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加速世代

利用异地自然条件或温室,结合应用理、化处理,加速农作物杂种世代进程,从而缩短育种年限,提高育种效率的一种综合技术程序。从广义范围讲,单倍体育种技术也是一种重要的提高育种效率的技术。通常,农作物常规育种一年只能递增一代,从杂交开始到育成一个优良品种用于生产,一般需要10年左右时间,远缘杂交则更长。同时,由于病害的蔓延,病原菌生理小种的不断变异,大大缩短了新品种在生产上使用的时间。

利用异地自然条件或温室,结合应用理、化处理,加速农作物杂种世代进程,从而缩短育种年限,提高育种效率的一种综合技术程序。从广义范围讲,单倍体育种技术也是一种重要的提高育种效率的技术。通常,农作物常规育种一年只能递增一代,从杂交开始到育成一个优良品种用于生产,一般需要10年左右时间,远缘杂交则更长。同时,由于病害的蔓延,病原菌生理小种的不断变异,大大缩短了新品种在生产上使用的时间。因此缩短育种年限,加速新品种选育的要求显得更加迫切了。

概况

1939年有人提出加速世代进程的技术设想,40年代末期N.E.勃劳格在墨西哥利用自然条件进行小麦异地加代的试验获得成功。50年代以后世界上许多国家都广泛开展了异地加速世代育种,技术也日臻完善。

利用异地自然条件加代可以大规模繁育:中国利用低纬度的广东、云南省温暖的冬季冬繁小麦、水稻、玉米等作物。利用江西省高海拔山区凉爽的夏季夏繁小麦,马铃薯。利用黑龙江省早春能使冬小麦通过春化阶段的特点,春繁冬小麦。美国将明尼苏达州或北达科他州夏季收获的小麦,送到低纬度的加利福利亚州或墨西哥州进行冬繁;墨西哥“国际玉米小麦改良中心”将索诺拉州收获的小麦送到墨西哥城附近的托卢卡夏繁。异地加代繁育还有可能选出具有广泛适应性的育种材料,如墨西哥小麦,由于异地繁殖的结果,对光照极不敏感从而具有广泛的适应性。但限于条件,异地繁殖一般一年只能繁育2~3代(含当地育种圃)。利用温室,特别是设备完善的人工气候箱,则可一年繁育更多世代。60~70年代日本利用人工气候箱,一年可繁育冬小麦4~5代,春小麦6代,水稻3~4代。其它作物如烟草、甜菜、马铃薯、油菜等人工气候条件下加代也都取得进展。

主要技术

作物的生长发育与温度、光照等生态条件有着密切关系,无论采用哪一种加代方法都必须满足生育期间,特别是春化与光照阶段的温、光条件,才能有效地缩短生育期。欲达到一年多代的要求需注意以下技术环节的综合运用:

种子处理

具有休眠特性的种子,特别是刚收获或提早收获未成熟的种子,必须打破休眠之后方能进行加代。不同作物或同一作物不同品种的休眠期不同,种子处理的方法也有所不同。有的品种休眠期很短,只需晒种提高发芽率即可。休眠期长或未成熟的小麦种子可用0.5%双氧水浸种24小时或用29%浓双氧水浸种5分钟,亦可用37℃高温处理2天。籼稻种子可先干燥2~3天,再在50℃条件下处理5天。梗稻只要充分晒干,一般无明显休眠现象。有的作物种子皮厚,需处理后才能发芽。如甘薯的种子需用浓硫酸浸1小时或用刀割破种皮在20℃水中浸种20小时。除种子处理外,也可采用离体胚培养技术,免除休眠期或缩短休眠期。

春化处理

要使加代作物从营养生长阶段尽快进入生殖生长阶段必须进行春化处理。春化的方法一般可采用种子春化,但幼苗春化可缩短近一半时间。多数作物的春化可在0~15℃的温度范围内完成,处理天数一般为10~60天。冬小麦一般经0~5℃,35~50天通过春化。春小麦只要5~20℃,5~15天即可春化。水稻在15~30℃范围内可以完成;棉花则需25~30℃,5~12天。

由于冬性或强冬性小麦通过春化的温度低,时间长,加代之前必须进行春化处理,这是加代成功与否的关键。

光照处理

不同作物对光照条件要求不同,小麦属长日照作物,延长光照或连续光照可显著促进发育,光照时间太短就会影响发育。不同品种对光照条件反应又有迟钝和敏感之别,迟钝型在8~12小时光照条件下能够抽穗,敏感型则需高于12小时的光照才能抽穗。水稻的早熟品种在缩短或延长光照条件下,抽穗期变化不大,晚熟品种则反应敏感,只有在短光照条件下才能促进抽穗。在温室或人工气候箱加代情况下,根据品种特性调节光照长短,可以达到提早抽穗、成熟的目的。

除光照长短外,光质、光强、光周期次数以及温度、水分、营养条件等也会影响光照的效应。只有以这些条件的最佳值满足作物的需要,才能达到一年繁育更多世代的目的。

栽培管理

在加代过程中要掌握好水肥管理,防止氮肥过多,造成贪青晚熟,增施磷肥可以加速发育促进成熟。控制灌水有利于光照阶段的进行和加速灌浆,促进早熟。由于温室(人工气候箱)使用面积有限,国内外多采用一粒传法,扩大群体、高度密植,提高温室的利用率,再者,密植还可以促进早熟。

选择

在加代进程中,杂种群体从F2~F4或F2~F7都是连续处于上述自然的或人为的特殊条件下,丰产性状不易充分反映出来,而且会使某些遗传性状得到加强,从而出现某些遗传偏倚,因此,在加代条件下,对杂种后代是否进行选择,看法很不一致。一般认为尽管在加代条件下杂种后代表现差异较大,但仍有一定的规律可循,只要掌握性状遗传力的大小和在不同条件下表现的差异,了解杂种和亲代的特征特性,针对不同目标性状采取不同的选择尺度,是完全可以选择的。

除上述加速世代技术以外,单体育种技术也是一种重要的有效的加速育种技术。不仅可以大大缩短育种时间,还可提高选择效率。以小麦、水稻为例,从理论上讲,比常规育种法可提高选择效率2n倍(n为不同等位基因的数目)。由于单倍体技术不仅需要一定的技术和设备条件,同时有些技术细节也有待进一步提高,因此尚未广泛成为农作物的一种常规育种技术。但是,这种技术无疑具有非常广阔的前景。