現代育種方法

• 現今的水稻育種

現今的水稻育種是一個結合遺傳學、分子生物學的精密過程，目標是培育

出高產、抗逆性強、品質優良的水稻品種。整個過程可分為四個主要階段：

1.親本的篩選

育種的第一步是尋找具有目標性狀的親本材料。這些材料可能來自保留了抗病、抗旱、耐鹽等基因資源的野生稻種。傳統栽培具有穩定高產的遺傳特性的地方品種以及符合市場需求的商業品種。

2.基因重組與雜交

選定親本後，利用雜交技術實現基因重組。這是一個讓兩個基因組互相結合的過程，目的是將優良性狀集中到下一代。

3.後代選育與性狀穩定

雜交後代具有遺傳多樣性，穩定優良性狀的方法有多代自交後，後代逐漸穩定，篩選出符合目標的植株。以及將優良基因引回原始背景，去除不需要的性狀的回交。這些方法能穩定並優化育種成果。

4.實地測試與表現評估

選育出的品系需要在不同環境條件下進行田間試驗，以評估其穩定性和適應性。例如，可以進行耐逆性測試，在模擬鹽鹼土或乾旱等逆境中檢驗新品種的抗逆性。同時，也需要進行高產試驗，對比多個品系在相同種植條件下的產量表現，以篩選出最佳品種。

水稻的基因組包含超過 50,000 個基因，其中許多基因與抗病、耐逆、品質和產量有關。通過保育與挖掘這些基因資源，加上現代分子育種技術的應用，我們能夠在面對氣候變遷和糧食需求增加時，為全球提供更加可持續的糧食供應。

• 現今的品種改良方式：

為了找到目標基因，科學家通常使用 QTL 分析 和(GWAS)分析，這些方法可以快速定位與性狀相關的基因區域。例如，控制株高的 sd1 基因(半矮稻基因)曾促成「綠色革命」。

分子標誌輔助選擇(MAS)

通過標誌基因快速篩選出攜帶目標性狀的後代，減少傳統雜交育種中時間和勞力的浪費。

QTL(數量性狀基因座)

控制複雜性狀(如產量、抗病性、抗逆性)的基因區域。現代水稻育種利用QTL定位技術，實現了更加精準的選育。

抗病性育種

通過定位抗病相關的QTL，選育出抗稻熱病、抗水稻白葉枯病的水稻品種。

例如：xa5控制抗水稻白葉枯病的性狀，已廣泛應用於水稻育種中。

抗逆性改良

鹽鹼地種植水稻的難題可通過抗鹽性QTL的引入解決，如Saltol QTL。

產量改良

解析與穗粒數、穗重相關的QTL(如qSN)，提升水稻單位面積產量。

• 性狀調查方法高通量分析(High-Throughput Plant Phenotyping, HTPP)

HTPP 利用影像技術、機器學習、數據分析和自動化設備，能夠高效、準確地測量植物的多種表型性狀，如生長速率、葉片面積、根系結構、生物量、光合作用效率等。

HTPP 的核心技術—影像與感測技術

RGB 影像：利用數位攝像頭獲取植物的可見光影像，分析葉片顏色、面積和形態。

熱成像(Thermal Imaging)：測量植物的葉片溫度，推測氣孔導度和水分利用效率(WUE)。

高光譜成像(Hyperspectral Imaging, HSI)：記錄植物在不同波長的光譜反射率，分析養分含量、病害和生理狀態。

LiDAR(光探測與測距)：生成 3D 結構，用於測量植株高度、冠層結構和生物量。

X 射線與 CT 掃描：應用於根系結構分析，如根長、根直徑和分支數量。

HTPP 在植物科學中的應用

作物育種

幫助育種家快速篩選高產、抗病、抗逆境的品系，提高育種效率。

環境影響評估

分析植物在不同環境條件（如溫度、水分、營養）下的表型變化，研究氣候變遷對作物的影響。