水稻染色体组多倍化研究：挖掘稻属植物潜在价值的新技术思路

2023-11-28 理论教育版权反馈

【摘要】：然而，关于稻属植物染色体组多倍化所导致的优势效应，其潜在的利用价值尚未被挖掘，目前已经引起了一些研究者的高度关注。在染色体组多倍化水平上探索稻属植物的潜在价值将会使其研究水平上升到新的技术高度，其学术价值和应用前景均令人振奋。

第一篇　关于挖掘稻属植物潜在价值的技术思路探讨

文献综述

根据杂交水稻育种的发展趋势，袁隆平(1987)明确提出了水稻杂种优势利用和遗传改良的总体思路，即在育种方法上由“三系法”到“两系法”，进而实现“一系法” ;在杂种优势利用水平上从利用品种间杂种优势到利用亚种间杂种优势，进而利用远缘物种间杂种优势。袁隆平提出的总体思路已经成为全球水稻遗传改良的技术指南。在20世纪初研究者就已经证实，在生物界存在着两种具有潜在利用价值的优势效应，即杂种第一代所表现的杂种优势效应和染色体组多倍化所导致的优势效应。中国超级稻育种的技术性突破和在水稻生产中所产生的巨大效益，已经使水稻遗传改良的水平提升到令人振奋的研究层次。然而，关于稻属植物染色体组多倍化所导致的优势效应，其潜在的利用价值尚未被挖掘，目前已经引起了一些研究者的高度关注。

从水稻育种的发展进程来看，水稻育种方法的创新主要围绕着三个方面，即如何更有效地创造出丰富多彩的遗传性变异群体，和怎样更准确地筛选出具有实用价值的优良基因型，以及更有效地利用其潜在的增产优势。从国内外水稻遗传改良的研究现状和研究进程来看，目前仍然存在着值得注意的三大局限性，即思想观念的局限性、研究范围的局限性和技术路线的局限性。

从水稻遗传改良的现状来看，在稻属植物内还存在着很大的产量潜力有待于进一步挖掘，也存在着一系列技术难题需要破解。通过不断地采用现代生物技术，有可能在更高层次上进一步探索利用稻属植物优势效应的新途径。在稻属植物中存在着比较丰富的种质资源，其染色体组多倍化及其效应有待于进行更加深入的研究，其潜在的利用价值还有待于不断地挖掘。(www.chuimin.cn)

在同源多倍体水稻的研究中迫切需要形成新的技术思路，以便寻找到新的研究途径。在对同源多倍体水稻的生殖发育特性进行研究的过程中，研究者已经发现的四种特异性现象(即同源三倍体水稻的结籽现象及其染色体组倍性的遗传稳定性、在异倍性水稻间的杂交后代中早世代性状稳定遗传的现象、在隔离条件下的胚自发现象和群体内某些单株的高结实现象)值得关注。

从目前二倍体水稻的育种现状来看，在二倍体水平上的增产潜力很有限，而在多倍体水平上的实用价值还有待于进一步探索。同源四倍体水稻具有很强的遗传可塑性和很弱的遗传保守性，利用其作为水稻远缘杂交的桥梁，从野生物种中不断地引进有益的基因，由此有可能创造出具有强再生能力、强宿根性和无融合生殖特性的新种质，这将有助于杂交水稻的多代利用和固定水稻的杂种优势。以稻属内现有的种质资源为基础，利用现代生物技术创造出具有强大的种间杂种优势和实用价值的异源多倍体水稻，这不但可以促进物种升级和创造出新物种，还可能在更高层次上利用和固定其强大的杂种优势。

正常二倍体水稻的有性生殖能力比较强，这是经过长期自然选择和人工选择的结果，因而要在二倍体水稻中开展无融合生殖研究会碰到一系列技术难关，试图在二倍体水稻中寻找和创造具有实用价值的无融合生殖种质则难度比较大。同源多倍体水稻由于其染色体组的多倍性而伴随着一系列形态变异、生理生化代谢上的变异和生殖方式上的变异，在生殖方式上的变异特征就是其有性生殖能力变弱和自交结实率明显下降，这种有利的内部环境条件可能会促进某些潜在的无融合生殖基因的表达。因此，今后应该将水稻无融合生殖育种的研究重点转移到多倍性水平进行深入研究，即在多倍体水稻中通过种质寻找法、种质诱变法、杂交转育法和生物技术法筛选和创造具有实用价值的水稻无融合生殖种质。

在本篇主题中选用了9篇论文，从稻属植物的种群特征和进化特点、植物染色体组多倍化的潜在价值、离子束生物技术的发展趋势和一系法杂交稻研究的技术思路等方面阐明了作者的4个学术观点。其一，在稻属植物中存在着比较丰富的种质资源，也存在着很大的产量潜力有待于进一步挖掘。水稻品种间杂种优势的利用已经达到了相当高的水平，而亚种间杂种优势的利用和物种间杂种优势的利用则为水稻遗传改良展示出广阔的研究前景。从目前水稻遗传改良的发展趋势来看，试图在特定物种内对水稻进行有效的遗传改良，进而期望着获得突破性成果的难度会越来越大，而打破物种间的生殖隔离和遗传隔离，促进异源遗传物质在不同物种间进行交流和重组的发展方向则向人类展现出广阔的研究前景。因此，在近缘物种间和远缘物种间建立水稻高效的遗传改良的技术体系将是值得探索的新的研究方向。其二，利用离子束生物技术对同源多倍体水稻进行遗传改良，有可能为水稻育种寻找到新的突破口。在同源四倍体水稻中所存在的三大技术性难题(即颖壳尖端长芒、籽粒充实度差和结实率低)有望借助于离子束生物技术得到解决。其三，水稻染色体组多倍化及其效应有待于进行更加深入的研究，其潜在的利用价值还有待于不断地挖掘。在染色体组多倍化水平上探索稻属植物的潜在价值将会使其研究水平上升到新的技术高度，其学术价值和应用前景均令人振奋。其四，明确提出了通过利用无融合生殖基因和培育同源三倍体途径来固定水稻杂种优势的新设想。这一育种新设想具有两大优点并急待解决四大技术性问题。通过常规育种手段将无融合生殖基因引入同源三倍体遗传组成中将可望消除其有性胚，而通过无性胚的产生来保持其遗传组成的相对稳定性，进而可以达到固定水稻杂种优势的目的。

水稻染色体组多倍化研究：挖掘稻属植物潜在价值的新技术思路

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