第十章远缘杂交育种 第一节远缘杂交的概念和作用 第二节远缘杂交不亲和的原因及克 服方法 第三节远缘杂种夭亡、不育、不稔 及其克服方法 第四节远缘杂种后代的分离与选择 第一节远缘杂交的概念和作用 一、远缘杂交的概念 远缘杂交(distant hybridization)指的是亲缘关系 疏远类型之间的杂交。一般认 为植物学上种以上分类单位之 间杂交都是远缘杂交。 季节 距离隔离 生殖 形成了生物种 二、远缘杂交在育种工作中的重要作用 ?（一）创造作物新类型通过远缘杂 交可以创造现有作物中所没有的特异类 型。日本蔬菜育种学家条源舍喜用大白 菜于甘蓝杂交育成“白蓝”。波波娃 （Popova，1965）用野生辣椒与栽培辣 椒杂交，选育出了高产、果实密集而适 于机械收获的新类型。 （二）创造雄性不育新类型 ?在一代杂种优势利用中，利用 雄性不育系是简化制种手续的 重要手段。但是一些作物尚未 发现雄性不育，有人进行栽培 番茄与L.recemigerum的种间 杂交选育了细胞质雄性不育的 类型。 （三）提高作物的抗病性和抗逆性 ?作物的野生类型在长期自然选择 下，形成了高度的抗病性以至免疫 力，形成了对恶劣气候条件（如高 温、寒冷、干旱、高湿）的抵抗能 力。 ?马铃薯的野生种具有抗晚疫病、抗 某种病毒病、抗低温、抗线虫等优 良性状，有的野生种没有休眠期。 （四）改良作物品质 ?作物的野生种往往干物 质含量高，某些营养物质的 含量显著高于现有的栽培品 种。番茄一般品种干物质含 量为4%，糖2%，维生素C 11mg/百克。达斯卡洛夫 （Daskaloff，1965、1966） 用栽培番茄与秘鲁番茄进行 远缘杂交，育成了富含维生 素C的早熟品种，果实中干 物质含量达7.0―11%，糖 5.0―6.8%。 （五）诱导单倍体 ?虽然远缘花粉在异种母本 上常不能正常受精，但有时 能刺激母本的卵细胞自行分 裂，诱导孤雌生殖，产生母 本单倍体。 ?据不完全统计：通过远缘 杂交已在12个物种中成功地 诱导出孤雌生殖的单倍体。 （六）用于研究生物的进化 ?自然界各种生物的 起源、演化途径和 历程虽极其复杂， 但现已查明：很多 物种都是通过天然 的远缘杂交演化而 来的，如甘蓝型和 芥菜型油菜、大白 菜等。 （七）利用杂种优势 ?某些物种之间的远缘杂 种具有强大的杂种优势， 如驴和马杂交产生的骡子 具有强大的杂种优势，这 是畜牧业利用远缘一代杂 种优势的突出事例。前面 介绍的自然产生的远缘杂 种芜菁甘蓝也具有强大的 杂种优势。蔬菜作物上利 用远缘杂交优势有着广阔 的前途。如南瓜。 第二节远缘杂交不亲和的原因及克服方法 ?一、远缘杂交不亲和性及其原因 ?植物的受精作用是一个复杂的生理生化 过程。远缘杂交时，由于双亲的亲缘关系 教员，遗传差异较大，生理上也不协调， 这些都会影响受精过程，使雌、雄配子不 能结合、受精而形成合子，这就是远缘杂 交的不亲和性（incompatibility of distant hybridization），或不可交配性 （noncrossability）。 ? ?不亲和常见的现象有：A 、花粉不能在 异种柱头上萌发；B花粉管不能伸入柱 头；C、花粉管虽进入柱头但生长缓 慢或破裂；D、花粉管到达不了子房； E、虽然达到子房却完不成双受精作用 等。 不亲和的原因 ?（1）亲缘关系较远的两亲由于在结构 上、生理上的差异，不能完成正常的受精 作用由于双亲遗传差异大而引起柱头呼吸 酶的活性、PH值、柱头分泌的生理活性物 质、花粉和柱头渗透压的差异等生理、生 化状况的不同，阻止外来花粉的萌发、花 粉管的生长和受精作用。如当母本柱头的 PH值较高时，不利于花粉粒中水解酶的活 动； ?柱头的呼吸酶活性弱时，花粉粒中的不饱 和脂肪酸不易被氧化；柱头上的生长素、 维生素等数量少或存在异质性时；柱头的 渗透压大于花粉的渗透压时，均会影响花 粉在异种柱头上的萌发或花粉管的生长。 ?（2）双亲的基因组成也对亲 和性产生影响。 二、克服远缘杂交不亲和性的方法 ?（一）染色体加倍将两亲或亲本之 一的染色体加倍成多倍体，常常是 最有效的方法。早在1927年卡伯琴 科（Kapneqehko）报道，二倍体甘 蓝与白菜、油菜、芥菜、洋油菜等 不易杂交，但四倍体的甘蓝则易于 杂交成功。施特恩（Szten，1965） 认为秘鲁番茄与L.glandulosum杂 交，如果母本植株不用二倍体而诱 导成同源多倍体，则结子可大大增 加。马铃薯在多倍体水平上的种间 杂交，获得远缘杂种的事例也是很 多的。 （二）适当选择选配亲本 ?同一个种不同品种的配子与另 一个种的配子亲和力有差异，甚至 不同个体配子的亲和力也有差异。 如日本水岛氏1952年报道，在芥菜 （B.juncea）与黑芥（B.nigra）种 间杂交中，芥菜品种为紫高菜，黑 芥品种为加州褐子杂交的结子率为 0.78%（按胚珠计算），而芥菜品 种为卷心刈菜，黑芥品种为加州褐 子，杂交的结子率仅为0.07%。 （三）媒介法 ?当两个种的亲缘关系过远不 能杂交成功时，可以选用亲缘 关系与这两个种都较近的第三 个种先与某一个种杂交产生杂 种，然而用这个杂种再与另一 个亲本种杂交，这个“第三者” 起了有性媒介作用。米丘林用 这个方法育成了抗寒的桃远缘 杂种。在番茄远缘杂交的实践 中，用栽培种和野生的秘鲁番 茄种杂交表现高度不亲和，用 半野生的醋栗番茄做媒介获得 了成功。 （四）采用特殊的授粉方法 ? 1．用混合花粉授粉。因为在异种花 粉中加入少量的母本花粉（甚至死花 粉）或多种花粉，不仅可以解除母本 柱头上分泌的、抑制异种花粉发芽的 某些物质，创造有利的生理环境；而 且，由于多种花粉的混合，使雌性器 官难以识别不同花粉中的蛋白质而接 受原属于不亲和的花粉而受精。 2．重复授粉 ?处在不同发育时期的同一母本 柱头，其成熟度和生理状况都有 差异。所以，在不同发育时期进 行重复授粉（duplicate pollination），可能遇到最有利 于受精的条件，而提高受精结实 率。 ?西北农业大学曾报道用此法得 到了葡萄与番茄的远缘杂交种。 3．提前或延迟授粉 ?母本柱头对花粉的识别或选择能 力，一般在未成熟和过熟时最低。 在甘蓝上也有类似实例。 ? 4．射线处理法 ?山川邦夫（1971）报道：用γ射线辐 照花粉或柱头，可有效地克服番茄的栽培 种和野生种间杂交的不亲和性。如用处理 花粉授粉者，获得了1.8%的杂种；而用未 经处理的花粉授粉者，只获得0.19%的杂 种。据丹麦报道：在小麦与工业区麦杂交 时先用紫外线照射已去雄的开颖麦穗后， 再用燕麦的新鲜花粉授粉，获得了杂交种 子。 。 第三节远缘杂种夭亡、不育、不稔 及其克服方法 ?一、远缘杂种的夭亡、不育及不 稔 ?（一）远缘杂种夭亡、不育及不稔现象 ?在远缘杂交中，应用克服杂交不亲和的措 施产生了受精卵，但这种受精卵由于与母本 的生理机能不协调，以致不能发育成健全的 种子，有时种子健全但不能发芽或发芽后不 能发育成正常的植株，或虽能长成植株，但 不能受精结实获得杂种后代。 （二）远缘杂种夭亡、不育及 不稔的原因 ? 1．质核互作的不平衡将亲缘关系 很远的两个亲本的细胞核与细胞质 强行建立在新的互作关系之下必然 要产生生长发育的不协调性，可能 造成生长发育所需物质的合成或供 应障碍，有可能导致远缘杂种的夭 亡和不育。 ? 2．染色体不平衡两类差 异极大的染色体组分合并 后，由于在染色体组、数 目、结构、性质上的巨大 差异，很难能正常减数分 裂，如大白菜的一组染色 体x 1 =10，而甘蓝x 2 =9，远 缘杂交的2n= X 1 +X 2 =19， 根本无法减数分裂，不能 形成有正常功能的配，因 此，远缘杂种就会出现不 稔。 ? 3．基因不平衡不同亲本 的染色体所携带的基因数 量与控制性状是不同的， 对生长发育及代谢的调节 功能也不相同。当异源 DNA进入后，往往被细胞 中各种内切酶所裂解或排 斥，导致遗传功能紊乱， 不能合成适量的物质和形 成有正常功能的配子，因 而使杂种夭亡和不稔。 二、克服远缘杂种夭亡、不育 及不稔的方法 ?（一）胚胎培养 （胚抢救）当受 精卵只发育成胚而 无胚乳，或胚与胚 乳的发育不适应 时，可用胚胎培养 法（embryo culture）使胚胎发 育成幼苗。 （二）杂种染色体加倍法 当远缘杂交的双亲染色体 组或染色体数目不同而缺少同源 性，致使F 1 在减数分裂时，染色 体不能联会或很少联会，不能形 成足够数量的、具有生活力的配 子体而导致不稔。日本育成大白 菜与甘蓝的远缘杂交种就是采用 杂种株染色体加倍， 2n=4x=38，恢复了稔性，选育 成功“白兰”。 （三）回交法 ?育种实践中发现，应用回交法可显著提高 稔性。回交时以远缘杂种作母本，以亲本之 一作父本，如果两个亲本回交提高稔性的差 异很大，应选用提高稔性高的亲本作为轮回 亲本；如两亲回交提高稔性的效果相似，应 根据选育目标选择轮回亲本，使杂种后代加 强选育目标所期望的性状。为了防止远缘杂 种迅速恢复成轮回亲本的性状，最好选用同 种的其它品种作为轮回亲本。在番茄上采用 此法非常有效。 （四）改善发芽和生长条件及嫁接 ?当远缘杂交种子种皮过厚时，可 刺破种皮以利吸水和促进呼吸。如 种子秕小，可用腐殖质含量高消过 毒的土壤在温室内盆播，为种子发 芽创造良好的条件。出苗后，加强 栽培管理使幼苗和植株生长健壮。 ?幼苗出土后由于根系发育不良而 引起的夭亡，可将杂种幼苗嫁接 （grafting）在母本幼苗上，使杂种 正常生长发育。 第四节远缘杂种后代的分离与选择 ?一、远缘杂种后代性状分离和遗传的特点 ?（一）分离的剧烈和无规律性 ?远缘杂种与品种间杂种一样，从F 2 起发生 分离，但是分离的范围远较品种间杂种广 泛，后代中不仅出现杂种类型，还出现与 亲本相似的类型，或亲本的祖先类型，或 亲本所没有的新类型，这种“剧烈分离”现 象往往延续许多世代而不易稳定。“剧烈 分离”产生近缘杂交所不能产生的新类 型，从而也就选育特殊的新品种提供了宝 贵的原始材料。 （二）分离世代长、稳定慢 ?远缘杂种的性状分离并不完全出 现在F 2 ，有的要在F 3 或以后世代才有 明显表现。同时，在某些远缘杂交 中，由于杂种染色体消失、无融合生 殖、染色体自然加倍等原因，常出现 母本或父本的单倍体、二倍体或多倍 体；在整倍体的杂种后代中，也还会 出现非整倍体等。这样，性状分离会 延续多代而不易稳定。 二、远缘杂种后代分离的控制 ?（一）回交回交既可克服杂种的 不育性，也可控制其性状分离。在 番茄远缘杂交育种时，亚历山大 （1971）用栽培类型的玛娜佩尔和 秘鲁番茄杂交后，F 1 呈现野生的小 果性。用栽培型亲本做父本多代回 交后，果实性状得到改善，遗传性 状也稳定下来。 （二）F 1 染色体加倍 ?用秋水仙素对F 1 染色体加倍，形成双二 倍体，不仅可提高杂种的可育性，而且 也可获得不分离的纯合材料。再经加 工，可选育出某些双二倍体的新类型。 染色体加倍法有时会大大缩短育种年 限。虽然回交可有效改善远缘杂种后代 的剧烈分离和“返祖”现象（atavism）， 但往往要经4～6代“饱和回交”才见成 效，而加倍后就可使分离稳定下来。 （三）诱导单倍体 ?远缘杂种F 1 的花粉虽大多数是 不育的，但也有少数花粉是有生 活力的，如将F 1 花粉进行离体培 养产生单倍体，再人工加倍为纯 合二倍体后，便可获得性状稳定 的新类型。 ?单倍体育种途径具有很多优点， 如缩短育种年限，育成的材料基 因组合一致性好等，但由于远缘 杂交种不易得到真正有生活力的 花粉，工作有一定难度。 三、远缘杂种后代的选择特点 （一）杂种早代应有较大的群体 ?由于远缘杂种后代性状分离的时间 长，出现的变异类型多，且不育性 高，后代中常出现畸形株（如黄苗、 矮株等），种子出苗力低，甚至植株 还会中途夭折，所以杂种早代（F 2 、 F 3 ）应有较大的群体，这样才有可能 选出频率很低的优良基因组合的个 体。 （二）早期选择标准不宜过高 ?虽然对远缘杂种经过某些特 殊处理（染色体加倍或回交 等），但后代自交的早期世代 中，仍表现一定程度的结实不 良和生育期延长等特征，但这 些现象往往随世代增加而逐渐 减少。 ?（三）灵活选用适当的选择方法 ?育种时，对杂交后代选择采用最多的是系谱 选择法。系谱法虽然有很多优点，但选择的高 世代群体过于宠大，往往使工作量增加很多， 由于远缘杂交种需要选择的世代过多，往往不 宜机械采用单一的选择方法。育种实践中，可 以采用改良选择法。如混合一单株法、集团选 择法等。如果要把不同种或亚种的一些优良性 状和适应性组合起来，培育出生产力和适应性 都较好的品系时，可采用混合种植法。 第十章思考题 ? 1．远缘杂交在植物育种中的重要作用有哪 些？ ? 2．远缘杂交不亲和、远缘杂种夭亡及不育的 原因主要有哪些？实践中有效的克服方法有 哪些？(论述题) ? 3．远缘杂种后代性状的分离和遗传特点有哪 些？ ? 4．对远缘杂种后代选择时应注意哪些方面？ ? 5. 名词: 远缘杂交;