水稻抗瘟育种技术

我國抗稻瘟病育種的歷史，可根據育種方法的演變和使用抗源大致分為四個階段：1．系統育種階段，最主要的方法是利用自然變異進行單株選擇的系統育種法(或稱純親育種)。多是利用地方品種作抗源。2．系統育種與雜交育種階段，此階段的特點是系統育種與雜交育種并用，專業機構與群眾育種并行，所用抗源為地方品種和外國抗源并用。3．以雜交育種為主，多種途徑并行的階段，突出成就是大面積推廣應用雜交稻，抗源則以外國尤其是國際水稻所引進的IP系列品種為主，另一個突出特點是利用粳稻種間雜交育成優質、多抗、更高產的品種。4．常規育種與新技術育種相結合的階段，隨著科學技術的不斷發展，育種技術將不斷提高、更新。在常規育種方面，雜種優勢的利用會從“三系法”變為“二系法”或“一系法”。粳秈亞種的雜種優勢會通過篩選廣親合品種，以及借助花藥培養新技術得以在育種實踐中推廣應用，抗瘟性將與優質、高產，抗其他病蟲害構成新的、更高的育種目標，新技術育種方面，已將花藥培養技術用于普遍品種及雜交稻選育工作中，并取得了很大進展。
　　抗病育種新技術是指生物技術在抗病育種方面的應用，具有以下特點：1．在組織水平、細胞水平或亞細胞水平(包括細胞核，細胞器上)，特別是在基因水平上，尋找改造生物體本性的途徑。2．有可能增強定向改造生物有機體的自覺性，尤其是分子水平的育種，有可能定向改造生物體。3．大大擴大物種雜交的范圍，提高物種變異的頻率。4．可以快繁種子，加速雜交后代純合化以及提高選擇效率。抗病育種技術目前廣泛被采用的有以下幾種方法：
　　1、胚及胚珠培養
　　胚培養或子房培養是遠緣植物雜交受精后，從未成熟的種子中取出退化胚或子房，置于試管內培養。試管內培養、胚珠培養也就是試管內受精，即在無菌條件下，從子房中摘出胚珠，置于含有各種營養成分的培養莖上，然后將預先采集的，經過滅菌處理的花粉授于胚珠上，進行受精。幾天后受精的胚珠膨大，將胚珠移至專用的培養莖上，直至長成幼苗。應用此項技術的目的在于獲得常規方法得不到的遠緣雜交種子，對抗病育種有重要意義，它使異種異腐植物抗病基因的利用成為可能。一些花藥培養難以成功的植物，雄性不育的植物以及一些花粉植株表現明顯倍性變異和性狀變異的植物，子房或胚珠培養是獲得單倍體的主要途徑。
　　2、花藥培養
　　是獲得單位體植物的有效途徑，它已成功地應用于植物的育種實踐，單倍體的染色體加倍，后代迅速純和化，從而縮短了育種年限，此外單位體植物在探討二倍體親本種的起源、遺傳組成等許多問題上也有重要意義。花培育種與常規育種相比，除縮短年限以外還有其他特點：一是提高選擇效率，單倍體的自然加倍使兩倍體一次純合化，后代系統遺傳性狀迅速穩定，有利于抗病類型與感病類型的鑒定與選拔。二是育種目標涉及的基因位點比較少(10個左右)多數基因位點的目的基因位穩定時，花培育種比常規育種更有成效。其原因是花培育種能使各種配子類型在植株水平上較充分地顯現出來，避免顯性基因為隱性基因的上位性作用，是隱性基因控制的性狀顯示出來，花培育種出現純合的目的基因型的概率為1.2％，大大高于常規育種的概率。三是花培育種后代選擇的群體(或系統大小)是常規育種的1/5--1/2。四是花藥培養的藥源一般來自選擇的個體，而不是個體。如以雙抗個體為藥源，花培后代出現純合的目的基因型的親本基因組間發生重組的機會少于自交的重組機會，如果目的與不良性狀的基因連鎖，目的基因型出現的機率將降低，此時可采用花藥培養的聚合育種法來打破不良連鎖，以累積多個親本的優良基因。另外，水稻花藥的培養力因稻種類型而異。一般的說，糯稻的誘導率及分化率最高。粳稻次之，秈稻和野生稻最低。
　　3、細胞篩選
　　利用植物病原菌產生的毒素或其他類似篩選植物的抗病突變體(或變異體)是人工創造新抗源，改良品種抗病性的一種新途徑。稻瘟病菌的菌絲覆蓋在培養基上，很難區分抗病的和感病的愈傷組織，因此只采用病原菌產生的毒素或類似物進行抗性篩選。細胞篩選還要與田間抗性相結合，才能使細胞篩選在獲得目標性狀的同時，失去它的優良性狀。
　　4、細胞融合
　　細胞融合是獲得體細胞雜種的一種新技術。克服了遠緣有性雜交的困難，打破物種分類界限，擴大了利用種質資源的范圍，開創了由遠緣植物導入抗病性、耐寒性等有用性狀的途徑。一是用X射線或X射線處理具有目的基因的異源生物質體，使其核DNA的一部分或大部分失活，然后與健全的受體原生質體融合，從再分化植株中，選擇具有目的的基因的個體，通過回交則可獲得目標品種。二是在花粉四分子期作成供體的單倍體原生質，再與二倍體的受體原生質體融合，這時，也是以二倍體的受體DNA起主導作用。由此提高植株體在的再分化能力，當獲得了三倍體的體細胞雜種后，通過回交，最終恢復至二倍體水平，即可提高育性，又能導入基因。細胞融合也應用于異源細胞質的直接轉導，利用細胞融合技術，細胞質雄性不育系A的原主質體通過射線處理。使其核DNA完全失活，將轉育用的品種B的原生質體用化學藥劑處理。使其細胞質失活，然后二者融合，由融合細胞獲得的再分化植株即為具有雄性不育系A的細胞質和具有轉育品種B的細胞核的表現雄性不育系植株，這樣不育系的轉育，一年即可獲得成功。由此獲得的體細胞雜種也叫做細胞質雜種，這種方法仍避免不了盲目性，且準確性遠，比基因工程差。適合于轉移多基因控制的農藝性狀。
　　5、基因重組
　　該技術是通過化學的或生物的方法提取目的基因，經剪裁和拼接等加工的改造后，借助載體或化學物質導入受體細胞之后，外源基因插入受體細胞之后，能在受體細胞中得到表達。且能穩定遺傳，基因重組的步驟包括目的基因的提取與修飾，基因載體的構建，基因的導入，轉基因植物細胞的培養，基因轉化后植物細胞的選擇及轉基因植物的鑒定，轉目的的基因的方法，分為載體法和直接法兩類。載體法是目前最常用的一種方法，最初的載體是土壤農桿菌中的原質粒，在原質粒上有一段DNA，即T-DNA，在土壤農桿菌浸染植物細胞時，T-DNA能夠插入植物細胞的基因組中，且能穩定地遺傳給其后分離出來的細胞，載體法的優點是操作簡便，遺傳表達比較穩定，但這些載體僅適用于雙子葉植物基因。直接法是將目的基因直接導人受體的細胞中，它包括以原生質為受體的化學轉化法，如PEG(聚二乙醇)它以聚二乙醇為融合劑將異源原生質融合在一起，即原生質融合法。磷酸鈣-PEG，改良的原生質融合法。電擊穿孔法，就是通過很高的電壓，迅速將細胞膜的一部分打開，使外源DNA進入原生質體中。顯微注射法，就是直接用注射針位射到細胞里，它有如下幾個優點，一是既能以原生質體為受體也能以細胞或電少數細胞組成的細胞塊為外源基因受體。二是可以選擇重組率高的細胞進行基因轉移。三是由于基因導入比較真實、可靠，不需要篩選基因轉化的標記。四是，不僅可以導入基因，還可以導入病毒或細胞器等。后來又創立了植物活體或植物器官水平的基因導入法。
　　抗源是抗病育種的物質基礎，能否開創抗病育種的新局面，普遍提高作物的抗性水平，主要取決于是否具有充足的抗源親本。以及能否合理的利用抗源親本，基因源從地方品種、外國品種、遠緣、野生種以及人工誘變產生的抗病突變體中發掘。同時還要注意抗瘟性與其他性狀的關系。選擇既有抗瘟病，又有其他優良性狀的品種。

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