關(guān)于基因工程技術(shù)在水稻育種中應用的一些思考

陳江芹

水稻是我國主要的糧食作物，水稻的產(chǎn)量將會對我國的糧食安全以及社會經(jīng)濟的發(fā)展等產(chǎn)生至關(guān)重要的影響。水稻育種的質(zhì)量將會直接影響到水稻的品質(zhì)與水稻的產(chǎn)量，例如，矮化育種帶來了綠色革命，雜交水稻的開發(fā)等，這些都是通過水稻育種所帶來的巨大優(yōu)勢。隨著水稻育種技術(shù)的不斷完善，育種的進步變得更加困難，在此背景下，基因工程技術(shù)在水稻育種中的應用為人們提供了新的途徑，通過基因工程技術(shù)，能推動育種的進步，目前，世界范圍內(nèi)進入田間試驗的轉(zhuǎn)基因植物已經(jīng)超過的500種，這些都是基因工程技術(shù)所帶來的優(yōu)勢，推動了基因工程育種的發(fā)展。

一、轉(zhuǎn)基因受體親本的選擇

轉(zhuǎn)基因育種，其方法與措施與回交育種十分相似，從某種意義上講，可以將轉(zhuǎn)基因育種看做是回交育種技術(shù)的改良版。之所以這樣說，原因在于轉(zhuǎn)基因育種與回交育種的目的都是為了轉(zhuǎn)移目的基因，同時保證其他性狀不發(fā)生變化。對于轉(zhuǎn)基因育種而言，其優(yōu)勢體現(xiàn)在不帶入連鎖累贅。相較于回交育種，轉(zhuǎn)基因育種的年限更短。但是無論是轉(zhuǎn)基因育種還是回交育種，都存在共同的問題，即輪回親本的選擇難。對于回交育種而言，難以找到適合的輪回親本是最大的困難。而對于轉(zhuǎn)基因育種而言，雖然育種年限較回交育種更短，但是這方面的問題始終沒能得到解決，依然是困擾轉(zhuǎn)基因育種的主要問題之一。水稻對育種水平的要求較高，這使得新品種出現(xiàn)的周期不斷縮短，同時對新品種的使用壽命也會產(chǎn)生影響，導致新品種很快便會被淘汰，使用壽命越來越短。在這種背景下，使得受體親本的選擇更加重要。很多研究小組在水稻育種工作中付出了大量的時間與精力，但是很多轉(zhuǎn)基因育種工作卻會無疾而終，使得大量的研究工作難以取得成果，并且這方面的問題并不罕見，很多轉(zhuǎn)基因育種都會遇到類似的問題。解決這一問題的有效方法便是在新品系選育的更早階段選取受體親本，通過這種方式，可以使新品種通過審定并進行推廣時，轉(zhuǎn)基因育種工作也能順利完成，進而確保轉(zhuǎn)基因育種工作能夠取得相應的經(jīng)濟效益與社會效益。雖然這種方式的優(yōu)勢十分明顯，但是采用這種方式需要有十分豐富的育種經(jīng)驗的支持，這樣才能正確的選擇目標受體親本。否則很有可能出現(xiàn)新品系尚未推廣，便會遭到淘汰，進而提升了轉(zhuǎn)基因育種的風險，導致對于轉(zhuǎn)基因育種所付出的努力付諸東流。

雖然基因工程在水稻育種的應用，可以生產(chǎn)處優(yōu)秀的水稻品種，但是也很容易出現(xiàn)戰(zhàn)略方向上的錯誤，進而帶來十分嚴重的后果。我們應該清晰的認識到基因工程的運用，并不能直接育出新的水稻品種，應用基因工程技術(shù)，可以實現(xiàn)其他物種的有力外源基因轉(zhuǎn)入到栽培品種。認識到這點之后，便可以明白應用基因工程技術(shù)所育成的主要是用于育種的親本材料。而實際利用這些外源基因，是通過常規(guī)育種技術(shù)實現(xiàn)的。因此，水稻育種一方面要加強對轉(zhuǎn)基因工程技術(shù)的應用，另一方面也需要提升對常規(guī)育種技術(shù)的重視，實現(xiàn)二者的有機結(jié)合才能為水稻育種提供更加有力的支持與保障。

二、轉(zhuǎn)基因品種必須保持受體品種的遺傳組成

對于轉(zhuǎn)基因育種而言，不僅會面臨輪回親本選擇難的問題，而且還會面臨不同轉(zhuǎn)化子目的基因插入位置不同和保持受體品種群體遺傳組成之間的矛盾問題。這一問題的存在，會給轉(zhuǎn)基因育種帶來較大的困擾。作物及時自受花粉，但是其中絕大部分雜交育成品種的群體內(nèi)，依然會存在異質(zhì)性和雜合性的純系，而是不絕對的純系。這種現(xiàn)象符合群體遺傳學原理，之所會出現(xiàn)這種情況，原因主要在于以下兩個方面，首先，個體間差異無法進行直觀選擇，比如適應性等個體差異，所以在穩(wěn)定而混系的育成品種之中，依然會存在雜合性與異質(zhì)性，這是在雜家育種過程中難以避免的現(xiàn)象，以目前的技術(shù)水平仍然難以解決這一問題。其次，群體內(nèi)株間會存在異交的情況，伴隨著株間的異交，新的雜合性與異質(zhì)性也會隨之產(chǎn)生，從遺傳學角度來講，這種現(xiàn)象叫做品種內(nèi)的剩余變異，這種現(xiàn)象在品種選育過程中必然會出現(xiàn)。剩余變異十分有利，能夠在很大程度上提升水稻對環(huán)境變化的緩沖能力，進而提升水稻新品種的適應性。所以新育成的水稻品種往往都會具備較強的適應性與豐產(chǎn)性。

在對新品種水稻的種植過程中，隨著重視世代數(shù)的增加，通過有性繁殖，會不斷發(fā)生少量群體內(nèi)異交，這種群體內(nèi)的異交，會使基因重組與基因交換。在這種情況下，剩余變異會在少數(shù)個體上不斷積累，使得這種變異從最初的無法直觀觀察變得更加直觀可見。隨著這種變化的產(chǎn)生和逐漸明顯，新品種也會逐漸出現(xiàn)退化，這也是水稻育種更新周期快的主要原因之一。品種的本質(zhì)數(shù)形便是純中有異，同時這也是保證水稻新品種高產(chǎn)的重要根據(jù)。維持品種群體的遺傳組成不發(fā)生改變，這是保持新品種品質(zhì)特性的主要措施。相關(guān)專家通過選擇典型性的少數(shù)植株，應用少數(shù)植株繁殖出純度較高的群體的方式進行嘗試，結(jié)果這種方法行不通，因為這會造成品種的適應性下降，提升品種的退化速度。為解決這一問題，可以先將外源基因轉(zhuǎn)入水稻，然后通過雜交回交的方式，可以將外源基因轉(zhuǎn)入目的親本，并且在最后一次回交時采用多父本植株的花粉來授粉。這種方式可以使育成的新品種基因型不會出現(xiàn)過于單一的問題，進而保持著原品種的遺傳組成。這種方式雖然不能完全新品種后代中出現(xiàn)特殊優(yōu)良的變異，但是在這種變異出現(xiàn)時，可以采用純系育種的方法將其穩(wěn)定成為一個新品系。

在水稻育種中應用轉(zhuǎn)基因工程技術(shù)具有多方面的優(yōu)勢，但是同時也存在著多方面的問題。為保證水稻育種的質(zhì)量和效果，需要針對這些問題采取有效的解決措施，提升應用轉(zhuǎn)基因工程技術(shù)的效果。

（作者單位：201112上海沁弘種業(yè)有限公司）