農作物育種方法的革命性創新
——植物介入雜交新方法在農業育種上的應用研究

曹長義 曹瑞杰 曹永鵬 劉萬代 許榮聚 蘇連霞

（鄭州市遠緣誘變農業育種工程技術研究中心，河南 鄭州 450012）

農作物育種方法的革命性創新
——植物介入雜交新方法在農業育種上的應用研究

曹長義 曹瑞杰 曹永鵬 劉萬代 許榮聚 蘇連霞

（鄭州市遠緣誘變農業育種工程技術研究中心，河南 鄭州 450012）

本文主要針對農作物育種的一種創新性方法--植物介入雜交誘變新方法的特點、創新性、應用范圍及發展前景進行了研究探討。

植物介入雜交誘變新方法；技術預測；育種方法新思維；新思路；新理念

1 創新雜交方法——植物介入雜交誘變的特點

1.1 植物介入雜交誘變新方法釋義。

植物介入雜交誘變新方法是利用一種植物，誘導另一種植物變異的育種方法；前者叫誘導植物，后者叫育種目標植物；就是通過把育種目標植物的幼苗“介入”到誘導植物體上，產生可遺傳、穩定的變異，培育植物新品種。

1.2 操作要點

1.2.1 選擇性狀優勢突出、差異明顯、易于介入操作的植物作“誘導植物”。

1.2.2 把“育種目標植物”的幼苗，“介入”到誘導植物體上，同體共生50天左右。

1.2.3 育種目標植物生出自生根，與誘導植物“分體”，獨立成株，開花結實。

1.3 變異現象

育種實踐證明：植物介入雜交誘變新方法，可以使誘導植物的某些可遺傳的表型性狀，遺傳至育種目標植物，育種目標植物的某些基因，通過誘導被沉默或激活，改變原有基因的表達和調控模式，獲得育種目標植物原來不具有的新變異（這種新變異在其后代種籽中能夠遺傳穩定）。

1.4 變異模式

1.4.1 研究證明：經對變異品系的細胞質和細胞核DNA進行分析結果顯示：“在原品系和變異品系之間未發現細胞質DNA的RFLP（限制性酶切片段多態性）差異，而細胞核DNA卻發生了高頻率的序列重組；同時，本研究沒有發現砧木與接穗間基因轉移的跡象”。

1.4.2 據此推測：“遠緣嫁接變異，很有可能是嫁接生長逆境誘導的抗逆變異”。

1.4.3 據事實猜想：也可能是，在“介入誘變”過程中，發生了深層次的非常規有性雜交變異；因為這種變異符合孟德爾的授粉雜交遺傳變異規律。也可能是，表觀遺傳變異，至少一部分是表觀遺傳變異；因為零代變異、零代穩定，符合表觀遺傳變異規律。也可能是，上述多種遺傳變異形態的混合遺傳變異模式。

1.5 與其他育種方法的區別及其主要特點

為了便于理解，用四個比喻說明植物介入雜交誘變新方法與嫁接雜交、授粉

雜交、轉基因方法的區別及其主要特點：

1.5.1 捆綁妻——嫁接雜交。嫁接雜交（無性），猶如捆綁夫妻，終生相守，卻不能傳宗接代。優點是，操作簡便，而保持接穗的優勢性狀；缺點是，不能遺傳變異。

1.5.2 近緣夫妻——（授粉）雜交。（授粉）雜交。如近緣夫妻，只能近緣選擇組合。優點是，可以遺傳變異；缺點是，只在同一作物間選擇組合，優勢性狀相同、或相近，缺乏優勢性狀的選擇，難以產生突破性變異。

1.5.3 網絡戀人——轉基因。轉基因，猶如網絡戀人，只送玫瑰（轉基因），不成夫妻。優點是，任意選擇，自由組合；缺點是，強行轉基因，轉啥得啥，性能單一，不產生附加效應，且存安全隱患。

1.5.4 臨時妻——植物介入雜交誘變新方法。植物介入雜交誘變新方法，猶如臨時夫妻，短暫相處即分開。優點是：一是象嫁接雜交，操作簡便。二是象授粉雜交，遺傳變異，且變異強度大，變異多樣化。三是象網戀，廣泛選擇，自由組合。

表1

1.5.5 從上述特點不難看出，植物介入雜交誘變新方法，不是米丘林的嫁接雜交方法，也不是孟德爾的授粉雜交方法，更不是轉基因方法。這是一種全新的植物育種新方法，既具有嫁接雜交、授粉雜交、轉基因方法的優點；又克服了他們的缺陷；具有三者沒有的鮮明特點和優勢。為了便于比較列表：

與嫁接雜交方法的區別及比較優勢（見表1）

與雜交育種方法的區別與比較優勢（見表2）

表2

與轉基因育種方法的區別及比較優勢（見表3）

2 植物介入雜交誘變新方法的創新性

育種實踐證明，植物介入雜交誘變新方法的最突出的創新特點是：育種目標植物和誘導植物，可以在不同種、不同科、不同屬的植物中選擇組合，成功實現了常規雜交育種方法難以實現的遠緣雜交誘導。其表現：

2.1 育種目標適用范圍廣。糧食作物、林果、蔬菜、花卉等所有農作物、包括幾乎所有植物，都可以作為育種目標植物；克服了嫁接只適用林果、蔬菜、花卉和雜交只適用異花授粉植物和部分自花授粉植物的局限性。

2.2 誘導植物選擇范圍廣。根據育種目標植物的需要，自然界的大部分植物，都可以作為誘導植物。

2.3 育種目標植物與誘導植物具有廣泛的組合性。任何一個育種目標植物，都可以在不同種、不同科、不同屬的幾乎所有植物中，廣泛選擇若干個優勢性狀突出、差異大、互補性強、易于介入操作的理想植物，作誘導植物；很多育種目標植物，也可以作誘導植物；幾乎所有誘導植物，都可以作育種目標植物；克服了常規有性雜交只在同一作物間選擇組合的局限性。

方法轉基因介入雜交項目形象比喻特性網上戀人轉基因操作方法用高科技手段將一種生物的某些理想基因分離出來，再用基因槍等轉基因方法，將其轉移到目標植物體上，從而創制出新品種。轉基因技術可打破生物界不同物種隔離的屏障，可以將基因在不同生物間轉移。臨時夫妻非轉基因的誘導變異用“介入雜交方法”將育種目標植物的幼苗介入到誘導植物上，靠其植物自身作用，誘導植物的某些理想性狀導入育種目標植物，目標植物的某些基因通過誘導被沉默或激活，一起表達出來，創造出育種目標植物原來沒有的新變異，創造出新品種。這種方法同樣可以打破生物界不同物種隔離的屏障。育種效果綜合、全面。以大豆為例，產量、品質均有大幅度提高。畝產突破600斤、700斤、800斤，甚至1000斤；油脂含量突破23%，蛋白質含量突破44%，其明顯優勢不言而喻。資金投入單一、有限，不易培育出高產、優質、高抗綜合性好的新品種。比如美國培育出抗除草劑大豆，抗棉鈴蟲棉花等，但目前尚無直接提高產量和品質的新品種。以大豆為例，美國轉基因大豆畝產平均300-400斤，油脂含量20%左右，蛋白質含量35%左右，至今沒有因轉基因技術獲得產量、品質突破性提高。方法復雜，技術難度高，需要特殊試驗研究條件，資金投入大。育種成本成本高安全隱患人們擔心存在安全隱患。整合功能無方法簡便，技術難度低，不需要特殊試驗研究條件，投資小，是轉基因的百分之一左右。成本低，是轉基因的百分之一左右。本方法同嫁接法、雜交法同為自然方法，沒有產生安全隱患的可能。提高轉基因品種的產量和品質，保持轉基因品種抗病、抗蟲的優勢性狀

3 植物介入雜交新方法的先進性

3.1 突破性變異。由于育種目標植物與誘導植物是遠緣關系，優勢性狀差異大，容易產生多樣化、突破性變異；容易培育出高產、優質、高抗新品種。克服了常規雜交方法難以產生突破性變異、培育出優良品種機率低、難度大的局限。

3.2 變異穩定快。植物介入雜交誘變新方法，一般F2、F3代穩定，也有當代變異、當代穩定和F1代穩定，很少超過F5代穩定；克服了常規雜交育種一般5—8年，甚至十幾年、幾十年才能穩定的局限。

3.3 操作效率高。植物介入雜交誘變新方法，一個人、一個科研組同時做幾個、十幾個甚至幾十個作物；克服了常規雜交育種方法一個人、一個課題組只做一個作物的局限性；其育種效率，比常規雜交方法提高百倍以上，為農作物育種工廠化提供了科學方法和途徑。

3.4 技術兼容性強。植物介入雜交誘變新方法，可以兼容、整合嫁接雜交、授粉雜交、轉基因等其他育種方法優勢于一體，實現農作物育種人與人、區域性等全方位合作。克服了其他方法各自為戰、互相保密、重復科研、浪費資源、不易合作的缺陷。

4 植物介入雜交誘變新方法產生多樣化突破性變異舉例

植物介入雜交誘變新方法在農業育種試驗中，產生很多意想不到的多樣化、突破性變異，例如：

4.1 人參紅薯。把紅薯幼苗介入到西洋參上，紅薯幼苗成活結薯，薯葉由綠色變青色，薯皮由紅色變白色、薯肉由黃色變白色（象人參白）。

4.2 黃秋葵芝麻。把芝麻幼苗介入到黃秋葵上，芝麻幼苗成活、開花、結籽，芝麻葉的形狀變成黃秋葵葉的形狀；黃秋葵芝麻的葉子在水中侵泡后的液體，猶如黃秋葵果在水中侵泡后的液體一樣粘稠。

4.3 黑心小麥。把小麥幼苗介入到黑土豆上，小麥幼苗成活、開花、結籽，小麥籽粒表皮和面粉都變成黑色，株高比原株高增長30-50公分左右。

4.4 袖珍小麥（新物種）。把野燕麥幼苗介入到土豆上，野燕麥幼苗成活、開花、結籽，野燕麥穗變成3公分左右長的圓錐形，無芒；籽粒小如油菜籽，但仍是小麥粒形狀（故稱袖珍麥）；麥稈高度比野燕麥高出三分之一左右。很多專家認為，這是一個新物種。經化驗，袖珍小麥的各種營養成分都大幅度高于普通小麥。

4.5 甜瓜馬泡。把馬泡幼苗介入到甜瓜苗上，成活、開花、結果；甜瓜馬泡的大小比原馬泡大十倍左右，馬泡的苦味不變。

4.6 馬泡甜瓜。把甜瓜幼苗介入到馬泡苗上，成活、開花、結果；馬泡甜瓜的大小是原甜瓜的三分之一左右，成熟后，瓤子苦味如馬泡。

4.7 多年生越冬水稻。把水稻幼苗介入到野生蘆葦苗上，水稻幼苗成活、開花、結籽；來年將收獲的種籽播種，成熟收割；第二年春天，收割后的稻茬發出新芽、開花、結籽；連續3年越冬，開花、結籽，成為多年生越冬水稻。

5 植物介入雜交誘變新方法在農業育種上的廣泛應用及效果舉例

十八年來，我們用小麥、大豆、花生、芝麻、油菜、玉米、水稻、紅薯、棉花、谷子、高粱、煙草、南瓜、辣椒、西瓜、甜瓜、甜菜、黃秋葵等幾乎所有農作物作育種目標植物；用紅薯、土豆、玉米、油菜、山藥、何首烏、大姜、油葵、蘆薈、人參、雪蓮、辣椒、莧菜、黃秋葵、辣木樹、核桃樹、大麗花、牡丹、芍藥、指甲草等上百種植物作誘導植物，實施介入誘變，均獲成功，并從其變異后代中篩選出產量高、品質好、抗性強、特色、特異種質資源1800多個，新品系200多個。其中大豆新品系，大田畝產500斤以上的10個，600斤以上的5個，800斤以上的2個，比對照增產50%～100%左右。芝麻新品系，大田畝產300斤以上的10個，400斤以上的2個，比對照增產50%～100%。高粱新品系，大田畝產1 000斤以上的5個，1 200斤以上的2個，1 400斤以上的1個，比對照增產50—100%。

5.1 長義豆·超高產—800。畝產突破600斤，甚至800斤，比美國轉基因大豆平均畝產400斤，提高50—100%。

5.2 長義豆·高蛋白—01號。畝產突破600斤，比美國轉基因大豆的畝產400斤，提高50%；蛋白質含量達到44.52%，比美國轉基因大豆的35%，高9個多個百分點，提高27%。

5.3 長義豆·高油—05號。畝產突破600斤，比美國轉基因大豆的畝產400斤，提高50%；油脂含量達到23.18%，比美國轉基因大豆的19—20%，高3—4個多百分點，提高15—22%。

5.4 長義芝麻·超高產—400。畝產突破300斤，甚至400斤，比常規良種芝麻畝產180斤，提高100%以上。

5.5 長義高粱·超高產—1 200。畝產突破1200斤，甚至1 400斤，比常規良種高粱畝產700—800斤，提高70%～100%。

6 來自科研實踐的育種新思維、新思路、新理念及可預見的發展前景

十八年的育種實踐，很多令人驚喜、不可思議的變異現象和一些規律性的東西，讓我思考，推測出一些結論，初步形成了植物介入雜交誘變育種方法的新思維、新思路、新理念及可以預見的發展前景。

6.1 從育種目標植物和誘導植物的廣泛性可以預見。自然界的任何一種植物，都可以作為育種目標植物；自然界的大部分植物，都可以作誘導植物；任何一個育種目標植物都可以從幾乎所有植物中任意選擇若干個，作誘導植物，實施“介入誘變”，培育植物新品種。也就是說，自然界的任何一種植物，都可以通過植物介入雜交誘變方法，得到理想改造。

6.2 從誘導植物的某些表型性狀誘導至育種目標植物的定向變異（如黃秋葵芝麻等定向變異）可以預見。植物介入雜交誘變新方法，變異目標有可設計性，育種結果有可預測性，可以定向培育植物新品種。

6.3 從“介入”操作效率高、變異穩定快可以預見。植物介入雜交誘變新方法，育種效率高，為實現農作物育種工廠化，提供了技術支撐和發展途徑，農作物育種可以工廠化生產。

6.4 從植物介入雜交誘變結果的多樣化、突破性可以預見。用植物介入雜交誘變新方法改造植物世界，人類現有大部分食用植物的營養成分，將得到進一步優化；人類原來很多不能食用的植物，將成為人類的新食材；未來人類餐桌上的美味佳肴，將更加豐富多彩、有益健康。

6.5 從孟德爾、米其林學說不能解釋植物介入雜交誘變新方法的特點和創新性可以預見。植物介入雜交誘變新方法，可能是一門新學說、新學科；是農作物育種方法的革命性創新、劃時代突破；將開創植物誘變新學派，農業育種新時代。

6.6 上述六點可以預見。上述六點結論，可能為未來新學科——植物介入雜交誘變育種學（暫定名），奠定了理論基礎。

[1]張丹華，孟朝煌，肖衛民，王學臣.蘇都莫日根.嫁接導致的綠豆可遺傳性變異及其在綠豆育種中的應用[J].植物學報，2002（7）.

F323.3

A

1671-0037（2014）11-74-3

項目編號：鄭科技（2013）2號，鄭州市遠緣誘變農業育種工程技術研究中心。

曹長義（1950-），男，大專，經濟師，研究員，研究方向：農作物育種。