El 作物遗传改良 自人类决定播种并保存最佳植物的种子以来，遗传学就一直伴随着农业发展。如今，我们不再仅仅谈论选择最大的玉米穗或最美味的水果：我们拥有遗传学知识。 生物技术种质库和基因编辑工具可以设计出适合气候、土壤和市场的品种。
该学科结合了 遗传学、农学、生理学和生物技术方面的知识 作物育种旨在培育产量更高、抗病性更强、品质更优的植物，同时也为了维护遗传多样性，预防未来的灾害。以下内容将系统全面地介绍作物育种的定义、目标、当前技术、发展历程以及面临的挑战。
什么是作物遗传改良？
当我们谈到植物遗传改良时，我们指的是 一系列用于修改和优化栽培植物基因型的方法这样，后代就能保留并增强我们感兴趣的农艺特性：产量、品质、抗性、适应性或营养价值。
实际上，植物育种包括： 培育新品种或杂交品种 从多样化的遗传物质（栽培品种、地方品种、野生品种或突变体）出发，通过控制选择，建立在田间和食物链中具有明显优势的基因组合。
这项基因改良旨在 培育能够在日益严苛的环境中生产更多、更好产品的植物无论是由于干旱、盐碱化、高温、新出现的疾病，还是化肥和杀虫剂的限制。
近几十年来最大的飞跃是，传统的跨界和选拔过程已经与……相结合。 分子生物学、基因组学和基因编辑工具 这使得我们可以定位关键基因，用标记追踪它们，并非常精确地修改植物 DNA 的特定区域。
作物遗传改良的目标
植物育种的驱动力是需要 提高单位面积产量和质量同时降低成本和环境影响。这转化为一系列具体目标，这些目标几乎在所有改进项目中都会重复出现。
其中一个主要轴是 农业产量提高也就是说，每公顷可以获得更多公斤的谷物、水果、根茎或饲料，而无需扩大耕地面积或增加化肥用量。
与此同时，各方正在努力寻找 提高产品的内在品质风味、质地、颜色、糖分、油脂或蛋白质含量、采后货架期、运输和储存的适宜性，以及（就园艺产品而言）对不同环境的适应性 形式和市场 （新鲜、工业、第四或第五档）。
另一个关键块是 对害虫、疾病和非生物胁迫的抵抗力或耐受性 例如干旱、寒冷、极端高温、盐碱化或土壤退化，从而减少对农药的需求和作物损失。从这个意义上讲，预防和管理…… 瘟疫与疾病 这是改进计划的共同优先事项。
最后，目标是 优化资源利用并降低生产成本：能更好地利用水和氮的品种，能承受高种植密度的品种，或者有利于机械化和高效收获的品种。
作物改良的类型和主要技术
根据所使用的工具，我们通常区分： 传统育种、分子遗传改良和精准育种虽然在实践中，现代课程结合了所有这些方法。
传统改进方法基于 人工选择和定向杂交 在具有有趣性状的植物中，染色体间的自然重组被用来产生变异，经过几代选择后，可以固定出优良的基因型。
分子阶段包含 DNA标记、基因组学和生物技术 识别与特定性状相关的基因组区域，加速选择，并在某些情况下，通过基因工程引入特定基因。
精准植物育种，由以下技术驱动： CRISPR-Cas 和其他基因编辑工具它允许对 DNA 序列进行非常具体的更改，而无需引入其他物种的基因、调整自身基因的表达或纠正突变。
总的来说，目前改进方案中使用的技术包括以下所有方面： 经典杂交、品种间杂交和种间杂交甚至更复杂的方法，如诱变、体外组织培养、体细胞克隆变异、获得双单倍体、原生质体融合或基因工程本身。
一般作物改良过程
虽然每种物种都有其自身的特点，但大多数程序都遵循以下原则： 阶段顺序相对相似 从种质资源收集到新品种上市的整个过程。
起点是 种质选择从基因库、地方收藏、商业品种、克里奥尔品种和相关野生物种中收集材料，目的是尽可能获取最大的遗传多样性。
然后是 杂交将具有互补性状的亲本结合起来：高产、特定抗性、果实品质、抗逆性等，从而产生高度变异的分离群体。
关于那个后代， 后代选择其中，最能体现所需特征的植物被确定出来；根据它们是自花授粉、异花授粉还是混合授粉物种，采用不同的选择和固定策略。
候选品系或杂交种随后继续进行 多地点、多年田间试验其中，其性能稳定性、健康行为以及对不同环境、栽培系统和管理水平的适应性都受到测试。
当一个品种展现出清晰且持续的优势时，该过程…… 注册、发布和营销通常还会附带使用建议和技术方案，以最大限度地发挥其在农场中的潜力。
种质库和起源中心：变异的基础
所有改进计划都依赖于拥有一个 广泛的遗传变异性而且，这种变异性很大程度上集中在栽培植物的所谓起源中心和多样性中心。保护这种变异性至关重要。 遗传多样性 这是未来改进的关键。
研究人员如 阿尔方斯·德·坎多勒和尼古拉·瓦维洛夫 他们确定了地球上的大片区域（中国、东南亚、中亚、地中海、墨西哥和中美洲、安第斯山脉、阿比西尼亚、巴西-巴拉圭……），这些区域聚集了大量的当地品种和作物的野生近缘种。
如果没有这些遗传储备，育种将缺乏原材料，但现代品种的推广和农业系统的转型加速了这一进程。 基因侵蚀也就是说，该领域多样性的丧失。
为避免这种不可逆转的损失，已采取以下措施： 种质库或基因库种子、组织、花粉或活体植物在受控的温度和湿度条件下保存，定期更新收藏品以保持活力。
这些银行不仅仅是仓库；它们还发挥着以下功能： 植物育种服务中心提供特征明确的材料样品、来源数据、相关农艺性状，并为将新的变异性纳入项目提供支持。
植物驯化和改良的历史演变
植物遗传改良的历史始于人类群体开始…… 驯养野生动物也就是说，有条不紊地培育它们，无意识地选择最适合它们需求的基因型。
随着时间的推移，这种选择留下了痕迹：现代品种与它们的野生祖先截然不同，它们…… 失去了在自然环境中生存所必需的基本特征 （种子传播，休眠性强）并且在栽培中获得了有用的特性（籽粒更大，果实肉质，适合收获的大小）。
几个世纪以来，里程碑不断增加： 椰枣树的人工授粉观察玉米的自然杂交，蔬菜的早期定向杂交，利用后代测试和纯系选择。
重大的概念转变源于以下工作： 孟德尔、达尔文及其后继者他为遗传、自然选择以及自交和杂交在培育新品种中的作用奠定了科学基础。
后来， 杂种优势（杂交活力）、细胞质雄性不育诱变，以及二战后一系列组织培养和远亲物种间杂交技术。
生殖系统及其对改善的影响
要设计有效的改进策略，必须了解…… 该物种的繁殖方式：是自花授粉、异花授粉、混合授粉还是无性繁殖。
自花授粉物种，即几乎完全依靠自身授粉的物种，往往会形成 高度纯合系通过每一代自交，杂合性都会减少一半，直到获得纯系，这些纯系能够忠实地从种子中复制其特征。
在异花授粉占主导地位的异交物种中， 高度杂合性和内部多样性这使得完全纯合个体难以修复，但有利于在商业杂交种中更好地利用杂种优势。
还有一些物种 混合授粉例如棉花或高粱，其中自交和杂交的程度各不相同，这就需要对选择方法和田间隔离进行精细调整。
最后，是那些植物…… 它们进行无性繁殖。 （通过扦插、块茎、根茎、嫁接或无融合生殖）可以维持 基因相同的克隆 即使它们是高度杂合的，这有利于保留有利的突变，但也存在因疾病累积而带来的风险。
授粉控制、不育和杂交形成
植物育种家的大部分工作包括： 操纵授粉 引导他感兴趣的杂交，避免不必要的混合，以免毁掉多年的选育成果。
在许多情况下，人们会诉诸于 空间和时间隔离 （地块之间的最小距离，错开种植时间以错开开花期）以及保护种子生产地块的物理屏障，如纸袋、笼子或诱集作物。
当需要进行控制性杂交时，通常会采取以下措施 人工阉割通过在花药释放花粉之前将其去除，然后在柱头最易接受花粉的时候施加选定的花粉。
在某些物种中， 自交不亲和性或遗传自交不亲和性只要花粉来源得到良好控制，就能防止自花授粉，并促进杂交种的形成，而无需去雄。
现代农业中一种极具价值的资源是 雄性不育症（男性不育）具有遗传、细胞质或组合起源，无需像玉米或高粱那样用雄性不育系进行人工去雄，即可实现大规模杂交生产。
现代技术：标记、诱变和基因编辑
除了传统方法外，当前的改进还依赖于一系列…… 分子和生物技术工具 这改变了新功能推出的速度和准确性。
MGI 分子标记和基因组分析 它们可以定位与复杂性状（产量、品质、抗性）相关的基因或区域，在非常早期阶段进行辅助选择，以及在无需等待所有性状在田间表达的情况下管理大群体。
La 诱变通过化学试剂、辐射或转座子的插入，可以产生新的变种，然后将其与感兴趣的品种进行杂交，而组织培养中获得的体细胞克隆变异则增加了另一种有用的多样性来源。
生产 单倍体和双单倍体 它大大缩短了获得完全纯合品系所需的时间，将原本需要多年连续自交才能实现的条件缩短到几代。
在直接基因改造领域，转基因植物和顺式基因植物允许…… 添加或沉默特定基因例如，Bt基因可以增强作物的抗虫性，或者使某些酶对某些除草剂不敏感，从而培育出具有明显生产优势的作物。
La 基因编辑 它更进一步，无需引入外来基因即可对 DNA 进行特定改变，调整物种特有的基因表达，从而提高耐受性、营养品质或对环境压力的反应。
量化影响、可持续性和园艺改良的作用
经济和农艺分析一致认为，非常重要的一部分是 上世纪农业生产力的提高 这直接归功于种子和植物的基因改良。
近期研究估计 近一半的产量增长 有记录可追溯到二十世纪中叶，它与新品种的培育有关，这使得在相似甚至更小的土地上生产更多食物成为可能。
在园艺作物中，植物改良至关重要。 提供极其丰富的品种多样性从适应多种市场的现代阿尔梅里亚型黄瓜，到耐储存的番茄、无籽西瓜、千姿百态的生菜，再到叶、茎、花用途各异的十字花科蔬菜。
这种持续不断的创新促成了 减少化肥和杀虫剂的使用改善作物健康，减少果实残留，节约水和能源，并为消费者带来营养和功能特性更佳的产品。
植物育种不仅影响产量，而且 可持续发展的核心工具通过推广更高效的品种，这些品种更适合综合性、有机或低影响的农业系统，并有助于实现诸如欧洲绿色协议等目标。
作物遗传改良的优势、挑战和未来
基因改良带来的优势在以下方面显而易见： 整个农产品食品链农民可以获得产量更高、更可靠的种子，工业可以获得更稳定、更高质量的原材料，消费者可以获得更安全、更多种类、更符合他们喜好的食品。
其中最明显的优势包括： 每公顷产量增加减少因病虫害造成的损失，提高水、营养物质和杀虫剂的使用效率，并生产出更耐运输和保存的产品。
然而，该学科面临 重大挑战例如，在材料同质化的情况下保持遗传多样性，使作物快速适应气候变化，应对生物技术和基因编辑方面的新监管压力，以及吸引合格人才进入一个在社会上仍然不太显眼的行业。
此外，改进必须继续进行，以平衡…… 高科技与本地知识将农民的经验和市场信息与基因组数据、预测模型和人工智能工具相结合，以设计更有效的选择策略。
一切都指向未来会有所改进，包括 企业、公共中心和农民之间的合作项目结合管理良好的种质库、先进的表型分析平台和数据驱动的决策系统，使我们能够在每种环境下最大限度地利用每种基因型。
从历史轨迹、基因库的作用、从大规模选择到基因编辑的技术演变，以及对产量、可持续性和食品质量的量化影响来看，显而易见的是： 作物遗传改良 在未来几十年里，它仍将是保障粮食安全、农业盈利能力和适应气候变化的不可或缺的要素。
