烟草单倍体育种

第十三章　育种方法

第一节　选择育种

选择育种是根据育种目标，从现有品种群体中选择一定数量的优良变异单株，分别脱粒，分别播种，每个单株的后代成为一个系统(株系)。通过比较鉴定，选优去劣，以培育成新品种的方法。由于是从一个自然变异个体发展成为一个系统而来的，培育出的新品种可以追溯它的一代代祖先，因而又称为系统育种。群众俗称“一株传”、“一穗传”、“一粒传”等。

一、选择育种的作用和意义

利用选择育种法选育烟草新品种具有简单易行、收效快和不断改进品种的特点。其作用和意义是:

(1)选择育种主要是利用自然变异材料，可以省去人工创造变异、分离世代选择工作环节和试验时间。选出的变异材料，经2 ～3年的试验鉴定和产量、品质比较，证明比原品种优异的，便可参加区域试验，很快应用于生产，而且，对当地生态环境和生产条件有较强的适应性，群众易接受。如云南省从引进的“大金元”品种中选择育出了“红花大金元”等，在生产上长期使用。

(2)选择育种是在原品种基础上优中选优，选择的基础好、起点高，因此，所选择的优良变异类型一般是既保持了原品种的优点，又在一定程度上克服了原品种的某些缺点，故选育出的品种易为群众所接受。例如，从烤烟地方品种“腾县金星”中选择育成的品种就有4个之多(如图13－1)。

图13－1　腾县金星连续选择育成的部分品种

(3)连续选优，不断改良品种性状。一个烟草品种在长期的栽培种植过程中，会因种种原因在群体中产生新的变异，选择优良的变异类型育成新品种后在生产上推广种植，在种植过程中又会不断地产生新的变异，为进一步选择育种提供材料。这样连续的优中选优，使得品种的质量、产量和抗逆性不断提高。

选择育种是行之有效的育种方法，在烟草育种史上曾发挥了很大的作用。据蒋予恩1988年统计，新中国成立以来我国共育成烤烟品种126个，其中系统选育的品种就有57个，占育成品种总数的45%。1990年～1999年经全国烟草品种审定委员会审定(认定)的33个品种中，选择育种法育成的有6个，占18%。许多有名的烟草品种是通过选择育种选育而成的，如河南的金黄柳、净叶黄、潘元黄，山东的革新一号、偏筋黄、金星6007，贵州的春雷2号，福建的永定一号，云南的红花大金元等。我国广大晒烟区所种植的品种多数也是通过选择育种法选育而成的，如江西省广泛种植的小牛舌是从明代引进的大牛舌品种中选育而成的，湖北省有名的晒黄烟、毛把烟是从美国引进的烤烟品种中选育出来的，浙江省桐乡的雪茄烟品种督叶尖秆软叶子是从督叶尖秆中选育出来的。这些品种曾在生产上发挥了很大作用，有的品种至今仍广为种植。

但是，选择育种法只能选择发生自然变异的个体，不能有目的地创造变异，育种的局限性较大，加之烟草自然变异发生频率低(10－5～10－8)，变异方向又不一定，优良变异出现的概率更小。随着烟草育种技术的不断发展和提高，单纯采用选择育种法已无法满足生产需求，要多种育种方法相结合，选择育种法的应用也随之减少。但由于此法简便易行，非常适合生产单位和基层育种单位开展群众性的新品种选育工作，因此，选择育种法仍是一个具有长期应用价值的有效方法。

二、选择育种的程序和方法

(一)烟草品种自然变异的现象及原因

品种最主要的特点是遗传上的稳定性和特征特性上的一致性，这也是衡量一个品种纯不纯的标志，也是品种在一定时间内被生产重复利用的原因。但是品种在连续种植的过程中，由于自然的、生物的或人为的影响，性状稳定的品种也会发生变异，所以说稳定是相对的，变异是绝对的。

烟草是突出的多形态的作物，白肋烟、香料烟就是普通烟草中的自然变异群体，其植物学性状、香气、化学成分等都发生了重大改变。

品种发生变异的原因有以下几方面:

1.遗传基础的改变

(1)天然杂交:烟草虽为自花传粉作物，但仍有一定的天然异交率。天然杂交的结果使群体中出现了杂基因型个体，杂合基因分离，重组，纯合，就会在品种群体中出现具有不同性状的变异类型。

(2)基因突变:基因突变就是染色体某一位点，发生了结构的改变，导致基因产生变异。如白肋烟的变异。

(3)染色体畸变:染色体的数目、形态、结构上发生了改变导致基因变异。

2.品种性状的继续分离

有些生产用种在刚刚育成，主要性状趋于一致时，就急于推广应用，产生了基因的分离。

3.环境改变出现新性状

环境对性状的影响较大，特别是对于外地引进品种。例如:普通烟草引到地中海沿岸种植，选育出了香料烟。

(二)选择育种的程序

烟草选择育种从选择优良单株开始到新品种的育成一般要经过五个环节:从品种群体中选择优良的变异个体;株行试验;品系比较试验;生产示范和区域鉴定试验;品种审定推广。整个育种程序如图13－2所示。

烟草单株选择育种程序各环节的具体工作内容如下:

1.大田选株

根据育种目标的要求，在欲改良的品种群体内选择优良的变异单株，详细记载选择的背景，重点记载入选单株的主要特征特性、田间表现、烤后烟叶外观品质等方面的内容，这是单株选择的最基本要求。单株选择以田间为主，入选单株留种后分别脱粒、编号。

(1)选株的对象。选择育种一般是从当地大面积推广品种或将推广的品种、杂交育成品种、外引品种中进行选择。因为，当地推广品种综合性状好，对当地适应性强，只要个别性状得到改进，就能成为适应本地种植的新品种。外引种基本上都是杂交育成种，遗传基础复杂，异质程度高，在改变了的新环境中容易出现优良的变异类型。如特字400号中选出了多叶400，特字401中选出了永定1号，大金元中选出了红花大金元等，都优于原品种。

图13－2　单株选择育种示意图

(2)选株的标准。选株时主要依据育种目标的要求，针对选株对象的优缺点，明确哪些性状需要保持，哪些性状需要改进。除考虑主要性状外，还要考虑综合性状，性状间相互协调才会提高选择效果。如烟草产量是由单位面积种植株数、单株叶数、单叶重构成的，可以通过叶数和单叶重进行选择，如果单株叶数过多，脚叶成熟时烟株还未现蕾，就会加剧上下部位叶片营养需求矛盾，导致质量下降;而影响单叶重的因素是叶面积和叶片厚度，叶面积过大，会影响单位面积种植株数及光照;叶片过厚，又难烘烤。因此，产量性状的选择要将株型、单株叶数、叶片大小、叶片厚薄等性状综合考虑。

烟草品质性状不能直接在田间选择，可通过一些相关性状进行选择。

(3)选株的条件。为了确保选择效果，应尽量避免或减少环境因素造成的差异，应在土壤肥力均匀、管理水平一致、栽培水平较高的种子田、示范田或生产大田中选择，不能在机械混杂严重的田块选择，也不要在缺株的附近和边行选择。

选择时要善于利用特殊的自然条件进行抗性筛选。

(4)选株的时期。在烟草整个生育期都应多看精选。由于烟草生长期长，田间工作环节多，经常观察有困难，可根据选择的目标性状分不同的阶段重点选择。如要选苗期耐寒性好、长势强的类型，苗期就要多看精选，移栽时做好标记，便于以后跟踪观察。每一当选株都要做好挂牌，记录当选理由，在以后生长过程中连续观察，入选株开花前套袋自交留种，种子成熟时分株收获。

2.株行(系)试验

将上一年当选的材料分别播种育苗移栽，每个材料种成一个小区，每小区40～60株，称为株行。各株行在田间顺序排列，间比法设计，一般不设重复，每隔若干株行小区插入一个对照小区，对照小区一般种植原品种或当地的主要当家品种。如果育种目标要求是提高抗病性，则对照品种应该有两个，一个是感病品种或原品种，另一个是当地生产上使用的较抗病的品种。

株行试验的目的主要是对上年当选单株进行鉴定，去伪存真，去劣存优。因此，在株行(系)试验中，整个生育期要仔细观察记载，根据育种目标要求，对明显优于对照的株系，且株行内性状表现整齐一致，可以混合脱粒留种，烟叶采烤进行原烟质量比较，准备进行下一年参加品系比较试验。如果株行优于对照，但株行内株间性状仍有分离，可继续进行单株选择，入选单株分别套袋留种，下年重复株行试验过程，直到株行内整齐一致为止。

3.品系比较试验

品系比较试验种植上年入选的已稳定的优良株行。每个当选株行的后代种成一个小区，称为品系。品系比较试验一般进行1～2年，通常分为初级品系比较和高级品系比较。

(1)初级品系比较。初级品系参试的材料是株系试验的当选材料，每个株系后代种成一个小区，每小区40～60株，田间试验一般采用随机区组设计，重复三次，对照种在排列方式、小区面积、种植密度等处于同等水平。为了提高试验的准确性，参试的品系数应控制在10个以内。

初级品系试验的主要工作内容是调查记载各品系材料的生长发育特性、植株性状、生育期、经济性状、品质性状、抗逆性等，并与对照品种相比较，以小区为单位决定淘汰或保留。

(2)高级品系比较。高级品系比较试验参试材料由初选品系参加，试验要求更为严格。小区面积适当扩大，重复次数增多(3～4次)，比较方法同初级品系试验，并设评吸鉴定。

对于高级品系试验，要对整个试验做出全面的分析和结论，对优良的品系要专门设立种子繁殖区，因此需增加套袋留种株数，做好参加省级或全国烟草品种区域试验的准备工作。种子繁殖区应有500米以上的空间隔离条件。

4.区域试验和生产试验。

区域试验由国家或省级组织，统一安排，将有关单位选育出的新品系或外引新品种集合起来，分别在不同的生态类型区进行比较鉴定，其目的主要是选拔优良品种，确定优良品种的适宜种植范围，了解优良品种的特征特性和利用价值，为品种审定提供依据。

生产试验是将通过品系比较试验和区域试验所选拔的优良品系或品种放到生产单位进行小面积的示范试种，其目的是了解新品系或新品种的栽培、烘烤要点，为以后的大面积种植做好准备。

5.品种审定与推广

对在区域试验、生产试验中表现优异，产量、品质和抗性等方面都符合生产要求的新品种，可以报品种审定委员会审定，经品种审定委员会审定批准并定名后即可作为一个新品种在生产上推广种植。

第二节　杂交育种

杂交育种是通过品种间有性杂交，在杂交后代中选育新品种的方法，也是当前各种育种方法中应用最广，效果最好的一种方法。

由于杂交育种可以有目的地选配亲本，可以使亲本性状通过雌雄配子的结合在后代中表现出来，所以杂种后代具有广泛的变异群体，出现理想类型的几率较高。烟草杂交育种始于20世纪20年代，由美国育种工作者率先选用杂交技术对烟草品种进行改良。

一、杂交的遗传效应

杂交育种之所以能成为选育新品种的主要方法，是因为它可以利用基因重组，有目的地创造变异，为新品种提供物质基础。

1.基因重组，综合双亲优良性状

通过杂交，可以把不同亲本的优良性状集中到杂种后代中，使其优于亲本。以烤烟特401为例，其由特400与Cash(现金)杂交所得:

说明选育的子代综合了双亲的优良性状。

2.基因互作，产生新性状

由于基因重组，可以把分散在不同亲本中的具有互作效应的基因结合在一起，产生出亲本不具备的性状。如蓝烟草粉红花基因是两对显性互补基因控制的，缺少任何一对，都表现为白花。

3.基因累加，产生超亲性状

由于基因重组，可将控制双亲数量性状的微效基因在后代中累积起来，产生超亲优势。例如:烟碱含量为2.54%和2.69%的两个品种杂交，从杂种后代中可以选出烟碱含量为3.23%的品种。

二、亲本选配

亲本选配是杂交育种的关键，它直接关系到能否选出理想的类型。由于我国烟区辽阔，生态差异较大，不同生态区，不同品种类型的育种目标不同，这样，不可能有一个固定的选配亲本的模式，要视具体情况区别对待，但应参考亲本选配的以下几个原则:

1.亲本优点多，缺点少，主要性状突出，优缺点能互补

这是选配亲本的一条重要原则。因为影响烟叶产量和品质的性状多属于数量性状，杂种后代的表现多介于双亲之间，这些性状的双亲平均值大体可以决定杂种后代的表现趋势。如果亲本的优点多，缺点少，杂种后代通过基因重组，优异的综合性状类型出现的几率就大，才能从中选出符合育种目标的新品种。

主要性状突出，是针对育种目标而言。如果育种目标要求提高烟碱含量，就要选高烟碱含量的亲本;如果育种目标是选育抗黑胫病的品种，就要选抗黑胫病的抗病亲本。

优缺点能互补是指在某一性状上，两亲本中一方的优点可以弥补另一方的缺点。因此，双亲可以有共同的优点，不可有共同的缺点，并且双亲之一不能有几个严重缺点的性状，以免给选择工作带来许多不便，这样才能提高选择的准确性和选择效果。

2.选当地推广的品种作为亲本之一

育成的新品种必须具有较强的地区适应性，否则就不可能很快地在生产上大面积推广种植。当地推广品种一般综合性状较好，对当地自然条件和栽培条件都有较强的适应性，以它作亲本之一，一般来说能满足育种目标的这一要求。如云南省烟草研究所用生产推广的K326作亲本之一，选育出了云烟85、云烟87。

3.选用生态类型差异较大，亲缘关系较远的材料作为亲本

当育种目标要求育成品种具有较广泛的适应性或具有特殊的性状表现时，选用生态类型差异大、亲缘关系较远的材料作亲本杂交较易实现这一目标。

选用生态类型差异大、亲缘关系较远的材料作亲本进行杂交有许多成功的实例。因为生态差异大、亲缘关系远的材料间遗传差异相对较大，杂交后杂种后代遗传基础较为复杂，能分离出更多的变异类型，有利于选育出适应性较广泛或具有特殊利用价值的品种。例如:中国烟草总公司青州烟草所用美国G28与国内地方种净叶黄杂交，选育出生长势和抗逆性较强、适应性较广的中烟86;用烤烟品种特401与香料烟品种沙姆逊杂交，选育出具有特殊香味的巨香102品种。

4.选用一般配合力好的材料作亲本

育种实践证明，亲本的表现与杂种后代的表现有时并不一致，有些亲本本身表现很好，但杂交后所产生的杂种后代并不理想;有些亲本本身表现并不十分优良，但杂交后却能分离出优良的组合类型，这说明不同的亲本在杂交时具有不同的配合力。

配合力是在玉米自交系选育工作中引出的概念，指一个自交系与外加的自交系或品种杂交后杂种一代的产量表现，表现高的为高配合力，表现低的为低配合力。目前，配合力的概念已延伸到其他作物育种中。烟草上采用高配合力的亲本杂交，后代出现理想类型的几率就高，因此，选配亲本时，不仅要注意其外观性状，还要考虑配合力。在我国烤烟品种选育中，直接或间接的以金星6007、特字400、大金元三个品种为亲本，选育出烤烟品种60余个，说明这三个品种具有较好的配合力和较多优良性状。

三、杂交方式

杂交方式:是指一个杂交组合中亲本的个数，以及各亲本杂交的先后顺序。

杂交方式是影响杂交育种成效的因素之一。

1.单交

也称为成对杂交，是指两个品种间的杂交方式。一般母本在前，父本在后。

单交只进行一次杂交，简单易行，当两亲本主要性状一致，优缺点能互补，可尽量采用单交的方式。

采用单交时，在不涉及细胞质基因控制的性状时，正反交差异不大，一般以适应本地的推广种为母本。

2.复交

指三个或三个以上亲本杂交的方式，复交由于所用亲本个数不同，杂交次数不同，可以分为以下几种形式:

(1)三交:三交是三个亲本连续杂交的方式，第一次用两个亲本配成单交组合，针对单交组合存在的缺点，再用第三个亲本进行第二次杂交。

表示为:(A×B)×C。三交后代中核遗传物质比例不同。A亲本和B亲本各占1/4，C亲本占1/2，C亲本的遗传成分在三交后代的核遗传组成中占有较大的比重。因此，一般将综合性状优良的亲本放在最后一次杂交中。例如:抵字27:优质、早熟、易烤、抗青枯病。其亲本为:

TI448A:高抗青枯病的原始晒烟。特400:早熟、易烤的烤烟良种。

特黄A:品质好、较迟熟、不易烘烤。

杂交顺序为:(TI448A×特400)×特黄A。

(2)双交:是四个品种先组成两个单交组合，由两个单交组合的杂交一代再进行杂交的方式。

表示为:(A×B)×(C×D)。四个亲本在后代核遗传中各占有1/4。

三个品种也可组成双交，其结果与三交相似。

(3)添加杂交:也称阶梯式杂交，是多亲杂交的方式之一，一般是每次杂交后，从杂种后代中选出综合性状优良的个体与下一个亲本杂交。

例如:［(A×B)×C］×D

　　　{［(A×B)×C］×D}×E

这种杂交方式，育种年限长，但较灵活。

(4)综合杂交:综合杂交是复交中最复杂的方式，其要点是每次杂交时，不是一个个品种参与，而是不同杂交组合的相互杂交，遗传复杂。

例如:山西农大选育的晒烟品种晋大7629就是用综合杂交育成的，其组合是:［蛟河晒烟(晋太33×厚节巴)］×［晋太33×(马合烟×心叶烟)］

(5)混合授粉:是采集多个品种的花粉混合授于母本的柱头上的一种方式，主要用于克服远缘杂交亲本的不亲和性。表示为:甲×(A+B+C+……)。

3.回交:指双亲杂交后，子代再一次与亲本之一重复杂交。

四、烟草杂交技术

(一)烟草的花器构造和开花习性

烟草的花是完全两性花，即一朵花内有雄蕊和雌蕊。烟草的花冠有五瓣呈漏斗状;花萼绿色，钟状5裂;雄蕊5枚三长两短或二长三短(因品种而异)着生在花冠基部，每一雄蕊有一细长花丝，顶端有肾形花药一个;雌蕊一枚，柱头两裂，内凹，呈圆形，花柱下端为子房，分二室;内有胎座，胚珠整齐地排列在胎座上(见图13－3)。

图13－3　普通烟草花的构造
1.花枝　2.花　3.花纵剖　4.花柱　5.花萼

普通烟草从移栽到现蕾约50～60天，从现蕾到中心花开放约12～15天，盛花期约持续8～15天，每个花序从中心花开放到全部开花完毕约28～35天，一朵花自花冠张开到种子成熟约30天。

多数普通烟草品种每天9～11时、15～17时有两个开花高峰期，21时以后到次日凌晨几乎不开花。一般晴天开花较多，阴雨天开花较少。

烟草是自花传粉作物，有雄蕊早熟的特点，常常在花冠张开之前就已经授粉，所以杂交去雄时要选好去雄花朵。

(二)杂交前的准备

杂交用具，包括小剪刀、标签、纸袋、镊子、铅笔、回形针、药棉、酒精、记录本等，在杂交之前备齐。

(三)杂交的步骤和方法

1.选择父母本

一般在盛花期进行。

父本:选具有父本典型性状的单株，剪去已开的花朵，套上纸袋隔离，以保证父本花粉的纯度。父本套袋一般在杂交前一天进行。

母本:选具有母本典型性状的健康、无病虫单株，每株留10～20朵花冠顶部微红尚未张口的花朵。这种花本身尚未散粉，且柱头有较高的授粉受精能力。母本株除保留的花朵外，凡是已开的花、幼蕾、蒴果应全部剪去。

2.去雄

去雄一般在上午9点以前及下午5点以后进行，要避开当天的开花高峰期。

对选留的母本花朵，先环剪去花冠上部的三分之一，使雌雄蕊裸露，再逐一将5枚雄蕊剪掉。操作时注意别碰伤柱头，也不要弄破花药，若发现花药破裂，应立即将这朵花剪去，并用酒精消毒手、剪刀和镊子。去雄过程要求轻、快、干净、彻底。

去雄后立即套上纸袋，防止串粉。

3.授粉

应选择晴朗的天气，取下父本纸袋，选正盛开的花朵，剥去花冠，直接将花粉涂抹于母本的柱头上进行授粉，母本授粉完毕要立即套上纸袋，防止花粉混杂。

授粉时间全天都可以进行，多数采取边去雄边授粉的方式。但也有上午去雄，下午授粉或下午去雄，次日授粉的。无论何时授粉，都必须保证父母本授(受)精能力最佳时进行，才会保证杂交成功。

授粉后如遇雨天，可重复授粉。重复授粉有利于提高杂交结实率。

4.挂牌

母本去雄后就应挂上标签，并写上去雄日期。授粉后写上杂交日期、亲本名称或组合号、杂交花朵数、操作者姓名。

5.授粉后的管理

授粉后10天摘去纸袋，及时除去花枝上新长出的幼蕾，每隔4～5天检查一次。授粉一个月左右，果皮褐色，轻摇烟株能听到沙沙声，即可采收种子。

收种时应先检查蒴果数是否和杂交花朵数相符，若多于记载数，应分单果分收，下年鉴定真伪。其余的均按组合单收，分别脱粒，贮藏待下年用。

五、杂交后代的处理

(一)育种环境与目标环境

选育新品种过程中，对育种材料种植、鉴定的栽培条件称育种环境。育成品种将来推广地区的生态条件称目标环境。

当育种环境与目标环境高度一致时，育成品种能很快适应并推广。因此，杂种后代的培育环境不能太优越，要创造使杂种主要性状(目标性状)能充分表现的环境。

(二)杂种后代的处理方法

1.系谱法

是烟草杂种后代处理的基本方法。

系谱法选择的要点:自杂种第一次分离世代(单交F2，复交F1)开始选单株，而后种成株行，每株成为一个系统。以后各世代都在优良的系统中继续选优良单株，再种成株行，直至选出整齐一致的系统时，便不再选株，优良系统逐渐升入品系比较试验，最终成为一个新品系。

系谱法在选择过程中，各世代都给予系统编号，以便查找株系历史与亲缘关系，故称系谱法(如图13－4)。

现以单交杂种后代选育为例，说明系谱法选择各世代的工作内容:

(1)杂种一代(F1): F1是指上年杂交母本上所结的种子。以组合为单位排列种植，由于杂交的父母本是纯合的，所以F1群体基因型和表现型都是一致的，每组合种10～20株即可，设亲本和对照种以便比较。F1一般不进行选择，可根据育种目标淘汰不良组合或剔除假杂种。种子成熟时按组合混收，标明行号和组合号，如2003(1)表示2003年的第一个组合，或用03 (A)表示。

(2)杂种二代(F2):杂种二代是性状开始强烈分离的世代。同一组合内植株间差异很大，出现很多变异类型，为选择提供了丰富的物质基础。这个世代的主要工作内容是选单株，所选单株如何，在很大程度上决定以后世代的表现，故是选育新品种的关键世代。

F2的种植方式是按组合顺序排列，各组合前后种上亲本，并在杂种圃内适当地种植对照种。要求杂种圃地力均匀，田间管理好，移栽密度适当放宽，使变异个体遗传特性充分地表现出来。烟草个体大，单位面积上种植的植株少，要使所有变异表现出来，每组合至少要种植200～300株。

图13－4　系谱法示意图

F2选择的数量一般依据目标性状的遗传特点、组合的优劣程度而定。如果说目标性状早代遗传力较低，育种目标要求又较高，那么可在优良组合中多选单株。但是，如果选株过多，F3的株行数也就增加，结果会使试验规模扩大，工作量成倍增加。如果F2要求过高，选株较少，会使一些变异个体失去基因重组的机会，其优良性状未能表现就被淘汰，影响选择效果。在一般情况下，F2的中选率为5%～10%，高的可达15%以上。

对入选单株进行系统编号，若在03(1)组合中选了30株，则第5株的编号为03(1)－5。未入选的单株要及时打顶，以防串粉影响其他植株。

(3)杂种三代(F3): F2入选的单株在F3种成一个个株系，一般每株系种40～60株，同时设置对照种以便比较。

F3的特点是同一组合内株系间差异表现较为明显，株系内性状仍有分离，但分离程度没有F2严重。F3田间的主要工作内容是对同一组合内各株系进行评比，选择优良株系，然后在优良株系的基础上再选优良单株。通过选择提高株系水平，加速株系稳定。

在杂种后代处理中，F3也是一个重要的世代，因为这一世代各株系主要性状的表现趋势已明显，可以大量淘汰不良株系，把注意力集中在优良株系上，继续在优良株系中选优良单株。一些遗传力较低的性状到F3就有所提高，因此可以根据育种目标的要求对各性状进行综合评定，如根据田间长势、叶形、叶色、单株叶数、抗病性、烘烤特性、烤后的烟叶品质以及分析化验结果进行筛选。株系内选株数量为10株左右即可，当选单株套袋留种，进行系统编号，如03(1)－5－2表示2003年第1组合第5株系内入选的第二单株。

若个别株系表现一致且特别优良，可以在选株的基础上分离出一部分种子混合在一起，下一年提升到品系鉴定试验中及早鉴定。

(4)杂种四代(F4)及以后各代: F4及以后各代的种植方式同F3，在株系内入选的单株到F4仍各成株系，若F3在某个株系内选了10株，F4将这10个单株的株系排在一起，称为株系群，因为这10个株系来自F3的同一个株系，来自F2的同一个单株，故它们互称姊妹系。

F4的特点是株系群间差异明显，而株系内差异较小。有一部分株系在主要性状上已表现一致。因此，F4工作的重点可以转为选择优良株系升级进行鉴定试验。凡是升级进入鉴定试验的株系改称为品系。

系谱法程序示例:云烟85的选育过程如下:

2.混合法

在烟草杂交育种中很少用。

混合法的要点是:在杂种分离世代(F2～F5)不选单株，按组合混收混种，只淘汰明显的劣株，直到杂种后代遗传性状基本稳定(F6～F8)才开始选单株，下一年种成株系，进行比较，然后选优良株系升级进行品系比较(如图13－5)。

图13－5　混合选择法示意图

混合法的理论依据是:许多数量性状在杂种早代遗传力较低，选择的可靠性较差。大多数个体处于杂合状态，纯合体的比例很小，若某性状受10对基因控制，F2出现纯合个本的比例仅为(1/2)10=0.1%，F3为(3/4)10=5.6%，F4为(7/8)10=26.6%，F5才达到72.8%。早代选择使基因重组的机会减少，有可能丢失大量的优良基因。采用混合法就能在杂种后代群体中保存各种重组类型。晚代选株的可靠性大，选择效率高。在这个理论的指导下，混合选择法要求每一杂种世代的群体要大，尽可能地保留各种重组类型(如表13－1)。

表13－1　系谱法与混合法的比较

六、杂交育种的程序

杂交育种的程序是从选择亲本实施杂交开始的，通过选择和培育，到新品种育成，需经过下列程序(如图13－6)。

(一)杂交圃

又叫亲本圃或原始材料圃，是专门种植由国内外收集的种质资源的地块。其目的是研究各材料的特征及性状遗传规律，为杂交育种的亲本选配提供依据。根据育种目标的要求，从原始材料圃 中选取若干品种或品系种植在亲本圃中，作为杂交亲本用。亲本种植要适当安排播期，促使父母本花期相遇，适当加大亲本间的 行距，以便田间操作。

图13－6　杂交育种程序示意图

(二)选种圃(杂种圃)

种植杂种后代的试验地称为选种圃。杂种各世代的单株选择都在选种圃中进行，直到选出优良株系为止。

(三)株系鉴定圃

种植选种圃选出的优良株系。由于鉴定圃株系较多，可采用间比法排列，小区面积不宜过大，重复次数不宜过多，每小区种植20～40株。种植条件应接近大田，鉴定质量、品质、产值、抗逆性等，一般进行1～2年。

(四)品系比较试验

种植鉴定圃升级的材料和上年整齐一致的株系。参加品系(或品种)比较试验的材料一般较少，因此，小区面积适当加大，一般为55.56平方米以上，重复次数3～4次。田间采用随机区组法设计，试验条件力求与大田一致，表现优良的品系可以申报参加国家或省级的区域试验。最后还需品种审定，才能进行推广应用。

七、加速育种进程的方法

烟草品种间杂交育种，一般要经历8～10年才能培育出一个新生品种。为加快育种进程，缩短培育新品种的年限，比较有效的方法有以下几种:

(一)异地加代繁殖

是利用我国地域辽阔、地形复杂、气候多样的特点，到气候温和地区加代育种，达到一年两代或三代。如到素有“天然温室”之称的两广、海南再种一季冬烟，变一年一代为一年两代。

(二)温室人工加代

是利用温室、人工气候室，控制温度和光照，促使早花，缩短生育期，达到一年多代的目的。如日本采取低温处理促使早花，然后移入普通温室开花结果，一年可种植2.5～3代。

(三)花药培养

即单倍体育种，可缩短2～3年的育种进程(详见本章第四节)。

(四)利用早代优良株系提早鉴定

如F3提前开展株系鉴定和品种比较，边试验边选育边稳定，可以提早在生产上发挥作用。

第三节　回交育种

一、回交育种的意义和特点

(一)回交与回交育种

回交是指双亲杂交后，子一代再与亲本之一重复杂交的方式。回交育种是指通过连续回交的方法，从回交后代中选育作物新品种的方法。例如: A品种综合性状优良，但不抗病，B品种综合性状稍差，但具有A品种所缺少的抗病性，为了使A品种获得B品种的抗病性，就用A品种和B品种杂交，F1代用A品种再次杂交，然后从群体中选择抗病优良单株再次与A品种杂交，直到A品种的性状基本恢复，而且又获得了B品种的抗病性，就达到了回交的目的。上述过程如表13－2所示:

表13－2　回交育种过程

当某一综合性状较为优良的烟草品种尚存在一两个缺点时，可将另一个亲本的相应有利性状通过连续的回交转移到该优良品种中去。

回交法的这个特殊作用，对于其他性状如形态、生理、品质等性状，只要遗传力高，不致以在回交中逐渐减弱，都可应用。回交法与其他育种方法相比较，有如下特点:

(1)应用回交育种法，育种工作者能够对杂种群体的发展方向加以控制，使之向着轮回亲本的方向迅速稳定，选择的目标明确，育种预见性大。

(2)回交法的主要目的是实现非轮回亲本个别优良性状向轮回亲本的转移，因此，只要这些性状能够遗传并得到鉴定，在任何条件下，如利用温室加代等，都可以进行回交，进而有效地缩短育种年限。

(3)通过回交法选育的新品种，其大多数性状与轮回亲本相近，而轮回亲本一般又是采用当地大面积推广种植的优良品种，所以，新品种育成后，只需要较短的时间与轮回亲本品种之间进行比较鉴定，一经肯定，就可在生产上使用。

(二)回交的基本原理

杂交育种是在杂种的多代自交后代群体中进行选择，回交育种是在杂种与轮回亲本多次回交的后代群体中进行选择，二者在基因型频率、基因重组率、选择效果等方面是有区别的。

1.纯合体出现的频率

以双亲只有一对等位基因AA与aa的差别为例，让两亲本杂交，杂种一代(F1)的基因型为Aa，分别让Aa自交并同时与AA回交，结果如表13－3所示:

表13－3　自交、回交后代示意表

如果双亲不同的基因对数较多，连续自交的结果将导致整个群体分离为2n个纯合基因型，而连续回交的结果，将导致回交群体逐渐趋向于同轮回亲本一样的基因型。

根据［(2r－1)/2r］n的纯合率公式，计算出不同基因对数连续回交的每一世代纯合体出现的频率。

基因对数越多，越能体现回交的优越性。

2.回交能打破基因的连锁，提高重组率

在回交时，有时控制目标性状的基因与一些不良基因连锁在一起，可通过增加回交次数，打破连锁，提高重组率。

二、回交育种的程序和方法

(一)回交育种的程序

回交育种要经过杂交、连续回交、自交纯化、与原品种比较鉴定、生产推广五步。

1.杂交

轮回亲本与非轮回亲本进行杂交。

回交育种是针对品种进行改良的有效方法。

轮回亲本:具有良好的综合性状，只存在个别需要改进的缺点，如需要改进的性状多，将大大增加回交次数和选择的难度。

由于育种年限长，选择轮回亲本时，估计至少要适应5年以后的生产发展水平。

非轮回亲本:具有轮回亲本缺少的目标性状，该性状要突出，其遗传强度不随回交次数的增加而减弱，最好是单基因或寡基因控制的性状，以便在后代中鉴别，除目标性状外，其他性状不用太高要求。

2.连续回交

从轮回亲本和非轮回亲本杂交的F1起，逐代选单株与轮回亲本连续回交，因转移的基因有显性、隐性和基因对数不同的控制，回交的次数与方法也不相同。

若转移一对显性基因，因性状表现直观，从回交一代BC1 F1开始，逐代选具有该性状的个体与轮回亲本回交，在选择目标性状时兼选轮回亲本的性状，可加速轮回亲本性状的恢复。

若转移一对隐性基因控制的性状，因性状不能从后代中直接表现，因此采取回交———自交相间进行的办法。

3.自交纯化

经连续回交，轮回亲本的性状大部分已得到恢复，但被转移的性状还是杂合的，需通过自交使基因纯合，才能选出稳定遗传的纯合类型。转移一对显性基因，需自交2次，若转移一对隐性基因，需自交1次。

4.与原品种比较鉴定

由于轮回亲本是综合性状好的品种，回交法育成的品种只是改变了个别的缺点，其余性状都与原品种相似，只需和原品种比较，即可在原品种生产地推广。

(二)回交次数的确定

回交次数取决于核物质恢复到轮回亲本的程度，受控制目标性状的基因对数、基因的连锁程度等因素影响。

从育种实效出发，轮回亲本的性状不一定要完全恢复，有时回交一、二次就能得到与轮回亲本虽有差异，但同时结合了非轮回亲本目标性状和其他优良性状的后代。烟草回交实践证明，若要转移的优良性状与不良性状之间有连锁遗传的现象，回交的次数则相应增多。若两个亲本差异大，回交后代群体中纯合率增加速度相对较慢，回交的次数也相应增多。若在回交早代严格地向轮回亲本方向进行选择，就会加速后代群体向轮回亲本方向发展，这样就可以减少回交的次数。

回交次数不必拘泥于一个固定的模式，应视亲本性状差异程度，回交后代的表现灵活掌握。

(三)回交的株数

回交的特点之一就是回交后代种植的群体一般小于杂交后代的群体数量。但是为了保证回交后代群体中有转移的基因存在，也需要足够的回交种子量和回交后代群体。回交后代需要种多少株，取决于被转移性状受控制的基因对数。每一个回交世代所需种植的株数可以用下面的公式推算:

式中m表示所需株数，p表示这些植株中出现期望基因型的比率，α表示做出这种判断的概率水平，即做出判断的可靠程度。根据这个公式可以推断出不同的基因对数在无连锁的情况下，每次回交后代所需的株数。如表13－4所示。

表13－4　回交所需株数

由上表可知:如果回交法所转移的基因是AA，在回交一代中有Aa、aa两种基因型，带有转移基因的个体预期比例是1/2，为了使100次中有99次机会保证在参与回交的植株中至少有一株带有转移基因，则至少要选7株参加回交。

三、回交育种的局限性

回交育种法是品种改良和育种实践中最为灵活的一种方法。

回交对后代群体的遗传变异方向有较大程度的控制，使其朝着轮回亲本的方向发展。

回交育种法育成的品种在性状上与轮回亲本相似，在轮回亲本推广地区，容易被农民接受。

回交育种也有局限性:一是对品种的改良有限，只能针对个别性状改良，大多数性状不能改进;二是育种年限长，尤其是隐性基因或多基因控制的性状;三是工作量大，每一回交世代都要选单株回交，比较费事。

第四节　烟草单倍体育种

一、单倍体育种的特点

单倍体是指具有配子体染色体数的植物体。单倍体有两种类型:一种是具有二倍体配子染色体数目的单倍体，如玉米是二倍体(2n=2x=20)，它的单倍体(n=x=10)是一倍体;另一种是具有多倍体配子染色体数目的单倍体，如普通烟草是异源四倍体(2n=4x=TTSS=48)，又称双二倍体，它的单倍体(n=2x =TS=24)是异源二倍体。

单倍体的特点:(1)单倍体的形态虽然与正常植株相似，但由于单倍体的细胞核小，所以单倍体的细胞、组织、器官和植株一般都比正常植株弱小。(2)单倍体具有高度不育现象。原因是单倍体细胞中缺乏同源染色体，减数分裂时，染色体不能正常配对，各个染色体随机分向一极，产生的配子绝大多数不含整套的染色体，于是造成高度不育。除非全部染色体在减数分裂时都移向一极，才能形成正常的配子，但这样的几率很低。(3)单倍体的细胞中只含有每对同源染色体中的一条，当染色体加倍后就成为基因型纯合的二倍体，即纯系，这一特点在育种上具有非常重要的作用。

烟草单倍体育种是指将未成熟的花药接种在人工培养基上，经过适当条件的诱导和人工条件下的培养，花粉囊中的花粉经过类似胚胎发育的过程，形成完整再生植株，进而选育成品种的育种方法，与常规育种方法相比，具有以下特点:

1.克服杂种分离，缩短育种年限

在烟草有性杂交育种中，用两个遗传性不同的个体杂交，要从杂种后代中获得一个稳定的品系，往往需要4～6代甚至更长的时间。如果采用单倍体育种，将F1的花粉进行离体培养，诱导成单倍体植株，再经染色体加倍，就可以获得基因纯合、性状稳定的二倍体纯系。这样从杂交到获得纯系只需要2～3年，大大缩短了育种年限(如图13－7)。如我国选育单育1号烤烟品种仅用了3年，就通过鉴定并在黄淮烟区大面积试种。

图13－7　单倍体育种与常规育种程序比较

2.提高选择效率

单倍体经染色体加倍后得到的纯系，其基因型和表现型相一致，一次选择就可以获得所期望的纯合品系。同时，提高了杂种后代群体中所需基因型的比例，从而提高了选择效率。例如用于杂交的双亲基因型分别为AAbb和aaBB，通过杂交希望从杂种后代中得到基因型为AABB的个体。F2群体中出现基因型AABB的个体的概率为1/16，而且这种个体必须到F3才能确定。如果采用单倍体育种，将F1的花粉(AB、Ab、aB、ab)诱导成单倍体植株，经染色体加倍后，得到四种基因型纯合的个体(AABB、AAbb、aaBB、aabb)，其中基因型为AABB的个体占1/4。

3.提高突变体发生的频率

烟草花药培养的单倍体细胞系是诱变处理筛选突变体的理想材料，花药培养与诱变处理相结合，可以提高突变体发生的频率。如卡尔森(Carlson)等1970年用ESN，BUdR处理烟草单倍体悬浮培养物分离出了6个突变体。

但单倍体育种技术只是对常规育种技术在一个环节上的改良，要以单倍体育种代替常规育种是不切合实际的。花药培养技术只能作为一种中间手段，与杂交育种和诱变育种结合起来，才能培育出优良的品种。

二、烟草产生单倍体的途径和方法

(一)单倍体诱导方法

高等植株中有通过无融合生殖或单性生殖产生单倍体的现象，但单倍体的自然发生率很低，一般为0.11/1000～0.103/ 1000。在人工诱导条件下，单倍体的获得率会大大提高。目前人工诱导单倍体的方法主要有以下几种:

1.花药培养

直接将花药作为外植体，通过培养和诱导使花药中的花粉改变发育途径形成单倍体植株。烟草是极易用花药诱导单倍体的作物，一个花药就能产生几十株甚至几百株的单倍体植株。因此，花药培养是人工诱导烟草单倍体的主要方法。

2.花粉培养

也称小孢子培养，是将花粉从花药中分离出来，成为分散或游离的状态，通过培养使花粉启动脱分化，进而发育成单倍体植株。

3.染色体消除法

利用远缘杂交中杂合子亲本一方的染色体可以被自动排除，仅留下单一亲本的配子体染色体的特性，诱导单倍体植株。

4.孤雌生殖的诱导

对未授粉雌蕊、子房、胚珠进行离体培养，诱发孤雌生殖，产生单倍体植株。

(二)烟草花药培养诱导单倍体的方法

花药培养是人工诱导烟草单倍体的主要方法，具体过程如下:

1.花药采集

据研究发现，烟草等茄科植株的花粉从单核中期至双核早期都具有很强的脱分化、再生能力。烟草花粉粒处于这个时期的形态特征是萼片与花冠等长。因此，从F1植株上采取花冠与花萼等长的花蕾作为诱导材料。

2.预处理

将采集的烟草花蕾进行低温预处理(3℃～10℃，3d)，能显著提高胚状体的诱导频率。在接种花药前用70%的酒精消毒10～15s，再用饱和漂白粉溶液消毒8～10min，然后用无菌水冲洗2～3次，即可供接种用。

3.植株分化

培养基成分是促使花粉诱导成苗的重要外界环境因素。寻找合适的培养基和组成成分是花药培养最基本也是最重要的环节。选择合适的培养基需注意基本培养基组成成分、激素的种类和浓度、蔗糖的浓度、天然复合物如活性炭的采用等。中国农业科学院烟草研究所曾先后在烟草上对不同的培养基进行培养对比试验，结果表明，尼茨克(Nitsch)H培养基比较适合于烟草花药培养(NitschH培养基成分见表13－5)，并对尼茨克H培养基进行一系列改良，如用马铃薯提取物取代该培养基的有机成分和部分无机成分，提高蔗糖浓度、添加活性炭等，研制出烟基1、2、3号烟草花药培养基，其培养效果比尼茨克H培养基提高1～1.5倍，在烟草花药培养中大量应用。培养基在121℃高压灭菌锅中消毒20～30分钟，烟草花药在不附加任何激素的培养基上，花粉可以经胚状体直接再生植株，而且诱导频率很高。

4.接种

在无菌条件下取出花药接种到培养基上，每瓶接种多少，根据培养器皿(三脚瓶)的大小来确定，一般50ml的三角瓶接种10个花药，接种完一瓶后，用棉球和牛皮纸包扎瓶口，写上材料名称和接种日期，移到培养室培养。

5.培养条件

培养条件主要指培养的温度和光照。烟草花药培养适宜的温度是25℃～28℃，低于15℃，则生长缓慢或停顿，高于35℃对培养物的分化和生长不利。光照在诱导花粉母细胞分化初期并不是必需的，但当胚状体形成后，光照对胚状体能否形成小植株以及小植株的正常生长都很必要。光照源一般采用荧光白炽灯，强度为1 000～2 000lx。

表13－5　尼茨克H培养基的组成成分

三、烟草单倍体二倍化及花培后代的选择

(一)烟草单倍体植株的加倍和检测

1.加倍方法

烟草单倍体染色体加倍最常用的药剂是秋水仙素。秋水仙素是从秋水仙这种植株的种子和球茎中提取出来的一种植物碱，它的作用是抑制细胞分裂时纺锤丝的形成，使复制分裂后的染色体不能移向两极，仍停留在一个细胞中，从而使染色体数目加倍。目前利用秋水仙素加倍处理的方法是:在单倍体小苗第一次转移培养前1～2天，培养的再生植株为1～2cm时，直接在培养器皿中加入0.2%的秋水仙素溶液处理48～72h，然后用无菌水冲洗数次，再将小苗转移到新的培养器皿中，按常规培养途径培养。

2.加倍体的检测

一般再生植株到开花季节便可以通过花冠中花药的有无很方便地区分开单倍体和加倍体，也可以在再生植株小苗时期通过检测叶片保卫细胞的大小区分。

(二)花培后代的选择

利用杂种F1或F2的花粉诱导的花粉植株第一代(H1)，由于基因型不同，分离范围广泛且受加倍及移栽过程的影响，株间性状差异大，一般不进行选择。第二代(H2)进行单株选择，从第三代起就可以开展株系鉴定。

第五节　诱变育种

一、诱变育种的原理和特点

人为地利用物理和化学因素处理作物的种子、花粉、植株或其他器官，使其基因型产生变异，从中选育出新品种的方法称为诱变育种。根据诱变因素的不同把诱变育种分为物理诱变育种和化学诱变育种。物理诱变育种是指利用放射性射线(如r射线、X射线、β射线、紫外线、中子等)照射生物体，使其基因型产生变异，从中选育出新品种的方法，也称辐射诱变育种。化学诱变育种是指利用化学药剂(如烷化剂、叠氮化物、碱基类似物等)处理植株或组织、细胞等，使其发生基因突变，从中选育出新品种的方法。

(一)诱变育种的原理

1.辐射诱变的原理

生物体受到放射性射线(如r射线、X射线、β射线、紫外线、中子等)电离辐射后，一方面电离辐射会引起生物体内分子和原子的激发和电离，通过一系列反应产生许多化学性质很活泼的自由原子或自由基，自由原子或自由基继续相互反应，并和周围的物质特别是与生物大分子核酸和蛋白质发生反应，引起DNA分子结构的变化，导致基因发生突变。另一方面辐射还可以诱发生物细胞中染色体断裂，使染色体因断裂发生错接，引起染色体畸变。

2.化学诱变的原理

引起生物体产生变异的化学药剂称为化学诱变剂。常用的化学诱变剂有烷化剂、叠氮化物、碱基类似物等，其诱发突变的作用分别如下:

(1)碱基类似物。能在DNA复制过程中掺入到DNA分子中去，且不妨碍DNA的复制。一旦这些类似物掺入后，DNA复制将发生碱基配对的错误，从而引起变异的产生。

(2)烷化剂。烷化剂具有一个或多个烷基，这些烷基能置换核酸分子中的氢原子而使核酸分子上的碱基从DNA链上裂解下来，造成DNA碱基缺失，从而引起突变。

(3)叠氮化物。叠氮化物是一种点突变剂，它与DNA的作用方式是碱基替换。

(4)吖啶类化合物。诱变移码突变的诱变剂，这类诱变剂能使DNA分子增加或减少1～2个碱基对，引起遗传密码编组的移动，从而引起DNA转录和翻译发生错误，产生突变。

(二)诱变育种的特点

1.提高突变率，扩大变异范围

自然界中生物体自发突变是经常发生的，但突变率低，人工利用各种诱变因素诱发生物体产生突变，其频率比自然突变高几百倍，甚至几千倍，而且变异范围广泛，类型多样，有时可产生自然界中未曾有过的新性状、新类型，为育种提供更多机会。

2.打破基因连锁，提高基因的重组率

作物的某些优良性状常常与不良的性状连锁在一起，利用诱变技术可使染色体断裂，当断裂的末端以另一种方式联结时，可产生多种形式的染色体结构变异，将紧靠的基因拆开，通过染色体交换，使基因重新组合，获得新类型。

3.能有效地改良品种的个别性状

诱变处理易诱发点突变，可以在较短时间内使品种的个别性状得到有效的改良。实践证明，利用诱变技术在缩短生育期、降低植株高度、改良株形、提高抗虫性和抗病性、改善品质、改变育性等方面均有较好的效果。

4.突变性状稳定快，有利于缩短育种年限

诱发产生的突变大多为隐性突变，经过自交下一代即可获得纯合的突变体，有的到第三代即可获得稳定的株系，有利于缩短育种年限。但是如果用杂种早代作诱变材料，诱变后代性状分离时间要长一些，育成新品种的时间也就长一些。

诱变育种也存在一定的局限性。表现为:诱发突变的方向不能确定，变异类型多，变异范围广，有益的突变少，诱变后代必须种植较大的群体来增加选择机会;改良个别性状有效，但对由多基因控制的数量性状不容易实现改良目标。

尽管诱变育种有一定的局限性，但诱变育种是创造新种质、选育新品种的有效途径，是常规育种难以替代的育种手段。随着航天技术应用于农业研究领域，诱变育种特别是辐射育种将有广阔的发展前景。

二、诱变育种的方法

(一)物理诱变育种的方法

1.辐射源的种类和性质

(1)r射线:是一种电磁辐射，一般用60 Co和137 Cs作辐射源。射线的波长较短，穿透力强，是育种常用射线，适用于外照射。

(2)X射线:是由X光机产生的波长比r射线长的电磁辐射，穿透力不太强。育种上用得不多。

(3)α射线:带正电荷的粒子束，即氦核，电离能力强，诱发染色体断裂力强。已发现的天然同位素有三个系列，即钍、铀镭和锕铀系，还有人造放射性同位素镎系都能放射α粒子。诱变育种中主要用作内照射。

(4)β射线:是电子或正电子的射线束。诱变育种中常用的射线源是放射性同位素32 P、35 S衰变产生的粒子辐射，射线的穿透力弱，适用于内照射。

(5)质子:是氢原子的原子核，带一个正电荷。在初级宇宙射线中有超过9%的带电粒子为质子，一般质子产生于粒子加速器，将来有可能用来照射细胞，研究细胞各部位的辐射效应。

(6)中子:不带电粒子，可以从放射性同位素、加速器和反应堆获得。152 Cf自发裂变的中子源可用于诱变育种。中子的诱变能力比X射线、r射线、β射线都强。当它进入生物体时，与核外电子几乎不起作用，主要与原子核发生作用，引起各种反应。

(7)紫外线:属于非电离辐射，能量较低，穿透力弱，多用来照射花粉、孢子等。以低压石英水银灯发出的紫外线进行照射效果较好。

常用物理诱变因素及其特点见表13－6。

表13－6　常用的物理诱变因素及其特点

2.辐射处理的方法

辐射处理的方法分外照射和内照射两种。

(1)外照射。是指生物有机体接受来自外部辐射源的照射。如利用r射线对植物的种子或植株进行照射。这种方法比较安全简便，可进行大量处理。外照射可以处理植株的种子、幼苗、成株顶芽或侧芽的生长锥、花粉或小孢子、子房、合子、单倍体及组织培养物等。

(2)内照射。是指将放射性元素引入植株的组织细胞内的照射方法。常用的处理方法有三种:①浸泡法:用放射性同位素32 P、35 S等配制成一定比例的溶液浸泡种子或其他器官、组织。②注射法:用注射器将放射性溶液注入植物的茎干、枝条、叶芽、花芽等部位，或将枝条劈开小口，用浸泡过放射性溶液的棉球涂抹，也可以涂于叶片。③施入法:主要用于植株培养试验，将放射性同位素标记肥料注入培养液，使植株吸收。

内照射需要一定的防护设备，预防放射性污染。

(二)化学诱变育种的方法

1.化学诱变剂的种类和性质

常用的化学诱变剂有烷化剂、抗生素、叠氮化物、碱基类似物等几类，其主要化合物及特性如下:

(1)烷化剂。烷化剂是栽培作物中诱发突变最重要的一类化合物。这类化合物带有一个或多个活泼的烷基，这些烷基能转移到其他电子密度较高的分子中去。如果转移到分子中，将使分子结构发生改变，从而引起生物性状发生变化。这类化合物有甲基磺酸乙酯(EMS)、乙烯亚胺(EI)、亚硝基乙基脲(NEH)、硫酸二乙酯(DES)等。

(2)碱基类似物及其化合物。碱基类似物是一些与DNA碱基相类似的化合物，它们在不妨碍DNA复制的情况下作为组成DNA的成分参与到DNA分子中，使DNA复制发生碱基配对的错误。目前常用的碱基类似物有5－溴尿嘧啶(BU)、5－溴去氧尿核甙(BUdR)、2－氨基嘌呤(AP)等。除碱基类似物以外，还有一些化合物如N－甲基化羟基嘌呤、1，3，7，9－四甲基尿酸(TMU)、8－乙氧基咖啡碱(EOC)等都具有使染色体断裂的作用。

(3)叠氮化物。叠氮化物是一种呼吸抑制剂，在一定的处理条件下是一种有效的诱变剂，它可以获得较高的突变频率，多数是显性基因突变，几乎不引起染色体畸变，而且毒性低，价格便宜，是很有潜力的诱变剂。叠氮化物在酸性溶液中能十分有效地诱发大麦的叶绿素突变和形态突变，但在碱性溶液中几乎无效。另外，在通氧的水中预浸可加强诱变效果。

(4)其他种类的化学诱变剂。

①抗生素。如重氮丝氨酸、丝裂霉素C、链霉黑素等具有破坏DNA及核酸的能力，进而造成染色体断裂。

②啶类化合物。吖啶是一类杂环染料的代表，其中吖啶橙在有光条件下能诱发染色体断裂，在无光条件下能引起DNA碱基的缺失或累加，从而造成染色体结构改变而发生突变。

③羟胺(NH2OH)。羟胺可诱发植物突变，一般认为这种化合物主要与胞嘧啶及尿嘧啶起反应，然而并不排除引起DNA主链断裂的副反应。

2.化学诱变处理方法

植物的各个部分都可用化学诱变剂进行处理，常用的是处理种子、芽或插条，也可处理正在生长的植株、花粉、合子和原胚。常用的处理方法有浸渍法、滴液法、注射法、施入法和熏蒸法等。浸渍法是把种子、芽或休眠的插条浸泡在适当浓度的诱变剂溶液中一定时间，达到诱变的目的;滴液法是在植物的茎上做一个浅的切口，然后以浸透化学诱变剂的棉团经过切口注入诱变剂，这种方法可用于完整的植株或正在发育中的完整花序;注射法是用适当剂量的诱变剂对处理的器官进行注射或涂抹。用化学诱变剂处理时，必须注意要有足够的溶液进入细胞，另外，对一些容易分解的诱变剂，还需注意处理的时间或更换新的诱变剂溶液。

目前用化学诱变剂处理最多的是种子，其次是植株。对烟草种子的处理方法是:将预先在水中浸泡一定时间的种子或干种子在一定浓度的诱变剂溶液中浸泡处理一定时间后，立即用水冲洗，水洗时间的长短取决于诱变剂的水解速度及作物类型，一般冲洗10～30min(最好在－2℃～2℃低温下)，水洗后立即播种。也可以将水洗后的种子经过干燥处理后进行播种或贮藏后再播种。种子干燥方法，一般采用风干或恒温箱干燥，恒温箱干燥温度不宜超过35℃。一般干燥到含水量为10%～14%的种子可在0℃或更低的温度下贮藏，而含水量为5%的种子可在常温下贮藏。

化学诱变剂一般都有剧烈的毒性。如大部分烷化剂属于致癌物质，氮芥类易造成皮肤溃烂，乙烯亚胺有强烈的腐蚀作用且易燃，亚硝基甲基脲则容易爆炸等。所以使用化学诱变剂一定要小心谨慎，要防止接触皮肤或吸入体内。

(三)烟草诱变育种常用诱变因素的适宜处理剂量

各种不同的诱变因素有其独特的作用，如何根据各种诱变因素的特点和被处理材料对诱变因素的敏感性等来确定适宜的处理剂量是诱变育种成功的关键之一。因为在一般情况下，照射的剂量越大，引起的突变率越高，但无利的突变体也相应增多。另外在进行诱变处理时还要考虑环境条件，包括氧、温度、种子含水量、金属离子和辐射后贮藏时间等因素对诱变效果的影响。烟草常用诱变因素的适宜处理剂量见表13－7。

表13－7　烟草不同器官和组织在不同诱变因素下的适宜剂量

续　表

三、诱变育种的程序和后代的选择

(一)诱变材料的选择

诱变材料的遗传基础(基因型)对诱变效果具有重要作用，基因差异可能影响突变频率和突变谱，因此正确选择诱变材料是诱变育种的关键。烟草诱变材料的选择应注意以下几个问题:

1.选择综合性状好，只有个别缺点需要改进和提高的品种或品系作为诱变材料

通过诱导引起的变异多为基因位点突变和染色体畸变，选择综合性状好的材料进行诱变，可使某一缺点得到改进，使之成为优良品种。一般选用当地农家品种或推广品种作为诱变材料。

2.选用杂交当代或早代材料作为诱变材料

杂交当代或早代材料遗传组成丰富，对诱变因素具有较高的敏感性，容易诱发突变，而且能增加染色体交换，打破不良基因的连锁，扩大基因分离和重组的范围，扩大突变谱，获得有突破性的品种或品系。

3.同时选用几个诱变材料进行诱变处理

由于不同品种遗传基础不同，对诱变处理的反应也不相同。因此，在进行诱变时，应同时选择多个品种进行诱变处理，以提高诱变育种效果。

(二)诱变后代的选择

诱变后代用M表示，如果用种子作为处理对象，则被处理的种子及由种子长成的植株称为M1，M1植株上所结的种子及由种子长成的植株称为M2。如果被处理的对象是植株或花粉，则被处理的植株或花粉长成的植株称为M1，M1植株上所结的种子及由种子长成的植株称为M2，以后各代依次类推。烟草诱变后代的表现及选择方法如下:

1.诱变一代(M1)的表现及选择

(1)M1的种植。经过诱变处理的种子，按材料(品种、品系或杂种)、处理剂量顺序分别育苗移栽，同时播种未处理的材料作为对照，严格管理，提高存活率，以保证一定数量的群体。

(2)M1的表现。由于受诱变因素的影响，M1往往表现为出苗率降低、植株变矮、生长发育迟缓、生长受抑制、长势差等损伤效应。烟草M1群体中一般形态上的变异包括:叶片变形加厚、严重皱褶，叶片不规则，叶色不正常，出现黄绿色、白色或白、绿相间色。花冠比正常的增大或缩小，花色比正常花较深或较浅，花冠变形，花柱长度发生变化，不同部分黏连。植株变形，产生不正常的分枝。所有这些形态的变异，绝大多数是由于辐射损伤引起的，是不遗传的。M1这些形态上的畸变，在以后各世代中会逐渐减少。

(3)M1的选择。M1除少数符合育种目标的显性突变可进行选择外，一般不进行选择，套袋自交后，分别收获、保存。如果处理单倍体，M1发生了突变可以进行选择。

(4)M1的收获。根据育种目标和实际条件，可采用单蒴果法、单株法、一蒴果一粒或几粒或混合法进行收获。留选材料的规模，以保证下一代有足够数量可供选择的群体而定。

2.诱变二代(M2)的选择

(1)M2的种植。根据收获留种方法相应种植，同时种植未经处理的原材料和当地推广的品种作为对照，以便选择时比较。

(2)M2的选择。诱变产生的各种突变性状多在该世代显现出来，因此M2是选择优良突变单株的关键世代。必须在整个生育期内仔细观察，认真选择。

3.诱变三代(M3)及其以后各世代的选择

M3株系性状已基本整齐一致，如果M3还有株系仍在分离，可继续选单株直到变异株系稳定，进行品系比较。

四、航天育种简介

航天育种是航天技术诱变育种的简称，也叫农业空间诱变育种或太空育种，是指人工利用返回式卫星、飞船或高空气球将农作物种子、组织、器官或生命个体搭载到宇宙空间，在太空特殊的环境(高辐射、微重力、高真空、弱磁场等)的作用下诱导产生变异，进而培育新品种的农作物育种技术，是现代航天技术发展与农作物育种技术相结合的产物。

航天育种技术的核心内容，是利用空间环境的综合物理因素对植物或生物遗传性的强烈动摇和诱变，获得地面常规方法较难得到的罕见突变种质材料和资源，选育突破性新品种。航天育种的程序，除了诱发突变的途径外，基本上与常规诱变育种相同。

由于航天诱变育种有可能获得地面育种得不到的有益变异，而且利用空间技术育成的品种不存在基因安全问题、放射性问题和有毒物质的问题，人们可以放心食用航天育成的品种。因此航天育种具有广阔的发展前景。

目前世界上只有美国、俄罗斯及中国三个国家能开展航天技术应用于农业领域的研究。我国从20世纪80年代开始太空育种的探索性试验，到2001年初已进行了10次植物种子搭载试验(8次通过返回式卫星，2次通过试验飞船)，涉及到包括烟草在内的60多种植物500多个品种。经育种者的精心选育，已从有益的变异后代中选育出10多个水稻、小麦、大豆、棉花、青椒、番茄等新品种，杂交组合，有的已经通过全国农作物品种审定委员会审定通过、推广。航天育种已成为现代农作物诱变育种的新兴领域和重要手段。

我国烟草航天育种研究始于1988年，中国农业科学院烟草研究所与中国科学院遗传所协作，以烟草种子为试验材材进行卫星搭载实验和种子下载后的遗传变异研究。实验结果表明，经卫星搭载的烟草种子田间种植后，其在株高、叶数、叶形、生育期、花冠颜色等植物学性状上有明显变异。2002贵州省选用了13个烤烟品种搭载“神舟三号”，经历了一次绕地球108圈、历时近一周的太空旅行。种子返回地球后进行种植，在万余株烟株中，首次发现了两个突变单株，其中一株表现出矮化(株高45cm)、多叶(64片)、生育期延长50天以上等特性;另一株表现出叶面皱缩，且开花后雌蕊比雄蕊长出3～5mm，从而导致多数花难以结果。还发现了不少花形变异株，有的是两朵花合二为一，但雌蕊和雄蕊有两套，结两个合生果实;有的是一个花蕾开两朵花，也结两个合生果实。以株高、叶长宽、烟叶耐熟性和抗病性为标准选留优秀单株13株。标志着烟草航天育种初见成效。

我国2002年12月30在“神舟四号”上，将两种不同的原生质体———黄花烟草种叶肉细胞原生质体与红花烟草种(革新一号)叶肉细胞脱液泡原生质体，通过电融合的方法诱导，得到杂种细胞。在“神舟四号”进行空间细胞融合的同时，地面实验室也进行了对照实验。结果显示，烟草细胞在太空中的融合率达到18.8%，成活率达53.6%，而地面实验室中融合率为1.6%，成活率只有38%。太空中细胞的融合率提高了10倍以上，成活率也较地面试验有很大的提高。此次实验的成功，标志着我国掌握了空间细胞融合等技术，为以后建立空间站、开展空间生命科学研究奠定了基础。

烟草航天育种研究的初步结果显示:烟草航天育种具有广阔的研究、开发和产业化前景，通过有效的人力、物力、财力投入，借助市场需求的推动力，航天育种必将在烟草育种界开花结果。

复习思考题

1.名词解释

单倍体　诱变育种　辐射育种　化学诱变育种　太空育种

2.选择育种的理论依据是什么?

3.烟草选择育种的程序是什么?

4.怎样选好烟草的优良单株?

5.选择的方法有哪几种?它们有何区别?

6.杂交亲本选配的一般原则是什么?

7.试述有性杂交的步骤。

8.杂交育种的程序如何?它们的主要任务各是什么?

9.系谱法和混合法各有什么特点?

10.加快育种进程的方法有哪些?

11.试述回交育种的特点和程序。

12.如何确定回交次数和回交所需要的株数?

13.简述烟草单倍体育种程序及其评价。

14.育种上利用单倍体有哪些优点?

15.简述单倍体植株的培养过程。

16.怎样进行烟草单倍体植株的染色体加倍?

17.简述单倍体育种的特点及烟草单倍体培养的方法。

18.简述烟草诱变育种的特点和原理。

19.简述辐射育种和化学诱变育种的方法。

20.简述烟草诱变育种中，选择诱变材料应注意的问题。

21.如何对诱变后代材料进行选择?