水稻同源多倍体的研究策略

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1、水稻同源多倍体的硏究策略作者：黄群策代西梅出处：见正文发布时间：2006-4-2611:22:32(原作发表时间：)中国水稻遗传改良的突出成就主要是20世纪50年代的矮化育种和20世纪70年代的水稻杂种优势利用。杂交水稻育种在继20世纪70年代“三系法”获得成功之后，在20世纪90年代“两系法”又取得了突破性进展。然而，在“两系法”杂交水稻育种已经取得重大成果的前提下，如果继续按照常规的水稻育种方法试图进一步提高水稻单位面积产量，则其育种难度更大。根据杂交水稻育种的战略设想和水稻育种实践，在稻属植物内还存在很大的产量潜力有待于挖掘，通过不断地改进育种

2、技术可以在更高的层次上进一步探索水稻杂种优势的利用途径。目前，关于水稻生物学的有关知识和水稻遗传育种学原理主要来源于以二倍体水稻(2n=2x=24)为硏究材料获得的硏究结果，而对于多倍体水稻的生物学特性积累的经验太少，多倍体水稻的特征特性有待于更深入的硏究，其潜在价値还有待于深入挖掘。多倍体水稻包括同源多倍体水稻、异源多倍体水稻和同源异源多倍体水稻等多种啖型。笔者认为，从遗传组成的复杂性、硏究难度和实际应用的角度来看，近期应该首先对同源多倍体水稻尤其是同源三倍体和同源四倍体水稻的特征特性进行深入硏究。1同源多倍体水稻硏究的局限性在植物的系统进化过程中

3、，染色体组的多倍化在很大程度上促进了高等植物的进化历程和进化速度，异源基因组的重组和染色体组倍性水平的提高在一定程度上代表着植物进化的总趋势。自从1937年勃益克斯里发现秋水仙素在诱导生物多倍体中具有特殊的功效之后，人工诱导生物多倍体的硏究工作便开始了革命性的变化。同源四倍体水稻具有生长势强、生物学产量高、籽粒大、米质好和抗逆性强等特点，这在几十年前就已经引起了一些水稻育种者的关注。在2()世纪50年代，美、英、日、印等国的硏究者对同源四倍体水稻的硏究产生了很大的兴趣，围绕挖掘和利用同源四倍体水稻的增产潜力这一主题展开了深入的探索。然而，由于同源四倍

4、体水稻的结实率很难提高，硏究进展缓慢。日本、E卩度和菲律宾等国的硏究者主要立足于硏究稻属植物的进化关系而开展了多倍体水稻的硏究工作，其硏究工作主要涉及到同源四倍体水稻的诱导和产量潜力、不同倍性的栽培稻勻野生稻之间的杂交、稻属内不同物种之间在染色体上的同源性和差异性以及稻属植物的进化特点等方面，具有较大的学术价値。在中国，自从20世纪50年代初开始，鲍文奎等硏究者在硏究同源四倍体水稻的诱导方法、产量潜力、单株性状的稳定性、籽粒的蛋白质含量、初级三体的筛选和主要农艺性状的特征特性等方面做了许多有益的探索，试图在克服同源四倍体水稻的主要缺点的前提下直接利用

5、其大粒优势、品质优势、抗性优势和生物学产量优势，进而挖掘水稻的产量潜力。然而，由于各方面的原因，目前关于同源多倍体水稻的硏究还没有迖到预期的目标，其潜圧价値仍然没有引起大多数水稻硏究者的关注，对同源多倍体水稻的硏究存在3大局限性。一是思想观念的局限性。许多硏究者都以传统的观点来看待和评价多倍体水稻的特征特性，以致于对一些超常规的生物学现象感到迷惑不解。其实，从物种进化的角度来看，尽管生物界物种的类型千变万化而不同物种的进化方式完全不同，但促使生物界物种升级的有效途径主要有3条，即渐变途径、突变途径和染色体组多倍化途径。利用多倍化技术使二倍体水稻成为同

6、源多倍体水稻的实质就是通过促使二倍体物种升级而获得了新的多倍体物种。在自然界，新物种产生之后还要经过长期的自然选择才能形成相对稳定的种群，从野生物种到栽培物种所经历的时间也相当长。利用人工方法创造一种具有潜在利用价値的新作物比在某一栽培作物中培育一个新品种要困难得多。对同源多倍体水稻硏究中出现的一些特殊的生物学现象，如果仅仅根据在二倍体水稻硏究中所积累的经验或知识给予解释而不抓住染色体组多倍化基础上的特殊性,往往使硏究结论带有一定的片面性。因此，只有以新的观念看待同源多倍体水稻硏究中出现的问题，在分析问题吋不受传统观念的影响，才有可能揭示其客观规律和

7、本质特点，并发挥其潜在价値。二是材料数量（或材料类型）的局限性。经过5（）多a的诱导和硏究，目前获得的同源多倍体水稻材料的数量尙未超过1000份，材料的生态类型或基

8、大

9、型相当有限。在有限的同源多倍体水稻材料中发现的一系列特征特性并不具有普遍性，而试图利用现有的材料寻找其遗传变异规律和确定其潜在价値难度很大。在二倍体水稻的遗传改良中，硏究者利用的稻种资源数多达21.5万份，其中品种7万多个，但在生产上有重大影响的常规稻品种或杂交稻组合屈指可数。三是技术思路的局限性。以同源多倍体水稻为材料获得的硏究资料均比较零散，缺乏硏究的系统性，尙未通过一条硏究主线

10、瞄准一个主题展开硏究。到目前为止，还没有一位硏究者明确地提出一条切合实际的技术思路，以致于在同源多倍体水稻的