雜交育種概述第三節(jié)遠緣雜交和選擇遠緣雜種

1、雜交育種概述 第三節(jié) 遠緣雜交和選擇遠緣雜種 遠緣雜交（diiistant hybridization） 是生物種間、屬間或地理上相隔很遠的不同生態(tài)類型之間的雜交。 一、遠緣雜交的意義1.培育植物新品種2.栽培品種與野生植物雜交，提高后代抗性3.提高品種品質(zhì)4.雜交后代的廣泛分離為選擇提供更多機會5.創(chuàng)造雄性不育、誘導孤雌生殖、研究進化起源等二、遠緣雜交的不親和性和解決方法 遠緣雜交的親本之間親緣關系遠，遺傳差大，生理上也不協(xié)調(diào)。這些都會影響受精過程，導致雌雄配子不能結(jié)合。這就是遠緣雜交的不親和性或者叫做不可交配性。 常見問題： 花粉不能在異種的柱頭上萌發(fā)； 花粉萌發(fā)但花粉管不能伸入柱頭； 花

2、粉管伸入柱頭后生長緩慢或破裂； 花粉管長度不夠，不能到達子房； 花粉管到達子房但不能完成受精作用等。 1.染色體加倍法： 甘藍 白菜 不易雜交 2n=2x 甘藍 白菜 成功 2n=4x金花茶遠緣雜交正反交親和性差異組 合結(jié)果率（%）防城金花茶 攸 縣 油 茶 07攸 縣 油 茶 防城金花茶 48防城金花茶 茶 梅 46茶 梅 防城金花茶 13解決辦法：2.選擇配子親和力高的雜交組合：3.使用“橋梁種” 蘿卜 蕓薹 不親和 蘿卜 甘藍型油菜（橋梁種） F1 蕓薹 容易成功 矮生扁桃 山毛桃（橋梁種） F1普通桃 成功 染色體數(shù)多或染色體倍性數(shù)高的種作母本，結(jié)實率較高。 雜種植株或幼齡植株作母本雜

3、交成功的可能性也較大。4.混合授粉、多次重復授粉或射線處理防城金花茶（五寶山茶花粉+星桃山茶花粉 +高劑量射線殺死的防城金花茶花粉）結(jié)實率5.花柱截短或父本柱頭組織移植6.使用化學藥劑 赤霉素、萘乙酸、生長素、硼酸、蔗糖溶液、維生素等涂抹或噴灑雌蕊，有助于花粉萌發(fā)和花粉管伸長。 大衛(wèi)百合 王百合（花粉） （切去部分花柱）遠緣雜種5.無性嫁接6.延長生育期7.加強管理四、選擇遠緣雜種 遠緣雜種分離的范圍遠較品種間雜種廣泛。 遠緣雜種的“劇烈分離”可能會產(chǎn)生近緣雜交所不能產(chǎn)生的新類型。 遠緣雜種的“劇烈分離” 不容易穩(wěn)定，使育種周期延長?；蛞螂p親巨大差異導致雜種生活力衰退。 遠緣雜種的分離沒有任何

4、規(guī)律，比品種間雜交具有更大的多樣性和復雜性。遠緣雜種后代的分離大致可歸納為以下類型： （1）綜合性狀類型 （2）親本性狀類型 （3）新物種類型由于遠緣雜種的分離具有多樣性，對雜種真?zhèn)渭捌浜蟠M行早期鑒定與選擇，除采用形態(tài)學的方法外，還應進一步采用現(xiàn)代技術手段，如電鏡技術、核型分析技術、同工酶分析技術、分子標記技術等。 1. 受精前的雜交障礙受稍前雜交障礙的表現(xiàn) 親緣關系愈遠，雜交障礙就愈明顯。受精前雜交障礙的主要表現(xiàn)有第一， 由于異種植物柱頭環(huán)境和柱頭分泌物差異太大，致使花粉在異種植物的柱頭上不能萌發(fā)；第二，即使花粉在柱頭上萌發(fā)，但花粉管不能進入柱頭；第三，花粉管生長緩慢，不能進入子房到達胚囊

5、中；第四，花扮管雖能進入子房，到達胚囊，但不能受精。小結(jié)2.受精前雜交障礙的克服方法 （1）注章親本的選擇選配選擇親和性較好的種類作為雜交親本，經(jīng)選定作母本的某一物種， 對于接受不同物種的雄配于和它的卵核、極核的融合能力有很大的遺傳差異。例如，用防城茶作母本，分別用七星白、 五寶、連蕊茶、早桃紅和獅子頭為父本，其結(jié)實率差別較大，分別為0、1.6%、4.3%、5.5%和2.5% 。遠緣雜交還常常出現(xiàn)正反交結(jié)果不同的現(xiàn)象。采用染色體數(shù)較多或染色體倍性高的種作為母本較易成功。例如，北京林業(yè)大學在茶花遠緣雜交育種中，以六倍體的云南山茶(2n =6x = 90)為母本，二倍體山茶(2n =2x=30)

6、為父本時結(jié)實率為8.7%。其反交的結(jié)實率只有2.7% 。選擇第一次開花的幼齡雜種實生苗作母本。米丘林認為若雙親均是第一次開花的幼齡雜種，對于克服遠緣雜交的不親和性較為有利。混合授粉就是在選定的父本花粉內(nèi)，摻入少量其他品種甚至包括母本的花粉，然后授于母本花朵的柱頭上?；旌匣ǚ劭梢允侨舾煞N遠緣花粉的混合物，也可混入經(jīng)殺死的母本花粉以及未經(jīng)殺死的母本花粉。混合花粉成員數(shù)，一般認為以不超過3 -5 個為宜。在金花茶的遠緣雜交中，用山茶品種五寶和松子授粉，結(jié)果率分別為1. 6% 和0 ，而兩個品種的花粉混合后再給金花茶授粉，其結(jié)實率增加到12% 。重復授粉是指在同一母本花的蕾期、開放期和花朵即將凋謝等不

7、同的時期， 進行多次重復授粉。（2）混合授粉和多次重復授粉（3）柱頭移植和花柱短截法柱頭移植的方法通常有兩種. 一是將父本花粉先授于同種植物柱頭上， 在花粉管尚未完全伸長前，切下柱頭，移植到異種的母本花柱上；二是先進行異種柱頭嫁接，待一兩天接口處愈合后再行授粉。花柱短截法是把母本花柱切除或剪短，把父本花粉直接授在切面上，或?qū)⒒ǚ鄣膽腋∫鹤⑷胱臃?，使花粉不需要通過柱頭和花柱直接使胚珠受精。（4）媒介法（5）試管受精：從母本花朵中取出帶胎座或不帶胎座的胚珠，置于試管中培養(yǎng)，并在試管中進行人工受精，以克服遠緣雜交中花粉不萌發(fā)、花粉管不能伸長或伸長過慢等障礙。（6）化學藥劑處理：應用赤霉酸、荼乙酸、硼

8、酸等化學藥劑，涂抹或噴灑處理母本雌蕊，能促進花粉萌發(fā)和花粉管的伸長，有利于完成受精作用。（7）應用溫室或保護地雜交，改善授粉受精條件 例如，在金花茶與山茶的遠緣雜交中， 2 月份如果溫暖少雨，結(jié)實率顯著提高；如低溫多雨，結(jié)實率下降，甚至不結(jié)實。百合OA 遠緣雜交中，雜交時的氣溫為30時，花粉管在胚珠中的穿透率僅為0.4% ，當氣溫為34 時，穿透率提高到1. 1%。（8）花粉預先用低劑量輻射處理，再進行雜交（9）體細胞融合技術（10）外源DNA導入技術3.遠緣雜交受精后胚敗育的表現(xiàn)及原因遠緣雜交受精后雜種胚敗育的主要表現(xiàn)：第一，受精后的幼胚不發(fā)育，發(fā)育不正常或中途停止發(fā)育；第二，雜種幼胚、胚乳

9、和子房組織之間缺乏協(xié)調(diào)性，特別是胚乳發(fā)育不正常，影響胚的正常發(fā)育，致使雜種胚部分或全部壞死；第三，雖能得到包含雜種胚的種子，但種子不能發(fā)芽，或雖能發(fā)芽，但在苗期或成株前夭亡。這些現(xiàn)象發(fā)生在受精之后，因此又稱為雜種衰亡。造成種胚敗育或幼苗早夭現(xiàn)象的主要原因：第一，由于兩親的遺傳差異大，引起受精過程不正常和幼胚細胞分裂的高度不規(guī)則，因而使胚胎發(fā)育中途停頓流亡；第二，由于小苗在生理上的不協(xié)調(diào)，因而影響了雜種的成苗成株。例如在金花茶與山茶、攸縣油茶的遠緣雜交中，有的雜種種子根本不能發(fā)芽，有的發(fā)芽后開始生長正常，但不久后逐漸枯死。4.受精后胚敗育的克服方法（1）雜種胚的離體培養(yǎng)（2）嫁接（3）改善營養(yǎng)條

10、件（4）人工輔助授粉5.遠緣雜種的不育性遠緣雜種不育性的主要表現(xiàn)：第一，雜種營養(yǎng)體雖生長繁茂，但不能正常開花；第二，能正常開花但其構(gòu)造、功能不正常、不能產(chǎn)生有活力的雌、雄配子；第三，配子雖有活力，但不能完成正常的受精過程，不能結(jié)籽。6.遠緣雜種不育性的克服方法（1）雜種染色體的加倍（2）回交法（3）延長選擇世代 第四節(jié) 雜種優(yōu)勢利用 雜種優(yōu)勢（heterosis）是指兩個遺傳組成不同的親本雜交，產(chǎn)生的雜種第一代（F1）在生長勢、株高、花徑、成熟期、抗病蟲害及不良環(huán)境的能力等方面超過雙親的現(xiàn)象。僅僅利用F1代雜種優(yōu)勢的育種方法叫做雜種優(yōu)勢利用，也叫做優(yōu)勢育種或一代雜種育種。 雜種優(yōu)勢表現(xiàn)的程度因

11、雜交親本組合的不同而不同，其優(yōu)勢有強有弱，數(shù)值上有正有負。這意味著不是所有F1都存在雜種優(yōu)勢，也就是說雜種劣勢同樣存在，此時其值為負。另一方面，同一組合（同一F1）在不同環(huán)境條件下種植，優(yōu)勢的表現(xiàn)也不同，這是環(huán)境因子與基因互作的結(jié)果。 與雜種優(yōu)勢相對應的是自交衰退( inbreeding depression) 。自交衰退也是生物界普遍存在的現(xiàn)象。對于異花授粉植物來說， 一般自交后都會發(fā)生不同程度的衰退，衰退的程度因種類不同而異。在自交的初期階段，衰退較快，隨著自交代數(shù)的增加，衰退有變慢的趨勢。而自花授粉植物在長期的進化過程中，不適應自交的植株已被自然淘汰，因此自交衰退不明顯或基本上不衰退。自

12、交衰退是與純合基因型同時產(chǎn)生的，自交后代群體中的純合率可用下式估算： 數(shù)量性狀的遺傳機制：數(shù)量性狀的遺傳表現(xiàn)為中間性遺傳、超親遺傳和雜種優(yōu)勢三種方式。其中中間性遺傳和超親遺傳可用多基因?qū)W說來解釋：（1）數(shù)量性狀受一系列獨立遺傳的基因所控制，而每個基因的作用效應都很小叫作微效基因；（2）微效基因通過累加作用共同影響某一數(shù)量性狀的表現(xiàn)，叫做基因加性效應；（3）微效基因在體細胞中也是成對存在，并且等位基因也是獨立遺傳，同時存在分離、重組和連鎖互換，但相互之間不存在顯隱性關系和互作；（4）微效基因的加性效應是真實遺傳的，并在后代中得以固定。雜種優(yōu)勢則可用基因非加性效應解釋：基因非加性效應是由等位基因或

13、非等位基因相互作用產(chǎn)生的效應，包括超顯性效應和上位效應，前者是由等位基因間互作產(chǎn)生的效應，后者是非等位基因間互作產(chǎn)生的效應。顯性假說 在長期的自然選擇過程中，對生物有利的基因大多數(shù)是顯性基因，而一些不利基因由于與重要的有利基因有著緊密的連鎖關系，所以在自然選擇和人工選擇壓力下未遭到淘汰。不同來源的品系或自交系中有著不同的不利基因，這些品系間進行雜交而產(chǎn)生的雜種，由于一個親本的顯性有利基因有可能掩蓋住來自另一親本的不利基因，這樣一種互補效應消除了不利基因的作用，使雜種的表現(xiàn)優(yōu)于任何一個親本，出現(xiàn)雜種優(yōu)勢。超顯性假說 超顯性假說又稱“等位基因異質(zhì)結(jié)合假說”，其主要內(nèi)容是指雜種優(yōu)勢并非由顯性有利等位

14、基因間的互補效應決定的，而是由于雜合等位基因的兩個成員在生理、生化反應能力以及適應性等方面，均優(yōu)于任何一個純合類型。這種雜合等位基因不論是顯性基因還是隱性基因，都表現(xiàn)出優(yōu)勢。例如A1和A2是2個等位基因，其雜合體A1A2比純合體的雙親A1A1和A2A2顯示出更大的生長優(yōu)勢, 優(yōu)勢增長的程度與等位基因間的雜合程度有密切的關系。 顯性假說強調(diào)顯性基因的作用, 超顯性假說則強調(diào)基因間的相互作用，它們雖然不相互排斥, 但也不能概括一切。而根據(jù)作物數(shù)量性狀的遺傳分析，雜種優(yōu)勢的遺傳實質(zhì)應是顯性效應、累加效應以及異位顯性、互補作用和超顯性等各種基因效應的綜合。在某一組合中可能以某一作用為主；不同的性狀、基

15、因作用方式也可能不一樣。雜種優(yōu)勢具有以下特點：第一，雜種優(yōu)勢不是某一兩個性狀單獨地表現(xiàn)突出，而是許多性狀綜合地表現(xiàn)優(yōu)良。第二，雜種優(yōu)勢的大小，取決于雙親的遺傳差異和互補程度。第三，親本基因型的純合程度不同，雜種優(yōu)勢的強弱也不同。第四，雜種優(yōu)勢在F1 代表現(xiàn)最明顯， F2 代以后逐漸減弱。 雜種優(yōu)勢常常以雜種一代的某一個性狀超越雙親相應性狀平均值的百分比表示，稱為平均優(yōu)勢。 超過較好親本值的百分比則稱為超親優(yōu)勢。 超過對照品種值的百分比稱為超標優(yōu)勢。平均優(yōu)勢（%）= （F1-雙親平均值）/雙親平均值100%超親優(yōu)勢（%）= （F1-較好品種值）/較好品種值100%超標優(yōu)勢（%）= （F1-對照品

16、種值）/對照品種值100% 當F1等于雙親平均值時，雜種優(yōu)勢等于零；F1大于雙親的平均值時為正向優(yōu)勢；F1小于雙親的平均值時為負向優(yōu)勢。雜種優(yōu)勢利用與雜交育種異同： 相同：都需要選配親本并進行有性雜交。不同： 雜交育種：先雜后純；即先雜交，然后自交分離選擇，最后得到基因型純合的定型品種。 雜種優(yōu)勢利用：先純后雜；需要首先使親本自交純化，然后使高度純合的親本雜交獲得雜種F1用于生產(chǎn)。 優(yōu)勢育種與常規(guī)雜交育種都需要大量收集種質(zhì)資源，選配親本，進行有性雜交、進行品種的比較試驗、區(qū)域試驗、生產(chǎn)試驗、申請品種審定和進行品種登錄。對于木本園林植物兩種育種方法大體相同，而對于多數(shù)草本園林植物而言，兩者不同之

17、處有以下幾點：從育種理論上看，常規(guī)雜交育種利用的只是加性效應和部分上位效應，是可以固定遺傳的部分；優(yōu)勢雜交育種利用的是加性效應和不能固定遺傳的非加性效應。從育種程序上看，常規(guī)雜交育種是先雜交后純合，即先進行雜交，然后自交分離選擇，最后得到基因型純合的品種；優(yōu)勢雜交育種是先純合后雜交，通常首先選育自交系，經(jīng)過配合力分析和選擇，最后選育出優(yōu)良的基因型雜合的雜交新品種。在種子生產(chǎn)上，常規(guī)雜交育種比較簡單，每年從生產(chǎn)田或者種子田內(nèi)的植株上收獲種子，既可供下一年生產(chǎn)播種之用；優(yōu)勢雜交育種選育的雜交品種不能在生產(chǎn)田中留種，必須每年設立專門的親本繁殖區(qū)和制種區(qū)。影響雜種優(yōu)勢的因素雜交親本的純合性雜交親本間的

18、差異雜交組合的方式雜種優(yōu)勢的機理顯性假說超顯性假說上位互作效應雜種優(yōu)勢的固定無性繁殖法二倍體無融合生殖：是指不通過雌雄配子的核融合而產(chǎn)生后代的一類繁殖方式。雙二倍體法平衡致死法 育種實踐證明，外觀長勢好、產(chǎn)量高的親本，其雜種產(chǎn)量不一定有較高的水平；而有些親本并不是特別優(yōu)良，但與另一親本交配后，后代卻非常優(yōu)良。究其原因是與親本的配合力高低有關。配合力可分為一般配合力和特殊配合力。（1）一般配合力(general combining ability, gca) ：指一個親本自交系或品種（純合體）在一系列的雜交組合中的產(chǎn)量（或其他經(jīng)濟性狀）的平均表現(xiàn)。（2）特殊配合力(specific combin

19、ing ability, sca)： 指某特定組合的實際產(chǎn)量（或其他性狀值）與根據(jù)雙親的一般配合力所預測的平均產(chǎn)量（或其他性狀值）的差值。 在雜種優(yōu)勢利用中，通過測定一般配合力來選配雜交親本，可以減少選配雜交組合的盲目性，井且只有在一般配合力高的親本的基礎上再選擇特殊配合力高的組合，才能獲得最為理想的雜交組合。 一般配合力主要是由親本的基因加性效應決定的，加性效應決定于基因位點數(shù)目。對某一固定親本來說基因位點數(shù)目是個定值，不會因雜交組合的不同而變化。所以基因的加性效應是可以穩(wěn)定遺傳的。因此，對于主要取決于一般配合力的性狀可以通過常規(guī)雜交育種育成定型品種。特殊配合力則是受基因的顯性效應和非等位基

20、因互作效應控制的。雜種優(yōu)勢主要是由顯性效應和非等位基因互作效應導致的，因此對于主要取決于特殊配合力，或一般配合力和特殊配合力都有很大影響的性狀，就需要充分利用F1的雜種優(yōu)勢。雜種優(yōu)勢利用的優(yōu)點1. 雜種往往植株高大，枝葉生長繁茂，籽粒產(chǎn) 量高。2. 雜種還有較強的抗逆性和早熟等特點，穩(wěn)定 性好。3. 雜種一代的一致性較好。對于觀賞植物來說， 既有利于栽培管理，又有利于整體觀賞效果 的提高。4. 優(yōu)勢育種周期相對比較短，投入少，見效快， 效益好。 1雄性不育系 ：雄性不育系是一種雄性退化(主要是花粉退化)但雌蕊正常的母水稻，由于花粉無生活力，不能自花授粉結(jié)實，只有依靠外來的花粉才能受精結(jié)實。2保

21、持系：這是一種正常的水稻品種，用它的花粉授給不育系后，所產(chǎn)生后代，仍然是雄性不育的。3恢復系：這也是一種正常的水稻品種，用它的花粉授給不育系后，所產(chǎn)生的雜交種雄性恢復正常。 由于保持系和恢復系本身的雌雄蕊都正常，各自進行自花授粉，所以各自結(jié)出的種子仍然是保持系和恢復系的后代。 但是，三系法的育種程序和生產(chǎn)環(huán)節(jié)復雜，以致選育新組合的周期長、效率低、推廣環(huán)節(jié)多、速度慢。尤其要指出的是三系法的雜種優(yōu)勢利用途徑由于受到嚴格恢復和保持關系制約，配組自由度小，因而造成了三系法雜交水稻在不育系和雜交組合方面都比較單一的局面，束縛了雜種優(yōu)勢的充分發(fā)揮，這正是近20多年來雜交水稻產(chǎn)量徘徊不前的原因所在。 利用光

22、溫敏不育系發(fā)展雜交水稻有兩大優(yōu)越性。第一是免除了保持系，在夏季長日照下可用來與恢復系制種，在秋季或在海南春季可以繁殖自身，不再需要借助保持系來繁殖不育系，因此用光溫敏不育系配制的雜交稻叫做兩系雜交稻。兩系法在種子生產(chǎn)程序上減少了一個環(huán)節(jié)，從而降低了種子生產(chǎn)成本。第二是配組自由，選配到優(yōu)良組合的機率大大高于三系法，大量的試驗表明，95以上的現(xiàn)有水稻品種，都能使兩系不育系的育性恢復，而只有不到5的品種能恢復三系不育系的育性。由此可知，在選擇優(yōu)良組合方面，兩系法要比三系法優(yōu)越得多。三系法雜交制種示意圖水稻兩系法制種示意圖兩性花植物中，雄性器官退化、畸形或喪失功能的現(xiàn)象，稱為雄性不育（male ste

23、rility） 。雄性不育性變異普遍存在于各類植物中，按照其遺傳方式的不同，可分為細胞質(zhì)雄性不育型（質(zhì)不育型，CMS）、細胞核雄性不育型（核不育型，GMS）、核-質(zhì)互作不育型等類型。獲得雄性不育株并不等同于獲得雄性不育系。雄性不育系是對原始雄性不育株經(jīng)過一系列的選育過程之后，所獲得的具有穩(wěn)定不育性的系統(tǒng)。雄性不育系能否育成，其關鍵在于有無相應的保持系。在開花植物中，細胞質(zhì)雄性不育(CMS)基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物可能在核恢復基因的作用下被降解，從而使這種由線粒體基因突變所導致的不育性狀通常能夠被細胞核內(nèi)的恢復基因所抑制，并引起植株育性恢復正常。（不育）（不育）SN（可育）F1SN(可育)FnS（不育）N

24、可育S不育細胞質(zhì)不育性缺點：不易找到相應的恢復系細胞核不育性缺點：不易找到相應的保持系PmsmsMsMs配子Ms1MsMs ：2Msms ：1msmsF1Msms3可育 ： 1不育 F2基因型表現(xiàn)型Ms可育ms 不育ms(rr)(不育)N(可育)S(Rr)(可育)N(RR) (可育)S(RR) (可育)N(Rr)(可育)N(rr)(可育)S(rr)(不育)胞質(zhì)基因(Rr) (可育)(RR) (可育)S(不育)核基因細胞核基因 R-可育 r-不育細胞質(zhì)基因 N-可育 S-不育（3）質(zhì)核互作不育其中: S(rr)：不育系 N(rr) ：保持系 S(RR)和N(RR) ：恢復系以不育個體S(rr)為母本，分別與五種可育型雜交：F1S(rr)不育S(RR)可育S(Rr)可育S(rr)不育S(Rr)可育S(rr)不育 +S(rr)不育N(Rr)可育 S(Rr)可育S(rr)不育N(RR)可育 S(Rr)可育S(rr)不育N(rr)可育S(rr)不育 S(rr)N(rr) S(rr)中，F(xiàn)1表現(xiàn)不育。N(rr)個體具有保持母本不育性在世代中穩(wěn)定的能力，稱