作物杂种优势的利用

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1、作物杂种优势利用,杂种优势的一般概念杂种优势利用与预测亲本的选育杂交种的配制杂种优势的固定,第一节 杂种优势的一般概念,一、杂种优势的概念及优势率的测定杂种优势概念 两个或几个遗传性不同的亲本杂交所产生的杂种，在生长势、体积、结实性、发育速度以及对不良环境条件的抗性等方面优于亲本的现象。,（一） 杂种优势的表现,1. 普遍性2. 复杂性3. 特殊性,1.杂种优势是生物界的普遍现象,近代： 普通烟草（Nicotiana tabacum）1 、德国学者Kolreuter （1761 -1766 ）报道烟草种间 杂交种具有杂种优势 心叶烟草（ Nicotiana glutinosa）,早熟,优质晚熟

2、,优质早熟,种间杂交种,1.杂种优势是生物界的普遍现象,2 、 endel 在豌豆杂交试验中，首先提出杂种活力（Hybrid vigor）术语。,3、 .J. Beal :18761882 ，玉米品种间杂交种。,1.杂种优势是生物界的普遍现象,1） 19001908年：East & Shull培育玉米自交系，利用自交系培育单交种。,2）1910-1915年:农民不愿意进行玉米自交和杂交，杂交玉米工作未继续进行,单交种,1.杂种优势是生物界的普遍现象,3） 1916-1918年：Jones提出培育双交种，为杂交种生产开辟了新途径。,4）1920-1925年：双交种Burr-Leammg在新英格兰

3、推广。,单交种,单交种,双交种,1.杂种优势是生物界的普遍现象,2、杂交水稻研究简史,1）1958年：日本胜尾清育成藤坂5号不育系2）1966年：日本新城长友，育成65A不育系3）1966年：袁隆平报道发现雄性不育株。4）1970年：李必湖发现野败不育株5）1972年：中国，珍汕97A不育系6）1973年：中国发现IR24恢复系,1.杂种优势是生物界的普遍现象,3、杂交小麦研究简史,1）1934年: 发现小麦具有杂种优势,2）1951年：木原均将普通小麦的细胞核导入尾形山羊草的细胞质中产生了雄性不育性。,可 育 不 育,1.杂种优势是生物界的普遍现象,3）1962年：以提莫菲维小麦为母本，普通

4、小麦Bison为父本杂交，然后以Bison为轮回亲本连续回交获得提型（T型）细胞质不育系和Bison小麦保持系。,4）同年（1962）利用提莫菲维的恢复基因育成普通小麦Marquis恢复系，实现了三系配套。,不育系,恢复系,保持系,1.杂种优势是生物界的普遍现象,5）1974年，第一个CMS杂交种在生产上应用(US),6）1980年开始，化学杀雄剂研究。,乙烯利WL84811（Shell)SC2053 (Shell)Genesis( Mensanto),第一节 杂种优势的一般概念,2.杂种优势的表现是复杂的现象，可分为： 营养型（体质型） 生殖型 适应型,第一节 杂种优势的一般概念,3.杂种优

5、势是特殊的现象，其优势大小主要取决于： 双亲性状间的差异 双亲性状互补 双亲基因型的纯合程度 基因型与环境的互作,一、杂种优势的概念及优势率的测定,（二）杂种二代及以后各代的杂种优势 F2优势降低的程度因亲本性质（即双亲遗传差异的大小）、数目和具体杂交组合而不同,（三） 杂种优势率的测定,杂种优势指数： 指杂种F1的产量或某一数量性状的数值与双亲（P1和P2）同一性状的平均值的比率。 F1 杂种优势指数（%）= 100% (P1+P2)/2,（三） 杂种优势率的测定,要使杂种优势得到实际应用，不仅杂种一代要比其亲本优越，还必须优于当地推广的良种，才能在生产上应用。因此，超标优势更有生产和实践意

6、义。,（三） 杂种优势率的测定,杂种优势表现,产量的直接构成因素可剖析为亩穗（果荚）数、穗（果荚）粒数和千粒（百粒）重。,（三） 杂种优势率的测定,部分作物株高杂种优势,（三） 杂种优势率的测定,部分作物叶面积的杂种优势,第二节杂种优势利用与预测,人们为了利用杂种一代的优势于生产，为家畜、家禽、植物、蔬菜、观尝植物，制定了各种选育、制种的程序和方法。这种选、育、制、用的过程，称为杂种优势利用。 一、利用杂种优势的基本原则（一）强优杂交组合（二）提高两亲本的纯合性（三）采用简易经济的制种技术,概括为三个字：强、纯、简,杂种优势利用与预测,二、杂种优势利用的主要途径（一） 人工去雄,1） 雌雄同株

7、异花的作物： 玉米,3）种子繁殖系数大而用种量少的作物：烟草,2）花器官大的作物：棉花,1）在花粉发育前的适当时期，喷洒一些内吸性的化学药剂，可以抑制花粉的正常发育过程，使花粉败育，达到杀雄的目的。 适用作物为一些自花授粉作物和常异花授粉作物，如小麦、棉花。,（二） 化学杀雄,杂种优势利用与预测,2）优良化学杀雄剂应具备的优点：,A 具有较高的选择活性（雄蕊不育， 雌蕊可育）B 不同基因型间对其敏感性差异较小C 便于施用（施用的发育时期较长和有效的剂量范围较广等）D 残留量较少，对环境污染较小等E 价格便宜,杂种优势利用与预测,（三）利用自交不亲和性,1）概念和类型： * 概念：同一植株上机能

8、正常的雌、雄两性器官和配子，因受自交不亲和基因的控制，不能进行正常交配的特性，称为自交不亲和性。受单一位点或多位点的自交不亲和基因S控制。 * 分为两类：A） 配子体自交不亲和性（self incompability of gametophyte）：禾本科植物 B 孢子体自交不亲和性(self incompability of sporophyte)：十字花科植物,自交不亲和性图,配子体自交不亲和性：花粉能正常发芽，但进入花柱组织或胚囊后。遇到卵细胞产生的某些物质，表现相互抑制。,孢子体自交不亲和性：花粉粒及花粉壁成分与雌蕊柱头上的柱头毛或乳突细胞之间具有相互抑制作用，花粉管不能进入柱头。,杂

9、种优势利用与预测,（四）利用标志性状,利用作物特殊的形态上标记性状，区分真假不育系及真伪杂种。有显性的（如水稻的紫色叶枕，小麦的红色芽鞘、高粱的紫色芽鞘、棉花的红叶和鸡爪叶等）；有隐性的（棉花的芽黄和无腺体）,杂种优势利用与预测,（五）利用雄性不育,利用雄性不育性育种，是克服雌雄同花作物人工去雄困难的最有效途径，因为雄性不育性是可以遗传的，可以从根本上免除去雄的手续。,雄性不育是指雄性性器官发育不良，失去生殖功能，导致不育的特性。,杂种优势利用与预测,雄性不育类型,1 核质互作雄性不育性： (1) * 不育类型：S（msms）； * 可育类型：S(MsMs)；S(Msms)； N(MsMs)；

10、N (Msms)； N (msms)； * “三系”及其遗传模式：不育系、 保持系、恢复系,利用三系制种方法,保持系N（msms）,X,不育系S（msms）,不育系S（msms）,X,恢复系N（MSMS）S（MSMS）,恢复系N（MSMS）S（MSMS）,杂交种S（MSms）,繁殖区1,制种区2,母本,母本,父本,父本,保持系N（msms）,不育系,不育系S（msms）,杂种优势利用与预测,(3) 孢子体不育和配子体不育,按照雄性不育花粉败育发生的过程，可以分为： 1)、孢子体不育 花粉育性的表现由孢子体的基因型控制，当母本基因型为S(rr)时，花粉全部败育。 2)、配子体不育 花粉的育性受配

11、子体本身基因型控制。,杂种优势利用与预测,2 细胞核雄性不育性：含义：它的不育是受细胞核雄性不育基因控制，与细胞质无关，其雄性器官没有生殖能力，甚至没有花粉，但其雌性器官一般是正常的，并可通过异交而结实，它即找不到保持系，也无所谓恢复系。类型：单隐性基因、双隐性基因、单显性基因和双显性基因控制的不育、光温敏不育、基因工程不育,杂种优势利用与预测,顶交种,自交系间杂交种,雄性不育杂交种,自交不亲和系杂交种,种间与亚种间杂交种,品种间杂交种,三、杂交种的类别,雄性不育杂交种,1细胞质雄性不育杂交种：用细胞质雄性不育系作母本，用相对应的恢复系作父本组成的杂交种。2 细胞核雄性不育杂交种： 1）隐性核

12、不育杂交种：如棉花两系杂交种 2）光敏核不育杂交种：水稻、小麦光敏核不育系杂交种,（五）自交不亲和系杂交种,利用自交不亲和生产的杂交种。 用自交不亲和系做母本与正常品种杂交而成。,（六）种间与亚种间杂交种,1 利用有些作物不同种间和不同亚种间杂交能正常结实，而配制的杂交种。2 利用的是它的F1优势。如棉花中的陆地棉与海岛棉花的杂交种，水稻的籼粳亚种间杂交种。,杂种优势利用与预测,四、杂种优势的预测（一）利用地理差异来预测杂种优势（二）利用群体遗传学的方法来预测杂种优势（三）利用生理生化的方法来预测杂种优势 1利用酵母法预测杂种优势2利用线粒体、叶绿体和匀浆互补预测杂种优势3利用同工酶谱和酶活性

13、预测杂种优势（四）利用交叉线法预测杂种优势（五）分子遗传学方法预测杂种优势（六）利用计算机模拟预测杂种优势（七）利用其他方法预测杂种优势,第三节亲本的选育,配合力的概念,测验种的选择,配合力测定的方法,配合力测定的期,自交不亲和系,水稻“三系”,自交系,一、亲本配合力的测定,二、主要亲本品系的选育,亲本的选育,对亲本品种（或系）的要求,基因型纯合，表现整齐一致；具有较高的一般配合力；具有优良的农艺性状；具有优良的繁殖与制种性状。,一、亲本配合力的测定,（一）配合力的概念 配合力又叫结合力，系指一个亲本与另外一些亲本或品种杂交后，杂种一代的性状表现。,一、亲本配合力的测定,1、一般配合力（gen

14、eral combining ability ，GCA）： 指一个被测系与一个遗传基础复杂的群体品种或许多其它自交系杂交后，F1产量和其它数量性状的平均表现能力。2、特殊配合力（specific combining Ability， SCA）： 指一个被测系与另一个特定自交系杂交后，F1产量和其它数量性状的表现能力。,一、亲本配合力的测定,GCA反映的是某一个亲本（自交系）的好坏；SCA反映的是某一个杂交种的好坏。 被测系的许多特殊配合力的平均值，就是一般配合力。,一、亲本配合力的测定,（二）测验种的选择1、几个概念,测交（test crossing）：测定亲本配合力所进行的杂交。测验种(tester)：测交所用的亲本。测交种(test cross variety)：测交所得后代。,一、亲本配合力的测定,2、测验种的选择,普通品种、品种间杂交种、综合杂交种：GCA单交种、自交系：SCA,一、亲本配合力的测定,测验种的配合力： 配合力效应值是一个估算值。如果测验种选择不好，偏差会很大。所以在配合力的测验中，如果测验种改变了，其效应值也会发生变化。测验种与被测系的亲缘关系： 姊妹交近交衰退，估算值偏低；亲缘关系太远，测验结果偏高。,