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(nóng)業(yè)育種工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450012）

農(nóng)作物育種方法的革命性創(chuàng)新
——植物介入雜交新方法在農(nóng)業(yè)育種上的應(yīng)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(nóng)業(yè)育種工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450012）

本文主要針對農(nóng)作物育種的一種創(chuàng)新性方法--植物介入雜交誘變新方法的特點、創(chuàng)新性、應(yīng)用范圍及發(fā)展前景進行了研究探討。

植物介入雜交誘變新方法；技術(shù)預(yù)測；育種方法新思維；新思路；新理念

1 創(chuàng)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(dǎo)另一種植物變異的育種方法；前者叫誘導(dǎo)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(dǎo)植物體上，產(chǎn)生可遺傳、穩(wěn)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(yōu)勢突出、差異明顯、易于介入操作的植物作“誘導(dǎo)植物”。

1.2.2 把“育種目標植物”的幼苗，“介入”到誘導(dǎo)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(dǎo)植物“分體”，獨立成株，開花結(jié)實。

1.3 變異現(xiàn)象

育種實踐證明：植物介入雜交誘變新方法，可以使誘導(dǎo)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(dǎo)被沉默或激活，改變原有基因的表達和調(diào)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(wěn)定）。

1.4 變異模式

1.4.1 研究證明：經(jīng)對變異品系的細胞質(zhì)和細胞核DNA進行分析結(jié)果顯示：“在原品系和變異品系之間未發(fā)現(xiàn)細胞質(zhì)DNA的RFLP（限制性酶切片段多態(tài)性）差異，而細胞核DNA卻發(fā)生了高頻率的序列重組；同時，本研究沒有發(fā)現(xiàn)砧木與接穗間基因轉(zhuǎn)移的跡象”。

1.4.2 據(jù)此推測：“遠緣嫁接變異，很有可能是嫁接生長逆境誘導(dǎo)的抗逆變異”。

1.4.3 據(jù)事實猜想：也可能是，在“介入誘變”過程中，發(fā)生了深層次的非常規(guī)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(guī)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(wěn)定，符合表觀遺傳變異規(guī)律。也可能是，上述多種遺傳變異形態(tài)的混合遺傳變異模式。

1.5 與其他育種方法的區(qū)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(zhuǎn)基因方法的區(qū)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(yōu)點是，操作簡便，而保持接穗的優(yōu)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(yōu)點是，可以遺傳變異；缺點是，只在同一作物間選擇組合，優(yōu)勢性狀相同、或相近，缺乏優(yōu)勢性狀的選擇，難以產(chǎn)生突破性變異。

1.5.3 網(wǎng)絡(luò)戀人——轉(zhuǎn)基因。轉(zhuǎn)基因，猶如網(wǎng)絡(luò)戀人，只送玫瑰（轉(zhuǎn)基因），不成夫妻。優(yōu)點是，任意選擇，自由組合；缺點是，強行轉(zhuǎn)基因，轉(zhuǎn)啥得啥，性能單一，不產(chǎn)生附加效應(yīng)，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(yōu)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(wǎng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)基因方法的優(yōu)點；又克服了他們的缺陷；具有三者沒有的鮮明特點和優(yōu)勢。為了便于比較列表：

與嫁接雜交方法的區(qū)別及比較優(yōu)勢（見表1）

與雜交育種方法的區(qū)別與比較優(yōu)勢（見表2）

表2

與轉(zhuǎn)基因育種方法的區(qū)別及比較優(yōu)勢（見表3）

2 植物介入雜交誘變新方法的創(chuàng)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(chuàng)新特點是：育種目標植物和誘導(dǎo)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(xiàn)了常規(guī)雜交育種方法難以實現(xiàn)的遠緣雜交誘導(dǎo)。其表現(xiàn)：

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(nóng)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(dǎo)植物選擇范圍廣。根據(jù)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(dǎo)植物。

2.3 育種目標植物與誘導(dǎo)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(yōu)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(dǎo)植物；很多育種目標植物，也可以作誘導(dǎo)植物；幾乎所有誘導(dǎo)植物，都可以作育種目標植物；克服了常規(guī)有性雜交只在同一作物間選擇組合的局限性。

方法轉(zhuǎn)基因介入雜交項目形象比喻特性網(wǎng)上戀人轉(zhuǎn)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(zhuǎn)基因方法，將其轉(zhuǎn)移到目標植物體上，從而創(chuàng)制出新品種。轉(zhuǎn)基因技術(shù)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(zhuǎn)移。臨時夫妻非轉(zhuǎn)基因的誘導(dǎo)變異用“介入雜交方法”將育種目標植物的幼苗介入到誘導(dǎo)植物上，靠其植物自身作用，誘導(dǎo)植物的某些理想性狀導(dǎo)入育種目標植物，目標植物的某些基因通過誘導(dǎo)被沉默或激活，一起表達出來，創(chuàng)造出育種目標植物原來沒有的新變異，創(chuàng)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(chǎn)量、品質(zhì)均有大幅度提高。畝產(chǎn)突破600斤、700斤、800斤，甚至1000斤；油脂含量突破23%，蛋白質(zhì)含量突破44%，其明顯優(yōu)勢不言而喻。資金投入單一、有限，不易培育出高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、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(chǎn)量和品質(zhì)的新品種。以大豆為例，美國轉(zhuǎn)基因大豆畝產(chǎn)平均300-400斤，油脂含量20%左右，蛋白質(zhì)含量35%左右，至今沒有因轉(zhuǎn)基因技術(shù)獲得產(chǎn)量、品質(zhì)突破性提高。方法復(fù)雜，技術(shù)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(dān)心存在安全隱患。整合功能無方法簡便，技術(shù)難度低，不需要特殊試驗研究條件，投資小，是轉(zhuǎn)基因的百分之一左右。成本低，是轉(zhuǎn)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(chǎn)生安全隱患的可能。提高轉(zhuǎn)基因品種的產(chǎn)量和品質(zhì)，保持轉(zhuǎn)基因品種抗病、抗蟲的優(yōu)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(dǎo)植物是遠緣關(guān)系，優(yōu)勢性狀差異大，容易產(chǎn)生多樣化、突破性變異；容易培育出高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高抗新品種?？朔顺Ｒ?guī)雜交方法難以產(chǎn)生突破性變異、培育出優(yōu)良品種機率低、難度大的局限。

3.2 變異穩(wěn)定快。植物介入雜交誘變新方法，一般F2、F3代穩(wěn)定，也有當(dāng)代變異、當(dāng)代穩(wěn)定和F1代穩(wěn)定，很少超過F5代穩(wěn)定；克服了常規(guī)雜交育種一般5—8年，甚至十幾年、幾十年才能穩(wěn)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(guī)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(guī)雜交方法提高百倍以上，為農(nóng)作物育種工廠化提供了科學(xué)方法和途徑。

3.4 技術(shù)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(zhuǎn)基因等其他育種方法優(yōu)勢于一體，實現(xiàn)農(nóng)作物育種人與人、區(qū)域性等全方位合作?？朔似渌椒ǜ髯詾閼?zhàn)、互相保密、重復(fù)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(chǎn)生多樣化突破性變異舉例

植物介入雜交誘變新方法在農(nóng)業(yè)育種試驗中，產(chǎn)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(jié)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(jié)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(jié)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(jié)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(jīng)化驗，袖珍小麥的各種營養(yǎng)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(jié)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(jié)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(jié)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(fā)出新芽、開花、結(jié)籽；連續(xù)3年越冬，開花、結(jié)籽，成為多年生越冬水稻。

5 植物介入雜交誘變新方法在農(nóng)業(yè)育種上的廣泛應(yīng)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(nóng)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(dǎo)植物，實施介入誘變，均獲成功，并從其變異后代中篩選出產(chǎn)量高、品質(zhì)好、抗性強、特色、特異種質(zhì)資源1800多個，新品系200多個。其中大豆新品系，大田畝產(chǎn)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(chǎn)50%～100%左右。芝麻新品系，大田畝產(chǎn)300斤以上的10個，400斤以上的2個，比對照增產(chǎn)50%～100%。高粱新品系，大田畝產(chǎn)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(chǎn)50—100%。

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

5.2 長義豆·高蛋白—01號。畝產(chǎn)突破600斤，比美國轉(zhuǎn)基因大豆的畝產(chǎn)400斤，提高50%；蛋白質(zhì)含量達到44.52%，比美國轉(zhuǎn)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(chǎn)突破600斤，比美國轉(zhuǎn)基因大豆的畝產(chǎn)400斤，提高50%；油脂含量達到23.18%，比美國轉(zhuǎn)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(chǎn)—400。畝產(chǎn)突破300斤，甚至400斤，比常規(guī)良種芝麻畝產(chǎn)180斤，提高100%以上。

5.5 長義高粱·超高產(chǎn)—1 200。畝產(chǎn)突破1200斤，甚至1 400斤，比常規(guī)良種高粱畝產(chǎn)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(yù)見的發(fā)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(xiàn)象和一些規(guī)律性的東西，讓我思考，推測出一些結(jié)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(yù)見的發(fā)展前景。

6.1 從育種目標植物和誘導(dǎo)植物的廣泛性可以預(yù)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)植物的某些表型性狀誘導(dǎo)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(yù)見。植物介入雜交誘變新方法，變異目標有可設(shè)計性，育種結(jié)果有可預(yù)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(wěn)定快可以預(yù)見。植物介入雜交誘變新方法，育種效率高，為實現(xiàn)農(nóng)作物育種工廠化，提供了技術(shù)支撐和發(fā)展途徑，農(nóng)作物育種可以工廠化生產(chǎn)。

6.4 從植物介入雜交誘變結(jié)果的多樣化、突破性可以預(yù)見。用植物介入雜交誘變新方法改造植物世界，人類現(xiàn)有大部分食用植物的營養(yǎng)成分，將得到進一步優(yōu)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(xué)說不能解釋植物介入雜交誘變新方法的特點和創(chuàng)新性可以預(yù)見。植物介入雜交誘變新方法，可能是一門新學(xué)說、新學(xué)科；是農(nóng)作物育種方法的革命性創(chuàng)新、劃時代突破；將開創(chuàng)植物誘變新學(xué)派，農(nóng)業(yè)育種新時代。

6.6 上述六點可以預(yù)見。上述六點結(jié)論，可能為未來新學(xué)科——植物介入雜交誘變育種學(xué)（暫定名），奠定了理論基礎(chǔ)。

[1]張丹華，孟朝煌，肖衛(wèi)民，王學(xué)臣.蘇都莫日根.嫁接導(dǎo)致的綠豆可遺傳性變異及其在綠豆育種中的應(yīng)用[J].植物學(xué)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(nóng)業(yè)育種工程技術(shù)研究中心。

曹長義（1950-），男，大專，經(jīng)濟師，研究員，研究方向：農(nóng)作物育種。