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作物杂交育种

作物杂交育种是指对作物的不同品种间进行杂交,并在其杂交后代中选育具有高产和优良品性的品种的方法。在农业上一般指同种作物内不同品种的杂交育种。

1719年,T•费尔柴尔德以石竹科植物为材料在世界上首次获得人工杂交种。1761 - 1766年,德国的T•G•科尔罗伊特进行烟草杂交实验获得了丰产、早熟的优质杂交种,科尔罗伊特认为杂种一代的性状介于双亲中间,且有优势表现。

从1856年起,奥地利的原天主教神父G•J•孟德尔进行了8年的豌豆杂交试验,于1866年提出了《植物杂交试验》的论文。在论文中,孟德尔描述了植物的杂种优势现象,并提出了生物性状的遗传决定于遗传因子的理论。孟德尔所论述的性状遗传规律是现代遗传学的基本规律,也是后人进行杂交育种的理论基础。但在当时及以后的许多年里,孟德尔的论文和理论并没有引起人们的注意。

1900年,德国的C•E•科伦斯、荷兰的H•德弗里斯和奥地利的冯•切尔马克3位植物学家各自得到了与孟德尔试验相同的结果,才最终肯定了孟德尔论文的重要意义,并使杂交育种开始有了初步的遗传理论作指导。此后随着遗传学的进一步发展,特性鉴定技术的改进和生物统计学的应用,使杂交育种技术逐步形成了一套比较完整的体系。本世纪以来,以杂交选育良种为主,加上增施肥料等措施,使世界农作物的大面积单位产量经历了三次大的突破。

杂交玉米——美国的W•J•比尔自1862年起,就研究杂交玉米。他于20世纪初发现,因同系近亲繁殖而减低的植物活性,可通过杂交恢复。比尔强调花粉来源对玉米的改良作用,他首先利用玉米品种间的杂交优势来提高产量。1908年,美国的G•H•舒尔最先报道了玉米自交系间杂种一代的增产效果。舒尔提出,自交会使植株变弱,但可通过 杂交恢复优势,这为玉米杂交奠定了理论基础。然而当时还缺少一种杂交玉米的方法。

1918年,美国的D• F• 琼斯创造了“双交”法。他利用4个自交系进行杂交A和B,C和D各组成一对杂交,当其后代再杂交时,就可得到一个由ABCD组成的双交种。“双交”法为选育杂交良种提供了切实可行的方法。

1921年,美国康涅狄格州农业试验站报道了第一个生产用双交玉米品种。1926年,H•华莱士和L•裴菲斯特选育出适于商业生产的高产杂交玉米品种。1930年,杂交玉米开始向美国农民广泛推广。到1943年,双交种已占美国玉米播种面积的50%,1960年占到96%。60年代后,美国又发展了制种手续比较简便并能进一步增产的单交和三交玉米。到70年代后期,美国已用单交种代替了大部分双交种,这期间,美国的玉米平均亩产由100多公斤提高到425公斤左右。杂交玉米在其它国家也获得了普遍增产。

杂交小麦——1904年,加拿大的A•P•桑德斯和C•P•桑德斯培育出了以优质丰产而闻名的第一个生产用春小麦杂交品种“马奎斯”。但杂交小麦选育和应用的世界性突破,是本世纪40 - 60年代发生在墨西哥的“绿色革命”。

1941年,美国洛克菲勒基金会,应墨西哥政府邀请,组织力量调查并协助研究改进墨西哥的谷物生产状况。在1944年派去的4位农业科学家中,N•E•博洛格负责小麦抗锈病育种工作,他放弃舒适的城市生活和很有前途的实验室工作,来到墨两哥同饥饿作斗争。为了寻找适宜的试验地点,他历尽艰辛,还亲自拉犁开荒,种试验地。博洛格利用两处试验地在气候上的差异,一年种两季小麦,使育种时问缩短一半,并使选育的新品种具有更广泛的适应性。他终于在1949年选育出第一批小麦新品种。在此后的十几年里,他又培育出30余种矮杆、抗病、高产、适应性强的杂交小麦新品种,通称为“墨西哥小麦”。加上采用增施肥料、改进灌溉等措施,墨西哥的小麦单产由以前的亩产50公斤提高到1976年的251公斤。1979年,在东南亚、近东、非洲和拉丁美洲,种植墨西哥小麦的面积共达4.5亿亩,都得到显著增产,墨西哥小麦引起的大幅度增产,在两方被誉为“绿色革命”,博洛格本人也被誉为“绿色革命之父”。

杂交稻——1960年,美国福特基金会与洛克菲勒基金会在菲律宾建立国际水稻研究所。1962年,该所利用我国台湾省的3个矮秆品种和印度尼西、斯里兰卡等国的高秆品种杂交,选育出一种矮秆、早熟、高产的品系,1966年定名为“国际水稻-8(IR -8)”。到1975年,又先后育成并推广十几个水稻品种。国际水稻研究所还注意选育杂交水稻的多抗性(即同时具有抗虫、抗病等特性)。也取得良好效果。到80年代,在东亚(不包括中国)、东南亚、南亚和拉丁美洲已种植国际水稻上亿亩,有的一季每亩产量高达600公斤以上,被誉为“奇迹稻”。

60年代初,中国的袁隆平等人也开始研究杂交水稻。1970年,袁隆平的助手李必湖在海南岛的野生稻中发现一株花粉败育型的雄性不育野生稻(简称“野败”)。袁隆平等人以“野败”为母本原始材料,用“三系法”(即雄性不育系、保持系、恢复系)进行杂交选育,于1973年制出南优2号等第一批籼型杂交水稻品种。它们具有高产、矮秆、耐肥、耐旱、适应性广和米质较好的特点,比一般良种可增产10% - 20%。1976年起,杂交水稻在全国大面积推广。1980年转让给美国后,亩产达737- 783公斤,比美国当时的良种稻增产165.5%- 180.8%。袁隆平在国内外被誉为“杂交水稻之父”。

目前,世界各国生产上使用的主要作物品种大都是杂交品种,它们获得了大面积增产的效果。科学家们还在选育更加高产、抗病、抗虫、抗旱等特性更好的杂交品种,这为在有限的地球上养活日益膨胀的人口提供了可能。

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