Speed Breeding: A Powerful Tool for Accelerating Crop Research and Breeding
The so-called additive breeding, also known as fast breeding (SB), It is to accelerate the growth cycle of plants by changing the photoperiod in a controlled artificial climate chamber, thus achieving the purpose of additive breeding. 1、 Additive breeding: a powerful tool for accelerating crop research and breedingOn July 9, 2017, the Lee Hickey team from the University of Queensland in Australia led a detailed introduction to the "Speed Breeding" technology on the preprint website bioRxiv. The article was published in Nature Plants on New Year's Day 2018 and has been cited thousands of times on Google Scholar. “speed breeding”技术 采用“speed breeding”技术，对春小麦(Triticum aestivum)、硬质小麦(T. durum)、大麦(Hordeum vulgare)、鹰嘴豆(Cicer arietinum)和豌豆 (Pisum sativum) 可以一年培养6代，对油菜 (Brassica napus)可以一年培养4代，而传统的温室培养只能做到2-3代。作者在环境可控的人工气候室中采用“speed breeding”技术实现了上述目标，包括对成株植物的表型测量、突变研究和遗传转化。 “speed breeding”技术 “speed breeding”技术与传统温室培养的一个最大不同是，前者采用了22:2小时的光：暗循环，而后者采用12:12小时的光：暗循环。前者同时采用了比较节能的LED来进行补光。作者认为采用“speed breeding”技术，结合基因编辑等现代育种技术，将大大加速作物改良的速率。 “speed breeding”技术 Watson A, Ghosh S, Williams MJ, et al. Speed breeding is a powerful tool to accelerate crop research and breeding. Nat Plants. 2018;4(1):23-29. doi:10.1038/s41477-017-0083-8 二、加代育种：调节植物生长加速育种 在缺乏综合育种计划的情况下，培育具有市场偏好性状的新品种和高性能品种需要10年以上的时间。在育种的早期阶段，需要将大量时间、空间和资源投入到与亲本基因型进行初始杂交后的选择和遗传进展阶段。加速育种有可能减少品种开发、发布和商业化所需的时间。 到2050年，世界人口将达到100亿，为了养活如此多的人口，需要开发更具生产力和弹性的作物，因此必须加快植物育种项目的基因改良速度。加速育种在自花授粉作物中成功开发和释放纯系品种的潜在优势，而使用传统方法则需要约8至10年的时间。为了达到快速繁殖的目的，可以通过调节光和温度来控制生长环境。目前，该方法适用于很多短日照和长日照物种，并且与其他尖端育种工具（如基因组选择）高度兼容。 加代条件下小麦的生长发育 三、加代育种加速作物改良 研究人员现在采用一种集成方法来提高育种效率，结合加代育种和当前植物育种及基因工程方法。加代育种是一个有前景的方法，通过缩短育种周期，实现粮食和工业作物增强，以达到营养安全和可持续农业的目标。加代育种允许植物育种者通过调整温度、光照时间和强度来促进植物发育，从而提高作物产量。它使用连续开启的人造光源来激活光合作用，这导致植物比正常情况更早地生长和繁殖。这将有助于满足未来人口增长的需求。通过结合基因分型、标记辅助选择、高通量表型分析、基因编辑、基因组选择和重新驯化等多种技术，加代育种可以使植物育种者跟上气候变化和人口增长的步伐。 加代育种中的关键改变因素 加代育种与其他育种方法相结合 四、革新作物生产：加代育种技术在现代作物改良中的重要性 加代育种( SB )技术是一种缩短育种周期、加速作物改良的创新解决方案。调控植物生长发育的关键因子，包括光周期、光强和光质、温度、相对湿度、种植密度和植物营养等，都在可控条件下刺激开花和结籽。由于作物对生理调控的响应不同，加代育种技术的发展具有挑战性。因此，针对作物的优化对于在作物中成功开发加代育种技术至关重要。加代育种技术还可以与前沿的基因组学和标记辅助选择技术协同集成，以提高作物育种计划中的遗传增益。 表1 与传统育种方法的简要对比 图1 图示 (A) 快速繁殖方案 (B) 玻璃房方案 (C) 露天饲养方案 图2 传统育种策略与利用双单倍体(DH)、单倍体(SB)、基因组选择(GS)和ExpressEdit的进步性育种策略的可视化表达和周期长度比较 五、人工气候室在加代育种中的作用 1. 精准控制环境条件：能够精确设定温度、湿度、光照强度和时长、二氧化碳浓度等各种环境参数，为育种材料提供最适宜的生长环境，满足不同作物不同生长阶段的需求，加速生长发育进程。 2. 打破季节限制：不受自然季节和气候的影响，实现全年连续的种植和繁育，大幅缩短育种周期，增加世代繁殖次数。 3. 模拟特殊气候条件：可模拟各种极端气候条件，如干旱、高温、低温等，用于筛选和培育具有抗逆性的品种，提高新品种在复杂环境下的适应性和稳定性。 4. 提高育种效率和准确性：稳定且可控的环境条件减少了外界环境因素的干扰，使育种工作者能够更准确地观察和评估育种材料的表现，从而更有效地选择具有优良性状的个体，提高选育的成功率和效率。 5. 保障实验的重复性和一致性：相同的环境参数设置可以保证不同批次实验的重复性和一致性，为科学研究和育种实践提供可靠的数据和结果。 我司生产国内专业的人工气候箱：植物生长专用红蓝光源（400-700nm），光照强度（最大光强2000umol/m2/s）；5层独立（0-100%）可调；零部件均采用世界优质产品，如芬兰 VAISALA温湿度传感器、美国丹佛斯压缩机，304不锈钢箱体。人工气候室适合植物组织培养、小苗、高苗等不同光强要求的植物室内补光培养。可保证小麦、水稻、大豆、烟草等高光强植物正常开花结子，也适合拟南芥、羽扇豆、柑橘、马铃薯、三七等农作物、中药植物生长。 我们的核心竞争力是：具备相关研究领域的专业性技术人员，其对产品应用深入理解，为科研人员提供最佳的实验方案和售后服务。为科学家提供更好的服务，是我们一直坚持努力的宗旨！
