī)分散到雜種后代的細(xì)胞內(nèi)，形成多種多樣的性狀變異，解決辦法是染色體加倍或回交。

就像馬和驢雜交的后代騾子沒有生育能力一樣，讓小麥的雜交后代獲得牧草的抗病基因談何容易，從上世紀(jì)50年代，李振聲就在西北開始了大浪淘沙式的實(shí)驗(yàn)研究。“起初我們選了12種牧草與小麥雜交，只成功了3種，但其中的兩種表現(xiàn)都不十分理想，只有長穗偃麥草一枝獨(dú)秀，與小麥的雜交后代最優(yōu)秀。”李振聲說，“于是，我們就把研究重點(diǎn)集中于此，便有了現(xiàn)在的小偃系列小麥。”

二、遠(yuǎn)緣雜種特性分析

不難看出，高產(chǎn)、耐旱、抗倒伏等等，儼然成為了遠(yuǎn)緣雜交品種的特性標(biāo)簽。那么，遠(yuǎn)緣雜種品種的效果究竟如何呢？

1高產(chǎn)。

代表作物：“周麥22”。

“我院培育的小麥品種‘周麥22’畝產(chǎn)764.2公斤，創(chuàng)造了國內(nèi)千畝高產(chǎn)示范方實(shí)收最高畝產(chǎn)紀(jì)錄。”河南省周口市農(nóng)科院小麥?zhǔn)抑魅雾n玉林說，“目前，‘周麥22’已迅速成為我省第一大推廣品種，黃淮麥區(qū)累計(jì)推廣面積7000多萬畝。”

據(jù)韓玉林介紹，“周麥22”是通過小黑麥與普通小麥遠(yuǎn)緣雜交、回交、輻射誘變、階梯聚合改良等模式，綜合運(yùn)用常規(guī)育種與抗病性平行接種鑒定、品質(zhì)測定及一年三次加代等育種新技術(shù)定向選育而成，技術(shù)水平居國內(nèi)領(lǐng)先。該品種于2007年9月通過國家審定，2009年獲得國家植物新品種權(quán)保護(hù)。

據(jù)了解，該品種高產(chǎn)潛力大，穩(wěn)產(chǎn)性、耐旱性、抗寒性及莖稈彈性都很好，抗倒伏能力強(qiáng)，適宜在河南省、安徽北部、江蘇北部、陜西關(guān)中地區(qū)和山東西南部高中水肥地塊早中茬種植。2013年已成為河南省麥播面積最大的小麥新品種。

韓玉林表示，該品種應(yīng)用前景十分廣闊，預(yù)計(jì)2年～3年內(nèi)就能成為我國推廣面積最大的半冬性小麥新品種之一，為國家糧食安全作出貢獻(xiàn)。

2耐旱。

代表作物：“普冰143”。

大旱當(dāng)前，耐旱、節(jié)水、高產(chǎn)的作物有了用武之地。西北農(nóng)林科技大學(xué)副研究員張正茂從具有先天性抗旱基因的冰草中找出一些優(yōu)配個(gè)體，再通過人工組培出能開花結(jié)實(shí)的植株，與日本普通小麥Fukuho進(jìn)行多代雜交回交，選育而成的“普冰143”不僅對提高陜西渭北旱塬和關(guān)中北部旱地區(qū)域的小麥產(chǎn)量產(chǎn)生重要影響，而且豐富了普通小麥的遺傳背景，為我國小麥育種提供了優(yōu)秀的種質(zhì)資源。

據(jù)了解，“普冰143”具有冰草抗旱、抗病、分蘗力強(qiáng)、結(jié)實(shí)性好等優(yōu)點(diǎn)，屬冬性多穗型小麥品種，千粒重37克～41克，株高90厘米～100厘米，全生育期240天，是一個(gè)具有良好食品加工特性的面包、饅頭兼用型小麥品種。

即便沒有遇到干旱，耐旱作物也因替農(nóng)民節(jié)約成本而受到農(nóng)民青睞。種植農(nóng)作物是件辛苦的事，要投入充足的人力和物力，澆水灌溉就是首當(dāng)其沖的。據(jù)了解，給地里灌一次水少則三四十元，多則七八十元，再加上人力成本，讓農(nóng)民苦不堪言。“普冰143”可謂順應(yīng)農(nóng)民需求，可減少澆水、施肥、打藥次數(shù)，大大降低了種植成本，除了在陜西旱地種植，還在河南三門峽、洛陽以及甘肅隴東高原大面積推廣。

3抗倒伏。

代表作物：竹稻。

細(xì)細(xì)的葉，疏疏的節(jié)；雪壓不倒，風(fēng)吹不折。鄭板橋筆下的竹子堅(jiān)韌而挺拔。用竹子與水稻進(jìn)行雜交，水稻就能抗倒伏嗎？廣東省梅州市蕉嶺縣靄嶺村的農(nóng)藝師鐘章美用40年的時(shí)間給出了肯定的答案。

竹子和水稻是同科不同屬的植物，“親和性”很差，雜交育種是非常困難的事，要想竹子與水稻遠(yuǎn)緣雜交育種成功，必須解決兩大技術(shù)難關(guān)：一是解決授粉授精技術(shù)；二是解決雜交后代不育的問題。鐘章美利用竹子開花和水稻開花相互授粉，通過自然雜交，最終得到了根系發(fā)達(dá)，分蘗率強(qiáng)，葉片硬、直、厚，莖稈堅(jiān)硬，莖部竹節(jié)明顯，介于竹子與水稻之間的新物種--竹稻。目前，我國科學(xué)家已育成“竹稻966”、“竹稻963”、“竹包美”、“竹包香”、“竹稻香”、“再生竹稻208”等新型非轉(zhuǎn)基因水稻品種。

據(jù)了解，經(jīng)農(nóng)業(yè)部稻米及制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心檢測，竹稻米含有竹子基因及其控制生成的多種有益營養(yǎng)元素，富含竹黃酮、蛋白質(zhì)，以及鋅、硒、鈣、鐵等微量元素，其中蛋白質(zhì)、鈣、鋅、硒等含量是普通大米的數(shù)倍到數(shù)十倍，遠(yuǎn)超泰國香米和日本“月光米”。

三、品種選育要緊貼市場

如今市場中的買方越來越關(guān)注品種的“內(nèi)在”，在追求口味之余，更多地將營養(yǎng)價(jià)值考慮在內(nèi)。枸杞辣椒，顧名思義是遠(yuǎn)緣雜交的結(jié)果，既有枸杞養(yǎng)生保健的元素，又有辣椒的辛辣鮮香，受到消費(fèi)者青睞也是必然。

市場無法左右科研未來發(fā)展方向，但是消費(fèi)者心目中的“好品種”完全可以決定新品種的開發(fā)潛力。

比如秋干氣躁時(shí)節(jié)，人們應(yīng)多吃苦瓜等苦味菜以清火排毒，然而，苦瓜雖好味道苦，很多人只能望而止步。如果利用遠(yuǎn)緣雜交技術(shù)將苦瓜和味甜的物種進(jìn)行雜交，培育出甜味苦瓜，讓人們甜著把火去，想必會(huì)受到市場的認(rèn)可。

此外，產(chǎn)業(yè)要發(fā)展必須改進(jìn)工藝，提高加工技術(shù)水平，有了好產(chǎn)品就不愁高效益。“2011年我們到沙特參加展銷會(huì)，在寧夏10元一瓶的辣椒醬在那里賣到了15美元。”寧夏沙湖清真食品有限公司董事長丁學(xué)保深信辣椒醬市場大有可為。回來后，他四處考察，最終盯上了受歡迎的辣椒和搶手的寧夏枸杞，并于2012年收購了枸杞辣椒的技術(shù)專利。“現(xiàn)在，我們自己育種，在寧夏和新疆有自己的種植基地，種植面積3000多畝。”丁學(xué)保說，“我們同時(shí)開展枸杞辣椒深加工，開發(fā)了枸杞辣椒粉、枸杞辣椒醬、枸杞辣椒火鍋料、枸杞香酥椒等十幾個(gè)系列產(chǎn)品。有了好產(chǎn)品，我們有信心走出國門，把寧夏枸杞辣椒賣到國外去。”

四、遠(yuǎn)緣雜交的意義

1創(chuàng)造新的作物類型。

實(shí)踐證明，人類完全可以有意識(shí)地通過遠(yuǎn)緣雜交創(chuàng)造新的作物類型。歐美的仙人掌類育種家利用遠(yuǎn)緣雜交己創(chuàng)造了19個(gè)觀賞價(jià)值很高的新屬，如用曇花和令箭荷花雜交創(chuàng)造的曇箭荷花等。

2利用異屬、種的特殊有利性狀。

通過遠(yuǎn)緣雜交利用野生類型的高度抗病性和對環(huán)境脅迫的抵抗能力，來改良栽培品種。如19世紀(jì)中葉歐洲育種者利用含抗晚疫病基因的野生馬鈴薯與栽培種雜交，獲得了抗晚疫病的品種；利用現(xiàn)代月季與薔薇雜交，篩選出部分抗寒性很強(qiáng)的新類型。

3豐富作物的變異類型。

通過種、屬間雜交可顯著豐富園藝植物變異的多樣性。以花卉的色澤為例，由單一物種起源的花卉如香豌豆、翠菊、旱金蓮、牽牛花等花色往往比較單調(diào)，而由若干個(gè)野生種雜交起源的花卉如唐昌蒲、香石竹、大麗花、薔薇類則花色豐富多彩。日本蔬菜茶業(yè)試驗(yàn)場久留米支場通過種間雜交把黃毛草莓的抗性和果實(shí)的特殊香味整合到鳳梨草莓中，10x的IH1號(hào)果實(shí)大小已接近栽培品種；通過屬間雜交將紅花性狀轉(zhuǎn)到栽培草莓中，育成了紅、粉紅和淡紅花而花期很長的觀賞品系，其中一個(gè)已用于商品生產(chǎn)（野口裕司等，1998）。

4創(chuàng)造新的雄性不育源。

利用雄性不育系是簡化育種手續(xù)的重要手段。現(xiàn)代育種學(xué)利用遠(yuǎn)緣雜交的手段導(dǎo)入胞質(zhì)不育基因或破壞原來的質(zhì)核協(xié)調(diào)關(guān)系育成番茄、南瓜、白菜等多種作物質(zhì)核不育的雄性不育系和保持系。

5探索研究生物進(jìn)化。

遠(yuǎn)緣雜交后代中可再現(xiàn)物種進(jìn)化過程中所出現(xiàn)的一系列中間類型和新種類型，這就可為研究物種的進(jìn)化歷史和確定物種間的親緣關(guān)系提供實(shí)驗(yàn)根據(jù)，有助于進(jìn)一步闡明某些物種或類型形成與演變的規(guī)律，進(jìn)而利用這些規(guī)律創(chuàng)造新物種。例如以黑刺李與櫻桃李雜交，F(xiàn)l加倍后，得到雙二倍體，其特征與歐洲李相似，而且和歐洲李雜交親和性良好，從而提出了關(guān)于歐洲李起源于上述種間雜交的觀點(diǎn)。