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TUhjnbcbe - 2020/12/9 12:58:00

农业圈里不少朋友对杂交和转基因不太了解,有些认为杂交品种和转基因品种是一样的,都是利用转基因操作得来的,某些敏感的朋友甚至一涉及到杂交品种就谈虎变色、避之唯恐不及。

作为一个在农业院校读过几年书的农夫,上学时也学了一些有关农学和生物学方面的知识。以我个人的理解,对转基因和杂交技术进行了简单的比较、总结,用通俗易懂的语言说出来,分享给各位农业圈的朋友。另外对于杂交和转基因以外的其他常用育种方式,我也稍作了介绍。

一、首先从官方定义上讲转基因与杂交技术。

转基因技术:是指利用DNA重组、转化等技术将特定的外源目的基因转移到受体生物中,并使之产生可预期的、定向的遗传改变。(通俗的讲,只需理解转基因技术中用到的基因是外源基因即可)

杂交:两条单链DNA或RNA的碱基配对。通过不同的基因型的个体之间的交配而取得某些双亲基因重新组合的个体的方法。

从官方定义上理解这些,是枯燥的,不太直观的,对于从事农业但非生物专业的人来讲,并不容易弄懂。像DNA与基因是什么关系?碱基是什么?这些并非一下子就能领会。因此我用我所能理解的简单的语言来对比两种技术的不同。

首先DNA是什么?它们是细胞内遗传物质的载体。

DNA

基因是什么?基因是决定某一种性状特征的DNA片段。一条DNA中有各种基因片段。

碱基是什么?碱基是组成基因的基本结构。

DNA、基因、染色体与细胞之间的关系

知道了这些,下面我们就可以对转基因技术和杂交技术进行一个区分了。

两种技术的根本不同在于:转基因利用生物技术对DNA内部的基因进行针对性的修改、替换、增加、剪除等,可以跨越物种;而杂交技术不针对DNA、RNA等的内部结构进行人为修饰,而是利用基因的自然配对、重组等方式进行遗传物质交换,不跨越物种。

转基因与杂交的不同点

二、接下来我们对两种技术进行举例。

首先转基因技术,以水稻为例。某农业院校开发的转基因Bt抗虫水稻,是把Bt细菌内的抗虫基因定向转移到水稻体内,使水稻能够产生毒蛋白,从而防治鳞翅目如菜青虫、暝类等害虫。这种可以产生毒素的基因原本水稻体内是没有的,在自然界中,Bt菌的基因也不可能无缘无故跑到水稻上,只有通过人工技术,将细菌内的基因转移到水稻上并表达。

转基因抗虫水稻原理

除了水稻,我国种植的棉花大都是转基因棉花,其技术核心就是将Bt菌内的抗虫基因转移到棉花体内,从而产生毒蛋白,抵抗棉铃虫。

转基因抗虫棉

至于美国孟山都公司的转基因大豆,则是将矮牵牛中抗草甘膦的基因转移到大豆中,使大豆具备抗草甘膦除草剂的能力。

转基因大豆

其他诸如转基因木瓜、玉米等,原理类似。这些都跨越了物种,跨越了生殖隔离。

再举例杂交技术。

以花生为例,经典的花生品种海花一号,是70年代山东农村利用临花1号和白沙杂交的后代经过不断提纯得来的。这种杂交技术产生在同一个物种内的,不存在生殖隔离,通过普通的授粉就可以完成。临花一号具有高产的特性,白沙口感好,两种杂交选育后得到的海花一号具有父母的共同优点。

海花一号花生

再以杂交水稻为例。普通的杂交水稻也是利用两种不同的水稻进行类似花生的杂交,产生新的品种、新的性状。这与转基因水稻获得新品种的方法完全不同,杂交水稻是利用传统的公母花之间的传粉,而转基因水稻是直接将外源基因整合到水稻中。

其他如杂交玉米、杂交白菜都是采用类似于杂交花生和杂交水稻的育种方式。

杂交玉米

那么这里产生了一个问题。同样是杂交方式产生的品种,为什么花生品种海花一号可以稳定遗传并留种,而杂交稻不行,杂交玉米也不行?

那么就要说说其育种过程的不同了。海花一号:通过临花一号和白沙花生的杂交,产生了不同性状的后代,从中选出表现好的再进行不断自交(性状相同的进行繁殖),剔除不好的,最终达到纯种海花一号。

以初中时我们曾经学过的简单生物知识来进一步讲解。我们假设决定花生某优良性状的显性基因为A,相反的隐性基因为a,基因在杂交自由组合后,会产生AA,Aa,aa三种组合。如果AA,Aa显现良好性状,aa表现为不好。我们就剔除育种群体中的aa,即表现为不好性状的个体,不断用表现好的进行繁殖,剔除差的,最终AA的比例会越来越高,直至接近纯种。

当然花生的基因构成很复杂,并不是一对显性隐性基因就能够说清楚的。但是为了通俗,就先这么简单表述,意思大概说清楚就行。

而水稻的杂交育种就不同了,育种家研究发现,具有纯种的水稻大多产量不高,相反,杂种的水稻产量高,所以制作杂种水稻更具有前景。

我们以B来表示决定水稻某一优良性状的显性基因,以b来表示其隐性。研究发现具有Bb基因组合的水稻性状最优良,产量最高,超过了纯种BB和bb。所以育种时就只需要生产Bb基因组合的种子,以期望达到高产。但这种子开花结果后,其后代再留种就会产生严重的性状分离,不仅有占一半比例Bb组合,而且还有一半是BB、bb组合的后代,不能全部都保持Bb的优势了,这就是所谓的品种退化。

杂交稻和杂交玉米大都是此类原理。

杂交种的后代出现性状分离

当然,我们说的杂种优势不一定所有的作物都具有,有些作物的杂种具有高产优质的特点,比如玉米、水稻等,有些并不明显,比如花生、*豆等。

另外我们对杂种的概念也有所混淆。比如人们看到驴和马杂交得到骡,就以为杂交水稻也是类似,这其实是有很大不同的。

在生物学上,同一物种不同性状基因之间的重组都可以称为杂交。比如高杆小麦和矮杆小麦,就可以称得上品种间杂交,不一定非得驴马跨越种间杂交。

再比如,人的单眼皮基因和双眼皮基因、黑色皮肤和白色皮肤基因的组合也属于杂交的概念。当然这样说不符合人们通常的伦理道德,说某个人是杂种,就是骂人的话了。

不过,现在的育种技术都是复合的,转基因技术后期也利用杂交技术进行筛选提纯品种,杂交育种中也可能用到转基因品种。

多倍体育种:

另外还需要说一下无籽西瓜,有人认为这是转基因技术,没有籽不正常。其实是一种误解。正常的基因都是成对出现,比如2对,4对。但是无籽西瓜分别由含有2对、4对基因的父本母本杂交而成,产生了3倍体,3倍体的种子不能正常发育,所以西瓜只长瓜瓤,没有种子。

无籽西瓜原理图

另外通过激素授粉的西红柿、甜瓜和强雌性的*瓜也不具有正常的种子。我们常吃的西红柿和甜瓜没有种子,是因为用了激素点花,并没有正常授粉;强雌性*瓜可以不用雄花授粉而直接结瓜。

强雌性水果*瓜,无需授粉

西红柿点花,无需授粉

三、下面我再说一说其他的育种方式。

太空育种:将种子通过飞船或者卫星送到太空中,由于太空的特殊条件(如各种太空射线、失重等)会诱发种子的基因突变,回到地球后再经过不断选育,选出品质优良的后代。

像我们以前经常吃的一种太空椒就是通过这种方式育种的。另外通过太空育种的牡丹也得到了推广种植。

太空椒

太空牡丹

辐射育种:用各种射线(如X射线、紫外线等)处理作物,让其产生基因突变,以选育出性状优良的后代。著名的山西晋谷21小米就是通过这种方式育种的。另外主推小麦品种之一鲁原也是通过辐射育种得来的。

辐射育种——晋谷21

小麦辐射育种

以上的两种育种方式与转基因育种相比具有不确定、不精准的特点,即无法预料基因的变异方向,只能从大量的变异材料中万里挑一,选出性状优良的后代。

以上是我对转基因技术和杂交育种等的理解,我认为讲述的比较通俗了。由于毕业多年,一些农学、生物学知识已经荒废,观点难免有不完善甚至偏颇的地方。读到此文的朋友,如果发现其中不对的地方,欢迎指出,相互交流。

(注:本文部分图片来自网络)

宋庆亮

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