论植物育种的现代方法与传统方法及其应用前景摘要：应用于植物育种中的现代高新技术，结合了生物、数学、物理、化学、计算机等多个学科的前沿，使植物育种工作从传统的方法逐步转变为更加科学的现代方法，在日常生活的多个领域发挥着越来越重要的作用。

本文就植物育种的传统方法和现代方法进行了简单的综述，并对其应用前景作了初步的展望。

关键词：植物育种，现代方法，传统方法，应用The Modern and Conventional Methods of Plant Breeding and its Application ProspectAbstract: The high and new technology used in the modern plant breeding, combine the forefront of Biology with Mathematics, Physics, Chemistry, Computer science and other disciplines, make the traditional methods of plant breeding change gradually into scientific modern methods, and make plant breeding play a more and more important role in many fields of daily life. This paper briefly summarized the conventional methods and modern methods of plant breeding, and tentatively viewed the prospect of its applications.Key words:Plant breeding, Modern methods, Conventional methods, Applications植物育种（Plant breeding）是研究选育及繁殖植物优良品种的理论和方法的科学。

其主要任务就是在研究和掌握植物性状遗传和变异规律的基础上，发掘、利用有关种质资源，采用适当的育种方法和途径，选育适于地区生产发展需要的高产、稳产、优质、多抗及生育期适当的优良品种[1]。

随着资源、环境、人口等压力的增加，植物育种科技工作面临着一系列的挑战，以传统育种技术为基础，同时加快发展新兴的植物育种科技，对于进一步明确植物育种科技的发展方向和重点任务，构建现代植物育种技术体系具有十分重要的意义[2]。

1 植物育种的传统方法1.1 引种引种是指将异地的优良品种、品系或具有某些优良特性的类群引入本地作为育种素材或直接推广应用的育种措施。

引种是迅速而经济地丰富本地植物种质资源和培育新品种的重要手段[3]。

简单引种可以使引入植物快速产生巨大的经济效益，服务生产；驯化引种可以为新品种的产生提供物质基础。

1.2 选择育种选择就是选优去劣，选择育种（Selective breeding）就是从自然变异的群体中根据单株的表现型挑选符合生产需要的基因型，使选择的性状稳定地遗传下去。

选择是创造新品种和改良现有品种的重要手段，在传统育种过程中是不可或缺的。

选择育种利用现有品种群体中出现的自然变异，从中选择出符合生产需要的基因型，并进行后续试验，无需人工创造变异。

植物育种选择技术包括基本的单株选择法和混合选择法及其各种衍生的选择方法：单籽传法、衍生系统、亲系选择法、集团选择法、改良系谱-混合法（MODPED）和混合选择法（SEL-BLK）轮回选择等[4]。

1.3 杂交育种杂交育种（Cross breeding）是将两个或多个品种的优良性状通过交配集中在一起，再经过选择和培育，获得新品种的方法。

杂交育种创造了变异，包括产生新性状、集双亲优良性状、产生超亲性状，所以加速了物种的进化。

该方法因能集中位于不同品种中的优良性状，而受到众多育种学家的青睐，成为植物育种的当家技术，但其自身的缺点是只能利用已有的基因组，并不能产生新的基因，且杂交进程缓慢，过程繁琐等，成为其发展的最大阻碍[5]。

1.4 其他育种方法1.4.1 系统育种系统育种即在现有的品种群体中选择优良的自然变异，通过比较鉴定而培育出新品种，也称为“一穗传”、“一株传”育种法，其实质是优中选优。

五十年代，我国开展品种资源的收集整理和地方品种评选工作，当时地方品种的数量较大，在此基础上，开展系统育种比较有利，这也是我国这一阶段植物育种的主要方面，据统计，在这一时期推广的水稻品种中，采用系统方法育成的品种数量占品种总数量的61. 2%，棉花占74. 4%[6]。

1.4.2 嫁接嫁接是将一棵植株的枝或芽融合到另一棵植株的茎或根上，使接在一起的两个植株长成一个完整植株的技术，是园艺工作广泛应用的一种人工营养繁殖植株的方法。

嫁接技术从“接口抹黄泥，用树叶包扎，用草绳捆绑”发展到应用蜡封接穗、塑料薄膜包扎，以至于微嫁接技术、嫁接机的问世，新的嫁接方法不断被创造出来，嫁接的成活率和效率正逐步提高，应用范围也更加广泛。

但至今对砧穗间的相互影响机制，特别是在嫁接不亲和机制的研究方面，仍未有一个比较科学的解释。

另外，对嫁接植物的代谢过程、砧木与接穗联合效应的作用机理以及嫁接植株的遗传状况等尚有许多不明之处[7]。

2 植物育种的现代方法2.1 诱变育种诱变育种（Mutagenic breeding）就是利用物理或化学诱变因素诱发植物基因突变而获得新品种的育种方法，诱变能够促进遗传基因重组，扩大遗传变异，是创造新种质、选育新品种的有效途径[8]。

诱变育种可以提高变异频率，加速育种进程，但难以控制突变方向，无法将多个优良性状组合。

2.1.1 物理诱变植物诱变育种中采用的物理学方法主要包括电场、磁场、物理辐射、激光、离子束、交变应力和空间诱变等[9]。

电场可分为匀强电场和非匀强电场，电场对种子萌发、种子活力、生理生化过程、幼苗生长、植株生育性状及产量、质量均有较显著的影响。

应用于生物的外磁场主要有恒定磁场、脉冲磁场、旋转磁场、核磁共振以及磁化水、电磁场等。

利用磁场处理能促进种子发芽，提高发芽率，有利于种子生根，利于植株变异的出现，能对植物的DNA含量及核酸总量产生影响，能引起质粒DNA点突变，对生物体遗传物质产生生物学效应，还能提高植物可溶性蛋白质和氨基酸含量，改变同工酶谱等。

物理辐射包括χ射线和γ射线，对植物体内DNA中某些重要微量元素具有特殊的吸收作用，从而导致植物体产生提高染色体畸变率的效应，辐射诱变是植物育种中应用最多的物理学方法。

激光是由激光发射器发射出的一种辐射光，具有高度集中的能量、单一的颜色、良好的方向性及较强的定向性等特征，激光通过光效应、热效应、压力效应和电磁场效应的综合作用，能使植物染色体断裂或形成片段，甚至易位和基因重组，从而产生新的变异[10]。

激光辐射能提高种子活力，促进植物生长发育，改善种子形态结构，激活植物生理代谢过程，提高种子的发芽率。

离子注入技术是近40年来在国际上蓬勃发展和广泛应用的一种材料表面改性高新技术。

离子注入生物体的结果是使原子发生移位和重排，使移位的原子、注入的离子和生物体内的元素重新复合形成新的分子结构和基团，离子注入可在损伤轻的情况下获得较高的突变率和较高的诱变效率。

应力刺激对植物生长、发育以及各种生理活动都有明显的影响，用400 Hz 的强声波刺激后的种子，发芽速度高，幼苗根系发达；从细胞和分子生物学分析应力的生物学效应，结果表明，一定频率和强度的交变应力刺激后，植物细胞壁热力学相行为发生改变，相变温度普遍降低，说明应力刺激后细胞壁结构发生了改变，导致壁细胞流动性增强。

空间诱变育种又称航天育种或太空育种，是指利用返回式卫星或高空气球，将植物种子、组织、器官等生命个体带到200~400km的太空中，利用太空特殊的环境（空间宇宙射线、微重力、高真空、弱磁场等）使材料发生基因突变或染色体畸变，进而导致生物体性状发生遗传变异，经地面种植筛选新种质、新材料，培育新品种的作物育种新技术，它是航天技术与农业遗传育种技术相结的产物，可为选育突破性新品种创造条件。

据不完全统计，在全国范围内通过空间诱变培育成的高产优质新品种的种植面积已达百万亩以上，产生了良好的经济效益和社会效益[11]。

2.1.2 化学诱变化学诱变通过化学试剂造成生物DNA的损伤和错误修复，产生突变体。

这些突变以点突变为主，并且因试剂不同具有某些相对高频而且较为稳定的突变谱。

由于这一技术还具有易操作、剂量易控制、对基因组损伤小、突变率高等特点，因而近年来成为运用最为广泛的诱变技术[12]。

在植物育种中常用的化学诱变剂有烷化剂、碱基类似物、抗生素、叠氮化物、亚硝酸、羟胺和吖啶等，其中应用最多的是EMS（Ethyl Methane Sulfonate，甲基磺酸乙酯），其产生的点突变的频率高，且多为显性突变，而染色体畸变相对较少，可以对植物的某一特殊性状进行改良[8]。

化学诱变育种自身也存在一些问题，如必须考虑处理的安全性、诱变剂的稳定性及其不利代谢产物等。

由于大部分的化学诱变剂能致癌，因此，继续探索新的无毒高效地诱变剂和新的诱变方法，从而提高诱变效率及化学诱变剂的安全性是今后化学诱变育种工作的主要方向。

2.2 生物技术育种2.2.1 细胞工程育种细胞工程是应用细胞生物学和分子生物学的理论和方法，按照人们的设计蓝图，进行在细胞水平上的遗传操作及进行大规模的细胞和组织培养。

通过细胞工程可以产生有用生物产品或培养有价值的植株，并可产生新的物种或品系，克服了常规杂交的局限性，使远缘杂交成为可能[13]。

2.2.1.1 组织培养植物组织培养（Plant tissue culture）是一种将自然环境中分离出来的植物细胞或组织放入含有合成培养基的瓶中，在无菌条件下使之生长或发育的方法。

植物的各种器官，如根、茎、叶、花、果实等，均可进行离体培养，当前发展最快、研究最多的是茎尖及带芽茎段的培养。

组织培养不受地区、季节、气候、有害生物等条件的限制，所需空间小、繁殖技术高、节省劳动力，便于工厂化和规模化生产。

利用植物组织培养和细胞培养，结合低温、超低温冷冻储藏还可用来保存种质资源[14]。

2.2.1.2 染色体工程染色体工程是将一种生物的特定染色体有目的地予以添加、消除或置换成同种或异种染色体的方法和技术，又称为染色体操作。

近年来，在植物育种中应用单倍体育种和多倍体育种取得了良好的成果。

自然界高等植物的单倍体是经过不正常的受精过程出现的，单倍体出现的频率很低。

通过人工诱导或种属间杂交产生单倍体的途径主要有花药培养、花粉培养、异源种属花粉诱导、迟授粉诱导、化学药剂处理诱导、体细胞染色体排斥、异种属细胞质——核替代系、辐射诱导、双生苗和半配合诱导等[15]。