現代作物育種的發展趨勢

沈潔

摘 要：作物種植需要進行育種選育工作，只有良好的作物育種才可以實現高質量的作物種植和產出，基于此，本文針對現代作物選育種植進行分析研究，并論述作物育種的發展趨勢。

關鍵詞：作物育種；作物種植；雜交技術

1 作物育種關鍵技術

1.1 單倍體育種

①誘導獲得單倍體。自然生長的作物發生單倍體概率并不高，以自然生長玉米為例，野生玉米的單倍體概率僅有0.05%～0.1%的發生概率，這主要是因為作物母本單倍體發生是極為罕見的，僅有十萬分之一的發生概率。也正是基于自然生長作物下單倍體稀有性，在實際種植培育中需以人工方式，誘導作物產生所需的單倍體。人工誘導單倍體的產生是通過化學藥劑處理花粉的方式，實現單倍體的誘導產生；或通過延遲授粉提升孤雌生殖的誘導率；或通過父本花粉的輻射射線處理，提升單倍體產生概率；也可單倍體啟動基因實現作物單倍體誘導。②單倍體鑒定。作物培育中并非所有單倍體都可應用，在實際培育中需要相關技術人員應用單倍體鑒定方法，對單倍體的水平進行鑒定，進而達到單倍體是否可用的確認明確，一般常用單倍體鑒定方法包括形態學、解剖學及細胞遺傳鑒定、射線照射鑒定等。③多倍體的重新合成。基于部分單倍體選育并不可直接利用，因此需對單倍體進行加倍形成二倍體再加以利用，雖然單倍體加倍可以自然發生，但人工引導選擇的單倍體加倍具備更高的存活率和生長質量[1]。

1.2 群體改良

群體改良是作物培育中通過一定方式對作物群體進行基因改良，促使作物基因的不良基因消退和去除的方法，一般作物的群體改良主要以輪回選擇法、逆境選擇法兩種方法為主，其中輪回選擇法是通過原始群體中選取優良單株進行自交和測交，根據結果選出優良單株并混合種植互相交配形成第一輪改良群體；再依照這方法進行多次輪回交配，實現優良基因比例的提升和保持，是典型的循環育種技術；逆境選擇法就是在育種選配中將作物群體種植于逆境環境中，例如雜草叢生區域、鹽堿地區域、病蟲害區域、旱澇災害區域等，通過定向的逆境環境培育，以后天引導的方式促進作物產生適應環境的變異，進而實現群體改良。

1.3 雜交育種

雜交育種是指在作物育種中，將父母本雜交形成不同的遺傳多樣性，進而通過對雜交后代的篩選，獲得具備父母本優良性狀的作物，并實現對不良性狀的剔除。一般雜交育種常用方式包括單雜交、復合雜交、回交三種方式，其中單雜交就是兩個品種之間的雜交，具備經濟簡單的優勢，多用于雜交一代；復合雜交是指兩個以上的品種經過兩次以上的雜交進行育種，一般適用于單雜交無法實現性狀遺傳需求下的技術應用；回交是指雜交后代與親本一代繼續雜交，是一種強化親本性狀的雜交方法。

2 現代作物育種的發展趨勢

2.1 快速育種的發展趨勢

現有研究顯示作物育種在恒定光照下多具備快速開花結果的特性，能夠符合現代社會對作物的快速獲取需求。而在2003年昆士蘭大學就創造出了面向小麥育種的快速育種技術。該技術應用中不需要專門實驗室進行體外培養和單倍體加倍，只需要優質光源保持一定時間、強度的光照，再輔以溫度控制即可實現開花加速實現盡快收獲種子，有利于低成本實現高密度種植。基于當下農業集成化技術發展和智能農業應用，快速育種技術也在不斷發展。例如，第一個使用快速育種開發的春小麥品種“DS? Faraday”于2017年在澳大利亞發布。該產品基于快速育種技術應用，可以實現作物成熟時對休眠基因的轉育，進而實現籽粒加速發育。這也意味著隨著技術發展和推廣應用，快速育種技術應用有望基于智能技術應用實現更好發展，未來作物育種將更加高效化[2]。

2.2 表型分析的發展趨勢

作物培育和生長離不開表型分析，表型分析是指對作物生長、發育、生理學的任何方面進行測量，進而基于表型分析實現新品種的選型以及品系的篩選，而基于當下工程學的發展，在作物表型分析的過程中，育種技術人員可以基于工程學支持瞥見更多作物育種內容，包括各種植物成像機器人、可視化學習處理系統等，可以在應用中實現無損化的植物生長監控和自動監測，有助于技術人員繪制復雜表型遺傳區域圖譜，對作物的產量構成要素和植株高度等重要信息進行分析，以此可以實現更快更好的改良作物品系。并隨著低成本計算機設備和智能設備的應用，表型分析平臺開始愈發容易獲取和應用，未來的作物育種，預期可實現更高技術支持和更便利技術應用幫助下的育種效率提升。

2.3 細胞工程的發展趨勢

基于當下生物工程技術發展，生物工程重要分支細胞工程技術將有望對作物育種工作帶來新發展趨勢，細胞工程技術基于細胞生物學和分子生物學理論，能在技術應用中，基于人工設計實現細胞水平上的遺傳操作和組織培養，通過細胞工程技術可以實現高價值植株的定向培養及作物育種人工選擇。實際上基于細胞工程技術應用，當下國內作物選育已經實現相應的技術進步。其中，河南農科院基于細胞工程培育小麥新品種具備抗倒伏、抗銹病、抗白粉病優勢，通過細胞工程選育培養，大幅縮短育成周期，一般可提升2～3年時間。細胞工程是重要的作物種植發展趨勢。

結語：綜上所述，現代作物育種技術的發展基于新時代技術的應用，有多方面的發展趨勢和方向，而無論如何高效的技術發展都將有利于作物的育種，都將有助于糧食安全的保障。

參考文獻

[1] 劉海嵐，夏超，蘭海.全基因組選擇技術在作物育種中的研究進展[J].華北農學報，2022，37（S1）：51-58.

[2] 尹春鳳，徐宣國，崔丙群.種業振興背景下我國作物育種協同創新發展空間及提升路徑[J].江蘇農業科學，2022，50（18）：42-47.