水稻抗瘟的育种技术

    我国抗稻瘟病育种的历史，可根据育种方法的演变和使用抗源大致分为四个阶段：1.系统育种阶段，最主要的方法是利用自然变异进行单株选择的系统育种法(或称纯亲育种)。多是利用地方品种作抗源。2.系统育种与杂交育种阶段，此阶段的特点是系统育种与杂交育种并用，专业机构与群众育种并行，所用抗源为地方品种和外国抗源并用。3.以杂交育种为主，多种途径并行的阶段，突出成就是大面积推广应用杂交稻，抗源则以外国尤其是国际水稻所引进的IP系列品种为主，另一个突出特点是利用粳稻种间杂交育成优质、多抗、更高产的品种。4.常规育种与新技术育种相结合的阶段，随着科学技术的不断发展，育种技术将不断提高、更新。在常规育种方面，杂种优势的利用会从“三系法”变为“二系法”或“一系法”。粳籼亚种的杂种优势会通过筛选广亲合品种，以及借助花药培养新技术得以在育种实践中推广应用，抗瘟性将与优质、高产，抗其他病虫害构成新的、更高的育种目标，新技术育种方面，已将花药培养技术用于普遍品种及杂交稻选育工作中，并取得了很大进展。     抗病育种新技术是指生物技术在抗病育种方面的应用，具有以下特点：1.在组织水平、细胞水平或亚细胞水平(包括细胞核，细胞器上)，特别是在基因水平上，寻找改造生物体本性的途径。2.有可能增强定向改造生物有机体的自觉性，尤其是分子水平的育种，有可能定向改造生物体。3.大大扩大物种杂交的范围，提高物种变异的频率。4.可以快繁种子，加速杂交后代纯合化以及提高选择效率。抗病育种技术目前广泛被采用的有以下几种方法：     1、胚及胚珠培养     胚培养或子房培养是远缘植物杂交受精后，从未成熟的种子中取出退化胚或子房，置于试管内培养。试管内培养、胚珠培养也就是试管内受精，即在无菌条件下，从子房中摘出胚珠，置于含有各种营养成分的培养茎上，然后将预先采集的，经过灭菌处理的花粉授于胚珠上，进行受精。几天后受精的胚珠膨大，将胚珠移至专用的培养茎上，直至长成幼苗。应用此项技术的目的在于获得常规方法得不到的远缘杂交种子，对抗病育种有重要意义，它使异种异腐植物抗病基因的利用成为可能。一些花药培养难以成功的植物，雄性不育的植物以及一些花粉植株表现明显倍性变异和性状变异的植物，子房或胚珠培养是获得单倍体的主要途径。     2、花药培养     是获得单位体植物的有效途径，它已成功地应用于植物的育种实践，单倍体的染色体加倍，后代迅速纯和化，从而缩短了育种年限，此外单位体植物在探讨二倍体亲本种的起源、遗传组成等许多问题上也有重要意义。花培育种与常规育种相比，除缩短年限以外还有其他特点：一是提高选择效率，单倍体的自然加倍使两倍体一次纯合化，后代系统遗传性状迅速稳定，有利于抗病类型与感病类型的鉴定与选拔。二是育种目标涉及的基因位点比较少(10个左右)多数基因位点的目的基因位稳定时，花培育种比常规育种更有成效。其原因是花培育种能使各种配子类型在植株水平上较充分地显现出来，避免显性基因为隐性基因的上位性作用，是隐性基因控制的性状显示出来，花培育种出现纯合的目的基因型的概率为1.2%，大大高于常规育种的概率。三是花培育种后代选择的群体(或系统大小)是常规育种的1/5--1/2。四是花药培养的药源一般来自选择的个体，而不是个体。如以双抗个体为药源，花培后代出现纯合的目的基因型的亲本基因组间发生重组的机会少于自交的重组机会，如果目的与不良性状的基因连锁，目的基因型出现的机率将降低，此时可采用花药培养的聚合育种法来打破不良连锁，以累积多个亲本的优良基因。另外，水稻花药的培养力因稻种类型而异。一般的说，糯稻的诱导率及分化率最高。粳稻次之，籼稻和野生稻最低。     3、细胞筛选     利用植物病原菌产生的毒素或其他类似筛选植物的抗病突变体(或变异体)是人工创造新抗源，改良品种抗病性的一种新途径。稻瘟病菌的菌丝覆盖在培养基上，很难区分抗病的和感病的愈伤组织，因此只采用病原菌产生的毒素或类似物进行抗性筛选。细胞筛选还要与田间抗性相结合，才能使细胞筛选在获得目标性状的同时，失去它的优良性状。     4、细胞融合     细胞融合是获得体细胞杂种的一种新技术。克服了远缘有性杂交的困难，打破物种分类界限，扩大了利用种质资源的范围，开创了由远缘植物导入抗病性、耐寒性等有用性状的途径。一是用X射线或X射线处理具有目的基因的异源生物质体，使其核DNA的一部分或大部分失活，然后与健全的受体原生质体融合，从再分化植株中，选择具有目的的基因的个体，通过回交则可获得目标品种。二是在花粉四分子期作成供体的单倍体原生质，再与二倍体的受体原生质体融合，这时，也是以二倍体的受体DNA起主导作用。由此提高植株体在的再分化能力，当获得了三倍体的体细胞杂种后，通过回交，最终恢复至二倍体水平，即可提高育性，又能导入基因。细胞融合也应用于异源细胞质的直接转导，利用细胞融合技术，细胞质雄性不育系A的原主质体通过射线处理。使其核DNA完全失活，将转育用的品种B的原生质体用化学药剂处理。使其细胞质失活，然后二者融合，由融合细胞获得的再分化植株即为具有雄性不育系A的细胞质和具有转育品种B的细胞核的表现雄性不育系植株，这样不育系的转育，一年即可获得成功。由此获得的体细胞杂种也叫做细胞质杂种，这种方法仍避免不了盲目性，且准确性远，比基因工程差。适合于转移多基因控制的农艺性状。     5、基因重组     该技术是通过化学的或生物的方法提取目的基因，经剪裁和拼接等加工的改造后，借助载体或化学物质导入受体细胞之后，外源基因插入受体细胞之后，能在受体细胞中得到表达。且能稳定遗传，基因重组的步骤包括目的基因的提取与修饰，基因载体的构建，基因的导入，转基因植物细胞的培养，基因转化后植物细胞的选择及转基因植物的鉴定，转目的的基因的方法，分为载体法和直接法两类。载体法是目前最常用的一种方法，最初的载体是土壤农杆菌中的原质粒，在原质粒上有一段DNA，即T-DNA，在土壤农杆菌浸染植物细胞时，T-DNA能够插入植物细胞的基因组中，且能稳定地遗传给其后分离出来的细胞，载体法的优点是操作简便，遗传表达比较稳定，但这些载体仅适用于双子叶植物基因。直接法是将目的基因直接导人受体的细胞中，它包括以原生质为受体的化学转化法，如PEG(聚二乙醇)它以聚二乙醇为融合剂将异源原生质融合在一起，即原生质融合法。磷酸钙-PEG，改良的原生质融合法。电击穿孔法，就是通过很高的电压，迅速将细胞膜的一部分打开，使外源DNA进入原生质体中。显微注射法，就是直接用注射针位射到细胞里，它有如下几个优点，一是既能以原生质体为受体也能以细胞或电少数细胞组成的细胞块为外源基因受体。二是可以选择重组率高的细胞进行基因转移。三是由于基因导入比较真实、可靠，不需要筛选基因转化的标记。四是，不仅可以导入基因，还可以导入病毒或细胞器等。后来又创立了植物活体或植物器官水平的基因导入法。     抗源是抗病育种的物质基础，能否开创抗病育种的新局面，普遍提高作物的抗性水平，主要取决于是否具有充足的抗源亲本。以及能否合理的利用抗源亲本，基因源从地方品种、外国品种、远缘、野生种以及人工诱变产生的抗病突变体中发掘。同时还要注意抗瘟性与其他性状的关系。选择既有抗瘟病，又有其他优良性状的品种。