关于育种的起源及研究进展
常菲絮
（生命科学学院 生物学基地班）
摘要：当今世界人口迅猛增长，环境遭到严重破坏，粮食短缺，而人类对精神生活的追求却越来越苛刻，因此育种成为了解决这些问题的重要手段。本文对育种起源、研究现状及其应用前景进行了综合阐述，并做了简要评价，提出自己的看法和观点，希望为育种的研究工作和国家决策提供参考。
关键词：育种，基本方法，目的，现状，前景
育种（breeding）指的是，通过创造遗传变异、改良遗传特性，以培育优良动植物新品种的技术。以遗传学为理论基础，并综合应用生态、生理、生化、病理和生物统计等多种学科知识。按对象来分，育种可以分为作物育种和家畜育种。在人类物质和精神需要越来越膨胀的今天，育种起着不可替代的作用，作物育种与人类社会的关系越来越紧密，人类有必要重视育种的研究和运用。
（一） 育种的起源
育种是伴随着人类的诞生与发展逐渐产生的，人类社会的发展历史也是育种的发展历史。
早在栽培植物出现之初的人类简单种植和采收活动中，就已经寓有作物育（选）种的萌芽。《诗经》载：“黍稷重穋”,“稙稺菽麦”。“稙”、“稺”指播种的早晚，“重穋”指成熟的先后。可见中国在周代已形成不同播期和熟期的作物品种概念。北魏《齐民要术》按成熟早晚、苗秆高矮、收实多少和米味美恶等记载粟品种凡86个。明代的《理生玉镜稻品》详细描述了嘉靖年间江苏苏州地区的水稻品种，是中国最早问世的水稻品种志。至清代,《授时通考》已分别收录粟和水稻品种约500个和3400多个。
犬只育种的起源特别早，大约在10,000-35,000年前犬只即与人类共同生活，并被驯化
在日本, 林木育种的历史比较悠久。早在5 50 年前的京都北山地区, 林业工作者就已经在特定的无性繁殖地带上, 用不断选择、淘汰的手段, 进行林木育种工作, 并卓有成效地培育出了宫崎柳杉、山武柳杉、富山柳杉、两轮柳杉等新品种
（二） 育种的目的
育种对促进作物生产、提高物种品质和观赏价值均有重要作用。高产、稳产、优质、高效是育种的基本目标。当然，特定的育种目标要综合考虑当地品种的现状、育种基础、自然环境、耕作制度、栽培水平、经济条件等因素，并随生产的发展不断加以调整。还要以本地区种植面积较大或有代表性的几个品种作为标准，明确需要保持或提高、改进或克服的方向，使育种目标具体化。
1、提高产量
提高产量是作物育种的首要目的。以中国为例，中国粮食作物品种平均 6～7年更换1次，一般新品种可比老品种增产15％左右。1949～1984年间中国主要粮食作物单产增加1倍多,估计30～40％可归功于育种。美国D.N.达维克1977年在 3种密度条件下比较30～50年代双交种、60～70年代单交种的玉米产量，表明50年间增长了57～60％。国际玉米小麦改良中心从60年代起育成的一大批丰产、抗倒、适应性广、收获指数高的半矮秆春性小麦品种，对南亚、中东等地区的农业增产起了很大作用。 2011年9月19日，袁隆平的“百亩片”试验田亩产首次突破900公斤。
2、增强抗性
抗寒或早熟育种已使作物分布逐渐向高纬度和高海拔地区扩展。1950年以前，中国西藏主要农区在海拔3200米以上不种冬小麦。50年代引入冬性较强的“肥麦”以后，已很快发展成为春、冬麦兼种的地区。
超早熟大豆品种的育成，使黑龙江北部高于10℃的年活动积温1800℃以上的地区可种植大豆。耐旱作物和耐旱品种的选育，则为半干旱地区农业生产的稳步增长作出了贡献。
利用品种抗性减轻病虫为害，已证明是既经济有效又可避免污染环境的措施，如50年代中期孢囊线虫病对美国南部大豆生产的致命危害，近年来根腐病在中国黄淮地区对甘薯生产的威胁，都由于抗病虫品种的育成而大为减轻。
巴西育成的抗酸性土壤铝害的小麦品种,美国育成的可用纯海水灌溉的耐盐大麦,国际热带农业中心选育的在缺磷土壤中仍能丰产的豆类品种等，则说明了育种在增强作物对不良土壤、水利条件等方面的巨大潜力。
3、提高品质
谷类提供人类食物热量的70％，但其蛋白质的含量较低。自50年代发现冬小麦高蛋白基因和60年代初发现玉米高赖氨酸突变体奥派克2（简称O2)之后，品质育种进展较快。
一些产量不低于原有推广种而蛋白质含量提高1～2％的冬小麦品种已在美国推广。国际玉米小麦改良中心也育成了带O2高赖氨酸基因和硬质胚乳的玉米改良群体。
在油料作物方面，近50年内苏联通过轮回选择，已将向日葵含油量从30％提高到50％左右。加拿大则在油菜低芥酸和低硫葡萄糖苷育种方面取得成功。
棉花品质育种在使纤维质量不断得到改进的同时，正进一步致力于棉子高油分、无棉酚、高蛋白品种的选育，有可能使棉花成为棉、油兼用的作物。
饲料作物育种也在育成少含或不含有害成分的品种方面取得进展。
4、提高生产效率
整齐划一和简单的种植、管理、收割过程能够极大的提高生产效率。选育株矮秆壮、穗层整齐、成熟一致、不易落粒的谷类作物品种可大大提高机械化收获的效率。
如矮秆高粱品种的育成，使小麦联合收割机可兼收高粱，从而有力地促进了美国高粱生产的发展。
糖用甜菜昂贵而费力的间苗劳动，则因单胚品种的育成而大为节省。
此外，早熟品种的推广，对增加复种指数、提高土地利用率也有重要作用。
5、扩大物种的分布范围
不同的品种的对环境、气候的适应能力是不一样的，不同的品种能够适应不同的生存环境，因此品种的多样化扩大了物种的地理分布范围和时间分布范围。例如人们已经培育出了可以在不同季节开花结果的桃子品种——春桃、夏桃、秋桃和冬桃，可以在不同气候环境下种植的小麦等。 6、增强观赏性
通过被观赏而体现出来的价值叫做观赏价值。物种的观赏价值体现在形态、行为和生理上，例如植物的树形、花的颜色、动物的皮毛等。物种的观赏特征越多越奇特，其观赏价值也就越高。人们可以通过育种使得物种的多种观赏特性集中于一身，也可以通过育种
品种最多的植物——兰花，包括春兰、蕙兰、建兰、寒兰、墨兰、春剑、莲瓣兰七大类，不下于4000个品种，它们花色、花香和形态各不相同，具有很高的观赏性，受到许许多多的人的喜爱。
人们通过物理、化学和生物手段，是植物长出千奇百怪的肿瘤，增加了其观赏价值，例如云南松的“人工肿瘤”。
（三）近代作物育种技术和理论
人类尝试植物育种起源于古代，刚开始是简单辨别植物的类型来选择和保留性状优良的植物。
近代育种技术和理论的发展始于西欧：
1719年，T.费尔柴尔德最早进行植物人工杂交并获得杂种。
1823年，T.A.奈特在豌豆上发现父母本对杂种一代的贡献均等，二代有分离现象。
1843年J.库尔特首先采用个体选择法进行禾谷类育种。
1856年,L.德维尔莫兰明确提出用“后裔鉴定”法检查甜菜的选择效果，后人称之为“维尔莫兰分离原则”。
1849年，R.A.加特纳指出亲本杂交一代、二代之间存在一定关系，并发现不少杂种一代生长健壮。C.达尔文在《物种起源》(1859)和《植物界异花受精和自花受精的效应》(1876)中所阐明的选择和杂交等与进化的关系，对以后的作物育种工作有深刻影响。
（四）基本的育种方法
一、诱变育种
诱变育种是指利用人工诱变的方法获得生物新品种的育种方法。
原理：基因突变。
人工诱变的方法包括：
1、物理方法（X射线、射线、紫外线、中子、激光、电离辐射等）
2、化学方法（碱基类似物、硫酸二乙酯、亚硝酸、秋水仙素等）。
要求：所处理的生物材料必须是正在进行细胞分裂的细胞、组织、器官或生物；处理的时期是细胞分裂的间期；经处理的生物材料经选择、培育才能获得需要的生物新品种。
优点：可以提高突变频率，加速育种过程，创造出人类需要的生物类型；变异范围广，可大幅度改良某些性状。
缺点：有利变异少，须大量处理材料；诱变的方向和性质不能控制；改良数量性状效果较差。
二、杂交育种
杂交育种是指利用具有不同基因组成的同种（或不同种）生物个体进行杂交，获得所需要的表现型类型的育种方法。
原理：基因重组。 方法：杂交→自交→选优
过程：用具有相对性状的纯合体作亲本杂交获得子一代，子一代自交（动物则用具有相同基因型的雌雄个体杂交）获得子二代，从子二代中选择符合要求的表现型个体。如果需要的表现型是隐性性状育种就此结束，如果需要的表现型是显性性状则用子二代中选出的个体进行连续自交（动物同前），直至获得能稳定遗传的类型为止。
优点：能根据人的预见把位于两个生物体上的优良性状集于一身。
缺点：时间长，需及时发现优良性状。
三、单倍体育种
单倍体育种是利用花药离体培养技术获得单倍体植株，再诱导其染色体加倍，从而获得所需要的纯系植株的育种方法。
原理：染色体变异。
方法：选择亲本→有性杂交→F1产生的花粉离体培养获得单倍体植株→诱导染色体加倍获得可育纯合子→选择所需要的类型。
优点：可大大缩短育种时间。
缺点：技术复杂，需要杂交育种配合。
四、多倍体育种
多倍体育种是通过增加染色体组数以改造生物遗传基础，从而培育出符合人类需要新品种的方法。
原理：染色体变异（染色体加倍）
方法：秋水仙素处理萌发的种子或幼苗。
优点：可培育出自然界中没有的新品种，且培育出的植物器官大，产量高，营养丰富。
缺点：只适于植物，结实率低。
五、细胞工程育种
细胞工程育种是指用细胞融合的方法获得杂种细胞，利用细胞的全能性，用组织培养的方法培育杂种植株的方法。
物质基础是：所有生物的DNA均由四种脱氧核苷酸组成。其结构基础是：所有生物的DNA均为双螺旋结构。一种生物的DNA上的基因之所以能在其他生物体内得以进行相同的表达，是因为它们共用一套遗传密码。在该育种方法中需两种工具酶（限制性内切酶、DNA连接酶）和运载体（质粒），质粒上必须有相应的识别基因，便于基因检测。如人的胰岛素基因移接到大肠杆菌的DNA上后，可在大肠杆菌的细胞内指导合成人的胰岛素；抗虫棉植株的培育;将固氮菌的固氮酶基因移接到植物DNA分子上去，培育出固氮植物
原理：基因重组（或异源DNA重组）。
方法：提取目的基因→装入载体→导入受体细胞→基因表达→筛选出符合要求的新品种。
优点：不受种属限制，可根据人类的需要，有目的地进行。 缺点：可能会引起生态危机，技术难度大。
六、植物体细胞杂交
植物体细胞杂交是指用细胞融合的方法获得杂种细胞，利用细胞的全能性，用组织培养的方法培育杂种植株的方法。
原理：细胞的全能性
方法：（1）植物：去细胞壁→细胞融合→组织 培养
（2）动物克隆：核移植→胚胎移植
优点：能克服远缘杂交的不亲和性，有目的地培育优良品种；动物体细胞克隆，可用于保存濒危物种、保持优良品种、挽救濒危动物、利用克隆动物相同的基因背景进行生物医学研究等。
缺点：技术复杂，难度大；它将对生物多样性提出挑战，有性繁殖是形成生物多样性的重要基础，而“克隆动物”则会导致生物品系减少，因此个体生存能力下降。
（五）育种的发展前景
目前，分子育种已经进入基因组时代。将基因工程应用于育种工作中，通过基因导入，培育出一定要求的新品种的育种方法将会变得越来越普遍。
人们可以按照自己的愿望，进行严密的设计，通过体外DNA重组技术和DNA转移技术，有目的地改造生物种性，使现有物种在短时间内趋于完善，以创造出新的生物类型的技术体系，亦即基因工程。
基因组学在育种中应用，将拓展野生种质资源中优异等位基因挖掘的广度和深度，显著提高复杂性状改良的可操作性和新品种选育的效率。
在这个方面，我国林木基因组学研究已经取得了重大的突破。北京林业大学的科学家们选用百年古树作为测序的样本，利用最新的全基因组鸟枪法测序和拼接策略，绘制完成了毛白杨的基因组序列图谱，标志着毛白杨分子育种进入基因组时代，对于保障我国森林资源可持续发展有十分重要的意义。毛白杨基因组的注释和分析大大便利了科学家发现经济性状相关基因，使经济性状的遗传图谱定位，跨越到基因组图谱和功能基因的精确定位，标志着毛白杨分子育种等相关研究正式进入基因组时代，将推动毛白杨育种技术的全面进步。毛白杨基因组序列测序完成，对木本植物发育的分子机制的了解、木本植物在进化历程中地位的研究、可再生能源利用的研究同样具有重要的意义。
因此，随着现代科学技术的发展，人类对自然界和生物界的认识也会越来越深，人类必将发现更直接更有效的育种方法。有人甚至认为，总有一天人类可以运用已经掌握的科学技术对生物进行“为所欲为的改造”，那样的时代显然很遥远，然而我们正在向那样的时代进发。至少我们可以做到以下几个方面：
（1）、育种目标：要求越来越高并向多样化发展，这是由人类不断增长的需要决定的；
（2）、育种方法：生物技术得到越来越广泛应用，将会使育种变得越来越有效和简便；多种方法互相配合，综合运用，将使育种水平得到进一步提高。