傳統(tǒng)雜交育種親本選配考慮的因素及現(xiàn)代育種技術(shù)的運(yùn)用

楊敬軍，金春香，馬海財(cái)

（1.甘肅民族師范學(xué)院，甘肅合作 747000；2.寧夏回族自治區(qū)同心縣林業(yè)局，寧夏同心 751300）

傳統(tǒng)雜交育種親本選配考慮的因素及現(xiàn)代育種技術(shù)的運(yùn)用

楊敬軍1，金春香2，馬海財(cái)1

（1.甘肅民族師范學(xué)院，甘肅合作 747000；2.寧夏回族自治區(qū)同心縣林業(yè)局，寧夏同心 751300）

綜述了傳統(tǒng)雜交育種中親本選擇和組配考慮的因素，以及在傳統(tǒng)選擇方法上發(fā)展起來(lái)的現(xiàn)代分子標(biāo)記選擇、全基因組標(biāo)記選擇在未來(lái)雜交育種中的應(yīng)用。

雜交育種；親本選配；分子標(biāo)記；全基因組標(biāo)記

正確選配親本是雜交育種工作的關(guān)鍵，親本選配得當(dāng)，后代出現(xiàn)理想的類型多，容易選出優(yōu)良品種［1］。所以親本的優(yōu)選和組配研究成為雜交育種研究的重中之重。20世紀(jì)50年代，雜交育種親本選擇主要考慮遠(yuǎn)距離品種間雜交、具有一定的適應(yīng)能力和生產(chǎn)性、兩親本間優(yōu)良性狀的互補(bǔ)重合、親本品種不應(yīng)帶有特殊不良性狀等因素。20世紀(jì)90年代，總結(jié)為親本的親緣關(guān)系遠(yuǎn)近、配合力和遺傳力大小、抗逆性、產(chǎn)量的潛力以及品質(zhì)的優(yōu)良等［2］。21世紀(jì)以來(lái)歸結(jié)為雙親都具有較多的優(yōu)點(diǎn)，沒(méi)有突出的缺點(diǎn)，在主要性狀上優(yōu)缺點(diǎn)盡可能互補(bǔ)；親本之一最好是能適應(yīng)當(dāng)?shù)氐臈l件，綜合性狀較好的推廣品種；注意親本間的遺傳差異，選用親本類型差異較大，親緣關(guān)系較遠(yuǎn)的親本材料互相雜交；雜交親本應(yīng)具有較好的配合力等［1］。同時(shí)出現(xiàn)了染色體水平上的親本選擇，例如誘導(dǎo)小麥與其近緣種屬染色體間發(fā)生小片段易位，主要通過(guò)熒光原位雜交法（FISH）和基因組原位雜交法（GISH）。

隨著育種技術(shù)的發(fā)展和分子標(biāo)記育種技術(shù)的誕生，在傳統(tǒng)的雜交育種親本優(yōu)選和組配的基礎(chǔ)上，增加了分子標(biāo)記的選擇和組配，主要針對(duì)親本之間是否有多態(tài)性這些參考標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，概括為是否有已開(kāi)發(fā)的目標(biāo)基因標(biāo)記、目標(biāo)基因是否與標(biāo)記連鎖、沒(méi)有連鎖累贅、是否有全基因組標(biāo)記位點(diǎn)［2］。分子標(biāo)記是從分子水平上對(duì)雜交親本進(jìn)行選擇和組配，主要分為全基因組標(biāo)記選擇和標(biāo)記輔助選擇兩種選擇方式，其基本原理是利用基因組中與目標(biāo)基因緊密連鎖的一些可跟蹤和檢測(cè)的分子標(biāo)記（RFLPs、RAPDs、AFLPs 、SSRs和SNPs等），對(duì)親本基因組中目標(biāo)基因進(jìn)行判斷、分析和利用。通過(guò)該方法，使育種者從分子水平上對(duì)目標(biāo)性狀加以探究和利用，能夠提高對(duì)育種值預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性［3］，同時(shí)利用分子標(biāo)記輔助選擇和全基因組選擇能夠縮短育種周期和提高育種效率。因此在傳統(tǒng)的親本選擇和組配的基礎(chǔ)上，通過(guò)分子標(biāo)記這一手段，進(jìn)行最優(yōu)親本選擇和組配成為現(xiàn)代雜交育種家追求的目標(biāo)和研究熱點(diǎn)。

1 傳統(tǒng)雜交育種親本選擇考慮的因素

傳統(tǒng)雜交育種親本的選擇主要考慮形態(tài)學(xué)標(biāo)記、生物化學(xué)標(biāo)記、細(xì)胞學(xué)標(biāo)記和統(tǒng)計(jì)學(xué)等方面，主要考慮品質(zhì)和產(chǎn)量的高低、親緣關(guān)系遠(yuǎn)近、生態(tài)區(qū)的差異、配合力高低、遺傳力的大小、抗逆性和攜帶目標(biāo)性狀易位系等因素，歸納起來(lái)親本選擇要考慮如下幾個(gè)方面。

1.1 產(chǎn)量和配合力

雜交育種的主要目標(biāo)就是要追求穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)。選擇高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的骨干材料作為雜交育種的親本，目的是期望其將這一品質(zhì)盡可能的遺傳給下一代，從中選出優(yōu)于親本的新品種或新品系。例如我國(guó)于20世紀(jì)60年代選育的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗逆性強(qiáng)的小麥品種南大2419，被廣泛的用作親本材料［4］，用其作為親本選育出了一系列品質(zhì)優(yōu)良的新品種。這些親本性狀的選擇主要通過(guò)表型選擇，即借助統(tǒng)計(jì)、形態(tài)觀察和成分檢測(cè)等考種的方法來(lái)選擇。例如首先通過(guò)測(cè)量某幾個(gè)品種的千粒重、穗粒數(shù)和分蘗數(shù)評(píng)價(jià)該親本的產(chǎn)量高低，然后再通過(guò)計(jì)算這三要素的遺傳力和配合力來(lái)判斷這些品種之間雜交之后，產(chǎn)量和品質(zhì)方面的配合力和雜交優(yōu)勢(shì)潛力，最后評(píng)價(jià)其適不適合作為育種計(jì)劃的親本材料。

1.2 品質(zhì)

隨著人民生活的提高和對(duì)作物高品質(zhì)的要求，育種工作者開(kāi)始在追求產(chǎn)量的基礎(chǔ)上注重品質(zhì)的選育，對(duì)候選材料的一些品質(zhì)性狀做分離檢測(cè)，通過(guò)方差分析判斷這些材料中決定品質(zhì)的一些成分含量是否滿足育種家想要獲得的育種指標(biāo)，最后結(jié)合其它性狀的評(píng)價(jià)和分析，判斷是否符合育種計(jì)劃親本選擇的要求。

1.3 對(duì)病蟲(chóng)害的抗性

抗病蟲(chóng)育種是防止病蟲(chóng)為害的最有效途徑，傳統(tǒng)的抗病蟲(chóng)育種主要是通過(guò)表型鑒定，即對(duì)某一地區(qū)較流行的病蟲(chóng)害進(jìn)行觀測(cè)和評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)出該地區(qū)抗病蟲(chóng)最好的品種或品系作為親本材料，當(dāng)然還要評(píng)價(jià)該品種的遺傳力及其與其它親本的配合力。另一種方式是染色體水平上的親本選擇，例如誘導(dǎo)作物與其近緣種屬染色體間發(fā)生小片段易位［5］。當(dāng)然也可以通過(guò)從不同生態(tài)區(qū)引種，選出在本地區(qū)抗性較明顯的引進(jìn)材料做親本，這同樣需要評(píng)價(jià)遺傳力和配合力并做出總體評(píng)價(jià)。

1.4 抗逆性

隨著人類對(duì)環(huán)境的不斷破壞，干旱、洪澇災(zāi)害等極端氣候不斷出現(xiàn)，育種工作者不僅要考慮產(chǎn)量、品質(zhì)和抗病蟲(chóng)害等因素，還要考慮該親本的抗寒、抗旱和抗鹽堿性，所以在親本優(yōu)選和組配時(shí)，要認(rèn)真分析所育成的品系要推廣的范圍。例如在西北干旱小麥種植區(qū)要推廣的新品種，首先要考慮該品種的抗旱、抗寒和抗鹽堿能力，因?yàn)樵谀抢铮←湽酀{期最容易發(fā)生因干旱引起的干熱風(fēng)，使小麥灌漿不滿，導(dǎo)致減產(chǎn)［6］。

1.5 近等基因系

近等基因系（near isogenic lines，NILs），是指一組遺傳背景相同或相近，只在個(gè)別染色體區(qū)段上存在差異的株系，最早由Young和Muclmore 提出［7］。近等基因系可通過(guò)回交、重組自交系、利用突變體等途徑來(lái)獲得。重組就是雜交，雜交后的材料經(jīng)過(guò)一代代連續(xù)自交獲得的自交系就是重組自交系。在某些雜交親本選育過(guò)程中，先進(jìn)行重組自交系和近等基因系的選擇，通過(guò)建立大量的重組自交系和近等基因系，可為回交或雜交準(zhǔn)備足夠的樣本量，以提高育種值［8］。

1.6 骨干親本

雜交育種親本選擇和組配中對(duì)骨干親本的利用一直很重視，所以在選擇親本時(shí)首先考慮的是骨干親本。例如在中國(guó)的小麥雜交育種中，對(duì)“望水白”、“蘇麥3號(hào)”、“南大2419”和“小偃6號(hào)”等骨干親本的利用率非常高。

1.7 農(nóng)家或地方品種

育種工作者習(xí)慣從一些地方或農(nóng)家老品種中選擇親本，或者選擇其作為親本之一，主要是利用農(nóng)家品種適應(yīng)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境、抗非生物脅迫能力強(qiáng)這一特性。而在選擇另一親本時(shí)，常常選用與農(nóng)家品種在某些性狀上互補(bǔ)的品種，這樣兩個(gè)品種的優(yōu)勢(shì)聚合起來(lái)。例如可以從國(guó)外，或者生態(tài)環(huán)境差異大的地方引進(jìn)一些高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的品種或品系與地方品種雜交。

1.8 突變體與近緣種屬基因

可以通過(guò)花藥培養(yǎng)、組織培養(yǎng)［9］利用各種目標(biāo)基因突變體［10］、輻射誘變體［11～12］、單體附加系［13］等作為工具轉(zhuǎn)移外源種質(zhì)進(jìn)行親本材料的選擇。

2 傳統(tǒng)雜交育種中親本的組配

親本材料選定以后采用什么樣雜交組配，也關(guān)系育種的成敗。通常采用的有單雜交、復(fù)合雜交、回交等方式。單雜交即兩個(gè)品種間的雜交，由于簡(jiǎn)單易行、經(jīng)濟(jì)，所以應(yīng)用最廣，一般主要是利用雜種第1代。復(fù)合雜交即用兩個(gè)以上的品種、經(jīng)兩次以上雜交的育種方法，如果單交不能實(shí)現(xiàn)育種所期待的性狀時(shí)，往往采用復(fù)合雜交，其目的在于創(chuàng)造一些具有豐富遺傳基礎(chǔ)的雜種原始群體，從中選出更優(yōu)秀的個(gè)體。當(dāng)育種目的是企圖把某一群體的一個(gè)或幾個(gè)經(jīng)濟(jì)性狀引入另一群體中去，則可采用回交育種。如利用一些小麥的近緣種中的抗逆性較強(qiáng)的品系，通過(guò)雜交和回交把一些目標(biāo)性狀導(dǎo)入小麥中，會(huì)選育出很多新品種或新品系［14］，例如小麥與偃麥草部分雙二倍體、小麥-黑麥易位系等［15］。

配合力是雜交組合中親本各性狀配合能力的一個(gè)指標(biāo)，研究親本的配合力，根據(jù)配合力選擇親本對(duì)于優(yōu)勢(shì)組合選配具有非常重要的意義。如果雙親一般配合力都較高且互補(bǔ)并具有較大的特殊配合力，則該組合易表現(xiàn)出較強(qiáng)的雜種優(yōu)勢(shì)。同樣，選擇同一性狀差異越大的親本進(jìn)行組配，后代所獲得的雜交優(yōu)勢(shì)越強(qiáng)，所以在親本選配時(shí)，針對(duì)某一目標(biāo)性狀，親本差異越大，后代雜交優(yōu)勢(shì)越明顯［16］。

3 現(xiàn)代育種技術(shù)在雜交育種中的應(yīng)用

分子標(biāo)記和基因測(cè)序是21世紀(jì)的產(chǎn)物，所以在傳統(tǒng)的選擇標(biāo)準(zhǔn)上又增加分子標(biāo)記選擇。分子標(biāo)記是以個(gè)體間遺傳物質(zhì)內(nèi)核苷酸序列變異為基礎(chǔ)的遺傳標(biāo)記，是DNA水平遺傳多態(tài)性的直接反映。與其它幾種遺傳標(biāo)記相比，其優(yōu)越性有：大多數(shù)分子標(biāo)記為共顯性，對(duì)隱性性狀的選擇十分有利；基因組變異極其豐富，分子標(biāo)記的數(shù)量幾乎是無(wú)限的；在生物發(fā)育的不同階段，不同組織的DNA都可以用于分子標(biāo)記。分子標(biāo)記揭示來(lái)自DNA的變異，表現(xiàn)為中性，不影響親本中目標(biāo)性狀的表達(dá)，而且檢測(cè)手段簡(jiǎn)單迅速［17］。

3.1 通過(guò)分子標(biāo)記輔助進(jìn)行親本選擇和組配

分子標(biāo)記輔助選擇（MAS）是育種工作者能夠借助分子標(biāo)記對(duì)目標(biāo)性狀的基因型進(jìn)行選擇。目前，利用MAS技術(shù)對(duì)親本材料的選擇主要在分子設(shè)計(jì)中應(yīng)用，主要借助分子標(biāo)記手段進(jìn)行供體和受體材料中目標(biāo)基因的定位，通過(guò)標(biāo)記與表型相結(jié)合的方法預(yù)測(cè)該品種作為雜交親本的育種值。通過(guò)這種方法進(jìn)行育種值的預(yù)測(cè)比傳統(tǒng)的方法更精確，對(duì)親本攜帶目標(biāo)基因的判斷更直觀，能夠提高育種的效率。在一些通過(guò)直觀很難判斷的親本材料中，借助標(biāo)記輔助選擇對(duì)其加以補(bǔ)充，對(duì)親本的選擇更準(zhǔn)確些。當(dāng)然在所選擇的兩個(gè)或多個(gè)親本中要存在多態(tài)性，有些親本雖然標(biāo)記很多，但是它們之間沒(méi)有多態(tài)，利用分子標(biāo)記輔助選擇就比較困難。目前主要應(yīng)用MAS技術(shù)的有美國(guó)、澳大利亞、歐洲和印度等，在中國(guó)，利用MAS技術(shù)進(jìn)行雜交親本的選配則剛剛開(kāi)始［8］。

3.2 通過(guò)全基因組標(biāo)記進(jìn)行親本選擇

全基因組選擇（GWS）是在分子標(biāo)記輔助選擇的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，在全基因組水平上聚合多個(gè)微效QTL目標(biāo)等位基因，能夠推算解釋整個(gè)表型變異的全基因組中所有標(biāo)記的效果，或全基因組范圍內(nèi)的標(biāo)記輔助選擇。該技術(shù)在對(duì)親本育種值的預(yù)測(cè)方面比MAS更準(zhǔn)確，利用GWS，通過(guò)零回歸的最佳線性無(wú)偏預(yù)測(cè)方法（RR-BLU），準(zhǔn)確率比利用MAS通過(guò)復(fù)合區(qū)間定位法（MLR）高出18%～43 %［18］。但是有些育種專家認(rèn)為，并非所有作物利用GWS的選擇效率和精度都比MAS高［8］。

在雜交育種中，親本選擇和組配不能過(guò)多的依賴于全基因組選擇或標(biāo)記輔助選擇技術(shù)，這兩種選擇技術(shù)要與傳統(tǒng)的表型選擇相結(jié)合，因?yàn)榉肿訕?biāo)記選擇是利用核苷酸序列的多態(tài)性與目標(biāo)性狀的相關(guān)性，過(guò)多的追求基因變異與性狀的相關(guān)性，可能會(huì)導(dǎo)致夸大目標(biāo)性狀的評(píng)價(jià)結(jié)果，不利于目標(biāo)性狀在后代中穩(wěn)定遺傳的選擇［18］。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著分子標(biāo)記育種技術(shù)的不斷發(fā)展，雜交育種中親本的優(yōu)選和組配越來(lái)越多樣化，從傳統(tǒng)的表型和統(tǒng)計(jì)選擇發(fā)展到了通過(guò)與目標(biāo)基因連鎖的分子標(biāo)記的選擇。未來(lái)大量的作物基因組測(cè)序完成后，雜交育種中親本選擇和組配將會(huì)出現(xiàn)更多的方法，例如建立植物基因庫(kù)，在選擇親本材料時(shí)直接檢索基因庫(kù)，從中選出理想的親本材料，不再利用連鎖標(biāo)記來(lái)分析基因的位置。未來(lái)還可能會(huì)出現(xiàn)以計(jì)算機(jī)模擬為輔助手段的親本優(yōu)選和組配，例如對(duì)某些品種進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬判斷該品種之間是否有高的配合力和遺傳力，幫助育種者更加準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)育種值。另外，隨著技術(shù)的不斷成熟，轉(zhuǎn)基因親本材料將會(huì)作為親本材料優(yōu)選和組配的另一種技術(shù)出現(xiàn)，一定程度上會(huì)豐富親本材料的多樣性。

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（本文責(zé)編：陳珩）

S334.2

A

1001-1463（2015）01-0061-04

10.3969/j.issn.1001-1463.2015.01.022

2014-10-31

楊敬軍（1972—），男（蒙古族），遼寧黑山人，副教授，主要從事生物育種教學(xué)研究工作。聯(lián)系電話：（0）13893991564。E-mail：13893991564@163.com