一　遗传学与农业

遗传工程技术对农作物的改良做出了重要贡献。改良就是指提高作物的产量与质量，产量的重要性是不言而喻的，而质量就是指作物内对人类有益的物质，特别是蛋白质和必需氨基酸的含量应多多益善，有些则必须保持合理。影响产量的因素很多，例如直接影响产量的光合作用的强度，间接影响产量的抗病虫害性、抗逆性和对土壤营养元素的利用效率等。这些因素可以通过下述的遗传学途径逐步予以控制。

我们可以通过杂交和选育来选择优良品种。例如：栽培品种易染病、不耐寒，即抗病性和抗逆性差；野生型的物种由于长期进化的选择，往往能够耐寒、抗病。我们将两者杂交，如果野生物种的抗病、抗逆染色体片段插到栽培品种的染色体中，若发生所谓易位，便可以成为栽培品种染色体的一部分，即栽培品种也就能够耐寒、抗病，并可以将此性状比较稳定地遗传下去。但这种常规育种方法比较繁杂，耗时长，它必须经过植株分离、选择、再分离、再选择等过程。培育一个抗病品种一般需要8～10年，而致病病原菌变异速度比育种速度快4倍。也就是说，等抗某一种病原菌的品种培育出来，这种病原菌已改头换面，即抗病品种已无法对付新的病原菌了。这种时间差，会使育种家疲于奔命。能有什么更好的办法来缩短时间差呢？一种办法就是单倍体细胞培养，它的应用给农业育种打开了广阔的前景。

单倍体育种示意图

什么是单倍体细胞培养呢？单倍体细胞就是只含有一套染色体的细胞，在正常的生命周期中专指性细胞（花粉或未受精的胚珠）。所以，单倍体细胞的培养就直接从性细胞开始，也可以从其前体比如花药开始，将其适当处理（例如低温处理）变为单倍体细胞，再接种于培养基上，历经多细胞（愈伤）、胚等阶段，最后长成单倍体小植株。单倍体植株经秋水仙碱处理，染色体加成二倍变成二倍体，这样细胞就可以进行减数分裂，产生后代。由于单倍体培养具有变异的多样性、变异体能迅速稳定、变异性状充分表现等优点，因此可以在短时间内选择出稳定的有益变异系。

此外，还有什么方法能产生更多的有益变异呢？人们想到了人工诱发突变。我们已经知道，诱发突变主要靠诱变剂。在农业生产中最常用的是物理诱变剂，即各种射线，因而这种育种法原先叫作辐射育种。通常用射线照射种子，引起胚的突变；或者照射花粉，再用它使雌蕊受精。由这些种子长出的植株，是一个突变群体，包括各种各样的变异株，我们再从中选出具有所需性状的变异株。但应注意，在选出的变异株中可能含有为显性基因所掩盖的不尽如人意的隐性基因，故必须再进行自交，使隐性基因充分表露并予以剔除。此外，在诱变中必须掌握射线强度与花粉或种子死亡率（致死率）的关系。诚然，强度愈高，诱变发生的频率（诱变率）就愈大，但致死率也大，因而群体变小，变异株绝对数就少。所以，应选择合适的强度，以产生变异株数量大为度。

上述诸法都是比较经典的育种技术。最近20年来，作物转化技术脱颖而出，大有一发不可收拾之势，而且已经育出许多新的品种，我们在尾声部分将对此做比较详细的介绍。此处，我们先通过图示给读者一个粗略的直观印象。下图为经卡那霉素基因转化的小麦，转化植株因获得了卡那霉素基因，所以能抵抗卡那霉素，在用卡那霉素处理后仍能长出绿苗；而未获得卡那霉素基因的植株，不能抵抗卡那霉素，在用卡那霉素处理后只能长出白苗。

事实上，科学家早已将上述育种方法广泛用于农业生产。种类繁多的优良品种解决了我们的衣、食问题。我们每天吃的营养丰富的大米和小麦、鲜嫩的蔬菜、香甜的水果，穿的优质棉花织成的舒适温暖的衣服，等，都蕴含着遗传育种的成就。由于农业生产的发展也给工业生产的发展提供了原料，因而食品工业、纺织工业、饲料工业等得以迅速发展，为经济腾飞做出了贡献。

经卡那霉素基因转化的小麦，绿苗为转化植株，白苗为非转化植株