楊敬軍，金春香，馬海財

（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)的運用

楊敬軍1，金春香2，馬海財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)展起來的現(xiàn)代分子標(biāo)記選擇、全基因組標(biāo)記選擇在未來雜交育種中的應(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50年代，雜交育種親本選擇主要考慮遠距離品種間雜交、具有一定的適應(yīng)能力和生產(chǎn)性、兩親本間優(yōu)良性狀的互補重合、親本品種不應(yīng)帶有特殊不良性狀等因素。20世紀90年代，總結(jié)為親本的親緣關(guān)系遠近、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世紀以來歸結(jié)為雙親都具有較多的優(yōu)點，沒有突出的缺點，在主要性狀上優(yōu)缺點盡可能互補；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，主要針對親本之間是否有多態(tài)性這些參考標(biāo)準進行，概括為是否有已開發(fā)的目標(biāo)基因標(biāo)記、目標(biāo)基因是否與標(biāo)記連鎖、沒有連鎖累贅、是否有全基因組標(biāo)記位點［2］。分子標(biāo)記是從分子水平上對雜交親本進行選擇和組配，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的分子標(biāo)記（RFLPs、RAPDs、AFLPs 、SSRs和SNPs等），對親本基因組中目標(biāo)基因進行判斷、分析和利用。通過該方法，使育種者從分子水平上對目標(biāo)性狀加以探究和利用，能夠提高對育種值預(yù)測的準確性［3］，同時利用分子標(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，通過分子標(biāo)記這一手段，進行最優(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。

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、細胞學(xué)標(biāo)記和統(tǒng)計學(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，歸納起來親本選擇要考慮如下幾個方面。

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。例如我國于20世紀60年代選育的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗逆性強的小麥品種南大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表型選擇，即借助統(tǒng)計、形態(tài)觀察和成分檢測等考種的方法來選擇。例如首先通過測量某幾個品種的千粒重、穗粒數(shù)和分蘗數(shù)評價該親本的產(chǎn)量高低，然后再通過計算這三要素的遺傳力和配合力來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)勢潛力，最后評價其適不適合作為育種計劃的親本材料。

1.2 品質(zhì)

隨著人民生活的提高和對作物高品質(zhì)的要求，育種工作者開始在追求產(chǎn)量的基礎(chǔ)上注重品質(zhì)的選育，對候選材料的一些品質(zhì)性狀做分離檢測，通過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)合其它性狀的評價和分析，判斷是否符合育種計劃親本選擇的要求。

1.3 對病蟲害的抗性

抗病蟲育種是防止病蟲為害的最有效途徑，傳統(tǒng)的抗病蟲育種主要是通過表型鑒定，即對某一地區(qū)較流行的病蟲害進行觀測和評價，評價出該地區(qū)抗病蟲最好的品種或品系作為親本材料，當(dāng)然還要評價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)抗性較明顯的引進材料做親本，這同樣需要評價遺傳力和配合力并做出總體評價。

1.4 抗逆性

隨著人類對環(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，要認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，因為在那里，小麥灌漿期最容易發(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］。近等基因系可通過回交、重組自交系、利用突變體等途徑來獲得。重組就是雜交，雜交后的材料經(jīng)過一代代連續(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程中，先進行重組自交系和近等基因系的選擇，通過建立大量的重組自交系和近等基因系，可為回交或雜交準備足夠的樣本量，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骨干親本的利用一直很重視，所以在選擇親本時首先考慮的是骨干親本。例如在中國的小麥雜交育種中，對“望水白”、“蘇麥3號”、“南大2419”和“小偃6號”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這一特性。而在選擇另一親本時，常常選用與農(nóng)家品種在某些性狀上互補的品種，這樣兩個品種的優(yōu)勢聚合起來。例如可以從國外，或者生態(tài)環(huán)境差異大的地方引進一些高產(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。單雜交即兩個品種間的雜交，由于簡單易行、經(jīng)濟，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，如果單交不能實現(xiàn)育種所期待的性狀時，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)秀的個體。當(dāng)育種目的是企圖把某一群體的一個或幾個經(jīng)濟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的品系，通過雜交和回交把一些目標(biāo)性狀導(dǎo)入小麥中，會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指標(biāo)，研究親本的配合力，根據(jù)配合力選擇親本對于優(yōu)勢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并具有較大的特殊配合力，則該組合易表現(xiàn)出較強的雜種優(yōu)勢。同樣，選擇同一性狀差異越大的親本進行組配，后代所獲得的雜交優(yōu)勢越強，所以在親本選配時，針對某一目標(biāo)性狀，親本差異越大，后代雜交優(yōu)勢越明顯［16］。

3 現(xiàn)代育種技術(shù)在雜交育種中的應(yīng)用

分子標(biāo)記和基因測序是21世紀的產(chǎn)物，所以在傳統(tǒng)的選擇標(biāo)準上又增加分子標(biāo)記選擇。分子標(biāo)記是以個體間遺傳物質(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，而且檢測手段簡單迅速［17］。

3.1 通過分子標(biāo)記輔助進行親本選擇和組配

分子標(biāo)記輔助選擇（MAS）是育種工作者能夠借助分子標(biāo)記對目標(biāo)性狀的基因型進行選擇。目前，利用MAS技術(shù)對親本材料的選擇主要在分子設(shè)計中應(yīng)用，主要借助分子標(biāo)記手段進行供體和受體材料中目標(biāo)基因的定位，通過標(biāo)記與表型相結(jié)合的方法預(yù)測該品種作為雜交親本的育種值。通過這種方法進行育種值的預(yù)測比傳統(tǒng)的方法更精確，對親本攜帶目標(biāo)基因的判斷更直觀，能夠提高育種的效率。在一些通過直觀很難判斷的親本材料中，借助標(biāo)記輔助選擇對其加以補充，對親本的選擇更準確些。當(dāng)然在所選擇的兩個或多個親本中要存在多態(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、澳大利亞、歐洲和印度等，在中國，利用MAS技術(shù)進行雜交親本的選配則剛剛開始［8］。

3.2 通過全基因組標(biāo)記進行親本選擇

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)展起來的，在全基因組水平上聚合多個微效QTL目標(biāo)等位基因，能夠推算解釋整個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)在對親本育種值的預(yù)測方面比MAS更準確，利用GWS，通過零回歸的最佳線性無偏預(yù)測方法（RR-BLU），準確率比利用MAS通過復(fù)合區(qū)間定位法（MLR）高出18%～43 %［18］。但是有些育種專家認為，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，因為分子標(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，過多的追求基因變異與性狀的相關(guān)性，可能會導(dǎo)致夸大目標(biāo)性狀的評價結(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

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)選和組配越來越多樣化，從傳統(tǒng)的表型和統(tǒng)計選擇發(fā)展到了通過與目標(biāo)基因連鎖的分子標(biāo)記的選擇。未來大量的作物基因組測序完成后，雜交育種中親本選擇和組配將會出現(xiàn)更多的方法，例如建立植物基因庫，在選擇親本材料時直接檢索基因庫，從中選出理想的親本材料，不再利用連鎖標(biāo)記來分析基因的位置。未來還可能會出現(xiàn)以計算機模擬為輔助手段的親本優(yōu)選和組配，例如對某些品種進行計算機模擬判斷該品種之間是否有高的配合力和遺傳力，幫助育種者更加準確的預(yù)測育種值。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