植物育种的韧性

植物育种、应用程序的遗传原则产生植物人类更有用。这是通过经济和审美理想的选择植物发现,首先通过控制选择个体的交配,然后通过选择某些人后代。这些过程,重复在许多代,可以改变植物种群的遗传组成和价值远远超出了先前的自然限制现有的人口。

本文强调了提高植物遗传原则的应用;潜在的植物育种的生理因素是处理这篇文章遗传。讨论转基因作物,看到转基因生物。

作物产量下降。作物损失由于干旱、火灾和洪水。害虫和疾病的爆发。耗尽地下水补给和退化的土壤和水的质量。[…]与我们的食物供应,这是我们共同的未来。

劳拉科比在NRDC.org

历史

植物育种是一个古老的活动,交友的开端农业。可能最早的驯化谷物后不久,人类开始认识程度的卓越在他们的田地和保存种子植物中最好的种植新的作物。这样的初步选择方法是早期的先驱的育种程序。

早期的植物育种过程明显的结果。大多数现代品种修改野生祖细胞,它们在本质上是无法生存的。事实上,在某些情况下,培养形式从现有野生亲缘截然不同,甚至很难确定他们的祖先。这些非凡的转换是通过早期植物育种者在很短的时间内从进化的角度来看,和变化的速度可能比其他任何进化事件。

在1800年代中期孟德尔列出的原则遗传使用豌豆植物,从而为科学的植物育种提供了必要的框架。随着基因遗传定律进一步划定在20世纪初,开始了对他们应用到植物的改进。期间的一个主要事实出现的短暂历史科学育种是一个巨大的丰富的遗传变异存在于植物的世界,只有在挖掘其潜力已经启动。

目标

植物育种通常有心中理想的植物相结合的最大数量的特征。这些特征可能包括阻力疾病和昆虫;宽容对热、土壤盐度、或霜;合适的大小、形状和到期时间;和许多其他的一般和具体特征有助于提高适应环境,缓解在种植和处理,更大的收益,和更好的质量。园艺植物的繁殖者还必须考虑美感。因此饲养员可以很少关注任何一个特征,但必须考虑多方面的特征,使植物更有用的满足它生长的目的。植物育种是一个重要的工具在促进全球粮食安全,和许多主要农作物来饲养承受极端天气条件有关全球变暖,如干旱或热浪。

植物育种是一个重要的工具在促进全球粮食安全,和许多主要农作物培育更好的抵御极端天气条件与全球变暖有关,如干旱和热浪。

增加产量

几乎所有的育种项目的目标之一是增加产量。这通常可以选择所带来的明显的形态变异。一个例子是矮的选择,早熟品种大米。这些矮品种结实,给更大的粮食产量。此外,早期成熟迅速释放的土地,通常允许一个额外的或其他作物种植水稻。

增加产量的另一种方法是开发品种抵抗疾病和昆虫。在许多情况下,抗性品种的发展一直是害虫防治的唯一可行的方法。也许最重要的特点抗性品种是生产的稳定作用,因此在稳定粮食供应。品种耐干旱、炎热或寒冷提供相同的好处。

修改的范围和宪法

另一个常见的植物育种的目标是扩展生产作物物种的面积。一个很好的例子就是修改的粮食高粱介绍以来美国在1750年代。热带起源、高粱主要局限于南部平原地区和西南地区,但earlier-maturing品种开发,高粱现在北至北达科他州的一种重要的作物。

作物品种适合发展农业机械化已成为近年来植物育种的主要目标。均匀性的植物特征是非常重要的在机械化农业因为现场操作时更容易很多相似的个体发芽,生长速率、大小的水果,等等。均匀性在成熟,当然,基本当等农作物西红柿和豌豆收获机械。

可以大大提高植物的营养品质育种。例如,可以繁殖品种的玉米(玉米)高得多赖氨酸比之前现有的品种。育种high-lysine玉米品种对这些地区的玉米营养的主要来源是至关重要的氨基酸已成为植物育种的主要目标。这种“生物强化”的粮食作物,还包括一个术语基因改造,已经被证明可以改善营养在发展中地区,尤其有用营养不足是常见的和医疗基础设施可能缺乏。

养殖观赏植物,关注等因素不再盛开的时期,保持品质改善的鲜花,节俭和其他特性,导致有用性和美感。新奇本身在观赏植物通常是一种美德,和壮观,甚至怪异,常常是寻求。

评价植物

鉴定植物的价值,这样的增殖可以决定个人应该丢弃,允许产生下一代是一个更艰巨的任务特征与别人比。

定性的字符

最简单的字符或特征,来处理那些涉及不连续、或定性,差异都是由一个或几个专业基因。许多这样的遗传差异存在,他们常常对植物产生深远的影响和利用价值。例子是淀粉类和含糖的内核(字段和甜的特点玉米分别)和行列式与indeterminant增长绿豆的习惯(行列式品种适应机械收获)。这种差异可以很容易和快速评估,和的表达特征不变不管植物生长的环境。这种类型的特点是称为高度遗传的。

定量的字符

然而,在其他情况下,植物性状等级逐渐从一个极端到另一个在一个连续的系列中,和分类成离散类是不可能的。这种变化称为量化。这种类型的经济重要性的许多特征;例如,高度,寒冷干旱宽容,到期时间,特别是产量。这些特征是由许多基因,每一方都有一个小的效果。虽然之间的区别这两种类型的特征并不是绝对的,它仍然是方便指定定性人物涉及离散差异涉及一系列分级和量化字符。

饲养员定量人物更难以控制,有三个主要原因:(1)基因的人数使遗传改变缓慢而难以评估;(2)变化的特征通常只有通过测量和检测严格的统计分析;和(3)的变化是由于环境而不是遗传禀赋;例如,某些性状的遗传是不到5%,这意味着5%的观察到的差异是由基因引起的,95%是由环境因素引起的。

,精心设计的实验需要区分植物是优越的,因为他们携带的基因从那些优越,因为他们生长在一个有利的网站。

植物育种的方法

交配系统

被子植物交配系统下放的类型授粉,或者从花朵中花粉。花是自花传粉(“自我”)如果花粉转移到它从任何花相同的植物和毒蛇(一个“outcrosser”或“使远系繁殖”)如果一朵花花粉来自不同的工厂。大约一半的交替地栽培植物自然更重要,和他们的生殖系统包括鼓励cross-pollination-e.g的各种设备。雄蕊先熟(花粉流在胚珠是成熟之前,如胡萝卜和胡桃木),雌雄异株(男性和女性的部分承担不同的植物,如枣椰树,芦笋啤酒花),由基因决定self-incompatibility(花粉无法长在同一个工厂的污名,如白车轴草,卷心菜和许多其他物种)。

其他植物物种,包括很大一部分最重要的栽培植物等小麦,大麦,大米,豌豆,豆子,西红柿,主要是自花传粉的。有生殖机制,促进自花受粉相对较少;其中最积极的是鲜花开放的失败(cleistogamy),如某些紫罗兰。在大麦、小麦和生菜花粉是摆脱之前或就像花儿开放,并在接下来的番茄授粉的花,但是,雄蕊形成一个锥形的耻辱。在这种物种总是有风险的异花授粉。

在控制育种程序必须从所需的父本花粉,并没有其他的花粉,达到母本的柱头。当雄蕊和雌蕊发生在相同的花,花药花粉之前必须从花中删除选为女性摆脱。这通常是用镊子或剪刀。保护也必须提供“外国”花粉。最常见的方法是用一个塑料盖花或纸袋。当母本的柱头接受,从所需的父本花粉转移到它,往往打破一个花药耻辱,和保护袋代替。某些混合动力汽车的生产,因此,繁琐和昂贵的,因为它通常需要一系列微妙的,严格的,正确的手操作。当男性和女性的部分发生在不同的花,如玉米(玉米),繁殖容易控制。

将植物,有两个家长,每一种都有可能在许多基因不同,生产不同类型的植物混合(杂合的)很多特征。自花传粉植物,只有一个家长,产生一个更加统一的人口纯种繁殖的植物(纯合子)对于许多特征。因此,outbreeders相比,self-breeders可能高度纯合,因此真正的育种指定的特征。

自花传粉繁殖物种

繁殖方法,已被证明成功的自花传粉物种:(1)质量选择;(2)纯系的选择;(3)杂交,隔离代由血统的方法,大部分方法,或回交方法;(4)发展杂交品种。

大众的选择

质量上的选择、种子收集的(通常是几十到几百)理想的人出现在一个人口,和新一代从股票的混合播种种子。这个过程中,有时被称为表型选择,基于每个人的样子。质量选择被广泛用于提高老“土地”varieties-varieties农民已经从一代一代传下去,下一个长时期和常见的园艺。

另一种方法,毫无疑问是练习几千年来就是消除不良类型通过摧毁它们。结果是相似的优良植物是否保存或低等植物消除:更好的种子植物成为下一季种植的股票。

现代质量改进选择分别收获最好的植物生长和后代材料进行比较。贫穷的后代被摧毁和其余的种子收获。应该注意的是,选择现在不仅仅基于父植物的外观也在后代的外观和性能。后代选择通常是更有效的比表型选择当处理定量低遗传特征。然而,值得注意的是,后代测试需要一个额外的一代;因此获得每周期的选择必须简单的两倍表型选择来达到相同的单位时间获得。

大众的选择,有或没有后代测试,也许是最简单、最便宜的育种程序。它发现广泛使用在某些饲料物种的繁殖,这并不重要经济足以证明更详细的注意。

纯系的选择

纯系的选择通常或多或少涉及到三个不同的步骤:(1)植物从一个基因变量选择出现的许多优越的人口;(2)两种植株的选择和评估通过简单的观察,经常在一段几年;和(3)当选择不再可以观察的基础上,广泛的试验进行,包括仔细测量来确定剩下的选择上乘的能力和其他方面的性能。任何后代优于现有品种然后被释放出来作为一个新的“纯系品种。的这种方法在1900年代初的成功取决于基因变量存在的土地等待开发的品种。他们提供了一个丰富的优质纯系品种,其中一些仍然代表商业品种之一。近年来,上述纯系方法的重要性有所下降主要栽培品种的繁殖;然而,更重要的方法仍然是广泛使用的物种尚未选定。

纯系选择方法的一个变体,可以追溯到几个世纪以前是有机会变异的选择、突变或“运动”在最初的品种。大量的品种,不同于原来的应变特征如颜色、缺乏荆棘或冷嘲热讽,侏儒症,抗病性起源于这种方式。

杂交

在20世纪计划精心挑选的父母之间的杂交育种已成为主导的自花传粉物种。杂化的目标是结合理想的基因存在于两个或两个以上的不同种类和生产纯种繁殖后代在很多方面比父母的类型。

基因,然而,总是在公司的其他基因称为集合基因型。植物育种者的问题很大程度上是一个有效地管理大量发生在一代又一代杂交后的基因型。作为一个例子的力量杂交创造变化,假设之间的交叉小麦品种不同,只有21个基因能产生超过10000000000种不同的基因型在第二代。虽然绝大多数这些第二代基因型混合(杂合的)一个或多个特征,统计,2097152个不同的纯种繁殖(纯合子)基因型可以发生,每一个潜在的新的纯系品种。这些数字说明了高效的技术管理混合种群的重要性,为此血统过程是最广泛使用的。

血统繁殖始于两个基因型的十字路口,每一个都有一个或多个可取的人物缺乏。如果两个原始的父母不提供所有所需的字符,家长可以包括通过交叉杂交后代的第一代的(F1)。血统的方法优越的类型选择在一代又一代,和一个记录是parent-progeny关系的维护。

F2代(后代F1交叉的两个个体)提供了选择第一个机会血统项目。在这一代重点是消除个人携带的主要基因。一代又一代的混合条件让位于纯种繁殖的自然特性,和家庭来自不同F2植物开始展示他们独特的个性。通常一个或两个优良的植物选择在每一个优越的家庭在这些代。由F5代纯种繁殖条件(纯合性)是广泛的,几乎完全和强调转变家庭之间选择。在做这些取消谱系记录是有用的。在这个阶段每个选定的家庭通常是收获质量获得大量的种子需要为定量评估家庭角色。这个评估通常是在情节发展条件下,进行模拟商业种植实践尽可能。当家庭的数量已经减少到可控范围的视觉选择,通常由F7或F8,精确评估性能和质量的开始。承诺的最终评价菌株包括(1)观察,通常在数年内,地点,发现弱点,可能没有出现之前; (2) precise yield testing; and (3) quality testing. Many plant breeders test for five years at five representative locations before releasing a new variety for commercial production.

繁殖的bulk-population方法不同于血统主要在一代又一代杂交后的处理方法。F2代播种在正常的商业种植率在一个大阴谋。在成熟的作物收获质量,下一代的种子是用于建立一个类似的情节。没有祖先的记录保存。期间的大量传播,自然选择倾向于消除植物有可怜的生存价值。两种类型的人工选择也常常应用:(1)破坏植物携带基因和(2)质量不良的主要技术,如只有部分种子成熟时收获选择早熟植物或使用屏幕选择增加种子的大小。然后作出单一的植物选择和评价一样的血统的育种方法。首席批量数量方法的优点是它允许饲养员来处理大量个人便宜。

通常一个杰出的多样性可以提高转移一些特定的字符,它缺乏。这可以通过优越的第一穿越植物不同捐赠者的植物品种,有问题的特征,然后交配后代回工厂拥有优越的父母的基因型。这个过程称为回交。五六回交后代将混合后的角色转移但像上级父对于所有其他基因。自交过去回交代,加上选择,会给一些纯种繁殖后代的基因转移。回交方法的优点是它的速度,少量的植物必需的,和结果的可预测性。一个严重的缺点是过程减少的发生机会的基因组合,这有时会导致显著的改善性能。

杂交品种

混合品种的发展与杂交的不同之处在于,没有尝试产生一个纯种繁殖人口;只寻求F1杂交植物。跨越不同基因型的F1杂种往往比其更有力的父母。这个杂种优势,或杂种优势,可以体现在许多方面,包括增加的增长速度,更大的一致性,开花早,产量增加,最后最重要的农业。

迄今为止最大的混合品种的发展一直在玉米(玉米),主要是因为其雄花(穗)和雌花(初期耳朵)是独立的和容易处理,从而证明了经济生产杂交种子。hand-produced F1杂交种子的生产其他的植物,包括观赏花卉,经济只是因为温室种植者和家庭园丁一直愿意支付高价杂交种子。

然而最近,一个内置的蜂窝系统授粉控制使得混合品种可能在一个广泛的植物,其中许多是自花传粉的,如高粱。这个系统,称为胞质雄性不育,或cytosterility,防止男性性器官的正常成熟或函数(雄蕊)和缺陷花粉或者根本就没有。它不再需要移除雄蕊通过手或机器。Cytosterility取决于之间的交互雄性不育基因(R+r)和女性性细胞的细胞质中发现的因素。来自两个亲本的基因在正常孟德尔时尚,但细胞质(及其因素)是由鸡蛋;因此,继承cytosterility由母本。所有的植物和肥沃的细胞质产生可行的花粉,一样植物不育细胞质,但至少有一个R基因;植物与不育细胞质和两个r基因雄性不育(产生有缺陷的花粉)。

两株F1杂交种子的生产是通过间作无菌版本的应变(说)在一个孤立的领域的另一个应变(B)的版本。因为压力产生不可行的花粉,它将由应变授粉B,所有种子生产菌株之间的植物必须F1杂交菌株。F1杂交种子生产经济作物种植。饲养员的工作在这一过程中发展纯种繁殖不育和肥沃的菌株杂交种子生产。

交替地繁殖物种

最重要的育种方法将物种是(1)质量选择;(2)混合品种的发展;(3)发展合成品种。自将物种自然混合(杂合的)许多特征和失去活力成为纯种(纯合子),每一种育种方法的目标是维持或恢复杂合性。

大众的选择

质量选择将物种以相同的形式为自花传粉物种;即。,a large number of superior appearing plants are selected and harvested in bulk and the seed used to produce the next generation. Mass selection has proved to be very effective in improving qualitative characters, and, applied over many generations, it is also capable of improving quantitative characters, including yield, despite the low heritability of such characters. Mass selection has long been a major method of breeding cross-pollinated species, especially in the economically less important species.

杂交品种

利用杂种优势的杰出范例通过使用F1杂交品种玉米(玉米)。杂交玉米品种的生产包括三个步骤:(1)高等植物的选择;(2)自交几代人产生一系列的自交系,虽然不同于彼此都是纯种繁殖和高度统一;和(3)穿越选定的自交系。在近亲繁殖过程线的活力显著下降,通常低于field-pollinated品种的一半。恢复活力,然而,当任意两个不相关的自交系交叉,和在某些情况下,自交系间杂交F1远远优于open-pollinated品种。自交系的纯合性的一个重要结果是混合任何两个纯系之间永远是相同的。一旦近交给最好的混合动力车已确定,任意数量的混合可以产生种子。

授粉的玉米是风,吹花粉从流苏风格(丝绸)从顶部凸出的耳朵。从而控制异花授粉在领域范围内可以实现经济的间作两到三行种子父母近亲繁殖的一行授粉近交和detasselling前者之前了花粉。在实践中大多数混合动力车玉米生产从“双跨”,四个自交系第一成对交叉(××B和C D)然后再两个杂交F1交叉(A×B)×(C×D)。欺骗行为过程的优点是商业F1种子生产的高效单交叉×B而不是poor-yielding近亲繁殖,从而减少种子的成本。近年来细胞质雄性不育,前面所述,已被用于消除detasselling种子的家长,提供进一步的经济生产杂交种子。

大部分的杂种优势表现出通过F1杂交品种是迷失在下一代。因此,从杂交种子品种不用于种植股票,但农民每年从种子公司购买新的种子。

也许没有其他任何生物科学的发展有更大的影响在增加粮食供应的数量提供给世界人口比杂交玉米的发展(玉米)。

也许没有其他任何生物科学的发展有更大的影响增加的数量食物可用物资世界人口比杂交玉米的发展(玉米)。混合在其他作物品种,成为可能通过使用雄性不育,也获得了显著的成功,似乎使用的混合品种在未来将继续扩大。

合成的品种

合成多样性是由相互交叉结合ability-i.e优越的基因型。基因型,给上级混合动力在所有组合交叉时的性能。(相比之下,各种大规模开发的选择是由基因型的在一起没有经历了初步测试,以确定他们的表现在混合组合。)合成品种已知的杂种优势和生产有用的种子的能力成功的季节。因为这些优点,合成品种越来越青睐日益增长的许多物种,如饲料作物,禁止混合品种的开发或使用费用。

分配和维护新品种

优质新品种的好处很明显不能意识到,直到足够了种子能允许商业化生产。虽然植物育种的主要功能是开发新的品种,他通常也进行最初的小规模种子增加。种子因此被称为育种者种子生产。下一阶段的乘法是育种家种子种子生产的基础。基金会种子的生产通常是由种子协会或机构,其工作是由政府机构监管。第三步是认证的生产种子,种子后代的基础,大规模生产的专业种子种植一般出售给农民和园丁。认证种子必须产生和处理等方式以满足规定的标准认证机构(通常是一个种子协会)。种子协会通常也负责维护的纯度新品种一旦被释放为商业生产。

商业育种公司开发的新品种的分布通常是通过种子协会,但许多著名公司市场之后,他们的产品没有官方的认证过程。在一些国家,尤其是在欧洲,新品种可以申请专利期限15年或更长时间,在此期间饲养员已经复制和出售各种独家权利。

写的美国阿拉德,的遗传学名誉教授,加州大学戴维斯,的作者植物育种的原则。

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