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1、A应用远缘诱变技术培育农作物新品种的可行性研究报告 一、项目研究的必要性及背景“十一五”期间，依据国家农业科技发展规划（2006-2020年）、国家“十一五”科学技术发展规划和863计划“十一五”发展纲要，在现代农业技术领域紧紧围绕着新阶段现代农业和农村经济发展对农业高技术的重大需求，以“优质、高产、高效、安全、生态”为目标，利用创新技术培育农作物新品种，争取重要突破，大幅度提升我国农业高技术的自主创新能力与国际竞争力，为提高我国农业整体效益和资源高效利用率，实现农业的可持续发展，保障国家粮食安全、生态安全和食品安全提供高技术保障。（一）农产品生产前景广阔农业是国民经济的基础产业，农产品生产特
2、别是粮食生产关系到我国十几亿人口温饱问题的解决，关系到全面小康社会的建设，关系到社会主义和谐社会的进程。在当今世界，无论是发达国家或是发展中国家，都高度重视农业发展问题。从我国的基本国情出发，切实保护我国粮食等大宗农产品的生产能力，既是粮食安全问题，也是国家经济安全问题。长期以来，尤其在新时期新阶段，党和各级政府十分强调农业的产业基础地位，不断推进现代农业建设，增强农业的综合生产能力，在以粮食为主体的农产品生产方面，采取了多方面的政策措施，加大资金、技术等要素的投入，有力地促进了农业跨越式发展。随着人口不断增长，我国对主要农产品的需求则呈现刚性增加。据预测，到2015年，我国粮食总需求约为6亿
3、吨，其中稻谷需求量2.2亿吨，玉米2亿吨，小麦1.4亿吨。稻谷总供给在现有基础上需提高10%；玉米需提高50%，小麦需提高28%，才能满足基本需求。河南省小麦种植面积7556万亩，优质专用小麦已经发展到4039万亩，以小麦为主的粮食加工能力达到3200万吨，小麦产量占全国总产量的四分之一。因而农产品生产在我国、我省都具有广阔的发展前景。（二）国家“十一五”农作物育种的目标和任务1、国家对农作物新品种选育的目标要求国家“十一五”农业科技发展规划（2006-2020年）确定的目标中规定：“培育40个左右主要农作物主导品种，新品种增产潜力提高10%以上，保障粮食综合生产能力在5.0亿吨左右；动植物新
4、品种产品品质明显改善，自主供种能力大幅提高；培育一批高产、高能量、广适性、低成本的能源作物新品种。”新一代动植物新品种培育任务：重点研究动植物遗传种质资源保护与利用技术，应用常规技术、转基因技术、分子定向育种技术以及航天诱变育种技术等，培育动植物新品种。特别是在超级稻、优质专用小麦、高产多抗玉米、转基因杂交抗虫棉、优质多抗蔬菜、高油油菜、杂交大豆等方面取得较大突破。我国未来育种发展方向将是以下目标：育种目标从追求以高产向优质、专用方向发展；遗传资源与材料创新已成为育种研究的重要内容，对资源的竞争已成为农业产业竞争的焦点；杂种优势的利用在更广泛的农作物种类和更高的层次上，实现品质、抗性和高产的有
5、机结合；越来越重视生物技术与常规育种技术的结合，生物技术正加速走向实用化。2B2、要求农作物品种产量水平不断提高。新品种培育为我国粮食增产发挥了重要的科技支撑作用，在促进粮食产量增加的诸多科技因素中，新品种的科技贡献率达36%以上。凡在育种上有所突破，就会给我国农业生产带来一次飞跃。随着国民经济的不断发展，农产品的需求量将大幅度增加，同时面对全球气候变暖、有效利用土地面积减少、人口不断增加等不利因素，对支撑农产品生产能力和水平不断提高的农作物育种有了更高的要求，并对农作物育种研究提出了进一步提高品质、更加多元化、更加高效的要求。3、专用优质和特色品种的需求增加。随着种植业结构调整的不断推进，加
6、之我国加工业水平的不断提高，对农作物品种也提出了新的要求，专用优质品种的需求也随之增加。2007年河南省优质专用小麦的种植面积占总面积的53%。从提高农业效益的需要考虑，一些我国特有的农作物生产将会进一步发展，对新品种的需求也将增加。 4、资源高效型和环境友好型品种将受青睐。由于水资源的日趋紧缺，节水型(或抗旱)农作物新品种的需求将增加。为了保护生态环境、节约成本，肥料高效利用型农作物品种的需求将被农业生产所接受。5、规模化生产的品种需要增加。我国的良种繁育是农业发展的重点，注重育种技术的创新，政府投入了大量的人力、财力，加大了对主要的育种产出机构高校、科研院所、民企机构等的支持力度。随着农业
7、生产联合经营、规模化经营程度的不断提高，同时要求农作物品种的生产供应达到相适应的规模。（三）农作物育种在农业生产中具有核心作用农业技术创新是发展现代农业、建设新农村的科技支撑，农业技术创新是提高粮食产量的关键点，在农业生产中的作用日益突出。种子是农业生产的重要基础，农作物育种在农业生产中具有举足轻重的核心作用，我国不断依靠农业科技进步，用占世界7%的耕地养活了占世界22%的人口,其中农作物育种创新功不可没。2000年以来，我国粮食生产出现了耕地面积、粮食播种面积、粮食产量和人均占有量“四个连年减少”。针对我国粮食增产和农民增收面临的新形势，科技部、农业部等联合启动“粮食丰产科技工程”，“小麦、
8、玉米丰产高效技术研究”作为“粮食丰产科技工程”的重要课题之一由政府直接领导组织实施。在确保粮食增产的诸多要素中，如育种、农药、化肥、灌溉、植保等等，育种技术的突破和创新起着至关重要的作用。农作物超高产新品种的研究是“粮食丰产科技工程”的主课题。（四）农作物育种技术与创新27C近些年来，我国十分注重农作物的育种工作，各级政府都大力实施了种子工程，不断开创了育种工作的新局面。特别在国家863计划支持下，我国农作物育种技术又取得了进一步进展，主要表现为三个方面的创新，即：航天育种技术、杂种优势利用技术和分子标记辅助育种技术。通常采用的育种方法有：杂交育种、多倍体育种、单倍体育种、优势组合法育种、转基
9、因育种、诱变育种、航天育种、远缘杂交育种等。航天育种也称为空间技术育种或太空育种，就是让普通种子成为太空种子，太空种子就是把普通种子送往太空，利用返回式航天器和高空气球等所能达到的空间环境对植物的诱变作用以产生有益变异，在地面选育新种质、新材料，培育新品种的农作物育种新技术。杂种优势是杂合体在一种或多种性状上优于两个亲本的现象。例如不同品系、不同品种、甚至不同种属间进行杂交所得到的杂种一代往往比它的双亲表现更强大的生长速率和代谢功能，从而导致器官发达、体型增大、产量提高，或者表现在抗病、抗虫、抗逆力、成活力、生殖力、生存力等的提高。这是生物界普遍存在的现象。杂种优势的表现应区别两类情况:一类是
10、常出现在某些远缘杂交子代中的杂种优势只表现为个体或某些器官的增大，如同物在优异的环境中表现的旺盛徒长一样，可是它的生存和繁殖能力并没有提高。这类杂种优势称为杂种旺势。杂种旺势可能有利于生产，可是在进化上不一定有适应意义，所以某些研究生物进化的学者把它称为假杂种优势。另一类杂种优势表现为杂种的生存和繁殖能力的提高，但在个体生长上不一定超过亲本，这类杂种优势才有进化上的适应意义，所以被看成是真正的杂种优势。诱变育种是指用物理、化学因素诱导植物的遗传特性发生变异，再从变异群体中选择符合人们某种要求的单株，进而培育成新的品种或种质的育种方法。它是继选择育种和杂交育种之后发展起来的一项现代育种技术。分子
11、标记辅助育种技术，是通过利用与目标性状紧密连锁的DNA分子标记对目标性状进行间接选择的现代育种技术。该技术对目标基因的转移，不仅可在早代进行准确、稳定的选择，而且可克服再度利用隐性基因时识别难的问题，从而加速育种进程，提高育种效率。与常规育种相比，该技术可提高育种效率2-3倍。由于其明显的优越性，该技术已引起了发达国家的高度重视。1、常规育种技术存在三方面的缺陷一是育种周期长，从杂交到育出品种一般需要7-8年甚至10多年；二是效率低，每年要配制几十甚至几百个杂交组合，常常是能从中选出一个品种就很不错了；三是预见性差，一般很难预测杂交后代的表现，有时即使成功，也不明白其中的真正原因。常规育种的这
12、些问题已经困扰育种专家几十年，其根本原因是人们没有找到控制育种目标性状的基因。2、现代农业生物技术创新风险现代农业生物技术主要包括：重组核糖核酸、单克隆抗体、生物过程技术等，转基因农业生物技术是其中一部分。农业转基因技术创新存在的技术风险主要包括食物安全和生态环D境安全问题，而潜在的社会经济影响则是由于使用该技术所衍生出来的。转基因农产品食物安全方面的主要顾虑是可能出现的食物过敏，抗生素标记物对人体抗药性的影响，以及转基因对人体健康潜在影响。二、农作物远缘诱变育种技术的理论基础与现状（一）远缘诱变育种法农作物远缘诱变育种是将一个科的植物幼苗作接穗接于另外一个同属同科或不同属科的植物体(砧木)上
13、，通过砧木提供营养维持生命，7-10天接穗和砧木完全愈合，期间产生诱发变异，20-30天接穗产生自生根从供体上脱离开独立生长，待作物成熟后从变异群体中选择符合育种目标的个体，培育出性状有明显变化的新材料的方法。远缘诱变育种技术是世界独创的一种新的育种技术。与诱变育种、远缘杂交育种相比，操作相对简单，成本低，周期短，从技术路线、诱变变异性状结果等方面都有明显的优势。（二）农作物远缘诱变育种的起源远缘诱变育种技术的发明与实践源于中原大地，30年前，发明人的一种大胆设想和尝试，孕育了远缘诱变育种技术的诞生，现已经历了几十年时间的艰辛探求。最初的尝试是1977年用农家品种小灰角绿豆作接穗，新疆菜豆作砧
14、木进行种芽嫁接,多次的实验后终于成功，嫁接成活并生长结果，新的品种试种后，意外发现新材料的性状发生了较大的变化。农作物育种技术的最新进展是远缘诱变育种技术的成功实践，这一技术已成为我国农作物育种史上的一次重大创新、一次新的革命，开创了9000年来人类栽培农作物历史的先河，对世界的农作物育种技术发展也将会产生突破性影响，更标志着在世界范围内育种技术与方法已开始步入了一个新的时代。特别是近8年来，技术研发人更加以理性和科学的求知精神，把远缘诱变育种技术运用到多种农作物优良品种的培育上，取得了令世人惊叹和瞩目的辉煌成就。（三）农作物远缘诱变育种技术的理论概述北京大学一位细胞遗传学专家在对“远缘无性杂
15、交育成绿豆新品种”评审鉴定时提出：“对该研究评价时，重要的是必须摆脱传统的应用于有性杂交的细胞遗传学理论。这个理论是不能解释远缘诱变的后代遗传的。切不可陷入现有遗传理论不能解释的非科学的误区。只要实验结果是真实的，可重复的，现有理论不能解释的恰恰是新理论潜在的源泉，否则科学将不能发展，对自然科学而言，新发现和新理论的基础是科学实验，实验在前，理论在后。”（实验结果是指植物新材料的变异性、遗传性、稳定性。）1993年，在江西省南昌召开的首届农业考古国际学术讨论会上，华南农业大学周肇基教授宣读了中国远缘诱变技艺的源流和成就的学术论文。该文不仅对中国远缘诱变技艺中关于远缘诱变起源和演进历程作了详尽的论述，而且还介绍了中国古代植物远缘诱变的许多记载。其中关于远缘诱变起源的独特见解和对远缘诱变演进历程的详尽描述得到了学术界的广泛好评。如我国著名科学家钱学森先生读了这篇论文以后，在写给植物生理学通的E一封信中指出“远缘诱变林木在农业、林业中是大有前途的，但仍缺少植物生理学的理论指导，那么我们为什么不去开发一门技术性科学植物远缘诱变改造学，他的作用绝不亚于基因工程学”。有一定遗传背景差异的植物间进行远缘诱变变异。国内外大量的研究表明
