小麥常規育種與分子育種的結合探討

趙吉平 ，任杰成 ，郭鵬燕，許 瑛，周 偉

（1.山西省農業科學院經濟作物研究所，山西汾陽032200；2.汾陽市氣象局，山西汾陽032200）

目前，我國小麥種植依舊存在單產增速慢、整體品質不高、抗病性較差等問題，這些問題要想徹底改觀，就必須從小麥遺傳基因的角度出發，通過分子育種技術，實現小麥育種問題的改善，并結合小麥遺傳特性，加大探索力度，提高小麥單產和品質，增強其抗病抗逆性，這也是目前我國小麥傳統育種發展的方向。然而，當前我國分子育種技術正處于研發應用時期，并未普及和應用，為了充分發揮育種技術的作用，還需要把常規小麥育種方式融合其中，以實現小麥育種技術的優化和創新。

1 分子育種的基本概述

分子育種主要是把分子生物學技術科學地應用到育種環節中，在分子水平的作用下實現育種，是當前生物技術和遺傳育種方式的融合形式。通過應用分子育種技術，在綜合表現型以及基因型的作用下，實現種子的科學選擇，繼而選擇出遺傳基因穩定和品質優良的種子[1]。其作為一項現代化生物學育種方式，將會對種子各項性狀加以選擇，明確最佳親本選擇和后代選擇對策，進而提升育種概率。此外，分子育種技術可以確保種子的整體品質，在產量以及抗病蟲等方面起到了良好的篩選作用。

2 分子育種的基本類型

2.1 轉基因育種

轉基因育種作為一種結合目標要求實現篩選的技術，首先，應該對育種結果屬性進行明確；其次，結合對應標準，選擇對應的供體；再者，在基因分離技術的作用下，可以把目的基因從供體中分離出來，并在DNA重新組合的背景下，把基因融合到受體中，之后把這些接受轉基因的種子栽培到土壤中，以此選擇出表現較為穩定的植株；最后，通過試驗測試選擇品質優良的轉基因新品種。在國際上小麥轉基因技術最早應用的時間為1992年，是由VASIL等[2]把小麥品種中的Gus/Bar基因導入小麥品種Pavon中，實現相關基因的提取。我國著名生物學家龐俊蘭通過轉基因技術，把特殊小麥中含有的土傳花葉病毒抗性基因導入到常規小麥中，獲取了145株再生植株，轉化概率超過0.99%[3-5]。轉基因技術雖然工作原理較為簡單，但是其含有的基因分離技術以及DNA重組技術在執行環節中將會存在一定的難度和復雜性。所以，在實施轉基因育種工作時，轉化概率相對不穩，同時結合外源基因提取以及導入難度情況的改變，有待進一步探究和試驗。

2.2 分子標記輔助選擇育種

分子標記輔助選擇育種作為一項選擇性育種基因形式，其工作原理在于結合分子標記技術，對個體進行核查和篩選，并明確其是否含有目的基因存在。分子標記輔助選擇育種，可以利用DNA序列實現對個體的選擇，防止植物在生長中受到環境等因素的影響，進而可以讓選擇選育得到的種子更具穩定性[6-8]。同時，在相關技術操作熟練的情況下，可以利用選擇基因性狀的方式，促進育種篩選效率的提升，從而加快育種進程，保證育種整體效果。我國小麥在品種選育方面，已經獲取了一定的成果，并且分子標記輔助育種技術的運用，提升了小麥的品質、豐產性及抗病性和抗逆性等，農大399和周麥27號[7]的成功育成就是很好的佐證。

2.3 分子設計育種

分子設計育種是一項正處于研發中的育種技術，其主要是以生物信息學為主體，以生物基因組以及蛋白質組為核心，通過構建完善的數據庫，再結合作物遺傳學、生物統計學等相關數據，根據既定育種目標，設計最佳親本選配，制定完善的后代選擇對策，進行育種試驗。分子設計育種則是根據育種目標實現分子結構的設定，其包含的技術領域較多，隨著對染色體片段置換的構建和小麥基因流程、QTL定位分離等技術的全面發展，在不久的將來分子設計育種必將會成為現實，進而在技術方面，排除外界環境給小麥育種效果帶來的不良影響，使整體育種育術和操作流程實現科學把控，提升小麥育種的穩定性，實現小麥產量、品質、抗病抗逆性向預定的目標發展[9]。

3 小麥育種采取的主要方式

3.1 常規育種

常規育種在國內外應用廣泛并且成果顯著，其可以對諸多基因控制的多個性狀進行綜合改良，以擴大變異范圍，在作物品種創新方面發揮著重要的作用。常規育種一般是利用普通小麥基因進行交換重組，進而形成新的品種，然而，這種重組可能存在一定的漏洞。例如，小麥具有的病害抗性基因，由于病菌生理小種的改變而喪失抗性。生產上對品種性狀的要求越來越復雜，需要不斷引進新的基因以滿足生產需求。

3.2 誘變育種

在自然環境中，由于外界環境發生一定改變，導致遺傳結構不穩定，作物自身會出現偶然突變狀況。這種突變產生的概率較少，并且由于作物種類以及基因存在差異，導致突變現象也會大不相同。人工突變可以讓自然突變頻率得到大幅度提升，使定向地創造以及篩選新的變異成為可能。育種實踐證明，誘變育種技術在作物品種改良上具有獨特的作用，它是獲得新種質資源和選育新品種的有效途徑之一。小麥誘變育種一般是人為地利用物理誘變和化學誘變，誘導小麥遺傳因素出現不同程度的改變，在短時間內可以獲得具有應用價值的突變體，結合育種目標和要求，合理選擇新品種，并將其運用到生產中，或者將創造的新種質在育種中加以利用。通常情況下，只有將常規育種和分子育種這2種方式結合起來，使其相互促進，協調發展，才能夠有效提升育種效率和質量。

3.2.1 物理誘變 通常情況下，應用的物理誘變劑一般以x射線、γ射線、中子以及β射線為主，其中運用較為廣泛的為x射線和γ射線[10-11]。這是由于這些射線中含有較強能力的穿透性，能夠把原子內層中含有的電子激活和釋放，進而構建一個共價鍵斷裂結構，實現染色體變異。而中子不含有帶電物質，當其與生物內部原子核發生碰撞時，會導致原子核中物質和γ射線中物質進行交換，導致DNA變異[12-13]。

3.2.2 化學誘變 化學誘變劑通常是以部分結構不平穩的化合物為主，例如，甲基磺酸乙酯、亞硝基化合物、疊氮化合物、抗生素、堿基類似物等，其中，甲基磺酸乙酯是一項公認的應用效果最為顯著的化學藥劑，在其作用下，可以直接實現分子的降解和突變[14]。

3.2.3 生物誘變 生物誘變因素主要是指在外源目的基因、轉座子基因以及逆轉座子基因的作用下，實現作物基因的轉變和突變，同時在離體培育的環境下，形成體細胞無性系變異，從而獲取具備理想應用價值的突變體誘變技術。因為轉基因技術和離體組織培養技術已經成為目前生物學研究的核心內容，這種突變類型的誘變技術在該領域中所占據的地位越來越重要[15]。

3.3 分子育種

分子育種技術主要是分子生物學技術與品種改良技術進行融合之后得出的。這種技術最早產生于2003年，是由荷蘭科學家PELEMAN首次提出，并且其還申請注冊了“Breeding by design”的商標。根據其理念，分子育種技術應用原理在于對作物中控制目標性狀的QTLs位點進行定位與分析，并找出各個基因的等位變異對表型的效應值[16]，因為基因往往產生在染色體上，相同染色體中的基因將會出現連鎖交換狀況。此外，基因表達環節還會受到其他調控因子的影響，不同基因之互作也普遍出現[17]。所以，作物分子育種應該以生物信息學、基因組學以及蛋白質學等為基礎，綜合運用生理生化、生物統計以及作物遺傳等學科，根據作物具體育種目標和生長環境，設計最佳的科學試驗方案，然后展開作物育種試驗工作。

4 小麥常規育種與分子育種的結合對策

4.1 綜合制定育種方式

通常情況下，育種方式科學設定是小麥常規育種的核心內容，也是把分子育種技術運用到小麥常規育種工作中的重點內容。在進行育種方式設定的過程中，應該科學選擇分子育種技術，從基因層面入手，控制育種性能以及性狀表現，從而培育出遺傳基因穩定的后代。在應用分子育種技術的過程中，轉基因技術通常可以實現基因的傳遞和共享，是一項擴充育種范圍的技術，而分子標記輔助選擇育種則是目前最全面、最廣泛的一項分子育種技術，同時也給當前小麥育種提供了一條捷徑。例如，把綜合性狀小麥當作受體，與具備目標基因的供體親本進行雜交，獲取F1，再通過F1回交，將QTL進行目標基因定位，再利用輔助標記進行選擇[18]。通過2～3次回交，運用分子輔助標記技術進行改良，選擇出與目標基因更相似的優良品種。最后通過田間種植試驗，可以獲得目標性狀穩定的小麥品種，這也是一種高效的育種方式。結合目標基因種類，進行多次跟蹤選種，直到選到完全具備目標性狀的優良品種。實現分子育種技術和小麥常規育種技術綜合利用，規范的育種方式，能夠充分激發分子育種技術的自身作用，實現小麥常規育種方式的轉型發展。

4.2 促進基因源的全面擴充

現階段，在小麥育種過程中，需要全面擴充基因源，特別是在分子育種技術應用力度逐漸加大的背景下，還要對小麥具體基因序列組合加以明確，開拓育種取材思路，以提升小麥育種水平。當前，小麥育種基因源擴充的方式，一般采用尋找新的小麥類型，并從中找出新型的基因種類，在此環節中，QTL具備較強的可行性。通過對小麥基因的探究，可以精準地找出新型的基因源。在這方面獲取一定成果的原因在于7DL.7Ag易位系，這是當前外源基因應用于小麥品質改善的典型方式[19]。席章營等[20]運用分子標記輔助育種技術在野生番茄中發現了一種對番茄總量增效的等位基因，這個重要發現，給小麥品種改良提供了一定借鑒。現階段，業界專家學者已經意識到基因源擴充的必要性，并且加大了基因源的擴充力度，這將有利于分子育種技術的未來發展以及在小麥常規育種中的應用，同時給二者的充分融合提供了條件。

4.3 加強優良性狀融合

人們均希望獲取的優質小麥應該具備高產和抗病性，同時具備較強的優良特性。然而，通過小麥常規育種方式，要想選育出優質的小麥品種將會存在一定難度或盲目性，也會使育種環節更加繁瑣，并無法確保最終育成的小麥品質優良。因此，這就需要結合實際情況，充分利用分子育種技術，做好優良性狀的融合工作，緩解培育流程難度，培育出具備綜合優良特性的小麥。

5 小結

總而言之，分子育種技術作為當前重點探究的育種技術，其中涉及了轉基因技術、分子標記輔助選擇技術、分子設計技術等，目前分子標記輔助選擇技術已經廣泛應用于小麥育種工作。通過把分子育種技術和小麥常規育種方式進行融合，不但可以有效保證小麥整體產量、品質和抗病性等，同時還可為我國小麥育種技術穩定發展奠定良好的基礎。