一、概念

生物育种是集转基因、分子标记、杂交选育等方法于一体的现代生物育种技术。

二、原理

生物育种是现代生物技术育种的统称，主要包括利用转基因、基因编辑、全基因组选择、合成生物等技术，主要有:杂交育种、诱变育种、多倍体育种、单倍体育种、细胞工程育种(组织培养育种)、基因工程育种(转基因育种)等。对动物、植物、微生物开展高效、精准、定向改良和品种培育。

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三、种类、原理、方法、优缺点：

（一）诱变育种：原理、方法、优缺点:

1.原理：基因突变

2.方法：用物理因素(如X射线、γ射线、紫外线、中子、激光、电离辐射等)或化学因素(如亚硝酸、碱基类似物、硫酸二乙酯、秋水仙素等各种化学药剂)或空间诱变育种(用宇宙强辐射、微重力等条件)来处理生物。

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3.优缺点：

（1）优点：能提高变异频率，加速育种进程，可大幅度改良某些性状，创造人类需要的变异类型，从中选择培育出优良的生物品种;变异范围广。

（2）缺点：有利变异少，须大量处理材料;诱变的方向和性质不能控制，具有盲目性。

（二）太空育种

太空育种主要是利用返回式卫星和高空气球所能达到的空间环境，通过强辐射、微重力和高真空等条件诱发植物种子的基因发生变异的作物育种新技术。1987年8月5日我国发射的第9颗返回式卫星首次搭载了青椒、小麦、水稻等一批种子，开始了我国太空育种的尝试。至今，我国已先后8次进行了太空育种试验。

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（三）杂交育种：原理、方法、优缺点:

1.原理：基因重组

2.方法：连续自交，不断选种。(不同个体间杂交产生后代，然后连续自交，筛选所需纯合子)。操作：选亲本杂交，杂交得F1、F1自交得F2、选择自交。发生时期：有性生殖的减数分裂第一次分裂后期或四分体时期。

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3.优缺点：

（1）优点：使同种生物的不同优良性状集中于同一个个体，具有预见性。

（2）缺点：育种年限长，需连续自交才能选育出需要的优良性状。

（四）多倍体育种：原理、方法、优缺点:

1.原理：染色体变异

2.方法：秋水仙素处理萌发的种子或幼苗。

秋水仙素处理二倍体理萌发的种子或幼苗获得四倍体、再让其与二倍体杂交得三倍体的种子，种子种下去（作母本，同时间种二倍体种子）

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3.优缺点：

（1）优点：可培育出自然界中没有的新品种，且培育出的植物器官大，产量高，营养丰富。

（2）缺点：结实率低，发育延迟，只适用于植物。

（五）单倍体育种：原理、方法、优缺点:

1.原理：染色体变异

2.方法：花药离体培养获得单倍体植株，再人工诱导染色体数目加倍。

操作：亲本杂交得F1，F1花药或花粉离体培养得单倍体、秋水仙素处理单倍体的幼苗、从子代中直接选择所需植株

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3.优缺点：

（1）优点：自交后代不发生性状分离，能明显缩短育种年限，加速育种进程。

（2）缺点：技术相当复杂，需与杂交育种结合，其中的花药离体培养过程需要组织培养技术手段的支持，多限于植物。

（六）基因工程育种：原理、方法、优缺点:

1.原理：基因重组

2.方法：基因操作(目的基因的获取→基因表达载体的构建→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定)。

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3.优缺点：

（1）优点：目的性强，可以按照人们的意愿定向改造生物；不受物种的限制；育种周期短。

（2）缺点：可能会引起生态危机、必须考虑转基因生物的安全性、技术难度大。（有可能产生一些负面如生物安全受威胁）

（七）细胞工程育种：原理、方法、优缺点:

1.原理：基因重组

2.方法：离体的植物器官、组织或细胞→愈伤组织→根、芽→植物体去掉细胞壁→诱导原生质体融合→组织培养核移植→胚胎移植。

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3.优缺点：

（1）优点：快速繁殖、培育无病毒植株等克服远缘杂交不亲和的障碍，培育出作物新品种繁殖优良品种，用于保存濒危物种，有选择地繁殖某性别的动物。

（2）缺点：技术要求高、培养条件严格技术复杂，难度大;需植物组织培养等技术导致生物品系减少，个体生存能力下降。

（八）植物激素育种：原理、方法、优缺点

1.原理：适宜浓度的生长素可以促进果实的发育

2.方法：在未受粉的雌蕊柱头上涂上一定浓度的生长素类似物溶液，子房就可以发育成无子果实。

3.优缺点：

（1）优点：由于生长素所起的作用是促进果实的发育，并不能导致植物的基因型的改变，所以该种变异类型是不遗传的。

（2）缺点：该种方法只适用于植物（只适用于食用果皮的植物，对食用种子的植物不能应用）。

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(九)分子育种：原理、方法、优缺点：

1.原理：分子育种是利用分子生物学技术来分析和改造植物基因组，从而获得更高产量和更好的品质的植物品种的一种育种方法。

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2.方法：是在分子水平上将外来的(由其他生物中提取的)或人工合成的DNA(或RNA)分子片断，用人工的方法进行重组，然后通过一定的载体引入到“受体”生物的细胞内，同原有的DNA组合，使后代“表达”出新引入的DNA(或RNA)携带的遗传信息所控制的遗传性状，从而快速、稳定而定向地创造出新品种(或新物种)

3.优缺点：

（1）优点：它具有标记数量大、多态性高、不受环境和生育期影响等优点。

（2）缺点：分子生物育种的缺点是显性标记，不利于群体遗传结构的分析；对DNA的纯度以及内切酶的质量要求较高；步骤繁琐、成本高、操作技术难度大等。

四、发展历史

1.选择育种1.0

过去上万年的作物育种发展历程，主要依赖对作物表型变异的肉眼观察，凭借耕作者的经验和主观判断，筛选具有符合农业生产所需要的产量、品质与农艺性状的育种材料。该阶段主要是耕作者选育具有广泛表型变异的地方农家品种，为现代栽培品种的培育奠定了遗传资源基础。

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2.专家育种2.0

始于十九世纪末，伴随着人类对生物遗传规律的认识以及田间统计学、数量遗传学在育种中的应用，由职业育种家通过预先设计杂交育种试验，选育现代栽培品种。

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3.现代育种3.0

二十世纪末至今，伴随现代分子生物学与基因工程的发展，采用分子标记辅助选择及转基因技术的手段，实现单一目标性状的导入与修饰。

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4.人工智能育种4.0

伴随人类社会步入互联网、大数据、人工智能育种4.0“三位一体的时代提出的革命性育种理念，强调生命科学、信息科学与育种科学的深度融合。 育种 4.0 阶段的育种家将依托多层面生物技术与信息技术推动育种向着智能化的方向发展，以生物信息学与机器学习技术为依托，通过遗传变异数据、各类组学数据、杂交育种数据的整合，实现作物性状调控基因的快速挖掘与表型的精准预测；以基因编辑与合成生物学技术为依托，通过人工改造基因元器件与人工合成基因回路，实现作物具备新的抗逆、高效等生物学性状；以作物组学大数据与人工智能技术为依托，通过在全基因组层面上建立机器学习预测模型，建立智能组合优良等位基因的自然变异、人工变异、数量性状位点的育种设计方案，实现智能、高效、定向培育新品种。

图例：依托多层面生命科学与信息科学推动育种技术向着智能化的方向发展来源：百度图片

育种 4.0 时代的作物基因组智能设计育种，将推动育种技术从“艺术“到“科学”到“智能“的革命性转变。

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五、发展前景

2023年中央一号文件提出，全面实施生物育种重大项目，扎实推进国家育种联合攻关和畜禽遗传改良计划，加快培育高产高油大豆、短生育期油菜、耐盐碱作物等新品种。可见，在今年部署的各项农业发展工作中，生物农业被摆在重要位置。当前，世界种业正迎来以人工智能、全基因组选择等技术融合发展的现代生物育种革命。突破种源“卡脖子”瓶颈，打赢种业翻身仗，作为现代科技革命的重要领域，生物技术已历经30余年的发展，显示出强大的生命力和对农业生产发展有力的推动作用。

农业是生物经济最重要的应用场景之一。种业是国家战略性、基础性核心产业，是保障国家粮食安全和重要农产品有效供给，推动生态文明建设，维护生物多样性的重要基础。

《“十四五”生物经济发展规划》作为中国首部生物经济五年规划，强调要重点围绕生物育种、生物肥料、生物饲料、生物农药等方向，推出一批新一代农业生物产品，建立生物农业示范推广体系，完善种质资源保护、开发和利用产业体系，更好地保障国家粮食安全、满足居民消费升级和支撑农业可持续发展，构建更加完善的全链条食品安全监管制度，确保人民群众“舌尖上的安全”。加强种质资源研究，增强原始创新基础，强化基础研究，夯实育种源头创新，加大生物育种与产业化力度，全面升级和优化生物育种产业链。

六、中科院所属有关研究所和其它有关单位及大学近三年来部分研究成果

1. 中国科学院遗传与发育生物学研究所李家洋团队在水稻冷胁迫响应调控机制上取得了新进展。论文得到国家自然科学基金委，中科院先导专项，国家水稻产业体系等项目资助。

来源：http://www.genetics.ac.cn/

2.中国科学院遗传与发育生物学研究所李家洋团队在李家洋团队成功利用“水稻高产优质性状形成的分子机理及品种设计”理论基础与品种设计理念所育成的标志性品种，实现了高产优质多抗水稻的高效培育。

3中国科学院遗传与发育生物学研究所李家洋团队成功利用“水稻高产优质性状形成的分子机理及品种设计”理论基础与品种设计理念所育成的标志性品种，实现了高产优质多抗水稻的高效培育。“水稻高产优质性状形成的分子机理及品种设计”研究成果于2017年获国家自然科学奖一等奖。

4.中国科学院遗传与发育生物学研究所傅向东研究员团队在Journal of Genetics and Genomics在线发表题为“Heterotrimeric G protein γ subunit DEP1 synergistically regulates grain quality and yield by modulating the TTP (TON1-TRM-PP2A) complex in rice”的研究论文，揭示了G蛋白协同调控水稻产量与品质的全新分子机制，为作物优质高产协同改良育种提供新思路。

5.中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员田志喜团队选育的耐盐高产大豆新品系“科豆35”，在山东省东营市黄河入海口的典型盐碱地上通过田间实收测产。测产结果显示亩产超300公斤，远超当前我国大豆约180公斤的平均亩产。

6.中国科学院水生生物研究所桂建芳院士团队培育出高产异育银鲫新品种“中科5号”，未来三年有望推广应用区域覆盖我国鲫鱼所有养殖区域，实现目前养殖鲫鱼品种的更新。

7.中国农业科学院棉花研究所李付广研究员团队发现棉花天然产物——棉酚可以广谱抑制多种冠状病毒，解析了其作用机制，为棉花副产品的综合利用开辟新途径。研究结果以“Gossypol broadly inhibits coronaviruses by targeting RNA-dependent RNA polymerases”在线发表在国际著名期刊2019年1月5日 《尖端科学（Advanced Science）》（IF=17.521，中科院一区TOP期刊）上。

来源：https://www.cricaas.com.cn/

8.中国农科院水稻生物学国家重点实验室王克剑团队利用基因编辑技术，建立了水稻无融合生殖体系，成功克隆出杂交稻种子，该项成果于2020年1月4日在线发表于《自然？生物技术》杂志。

来源：https://cnrri.caas.cn/

9.中国农业科学院深圳农业基因组研究所黄三文研究员等人发起的“优薯计划”再次获得新进展。2021年7月6日，国际学术期刊《自然-通讯》（Nature Communications）在线发表了云南师范大学尚轶、李灿辉团队和黄三文团队合作研究的一项研究，题为“A non S-locus F-box gene breaks self-incompatibility in diploid potatoes”，马铃薯自交亲和基因Sli(S-locus inhibitor)的克隆及功能解析。

来源：https://www.nature.com/articles/s41467-021-24266-7

10.中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所联合青海省大通种牛场发布牦牛新品种“阿什旦牦牛”，该成果填补了牦牛无角舍饲化国际空白。

来源：https://lzihps.caas.cn/

11.华中农业大学赵书红教授团队历时5年开发出高性能计算新工具HIBLUP（天权），提出了适合基因组育种大数据计算的新策略，为开展基因组高效选种及精准选配研究和产业应用提供了国产化新工具。2023年3月8 日成果在国际学术期刊《核酸研究》在线发表，并被评为“突破性进展”论文。

来源：http://www.hzau.edu.cn/

12.中国农科院牧医所联合培育的白羽肉鸡“广明2号”通过审定，标志着我国白羽肉鸡自主育种实现从0到1的突破，打破了国外垄断。

来源：https://ias.caas.cn/

13.中国农科院深圳基因组所研究员张春芝团队，第一代基因组设计杂交马铃薯问世，2021年6月24日在线发表于国际顶级学术期刊《细胞（Cell）》，这是“优薯计划”实施以来取得的里程碑式突破。

来源：https://www.agis.org.cn/

14.中国农科院油料所育成“中油杂19”，标志我国油菜含油量育种迈入世界领先行列，是我国首个含油量达到50%的国审冬油菜品种。

来源：http://www.oilcrops.com.cn/

15.2022年12月4日20时09分，神州十四号载人飞船返回舱在太空中经过120天“历练”、国际上首次在轨获得的水稻种子。

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16.中国农业科学院作物科学研究所周文彬团队在《Science》发表题为“一种缩短水稻生长周期、提高谷物产量的转录调控因子”的文章，有望成为未来作物改良策略的靶标，以实现更高效的作物育种和更可持续的粮食生产。

来源：http://icscaas.com.cn/

17.中国农业科学院生物技术研究所与华南农业大学等单位合作，在解析玉米倒伏抗性的分子机制方面取得新进展，成果2023年3月14日以“Localauxinbiosynthesisregulates brace root angle and lodging resistance in maize” 为题在线发表在国际知名学术期刊“NewPhytologist” 上。

来源：https://www.bricaas.cn/

七、中科院所属有关研究所和其它有关科研院所及大学部分研究机构

1.中科院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心：研究方向：种质资源创制与新品种培育、小麦育种等。主任：胡春胜

2.中国科学院遗传发育所：研究方向：高粱雄性不育及杂种优势应用，棉属种间杂交育种、大豆高效育种、小麦花药培养与单倍体育种、原生质体再生等作物育种理论与技术体系创新，动物胚胎移植、胚胎核移植、人类遗传病产前诊断、中国人类群体遗传学，以及农业生态节水、盐碱地资源利用和中低产田产能提升等所长：邢雪荣

3.中国科学院上海植物生理所：研究方向：在作物杂种优势、作物碳氮高效、高碳汇植物创制、植物干细胞与再生、植物逆境应答和免疫机制等

4.中国科学院北京植物所：研究方向：植物系统与进化、生态环境、生长与发育、光合作用以及资源植物利用的核心科学和技术问题：所长：洪德元

5.中国科学院水生所：研究方向：在淡水生态环境保护、水生生物多样性形成与适应性演化机制、水生生物资源保护、鱼类基础生物学和遗传育种理论、淡水渔业模式和微藻生物技术等。所长：缪炜（）

6.中国科学院成都生物所：研究方向：生物多样性保育与生态环境建设、生物资源高效可持续利用、食品-人类健康-水资源安全中的科学前沿问题和重大技术瓶颈：所长：吴宁

7.中国科学院东北农业与地理所：研究方向：农业生态、湿地生态、遥感与地理信息、环境与区域发展等:所长：姜明

8.中国农科院棉花生物育种及产业技术国家工程研究中心：研究方向：开展棉花功能基因的挖掘、高效规模化转基因技术体系、转基因棉花种质材料的鉴定与利用等技术创新研究。

9.中国农业大学作物功能基因组与分子育种研究中心：研究方向：分子遗传、生物技术、遗传育种。

10.清华大学无锡应用技术研究院生物育种中心：研究方向：常压室温等离子体高效诱变技术、单细胞培养的微流控高效筛选技术、压力遗传进化技术等生物学新技术新方法。

11.湖南国家杂交水稻研究中心:创始人为“杂交水稻之父”袁隆平院士。研究方向：杂交水稻高产、优质、多抗新品种的选育、水稻分子技术、以及杂种优势机理等基础理论研究。

12.浙江农林大学生物种业研究中心：研究方向：开展技术集成和成果转化，为生物种业产业服务。学术主任：何祖华：主任：喻树迅

13.福建省海洋研究所海洋生物遗传育种研究中心：研究方向：海洋动物遗传育种研究与良种选育、种苗规模化繁育。

14.福建省水产生物育种与健康养殖工程研究中心:研究方向：水产生物育种、良种选育。主任：包振民

15.中国农业大学畜禽育种国家工程实验室:研究方向：畜禽良种培育、分子检测及标记、动物胚胎工程规模化生产与高效体细胞克隆、转基因育种等关键技术。

16.四川省农科院生物技术育种工程中心：研究方向：利用基因技术、分子标记辅助选择、全基因组选择、远缘杂交及细胞工程等技术培育新品种。

17.河南省国家生物育种产业创新中心：研究方向：农作物生物育种。

18.经济林育种与栽培国家林业局重点实验室：从分子、细胞、个体和群体水平上开展经济林育种。

19.西南民族大学动物遗传育种学实验室：研究方向：支撑遗传学、动物遗传育种与繁殖。

20.中国农业科学院深圳生物育种创新研究院：研究方向：生物育种公共技术支撑平台和自主知识产权的优良品种。院长：王韧

21.上海海洋大学水产生物育种研究中心：研究方向：水产抗逆种质挖掘和抗逆分子育种、良种繁养与产业化关键技术等。

22.华中农业大学动物育种与健康养殖前沿科学中心：研究方向：动物生物育种。

八、国家产业政策

2020年末召开的中央经济工作会议文件中提出：“有序推进生物育种产业化”。2022年5月10日，国家发改委印发的《“十四五”生物经济发展规划》提出要培育壮大生物经济支柱产业，推动生物农业产业发展，明确要在尊重科学、严格监管、依法依规、确保安全的前提下，有序推动生物育种等领域产业化应用。明确将生物育种列入需要强化国家战略科技力量的八大前沿领域。

2023年中央一号文件13日发布，首次提出加快生物育种商业化步伐，重视生物育种带来的产业变革。全面实施生物育种重大项目，扎实推进国家育种联合攻关和畜禽遗传改良计划，加快培育高产高油大豆、短生育期油菜、耐盐碱作物等新品种。加快玉米大豆生物育种产业化步伐，有序扩大试点范围，规范种植管理。粮食安全形势不容乐观。加快生物育种创新及产业化力度，培育战略性新兴生物产业，对于突破当前农业发展中的重大瓶颈，保障国家粮食安全意义重大。

中国育种行业相关政策

参考文献：

1．中国科学院官网科研进展

2．中国科学院所属有关研究所和其它有关科研院所及大学官网

3．我国生物技术育种现状与发展趋势新津三农 2022-03-17

4．中国作物育种技术发展的回望与思考 百纳文秘网 2022-02-23 04:04:01

5. 作物种业发展态势分析科技导报, 2022, 40(11): 15-23; 刘忠松，陈烈臣，段美娟

6. 中国农科院官网

7．中国农大官网

8．部分图片文献来自互联网