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作物遗传育种中多元遗传分析的研究与应用

2020-12-08

魅力中国 2020年18期
关键词:杂交育种表现型典范

(河套学院继续教育学院,内蒙古 巴彦淖尔 015000)

目前作物育种的主要方法还是杂交育种,其中亲本的选配是杂种后代出现理想性状组合的基础,而后代分离的鉴别又是能否选出优良株系的关键。亲本的选配依据主要是基因型差异或叫遗传型差异。通常,育种工作者只采用目测法,即通过双亲的表现型差异来衡量它们之间的基因型差异;或者,追溯双亲的地理来源,通过地理差异或生态型差异来估计基因型差异;还有的是通过每年配制大量杂交组合,从中选择有可能出现的优良基因型后代。然而,由于受到环境误差的极大干扰,表现型差异并不等于基因型差异,地理来源不同的双亲也不能绝对地说其基因型差异就大,配制大量的组合是我们人力、物力所难允许,在杂交后代分离群体的鉴别选择中,由于涉及的是多方面的性状,例如产量、品质、生育期、倒伏性以及抗病性等。

一、多元遗传的定义

多元遗传就是利用统计手段排除环境误差的干扰、打断性状间的相关通径、加大新构造统计量的遗传率,通过表现型值深人了解其基因型值,进而既可以利用遗传距离估计其遗传差异的大小,又可以对分离群体进行多性状差别的综合评价和区分。随着多元分析的技术被引入到分类学中,数值分类学中逐渐分离出了聚类分析这个新的分支。主成分分析原来是用于医学,从描述人类的身体素质的很多指标中寻找少数几个综合指标。典型相关分析开展的稍微晚一些。

二、遗传育种的现状

作物遗传育种学研究的重点是对作物进行遗传性状的改良,有的有利性状得到重组,达到高产、优质、适应性强的目的。目前作物遗传育种采用的主要方法还是杂交育种,主要是通过大量杂交,从中选出有可能出现的优良基因后代。这种方法虽然在一定程度上简化了育种的过程,操作上也比较方便,但是耗时耗力,而且还不一定能得到所需的优良后代。除了杂交育种,还有系统育种。系统育种是直接从自然变异进行选择并通过比较试验选育新品种,但这个方法只适用于自花授粉作物、常异交作物和无性繁殖作物,适用范围较小。由此看来作物遗传育种在技术上有局限,利用这些方法往往不能达到预期的目的。而且在基因的表现上还受到环境因素的干扰,不是简单的两个亲本的性状相加就能得到后代所表现的性状。找到一种既能较好地估测双亲的基因型差异,又能在后代分离的鉴别中考查株系的综合性状的方法是遗传育种工作者关注的问题。

三、多元遗传在作物遗传育种中的应用

多元遗传分析在作物遗传育种中已发挥作用及可能的应用包括以下方面:

(一)用于种质资源的整理、分析,以了解种质资源的遗传构成及特点、生态类型、遗传分歧及亲缘关系,为合理开发利用种质潜力,保存有价值的种质提供理论依据。例如,水稻、小麦、甘蓝等作物的种质资源研究。

(二)对某些农艺性状较好的品种或种进行分析,了解其遗传分歧及其与杂种优势、配合力等的关系,与地理差距之间的关系,综合评价品种性状并分类,为合理选配亲本提供依据。

(三)研究基因型与环境互作效应,品种适应区域等问题。例如Abou 研究区域的相似性,他利用(遗传型x 环境)互作效应作为分类统计量对地点进行聚类。即如若干品种在一个地点上的互作效应类似于另一地点上的互作效应,那么这两点可以聚为一类。利用各地点n 个品种产量作为n 维向量来代表每个地点,以地点之间的相关系数作分类统计量进行地点聚类分析。

(四)研究基因型值与表现型值之间的关系,提高选择效果。可以构造典范性状,使表现型与基因型间的通径系数极大化,从而使典范性状的遗传力变得相当高,这对选择m 个性状的遗传效应就易于分析。其次也可用典范相关分析与数量遗传学的选择理论结合起来构成典范选择指数(即间接遗传系数)进行典范性状的间接选择,这样可以提高对多个目标性状间接选择的可靠性。指导杂交子代的选择,减少优良基因型的丧失。另外还可以应用典范遗传距离对杂种后代进行聚类分析,就可对目标性状的遗传差异有一个综合了解。然后进行保留遗传变异的选择,以减少潜在优良基因型株系的丧失。

(五)相比其他育种方式,多元遗传的优势。多元遗传采用了较多的统计学和数学的方法,对作物的表现性和环境进行了各个方面的分析,并采用了多种模型和方法。相比杂交育种而言,多元遗传考虑了各种环境因素的影响,虽然工作量大,但能高效并准确的找到所需的优良品种,避免了杂交育种类似的不精确性,另一方面,还节省了物力和财力。杂交育种需要足够的场地和研究人员,也需要在一定时间内对研究目标进行分析,虽然多元遗传育种需要大量的对比作物,但准确性高,时间短。系统育种适应的作物范围小,只能在自花授粉作物、常异交作物和无性繁殖作物上采用,相比系统育种,多元遗传育种扩大了研究范围,并采用了系统的研究方法,在一定程度上保证了所需作物的目的性,相比系统育种的盲目性而言,多元遗传考虑了更多的影响因素。总的来说,多元遗传育种有杂交育种和系统育种没有的优点,它准确性高,耗时少。

在作物遗传育种中,育种目标的确定具有非常重要的意义,育种目标决定材料的选择和改良方向。由于气候环境、病虫害流行趋势、栽培管理水平的不同,不同地区对育种目标的要求是各不相同的。今后,研究工作的重点就是找寻更加合适的方法,关于作物遗传育种的研究,国内的研究工作者还有很多的工作要做。

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