国内外该学科(领域)最新进展,发展趋势、应用前景


纵观世界作物育种历史与成就,突破性品种的选育都与特异、优良基因资源的发掘与利用有紧密联系。稻、麦矮秆基因的发现,产生了“绿色革命”;水稻细胞质”野败型”雄性不育基因的发现,成功选育了杂交水稻。发掘和利用现有的特异、优良基因资源在可预见的未来仍然是选育作物超级品种的关键。因此,常规技术与现代生物高新技术相结合,鉴定、评价、发掘和创新作物基因资源研究已成为众多国家的共同战略。

    拟南芥、水稻全基因组序列和玉米基因组序列框架图的完成,以及低成本、高通量分子标记技术的研究成功,为应用分子生物学技术对作物基因资源进行系统而深入的研究奠定了基础。国际农业研究磋商小组(CGIAR)近期启动了《全球作物遗传多样性挑战计划》,应用基因组学技术研究农作物基因资源,为作物基因资源的精细鉴定评价搭建了新的技术平台。美国、以色列等一些发达国家利用分子标记技术鉴定筛选出了一批高产、抗病、耐湿特异基因,我国也已鉴定筛选出一批与水稻、小麦、玉米、大豆、油菜等主要农作物的抗病、抗虫、抗逆、优质、高产等基因连锁的分子标记。

以分子标记辅助选择和基因工程为代表的分子育种技术克服了常规育种方法周期长、预见性差、选择效率低的局限性,有助于实现优良基因重组和聚合,定向选育优质、高产、多抗作物新品种,这已成为提高动植物育种效率的重要手段。目前,分子标记辅助育种和聚合育种技术已在水稻、小麦、玉米、大豆等主要农作物取得了一系列重大进展,国际水稻研究所成功地构建了含Xa4、xa5、xa13和Xa21的多基因累加系和3个抗稻瘟病基因Pi-2、Pi-1、Pi-4的累加系;我国育成了抗白叶枯病、稻瘟病的协优218、D优527、D优17和金谷202等水稻杂交新品种和黑农44、黑农45、辽豆14、中豆32等高油大豆品种,以及含有多个抗病基因的小麦、棉花新品系。

转基因作物工程育种也取得了长足的进展。目前,抗虫、抗病、抗除草剂的转基因棉花、玉米、大豆、油菜等已进入大规模商业化应用阶段,取得了显著的经济效益、社会效益和生态效益。小孢子培养、花药培养以及染色体工程等细胞工程技术在作物育种中应用广泛,已成为农作物育种的重要方法和手段之一,这些技术的应用加快了育种材料的纯合速度,缩短了育种周期。

优良品种是各种农业技术的载体,是解决粮食安全的关键。选育高产、优质、专用、资源高效及环境友好型作物超级新品种已成为当今作物育种的发展总趋势。日本和国际水稻研究所(IRRI)在20世纪80年代先后提出了“超级稻”育种计划。我国沈阳农业大学根据北方粳稻区的生态特点提出了“直立穗”超高产品种的选育,袁隆平院士提出了超级杂交水稻模型,黄跃祥院士提出了“丛生快长型”水稻生态育种路线,周开达院士根据西南稻区“高温、高湿、寡日”的生态条件,提出了亚种间重穗型杂交水稻模式,通过近几年的研究,已选育出准两优527、D优527、协优9308等一批高产、优质超级水稻新品种。目前,中国农业大学戴景瑞院士和四川农业大学荣廷昭院士等联合国内一批知名玉米遗传育种专家正在研究和制定我国玉米分区超级品种选育计划。

随着经济的发展和人民生活水平的提高,农产品的商品品质、营养品质、加工品质和卫生品质等已愈来愈引起世界各国的高度重视。日本、泰国、美国一直重视稻米品质研究。1956年日本已育成品质特优的“越光”品种;美国等发达国家育成了面包、饼干、面条和馒头等专用型优质小麦新品种,并建立了品质分类标准和区域规划制度;国际玉米小麦改良中心(CIMMYT)成功培育了赖氨酸和色氨酸含量较高的优质蛋白玉米(QPM);美国还育成了纤维长度、强度和麦克隆值均优的棉花品种。此外,多数国家还开展了双低油菜新品种的选育,基本解决了优质与高产、优质与抗性的矛盾。

可持续发展是全球经济发展的主流,可持续农业是各国农业生产发展的必然趋势。对实现资源高效、环境友好,世界一些国家已开展了大量研究,我国也从生态农业、抗旱节水农业、水土保持与保护性耕作、无公害农业等方面进行探讨,并已取得一批高水平的实用科技成果。我国西南地区生态类型复杂,农业环境脆弱,实现作物超级新品种与环境和谐统一的发展模式以及配套生产技术体系等还有待系统深入研究,其成果应用前景十分广阔。

综上表明,现代生物高新技术与作物常规改良技术结合,将极大提高农作物新品种选育的创造性、预见性、目的性和准确性。分子标记、DNA序列测定、基因克隆和转基因技术等现代基因工程和遗传分析技术,将极大地促进西南作物特异基因资源发掘、研究、创新、改良和应用,推进作物遗传学研究进展,丰富作物遗传育种理论,同时也必将促进作物育种方法与技术手段的改进和创新,作物超级新品种的选育已初步展示出巨大的遗传潜力和光明的应用前景。