大群体选拔流程 (Large Population SelectionProcedure)
让知识沉淀于心
编者按：
这些宝贵的知识是育种家在田间实际观察获得的经验累积，教课书里面没有。也没有实际操作规范，都是个人的观察体会。田间是重要学习场所，用心观察，用心思考，我们就可以获得很多宝贵的知识及经验。你可以在田里面走一遍，认出每一个自交系吗？这是一个好的育种家的基本功。举例来说，田间有一个美国杂交种，大概1/3植株是雄不育，2/3正常可育。这到底是什麽原因？用遗传方法，不能解释。实际上是雄不育及雄可育种子，依据一定比率掺合的结果。所以很多小问题，你必须用心思考，才能获得正确而合理的答案，你才会进步。
文 | 张铭堂（美国著名华人育种家）
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文：张铭堂（已获得授权）| 图：google photo
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吉姆，贺博 (Jim Holbert) 1916年的玉米育种选拔经验，告诉我们育种的原始材料要好，群体要大，环境恶劣的衝激力要足，以及严格的选拔，才有可能选育出性状卓越的玉米自交系。他选择最好的方克黄马齿 (Funk Yellow Dent) 天然授粉品种的优良果穗做为种子，种植40到60英亩，每一英亩5,000株，共计200,000株到300,000株天然授粉植株。方克黄马齿来自瑞德黄马齿。收获后，选拔重量高，无病害，果穗较长，较细，穗轴较细，行数比较少，子粒表面光滑，植株的秆及根强度良好5,000穗，进行发芽试验，选拔发芽率好，无病害的2,000穗。1917年，播种1,200穗行，每行100粒。选最好100穗行，每行自交20株。共计2,000穗。选拔秆强度，产量及穀粒品质，20穗获选。然后进行发芽试验，仅12株获选。于1918年播种12个穗行自交，剩余的种子混合后，播种于隔离田，自然授粉，成为下一轮选拔的材料。1918年夏，大风及暴雨后，除一个穗行，所有穗行植株倒伏。收获20果穗，1919年穗行播种，夏天高温，大旱，除一个穗行外，所有穗行植株不是枯死，折断，倒伏，就是无花粉或不能结实。从这个残存的穗行后裔，选育出贺博自交系A或方克176A。赖斯德，费斯特 (Lester Pfister) 1924年从克鲁格(Krug) 天然授粉群体，选拔重量大，结实最好的果穗，获得 50,000粒种子。播种后于1925年自交最佳2,000穗。1926年到1928年，继续保持2,000穗的穗行。由于干旱，虫害等特殊环境，只有6个穗行可以继续选育。只成功育成一个自交系，就是费斯特187。费斯特说，让弱者去死吧。这就是他的选拔逻辑(Crabb, 1992)。可见玉米育种的成功机率，低于万分之一。育种的群体要大，可以有效提高育种效率。
大群体选拔的条件是：1）不良性状以及低效遗传基因的数量很低，不会由于低劣遗传基因的分离表现而产生很多低劣的不良遗传后代。2）群体累积聚合的优良遗传基因数目很多，可以有效分离产生许多优良配子体组合个体。3）分离基因数目比较大，可以产生变异比较大的遗传基因分离聚合的个体。如果分离基因的数目比较大。则使用大群体选拔有效。4）增大群体，可以增大优良基因型配子体获选的几率。这个方法的缺点是优良遗传基因的分离，重组具有逢机性，不能预期。因此优良遗传基因一旦分离丧失，不能恢复。
玉米的杂交组合，平均杂结合程度是50%。可以假设F1杂合程度是50%，F2是25% ，F3 是12.5%，以及F4 是6.25%。杂合程度愈低，表示基因纯合程度愈高，后代分离的情形愈少，则表现型愈来愈一致。早代材料基因分离程度高，表现型性状不固定，个体植株后代性状分离，而与亲本外观不同。因此早代选拔的效率比较低。结果误差大而不可预期。大群体的育种理念是增大育种群体，可以增加选拔优良遗传基因组合个体的机率。美国斯坦因种业（Stine Seeds）的HarryStine使用大群体的方法来做玉米育种。他认为F2代基因分离最大。如果在F2代使用大群体筛选，将可以有效选拔累积聚合优良基因的遗传个体，增加优良基因数量，减少不良基因的数量。育种流程必需依据材料遗传基因组成来决定选拔的尺度及如何选拔。基本的具体步骤，可以描述如下：
1）可以使用较高密度，比如每亩6,000株，种植1万到2万株F2植株。密度较高可以增加植株间水分，养分，空气及生育环境竞争的压力。增大植株性状优劣的差距，以利选拔。
2）植株生育期中，不需特别照顾或观察，让自然环境来筛选。由于不良基因效应所产生的不良性状或植株，包括弱株，崎型株，开花期晚及空秆等，可以自然淘汰。
3）确定育种目标。如果是选育110天中熟生育期品种，可以在生育55天时，派一群临时工去田间套袋。每一个人套两行。必需套发育良好的雌穗，植株健康，同时穗位是在腰部位置。只套袋一次。大约套3千到4千株。所有未套袋的植株，完全淘汰。
4）在59天时，临时工再次走一遍田间，将已经套袋，果穗出丝良好，雄花穗散粉良好的雄花穗套袋。大约套2千到3千株。淘汰其他植株。
5）第二天或第60天，第三次走一遍田间，授粉所有套袋的2千到3千株果穗。
6）果穗110天成熟。等植株完全干燥以后，大约115天，才开始收获。淘汰腐烂及倒伏植株。只采收茎秆直立植株的果穗。如果群体植株明显分离倒伏，早枯，茎腐及空秆等恶劣性状，则不太容易清除。收获1千6百到2千4百果穗。这是第四次走遍田间。
7）乾燥后进行果穗筛选及考种。观察果穗及籽粒性状分离程度，决定选拔空间大小，选拔的难易，以及成功的几率。果穗重要性状表现包括果穗行数，大小，长短，粗细，病害程度，籽粒排列，马齿凹陷及籽粒表面光滑程度。穗轴粗细及颜色。籽粒颜色，大小，形状，深浅，厚薄，没有爆粒以及损害籽粒比率低。比较恶劣的性状包括分离球型果穗，粗大穗轴，穗轴曲折，小型籽粒，以及淀粉填充不良籽粒等。如果恶劣性状分离程度较高，则很难淘汰这些分离的恶劣基因。通常选拔14行以上，长度比较长，穗轴比较细，籽粒比较深，比较扁，不要太宽，没有爆粒，没有病害，籽粒结实饱满，油亮黄色，表面光滑，以及外观良好果穗。选拔尺度依据分离情形决定。最佳200到300 F3果穗获选。
8）如果遗传基因分离程度不大，选拔效果明显时，可以开始种植F3穗行来进行测产及穗行选拔。如果遗传基因分离程度太大，性状变异不稳定而明显，则可第二次进行遗传基因的分离，重组，累积及聚合选拔。可以从200到300穗获选果穗，每一穗取50粒种子样本，合计1万到1万5千粒，重复1到7步骤，最佳200到300 F4果穗获选。
9）使用高密度穗行种植最佳200到300 F4果穗。一穗一行。每行20粒。自交穗行开花期适当，良好植株8到10株，可以开始测交。每行收获后，选最好三穗保留。获得600到900穗F5最佳果穗。
10）使用高密度穗行种植最佳600到900 F5果穗。一穗一行。每行20粒。每行自交开花期适当，良好植株8到10穗。每行收获后，选最好两穗保留。获得1200到1800穗F6最佳果穗。测产结果可以决定哪些穗行获选升级。
11）如果50个穗行高产。每个穗行保留2穗。则可种植100个F6穗行。种植密度恢复正常。每穗行15粒。自交5到8穗，并测交。每行收获后，选最好两穗保留。获得200穗F7最佳果穗。发芽率检测。
12）种植200 F7果穗。一穗一行。每行15粒。每行自交开花期适当，良好植株5到8穗。每行收获后，选最好一穗保留。获得200穗F8最佳果穗。测产结果可以决定哪些穗行获选。如果有8行获选。则保留这8行的8个F8获选果穗。发芽率检测。
13）种植8个获选F8果穗。一穗一行。每行15粒。每行自交开花期适当，良好植株5穗。并测交。每行收获后，选最好三穗保留。种子混合为育种系。获得8个F9育种系。发芽率检测。
14）种植8个F9育种系。一系一行。每行15粒。每行自交植株10穗。并测交。种子开始小量生产。如果植株形态已经完全均匀一致，没有分离，则每行收获后的F10种子，可以混合。测产结果可以决定那个育种系获选。如果测产结果很好，则育种系可做为杂交种的亲本而命名为自交系。发芽率检测。
15）F10种子自交繁殖，F11种子混合成为原原种种子。发芽率检测。
（全文完）
作者｜张铭堂
来源｜张铭堂
编辑｜新锐恒丰研究院
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