平时搞的最多的就是水稻,所以就用水稻为例吧。
先说杂种优势。杂种优势就是说子代同时具有双亲的遗传物质(基因),而在生长、成活、繁殖能力或生产性能等方面均优于双亲的现象。
看上面的图比较好理解(答主自画,网友将就看吧),假设父本是AA,母本是aa,则子一代的基因型就是Aa,同时具有了父本和母本双方的优良特性,因此也就有了更强的优势。这就是为什么农业上经常用杂交的方法来培育优良物种的原理。一提到杂交水稻,我们大概第一反应都会想到袁隆平院士。我们都知道,杂交水稻是袁隆平院士培育出来的。既然前面说了,杂交育种是农业上很常用的育种方式,甚至在很久远的古代,人们就掌握了这种技术,虽然他们还不清楚这背后的原理。那么,难道几千年里,靠古代人的智慧就没有培育出杂交水稻吗?是的,没有。这里就涉及另一个问题,水稻是严格的自花授粉植物。
我们看上面的水稻花,可以发现,水稻开花期,雄蕊和雌蕊都是被硬壳包裹起来的,这两片硬壳分别叫外稃和内稃。所谓肥水不流外人田,由于这种结构,一株水稻雄蕊上的花药只会授给自己的雌蕊。这在生物学上叫作自交。
我们把第一张图再做一下延伸。
我们所买到的杂交水稻的种子就是上面的子一代。而因为水稻的自花授粉,在子二代时就出现了三种不同的子代,根据概率得到的分离比应该是AA:Aa:aa=1:2:1。而其中AA和aa也就不再具有杂种优势,也就是我们所说的留种长不好的原因。如果我们继续往下推,把所有子二代种子都种下去,我们可以发现AA的子二代自交只会产生AA,同样aa自交也只有aa,而Aa的子二代自交又会产生AA,Aa,aa三种子代,随着这种现象的不断积累,最终我们得到的几乎就会全部是AA和aa,杂种种子也就消失了。
为了避免上述情况的发生,科学家就研究出了三系杂交水稻(后来还有二系杂交,有兴趣的网友可以自己查下),分别包括不育系,保持系和恢复系。
这其中,不育系是一株雄蕊发育不良的水稻,其自身是不能进行繁殖,这也是三系里最重要的一环,袁隆平院士花了六年的时间才在野外找到(真的很令人敬佩)。保持系可以和不育系杂交,其后代还是不育系,用于帮助不育系繁殖,当然,保持系同时还可以自交,产生保持系子代。恢复系自交产生的是恢复系子代,可以自己繁殖。前面还都是普通的,但是当把不育系和恢复系杂交的时候,奇迹就发生了,其子代就是我们要的杂交水稻种子,高产、抗逆的超级水稻就诞生了。
因此,种子公司只要掌握了三系水稻的资源,就可以快速大量的繁殖杂交水稻的种子。但是,前面说过了,杂交水稻的子一代是不能继续种植的,因为农民收获后留下的种子其实已经失去了杂交水稻的优势。而水稻的三系杂交,不但需要人工去雄,还需要复杂的培育过程,所以是不可能让农民自己操作的,因此农民也就只能去种子公司买种子了。
我想,大概会有人疑问了,难道就不能培育出简单便捷,又能留种继续种植,产量又高的种子吗?前面我提到的两系杂交,就是一种简化了的方法,但是还是需要不育系和恢复系两种水稻才可以完成。至于能不能只用一系水稻就实现我们的梦想,那就已经到了基因层次的研究了,也是目前科学家们都关注的研究方向,只可惜,就目前的情况看来,在这个方向上我们还有很漫长的路要走。
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