农作物育种方法的革命性创新——植物介入杂交新方法在农业育种上的应用研究

曹长义 曹瑞杰 曹永鹏 刘万代 许荣聚 苏连霞

（郑州市远缘诱变农业育种工程技术研究中心，河南 郑州 450012）

农作物育种方法的革命性创新
——植物介入杂交新方法在农业育种上的应用研究

曹长义 曹瑞杰 曹永鹏 刘万代 许荣聚 苏连霞

（郑州市远缘诱变农业育种工程技术研究中心，河南 郑州 450012）

本文主要针对农作物育种的一种创新性方法--植物介入杂交诱变新方法的特点、创新性、应用范围及发展前景进行了研究探讨。

植物介入杂交诱变新方法；技术预测；育种方法新思维；新思路；新理念

1 创新杂交方法——植物介入杂交诱变的特点

1.1 植物介入杂交诱变新方法释义。

植物介入杂交诱变新方法是利用一种植物，诱导另一种植物变异的育种方法；前者叫诱导植物，后者叫育种目标植物；就是通过把育种目标植物的幼苗“介入”到诱导植物体上，产生可遗传、稳定的变异，培育植物新品种。

1.2 操作要点

1.2.1 选择性状优势突出、差异明显、易于介入操作的植物作“诱导植物”。

1.2.2 把“育种目标植物”的幼苗，“介入”到诱导植物体上，同体共生50天左右。

1.2.3 育种目标植物生出自生根，与诱导植物“分体”，独立成株，开花结实。

1.3 变异现象

育种实践证明：植物介入杂交诱变新方法，可以使诱导植物的某些可遗传的表型性状，遗传至育种目标植物，育种目标植物的某些基因，通过诱导被沉默或激活，改变原有基因的表达和调控模式，获得育种目标植物原来不具有的新变异（这种新变异在其后代种籽中能够遗传稳定）。

1.4 变异模式

1.4.1 研究证明：经对变异品系的细胞质和细胞核DNA进行分析结果显示：“在原品系和变异品系之间未发现细胞质DNA的RFLP（限制性酶切片段多态性）差异，而细胞核DNA却发生了高频率的序列重组；同时，本研究没有发现砧木与接穗间基因转移的迹象”。

1.4.2 据此推测：“远缘嫁接变异，很有可能是嫁接生长逆境诱导的抗逆变异”。

1.4.3 据事实猜想：也可能是，在“介入诱变”过程中，发生了深层次的非常规有性杂交变异；因为这种变异符合孟德尔的授粉杂交遗传变异规律。也可能是，表观遗传变异，至少一部分是表观遗传变异；因为零代变异、零代稳定，符合表观遗传变异规律。也可能是，上述多种遗传变异形态的混合遗传变异模式。

1.5 与其他育种方法的区别及其主要特点

为了便于理解，用四个比喻说明植物介入杂交诱变新方法与嫁接杂交、授粉

杂交、转基因方法的区别及其主要特点：

1.5.1 捆绑妻——嫁接杂交。嫁接杂交（无性），犹如捆绑夫妻，终生相守，却不能传宗接代。优点是，操作简便，而保持接穗的优势性状；缺点是，不能遗传变异。

1.5.2 近缘夫妻——（授粉）杂交。（授粉）杂交。如近缘夫妻，只能近缘选择组合。优点是，可以遗传变异；缺点是，只在同一作物间选择组合，优势性状相同、或相近，缺乏优势性状的选择，难以产生突破性变异。

1.5.3 网络恋人——转基因。转基因，犹如网络恋人，只送玫瑰（转基因），不成夫妻。优点是，任意选择，自由组合；缺点是，强行转基因，转啥得啥，性能单一，不产生附加效应，且存安全隐患。

1.5.4 临时妻——植物介入杂交诱变新方法。植物介入杂交诱变新方法，犹如临时夫妻，短暂相处即分开。优点是：一是象嫁接杂交，操作简便。二是象授粉杂交，遗传变异，且变异强度大，变异多样化。三是象网恋，广泛选择，自由组合。

表1

1.5.5 从上述特点不难看出，植物介入杂交诱变新方法，不是米丘林的嫁接杂交方法，也不是孟德尔的授粉杂交方法，更不是转基因方法。这是一种全新的植物育种新方法，既具有嫁接杂交、授粉杂交、转基因方法的优点；又克服了他们的缺陷；具有三者没有的鲜明特点和优势。为了便于比较列表：

与嫁接杂交方法的区别及比较优势（见表1）

与杂交育种方法的区别与比较优势（见表2）

表2

与转基因育种方法的区别及比较优势（见表3）

2 植物介入杂交诱变新方法的创新性

育种实践证明，植物介入杂交诱变新方法的最突出的创新特点是：育种目标植物和诱导植物，可以在不同种、不同科、不同属的植物中选择组合，成功实现了常规杂交育种方法难以实现的远缘杂交诱导。其表现：

2.1 育种目标适用范围广。粮食作物、林果、蔬菜、花卉等所有农作物、包括几乎所有植物，都可以作为育种目标植物；克服了嫁接只适用林果、蔬菜、花卉和杂交只适用异花授粉植物和部分自花授粉植物的局限性。

2.2 诱导植物选择范围广。根据育种目标植物的需要，自然界的大部分植物，都可以作为诱导植物。

2.3 育种目标植物与诱导植物具有广泛的组合性。任何一个育种目标植物，都可以在不同种、不同科、不同属的几乎所有植物中，广泛选择若干个优势性状突出、差异大、互补性强、易于介入操作的理想植物，作诱导植物；很多育种目标植物，也可以作诱导植物；几乎所有诱导植物，都可以作育种目标植物；克服了常规有性杂交只在同一作物间选择组合的局限性。

方法转基因介入杂交项目形象比喻特性网上恋人转基因操作方法用高科技手段将一种生物的某些理想基因分离出来，再用基因枪等转基因方法，将其转移到目标植物体上，从而创制出新品种。转基因技术可打破生物界不同物种隔离的屏障，可以将基因在不同生物间转移。临时夫妻非转基因的诱导变异用“介入杂交方法”将育种目标植物的幼苗介入到诱导植物上，靠其植物自身作用，诱导植物的某些理想性状导入育种目标植物，目标植物的某些基因通过诱导被沉默或激活，一起表达出来，创造出育种目标植物原来没有的新变异，创造出新品种。这种方法同样可以打破生物界不同物种隔离的屏障。育种效果综合、全面。以大豆为例，产量、品质均有大幅度提高。亩产突破600斤、700斤、800斤，甚至1000斤；油脂含量突破23%，蛋白质含量突破44%，其明显优势不言而喻。资金投入单一、有限，不易培育出高产、优质、高抗综合性好的新品种。比如美国培育出抗除草剂大豆，抗棉铃虫棉花等，但目前尚无直接提高产量和品质的新品种。以大豆为例，美国转基因大豆亩产平均300-400斤，油脂含量20%左右，蛋白质含量35%左右，至今没有因转基因技术获得产量、品质突破性提高。方法复杂，技术难度高，需要特殊试验研究条件，资金投入大。育种成本成本高安全隐患人们担心存在安全隐患。整合功能无方法简便，技术难度低，不需要特殊试验研究条件，投资小，是转基因的百分之一左右。成本低，是转基因的百分之一左右。本方法同嫁接法、杂交法同为自然方法，没有产生安全隐患的可能。提高转基因品种的产量和品质，保持转基因品种抗病、抗虫的优势性状

3 植物介入杂交新方法的先进性

3.1 突破性变异。由于育种目标植物与诱导植物是远缘关系，优势性状差异大，容易产生多样化、突破性变异；容易培育出高产、优质、高抗新品种。克服了常规杂交方法难以产生突破性变异、培育出优良品种机率低、难度大的局限。

3.2 变异稳定快。植物介入杂交诱变新方法，一般F2、F3代稳定，也有当代变异、当代稳定和F1代稳定，很少超过F5代稳定；克服了常规杂交育种一般5—8年，甚至十几年、几十年才能稳定的局限。

3.3 操作效率高。植物介入杂交诱变新方法，一个人、一个科研组同时做几个、十几个甚至几十个作物；克服了常规杂交育种方法一个人、一个课题组只做一个作物的局限性；其育种效率，比常规杂交方法提高百倍以上，为农作物育种工厂化提供了科学方法和途径。

3.4 技术兼容性强。植物介入杂交诱变新方法，可以兼容、整合嫁接杂交、授粉杂交、转基因等其他育种方法优势于一体，实现农作物育种人与人、区域性等全方位合作。克服了其他方法各自为战、互相保密、重复科研、浪费资源、不易合作的缺陷。

4 植物介入杂交诱变新方法产生多样化突破性变异举例

植物介入杂交诱变新方法在农业育种试验中，产生很多意想不到的多样化、突破性变异，例如：

4.1 人参红薯。把红薯幼苗介入到西洋参上，红薯幼苗成活结薯，薯叶由绿色变青色，薯皮由红色变白色、薯肉由黄色变白色（象人参白）。

4.2 黄秋葵芝麻。把芝麻幼苗介入到黄秋葵上，芝麻幼苗成活、开花、结籽，芝麻叶的形状变成黄秋葵叶的形状；黄秋葵芝麻的叶子在水中侵泡后的液体，犹如黄秋葵果在水中侵泡后的液体一样粘稠。

4.3 黑心小麦。把小麦幼苗介入到黑土豆上，小麦幼苗成活、开花、结籽，小麦籽粒表皮和面粉都变成黑色，株高比原株高增长30-50公分左右。

4.4 袖珍小麦（新物种）。把野燕麦幼苗介入到土豆上，野燕麦幼苗成活、开花、结籽，野燕麦穗变成3公分左右长的圆锥形，无芒；籽粒小如油菜籽，但仍是小麦粒形状（故称袖珍麦）；麦秆高度比野燕麦高出三分之一左右。很多专家认为，这是一个新物种。经化验，袖珍小麦的各种营养成分都大幅度高于普通小麦。

4.5 甜瓜马泡。把马泡幼苗介入到甜瓜苗上，成活、开花、结果；甜瓜马泡的大小比原马泡大十倍左右，马泡的苦味不变。

4.6 马泡甜瓜。把甜瓜幼苗介入到马泡苗上，成活、开花、结果；马泡甜瓜的大小是原甜瓜的三分之一左右，成熟后，瓤子苦味如马泡。

4.7 多年生越冬水稻。把水稻幼苗介入到野生芦苇苗上，水稻幼苗成活、开花、结籽；来年将收获的种籽播种，成熟收割；第二年春天，收割后的稻茬发出新芽、开花、结籽；连续3年越冬，开花、结籽，成为多年生越冬水稻。

5 植物介入杂交诱变新方法在农业育种上的广泛应用及效果举例

十八年来，我们用小麦、大豆、花生、芝麻、油菜、玉米、水稻、红薯、棉花、谷子、高粱、烟草、南瓜、辣椒、西瓜、甜瓜、甜菜、黄秋葵等几乎所有农作物作育种目标植物；用红薯、土豆、玉米、油菜、山药、何首乌、大姜、油葵、芦荟、人参、雪莲、辣椒、苋菜、黄秋葵、辣木树、核桃树、大丽花、牡丹、芍药、指甲草等上百种植物作诱导植物，实施介入诱变，均获成功，并从其变异后代中筛选出产量高、品质好、抗性强、特色、特异种质资源1800多个，新品系200多个。其中大豆新品系，大田亩产500斤以上的10个，600斤以上的5个，800斤以上的2个，比对照增产50%～100%左右。芝麻新品系，大田亩产300斤以上的10个，400斤以上的2个，比对照增产50%～100%。高粱新品系，大田亩产1 000斤以上的5个，1 200斤以上的2个，1 400斤以上的1个，比对照增产50—100%。

5.1 长义豆·超高产—800。亩产突破600斤，甚至800斤，比美国转基因大豆平均亩产400斤，提高50—100%。

5.2 长义豆·高蛋白—01号。亩产突破600斤，比美国转基因大豆的亩产400斤，提高50%；蛋白质含量达到44.52%，比美国转基因大豆的35%，高9个多个百分点，提高27%。

5.3 长义豆·高油—05号。亩产突破600斤，比美国转基因大豆的亩产400斤，提高50%；油脂含量达到23.18%，比美国转基因大豆的19—20%，高3—4个多百分点，提高15—22%。

5.4 长义芝麻·超高产—400。亩产突破300斤，甚至400斤，比常规良种芝麻亩产180斤，提高100%以上。

5.5 长义高粱·超高产—1 200。亩产突破1200斤，甚至1 400斤，比常规良种高粱亩产700—800斤，提高70%～100%。

6 来自科研实践的育种新思维、新思路、新理念及可预见的发展前景

十八年的育种实践，很多令人惊喜、不可思议的变异现象和一些规律性的东西，让我思考，推测出一些结论，初步形成了植物介入杂交诱变育种方法的新思维、新思路、新理念及可以预见的发展前景。

6.1 从育种目标植物和诱导植物的广泛性可以预见。自然界的任何一种植物，都可以作为育种目标植物；自然界的大部分植物，都可以作诱导植物；任何一个育种目标植物都可以从几乎所有植物中任意选择若干个，作诱导植物，实施“介入诱变”，培育植物新品种。也就是说，自然界的任何一种植物，都可以通过植物介入杂交诱变方法，得到理想改造。

6.2 从诱导植物的某些表型性状诱导至育种目标植物的定向变异（如黄秋葵芝麻等定向变异）可以预见。植物介入杂交诱变新方法，变异目标有可设计性，育种结果有可预测性，可以定向培育植物新品种。

6.3 从“介入”操作效率高、变异稳定快可以预见。植物介入杂交诱变新方法，育种效率高，为实现农作物育种工厂化，提供了技术支撑和发展途径，农作物育种可以工厂化生产。

6.4 从植物介入杂交诱变结果的多样化、突破性可以预见。用植物介入杂交诱变新方法改造植物世界，人类现有大部分食用植物的营养成分，将得到进一步优化；人类原来很多不能食用的植物，将成为人类的新食材；未来人类餐桌上的美味佳肴，将更加丰富多彩、有益健康。

6.5 从孟德尔、米其林学说不能解释植物介入杂交诱变新方法的特点和创新性可以预见。植物介入杂交诱变新方法，可能是一门新学说、新学科；是农作物育种方法的革命性创新、划时代突破；将开创植物诱变新学派，农业育种新时代。

6.6 上述六点可以预见。上述六点结论，可能为未来新学科——植物介入杂交诱变育种学（暂定名），奠定了理论基础。

[1]张丹华，孟朝煌，肖卫民，王学臣.苏都莫日根.嫁接导致的绿豆可遗传性变异及其在绿豆育种中的应用[J].植物学报，2002（7）.

F323.3

A

1671-0037（2014）11-74-3

项目编号：郑科技（2013）2号，郑州市远缘诱变农业育种工程技术研究中心。

曹长义（1950-），男，大专，经济师，研究员，研究方向：农作物育种。