说明现代生物技术在动植物育种中的应用 ,举出4-5例研究成果

说明现代生物技术在动植物育种中的应用 ,举出4-5例研究成果
说明现代生物技术在动植物育种中的应用 ,举出4-5例研究成果

说明现代生物技术在动植物育种中的应用 ,举出4-5例研究成果
1.萝卜—油菜可作为油菜杂交时的雄性不育系,这是怎么回事?
萝卜—油菜（也称萝卜质油菜）是通过萝卜与油菜的原生质体融合而产生的“细胞杂种”,在一般环境条件下表现为“雄性不育”,即不产生花粉或仅产生没有活力的花粉,因此不能自交.在制种时,作为母本,必须不能够自交（如果能自交,就必须人工去雄,否则,就得不到杂种）.这种不能自交的母本,在作为杂交母本时,被称为“雄性不育系”.
（所谓的“三系”就指雄性不育系——简称“不育系”,雄性不育系的保持系——简称“保持系”,雄性不育系的恢复系——简称恢复系）
现代生物技术在中国水产育种中中的应用
水产品是人类赖以生存的重要蛋白来源,迄今世界上仍有约10亿人口主要靠获取鱼类蛋白生活.进入21世纪,人类面临人口增长、粮食短缺、资源衰退和环境恶化等世界性难题,因而水产品更受到各国政府和学者的普遍关注.但水产品的来源也令人担忧,全世界几乎所有渔场都捕捞过度,鱼资源储存量几近可利用的极限,因此发展水产养殖业成为解决这一难题的惟一途径,水产养殖对世界水产品供应的作用已在发达国家学者中达成共识.中国是水产养殖大国,淡水养殖产量占世界淡水养殖总产量的70％以上.据统计,2002年全国水产品总产量4 565.18万t,养殖产量为2 906.89万t,占总产量的63.68%,其中,海水养殖产量1 212.84万t,占养殖产量的41.72%,淡水养殖产量1 694.05万t,占58.28%.然而,与世界发达国家相比,我国人均占有量仍相对偏低,人们的膳食结构仍主要以植物蛋白为主.随着人口的增长和人民生活水平的不断提高和生活方式的改进,对水产品的需求将更大.
对于我国这样的大国来说,21世纪的水产养殖业在我国面临着良好的发展机遇,同时也面临着严峻的挑战.首先,我国水资源面临水源性和水质性缺水的双重压力,水资源人均总量不断下降,传统养殖模式和品种将面临着严峻挑战,这要求培育高附加值的名特优新品种,以适应生态、健康、科学的养殖模式.另一方面,我国的江河湖泊环境普遍受到污染或富营养化的威胁,野生鱼类资源衰退严重,在保护水生态环境的大前提下,大水面渔业的发展将受到限制,集约化养殖已成为水产业发展的根本出路.因此,加强鱼类遗传育种研究是进一步强化我国水产大国的国际地位,顺应国际发展趋势的我国国民经济发展的重大战略需求.
中国具有悠久的养鱼历史,但直到20世纪60年代,鱼类品种改良方面的研究进展不是很大.到70年代初鱼类育种研究开始快速发展.1986年,生物技术开始应用于鱼类育种.在传统选择育种、细胞工程和基因操作等现代生物技术的基础上,中国的鱼类遗传育种研究进入了一个新阶段.在中国,传统选择育种作为一个有效的鱼类育种方法已应用了许多年,然而,传统育种技术需要耗费很长时间,培育一个新的养殖品种至少要10年,有时甚至要上百年.在过去的10年里,现代鱼类育种技术已经快速发展,在中国也具有很大应用潜力.当现代育种技术与传统技术进行有机地结合时,鱼类育种就能在相对较短的时间内培育出新的养殖品种.
鱼类细胞核移植
（Nuclear Transplantation
in Fishes）
鱼类细胞核移植即是将一个细胞的核移植到另一个细胞的去核的细胞质中,这样得到的鱼称为核质杂交鱼.这项工作的目的是：①研究细胞核质间的相互关系；②弄清鱼类遗传、发育和细胞分化的基础理论；③同时,细胞核移植也是鱼类育种研究的一项新的技术和手段.
中国著名生物学家童第周先生于70年代初开始进行重要经济鱼类的核移植研究,先后成功获得了不同属间、亚科间、目间的核移植鱼,这包括鲤鱼核和鲫鱼细胞质的核质杂交鱼(CyCa)；鲫鱼核和鲤鱼细胞质的核质杂交鱼(CaCy)；草鱼核和团头鲂细胞质间的核质杂交鱼(CtMe)等.所有这些移核鱼都能正常生长、发育和繁殖.研究显示,移核鱼的遗传性状有的来自鲤鱼,有的来自鲫鱼,有些则介于中间状态,这表明细胞核和细胞质对核质杂交鱼的遗传性状均有影响.另外,许多中国学者将培养细胞或体细胞的核移植到去核的鱼卵中,均取得很大进展,将培育出具有优良经济性状的新的品种.这表明核移植将作为培养新品种的一项重要技术.
鱼类雌核发育研究
（Gynogenesis in Fishes）
雌核发育即是通过被紫外线灭活的精子刺激正常鱼卵,再采用温度休克或水压处理,使染色体二倍化.人工诱导雌核发育在水产中占有重要地位,因为它可在很短的时间内产生单性鱼,从而培育纯系.雌核发育可大大缩短育种时间,提高育种的效率.例如,通过两代雌核发育获得草鱼纯系（大约需10年）,相当于采用传统育种技术进行八至十代的选育效果（40～50年）.中国在人工诱导鱼类雌核发育方面的研究开始于70年代,成功获得了鲤鱼、鲫鱼、草鱼、白鲢等的雌核发育鱼.
中国科学院水生生物研究所蒋一珪先生采用天然三倍体方正银鲫作母本,兴国红鲤作父本,通过人工授精获得三倍体银鲫后代.这种通过异精效应发育的方正银鲫后代称为异育银鲫,这是一种独特的育种模式.进一步研究表明,兴国红鲤精子在受精过程中没有形成雄原核与雌原核融合.由于异育银鲫获得了双亲的优良性状,因而表现出超速生长的特性.这揭示了精子不仅仅是对方正银鲫鱼卵起刺激作用,而且对雌核发育后代的遗传性状也具有一定作用.异育银鲫后代没有性状分离,异育银鲫比一般鲫鱼生长快,与其母本方正银鲫相比,生长快34.7%.目前,异育银鲫已在中国20多个省市广泛养殖.这是鱼类雌核发育应用于生产实践的典范.
鱼类多倍体研究
（Polyploidy in Fishes）
人工诱导鱼类多倍体可产生不育的三倍体鱼,这可控制鱼类的过度繁殖,提高生长速度,延长鱼类寿命.人工诱导多倍体的研究在中国开始于70年代中期,至今已成功培育了三倍体鲢鱼、草鱼、鲤鱼、鲫鱼.虽然诱导鱼类多倍体研究已开展了20多年,并获得了一些三倍体鱼,但都没有应用于生产.这是由于化学或物理方法诱导三倍体成活率低,子代不稳定,不育的三倍体鱼不能自己繁殖后代,因而需年年制种,难于形成规模化生产.因此,鱼类多倍体研究应集中于怎样培育出四倍体鱼,形成可自繁的四倍体群体,通过它与二倍体群体的交配,大规模地生产不育的三倍体鱼.
湖南师范大学的刘筠院士采用湘江野鲤与红鲫杂交,在其F2代个体中发现了二倍体精子和卵子.这些二倍体精子和卵子交配,可产生两性可育的异源四倍体.通过几代繁殖,获得了遗传性状稳定的异源四倍体群体.异源四倍体与二倍体白鲫（或红鲤）杂交,可获得生长快、抗病力强、不育的三倍体工程鲫（或工程鲤）.三倍体工程鲫比日本白鲫生长快21.7%,已在全国20多个省市推广养殖,产生了巨大的经济、社会和生态效益.两性都能育的异源四倍体是世界首例,这为研究鱼类四倍体形成的遗传学机制提供了一个极好的材料.
鱼类性别控制
（Sex Manipulation
in Fishes）
鱼类雌雄间生长速度差异很大,如罗非鱼雄鱼比雌鱼生长快,而鲤科鱼类雌鱼比雄鱼生长快,因此鱼类性别控制在水产养殖上意义重大.
罗非鱼是世界性养殖鱼类,养殖范围已遍及85个国家和地区.世界养殖产量达100万t,在国际贸易中成为继大马哈鱼和对虾之后的第三大水产品.西方国家罗非鱼市场极为看好,因为养殖罗非鱼比养殖一般水产品种具有更高的利润,并且罗非鱼肉质鲜美、价格适中,适合于不同层次的消费者,市场前景较好.我国罗非鱼养殖发展迅速,2002年产量达69万吨,占世界总产量的一半以上.我国真正开始大规模养殖罗非鱼是从1978年引进尼罗罗非鱼开始,特别是1983年淡水渔业研究中心从美国引进了奥利亚罗非鱼后.由于奥利亚罗非鱼（雄鱼）与尼罗罗非鱼（雌鱼）杂交可产生高雄性率的奥尼杂交鱼,而罗非鱼雄鱼比雌鱼生长快40%~50％（图1）,杂交鱼又比双亲生长快20%~30％（图2）,因此单性养殖奥尼杂交鱼可大大提高罗非鱼产量,它是目前最适于我国养殖的罗非鱼品种.研究表明杂交鱼雄性率高低与亲本纯度相关,因而培育纯种罗非鱼是发展罗非鱼养殖的基础.
通过常规育种与生物技术相结合,即通过群体选择、基因型选择和染色体倍性化,结合回交得到较大规模雌雄群体,培育出高纯度的奥利亚罗非鱼,它与尼罗罗非鱼杂交雄性率达95％以上,已向全国30多个省市作了大面积推广,产生了极为显著的经济效益,推动了我国罗非鱼养殖产业化的发展.特别在罗非鱼主要产区的广东、广西地区,罗非鱼养殖已成为水产养殖的支柱产业,也是出品创汇的主要养殖品种.
淡水鱼业研究中心实验室目前正在研究罗非鱼性别决定的分子遗传学机制.利用人类及哺乳类动物的SRY和SOX基因（性别相关基因）,从奥利亚罗非鱼和尼罗罗非鱼基因组中扩增SRY和SOX基因的相关序列,探讨性别基因与杂交子代雄性率的关系,研究利用分子生物学手段提高罗非鱼雄性化率的途径.
鱼类基因转移
（Gene Transfer in Fishes）
由于鱼类基因工程本身所具有的潜在经济价值和作为转基因研究所具有的有利条件,其研究进展迅速.与其他动物相比,鱼类具有怀卵量大、体外受精、体外孵化、易于遗传操作等特点,是研究基因表达、调控等分子生物学问题的理想动物模型,也是进行转基因研究的极好材料.
中国的转基因鱼研究开展得较早,取得较大进展.1985年,中国科学院水生所朱作言先生在世界上首次进行了转基因鱼研究,获得多种转基因鱼.他们进而在全鱼基因克隆,转基因鱼的代谢,转基因鱼食用安全,不育三倍体转基因鱼培育,及建立有效、适用的转基因鱼模型方面开展了大量研究工作.特别是进行了外源基因定点整合研究,并取得了进展.
淡水鱼业研究中心实验室将人生长激素（hGH）基因导入团头鲂和鲤鱼受精卵中,发现外源基因能整合到受体鱼基因组中,能转录、表达,并具促生长效应,还能通过性细胞遗传给子代,同样也能促进子代的生长（图3）.
虽然转基因鱼研究取得了很大进展,但在应用前仍需解决一些问题：①外源基因的随机整合影响了其表达的有效性,也导致遗传的不稳定性,因此,外源基因的定点整合成为鱼类转基因技术的关键.②随着转基因研究的快速发展,其负面效应也逐渐显露出来,关键是要解决转基因鱼的食用安全性及对生态环境影响等问题.
利用分子遗传标记技术
预测鱼类杂种优势
（Heterosis Forecast
in Fishes by Molecular Genetic Markers）
目前在水产领域中,主要是利用杂交子一代的杂种优势,以获得比亲本生产性状更优异的养殖品种,是当前水产养殖上提高产量的主要途径.
但这种杂种优势利用也存在一些急待解决的问题,就是人们还不能很好地解释杂种优势的遗传机理.理论的缺乏导致了杂交组合选择上的盲目性.因此长期以来,各国鱼类育种学家一直在寻找能预测杂种优势的指标,杂种优势预测已是当前水产业的重大研究课题.
淡水鱼业研究中心应用DNA指纹技术等对生产中已广泛利用的罗非鱼及鲤鱼的杂交组合进行了深入研究,研究表明杂交子一代均等地获得了双亲的遗传物质,这种杂交将会产生很强的杂种优势,可作为产生杂种优势的标志.同时发现生产上显示出明显杂种优势的杂交组合的两个亲本间存在较大遗传距离,显示了遗传距离与杂种优势之间的正相关关系.在一定的范围内,遗传距离较远的品种间杂交可产生较强杂种优势.因此,遗传距离提供了一种预测杂种优势的指标,这一结果已在罗非鱼品种改良中得到应用.
鱼类遗传连锁图谱
（Genetic Linkage Map
in Fishes）
基因组图谱的构建,是遗传学研究的一个重要的领域.通过基因组图谱,育种学家可以了解控制那些有价值的数量性状或抗病性状的基因组成和表达调控机制,使标记辅助选择技术的应用成为现实,从而在根本上改变传统的育种方法.通俗地讲,遗传连锁图谱就好比标记有许多路标的地图,我们要找到地图上某一个未标注的地点,只要先找到与其相近的路标即可,这些路标就相当于连锁图谱上的遗传标记,路标密度越大,就越容易找到我们所需要的基因.
从1911年美国学者在果蝇上建立首张遗传图谱以来,至今人们已在人类、植物和畜禽的遗传图谱和物理图谱构建方面做了大量的工作,与之相比,养殖鱼类遗传图谱的构建进展缓慢.
中国在此方面的研究开展得较晚,目前,只有少数几个单位进行了一些探索.传统遗传图谱构建方法在鱼类研究应用上困难较大,而采用DNA分子标记等生物技术方法具有良好的应用前景.目前,淡水鱼业研究中心实验室通过远缘杂交和分子遗传标记技术的结合,正在构建白鲢和团头鲂的遗传连锁图谱.
展望（Prospects）
相对于世界发达国家,中国在生物技术应用于水产育种研究方面开展得较晚.然而,在鱼类细胞核移植、转基因鱼、人工诱导多倍体和雌核发育、鱼类性别控制、同工酶、杂交优势预测等研究领域发展较快.基于已取得的进展和中国的国情,今后的研究重点将放在以下几个方面：在转基因鱼中,外源基因的定点整合和可控表达研究；改进人工诱导多倍体和雌核发育的技术,建立实用化的大规模繁殖群体；加强鱼类性别调控的分子遗传学研究；加强鱼类遗传连锁图谱的研究.
相信随着现代生物技术的飞速发展,它在水产育种研究和开发中的应用必将越来越广泛,这也将彻底改变该学科领域的发展现状,为水产养殖业的可持续发展提供更多优良品种.
其他的常见的就是抗虫棉,多利羊,转基因大豆等

甘蓝型油菜与兰花籽、诸葛菜的种属问杂交、抗虫棉、克隆羊多利、转基因番茄、转基因鱼

人工受精