第九章杂种优势利用 第一节杂种优势利用的概况及表现 第二节杂种优势的遗传基础 第三节植物繁殖方式与杂种优势利用 第四节选育杂交种的一般程序 ?杂种优势（heterosis）是生物 界一种普遍现象，是指两个性 状不同的亲本杂交产生的杂 种，在生长势、生活力、繁殖 力、适应性以及产量、品质等 性状方面超过其双亲的现象 第一节杂种优势利用 的概况及表现 一、杂种优势利用的 发展史 早在1400多年前，我 们的祖先就利用了马和 驴杂交生骡，为人类历 史开辟了利用杂种优势 的先例（后魏贾思勰的 《齐民要术记 载》）。。 园艺植物的杂优利用 园艺作物的杂优利用也十 分广泛，据农业部1998年的 统计，西瓜、甜瓜、番茄、大 白菜、甘蓝、黄瓜、辣椒等杂 交利用率达90%以上，菠菜、 萝卜、洋葱、芦笋等也在80% 以上。西方发达国家及日本、 韩国等超过这个水平。林木果 树和观赏园艺植物中，如速生 毛白杨、椰子、四季海棠等在 世界范围开展杂优利用研究。 二、杂种优势的分类与度量 1、分类 根据杂种优势性状表现 的性质，可以把杂种优势 划分为三种基本类型： ①体质型，杂种的营养器官发育良好，如 茎、叶生长发育旺盛，产量高； ②生殖型，杂种的生殖器官发育较强， 如结实器官增大，结实性增强，种子和 果实产量高； ③适应型，杂种具有较高的生活力、适 应性和生长竞争能力。 2、杂种优势的度量方法 为了便于研究和利用杂种 优势，通常采用下列方法度 量杂种优势的强弱： （1）超中优势 指杂交种（F1）的产量或某一 数量性状的平均值与双亲（P1或 P2）同一性状之和平均值差数的 比率。计算公式为： F1—（P 1+ P2）/2 H = ————————×100% （P 1 + P2）/2 （2）超亲优势 指杂交种（F1）的产量或某一数量性 状的平均值与高值亲本（HP）同一 性状平均值差数的比率。计算公式 为： F1 — HP H = —————— X 100% HP （3）超标优势 指杂交种（F1）的产量或某一数量性状的平均值 与当地推广品种（CK）同一性状的平均值差数 的比率。也有称为竞争优势的。计算公式为 F1— CK H = ———————— X100% CK （4）杂种优势指数 是杂交种某一数量性状的平均值与双 亲同一性状的平均值的比值，也用百分 率表示。计算公式如下： F1 H = ———————— X100% （P 1 + P2）/2 三、杂种优势表现的特点 （一）复杂多样性 杂种优势的表现因组合不同、性状不同、 环境条件不同而呈现复杂多样性。从基因型 看，自交系之间的杂种优势往往强于自由授 粉品种间的杂种优势；不同自交系组合间的 杂种优势，也有很大差异。从性状看也是不 一致的，在一些综合性状上往往表现为较强 的杂种优势，而在一些单一性状上个别组合 的果重还存在负向优势。 例 例如齐齐哈尔蔬菜试 验站（1977）在供试的 20个番茄杂交组合中， 有17个组合（占85%） 都是由于果数增加而产 生产量优势，而由于果 数与果重双重作用促使 F1增产者只有3个组合 （占15%），个别组合 的果重还存在负向优 势。 （二）杂种优势强弱与 亲本性状的差异及纯度关系密切 一般来说，当亲本自然杂交亲和前 提下，亲本间的亲缘关系、生态类型、地 理距离及性状上差异大且性状具有互补性 时，其F1优势往往较强。如用穗长而粒 行数较少的甜玉米自交系与穗粗而粒行较 多的甜玉米自交系杂交得到的F1常能表 现出大穗、多行、多粒优势。 （三）F2及以后世代 杂种优势的衰退 ? F1群体间基因型的高度杂合 及表现型的整齐一致性是构成强 杂种优势的基本条件。而F2及 以后世代的基因分离重组则破坏 了这个基本条件。基因的分离也 导致了表现型的不一致 四、杂种优势的固定 ?杂种优势衰退的主要原因是随着杂 交一代进一步自交繁殖，破坏原有高 度杂合一致的基因，出现了基因分离 重组使一些不良的隐性基因得以纯 合，造成群体间差异显著，降低了生 产水平。据此，可采取相应的方法固 定杂种优势。 （一）染色体加倍法 以一对基因Aa为例，根据显性假说，F2之 所以优势下降是因为F2中出现了25%的aa 基因型。如果将F1（Aa）加倍成变成双二倍 体AAaa，这种双二倍体自交留种，下一代 aaaa基因型的个体只占1/16（6.5%）， 用此法可以部分固定杂种优势，但随着留种 代数的增加，基因型为纯合隐性的个体会逐 渐增加。因此，此法的实用价值不大。 （二）无性繁殖法 这是固定杂种优势的最好办 法。实际上无性繁殖植物一直在 用此法固定杂种优势。主要问题 在于多数有性繁殖植物不容易实 行无性繁殖，或是成本过高，甚 至比每年制种所需的费用还大。 因此多数作物在生产上一时还难 以实现。 （三）无融合生殖法 ?无融合生产则是由未经减数分裂的珠 心、珠被的体细胞发育成的种子，实际上 是无性繁殖的一种特殊形式。柑橘类、葱 属、苹果属、树莓属、无花果属以及多种 花卉常存在无融合生殖。无融合生殖也可 以通过选择、诱变、远缘杂交等方法获 得。 （四）平衡致死法 有些染色体片段处于杂合状态时 表现为正常的性状，处于纯合状态 时，表现为植株致死，使存活下来 的个体都有杂种优势。因此，利用 该法可以固定杂种优势。 五杂优育种与常规育种 特点比较 ? 1、相同点：优势育种与重组育 种的相同点是都需要选择选配亲 本，进行有性杂交。 ? 2、不同点： （1）育种程序不同。优势育种是“先 纯后杂”，常规育种是“先杂后 纯”。 （2）育成品种的使用不同。杂种只 能用一代，常规品种可年年留种。 （3）种子生产方法不同。一代杂 种，需要专设亲本繁殖区和制种 田，每年生产F1种子供生产播种 用。常规品种可结合栽培生产过程 留种。 第二节杂种优势的遗传基础 一、显性假说 显性假说（dominance hypothesis）是1910年由Bruce 最早提出的，受到一些育种学家的 支持。持这一观点的学者认为：现 有品种均是人类长期选择下形成 的，当显性基因在控制的性状为优 良性状时易被选留，而隐性基因 （特别是异花授粉作物）不易纯合 表现，故性状有优有劣。 显性假说的核心： F1的优势就是尽可能多的利 用了不同亲本在不同等位基因 位点上的显性作用的结果。不 同性状的显性互补能得到较大 优势。 例 两个具有不同基因型的亲 本自交系杂交 AABBccdd×aabbCCDD，其 F1的基因型为AaBbCcDd。 若：A B C D相对于a b c d为 显性，分别代表抗病、耐旱、 早熟、耐热。则：P1 为抗病、 耐旱，P2为早熟、耐热。而F1 却既抗病、耐旱，又早熟、耐 热。 二、超显性假说 这一假说的基本论点是：杂合等位基因 的互作胜过纯合等位基因的作用。当然这种 现象是有条件的可能性，而非必然。持这一 观点的人认为：当AA和aa杂交后，Aa基因 型除能合成AA和aa合成的物质外，还能产 生互作，合成第三种物质，当第三种物质有 利于F1生长发育，则F1有优势，当不利F1 生长发育时，则没有优势或有负向优势。即 Aa > AA或aa是有可能的。 超显性假说的核心 杂合等位基因之间以及非等位基因之 间，是复杂的互作关系，而不是单纯 显、隐性关系。由于这种复杂的互作效 应，才可能超过纯合基因型的效应。这 种效应可能是由于等位基因各有本身的 功能，分别控制不同的酶和不同的代谢 过程，产生不同的产物，从而使杂合体 同时产生双亲的功能。 第三节植物繁殖方式与杂种优势利用 一、利用杂种优势的基本原则 （一）易操作 不同作物在开花授粉习性上存在 较大差异，异花作物能否利用天 然授粉媒介获取杂交一代种子， 自花作物能否较容易采取人工去 雄授粉或其他授粉技术，都直接 影响F1种子能否大量生产应用。 （二）成本低 ?使用F1的根本目的 是提高劳动生产率， 带来明显经济效益。 若某种作物虽然有优 势（如大豆），但由 于其闭花自交给授粉 带来的难度，单荚结 种少给F1种子生产带 来的高成本很难使F1 利用有帐可算。 （三）优势明显 ?有优势并不说明就一定 要利用。我国农作物品种 审定条例上明确规定，F1 的增产幅度应在15%以 上，而有些作物F1优势就 很难达到这个水平（如大 葱等）。杂优利用由于其 育种过程的复杂性和F1种 子成本较高的特点及F1不 再可以留种的使用一次 性，决定了只有具备较明 显的优势F1才有利用的价 值。 二、不同繁殖方式作物 利用杂种优势的特点 ?（一）自花授粉和常异花授粉作物 ?这两类作物由于长期自花授粉，品种内各植物 间的性状一致，其遗传基础一般是纯合的，两个品 种杂交得到的杂种一代整齐一致。利用杂种优势的 主要方式是，选配两个表现一致的优良品种进行杂 交获得品种间杂交种（intervarietal hybrid）。 常异花授粉植物，为了防止自然杂交，保持和提高 品种纯度，可结合选择进行人工自交。自花授粉作 物和常异花授粉作物都是雌雄同花，去雄不易，关 键去雄问题。 （二）异花授粉作物 ?十字花科、葫芦科、蔷 薇科、黎科等异花授粉作 物，天然杂交率高，品种 的遗传基础复杂，不但株 间遗传组成不同，性状差 异大，每一植株也是个杂 合体。因此，虽然也可以 利用品种间杂种，但F1 生长不整齐，杂种优势不 够强，产量不够高。 ?为了克服异花授粉作物的杂合状态，应 人工控制授粉，强迫进行自交，提高杂 交亲本的纯合性。根据育种目标，在选 定的材料中，连续几代按表型选株自交 分离，并测定配合力，育成基因纯合优 良、配合力高的自交系。然后根据组合 选配的原则选配这样的自交系作亲本， 配制优良的自交系间杂交种 （interlineal hybrid），供生产上利 用。这种利用杂种优势的方式，把自 交、选择和杂交三个环节结合起来，使 F1性状优良又整齐一致，可提高杂种的 优势和增产效果。 （三）无性繁殖作物 ?山药、马铃薯、大蒜 等无性繁殖作物进行有 性杂交以后，从杂种一 代中选择优势单株进行 无性繁殖，使杂种后代 能在较长时期内维持像 F1那样的优势水平，而 不必年年生产F1种子， 这是这类作物利用杂种 优势的主要特点。 第四节选育杂交种的一般程序 一、自交系的选 育 自交系（inbred line）就是经过多 年、多代连续的人 工强制自交和单株 选择，所形成的基 因型纯合、性状整 齐一致的单株自交 后代。 （一）自交系应具备的基本条件 1．基因型纯合，表型整齐一致经过多代自交和 严格选择，使基因型达到育种要求的纯合程 度。 2．具有较高的一般配合力自交系的一般配合力 高，才能组配成强优势的杂交种。一般配合力 受加性遗传效应控制，是可遗传的特性。 3.具有突出的育种目标性状.抗性、丰产、优质、 早熟等。 （二）选育自交系的基本材料 1．地方品种和推广的常规 品种 地方品种的地区适应性强， 还有一些优良的性状，如品 质好或对某种病害的抗性， 可以从中选育出对当地适应 性强和品质好的自交系，但 地方品种往往产量不高。推 广品种是经过选择改良的优 良品种，具有较高生产力和 更多优良农艺性状，是产生 优良自交系的好材料。 2．自交系间杂交种 ?该类基本材料往往集 中了几个优良亲本自交系 的许多有益基因，具有较 高的配合力和良好的农艺 性状，其遗传基础也较简 单。因此，从该类基本材 料中选育自交系，育成的 自交系具有综合性状好、 配合力高等优点。缺点是 自交纯合年限长。 3．人工合成材料 ?在番茄杂优育种中，高抗基因来源于 野生秘鲁番茄，而用常规品种与野生种 杂交后，经回交育成的高抗TMV材料因 抗TMV基因与黄化基因连锁而无法直接 应用于生产，但做为自交系选育材料育 成的“矮黄”自交系做亲本配制的众多优 良组合却在我国的番茄抗病毒育种中大 显神威。 （三）自交系的表型选择 ? 1．选择优良的品种或杂交种作为育成 优良自交系的基础材料 ?因为并非任何品种都能分离出优良 的自交系，也并非任何自交系都能配组 出优良的一代杂种，而且许多自交系在 自交分离过程中会被淘汰，因而要获得 优良一代杂种必须在开始时有大量的自 交系。 ? 2．选择优良的单株进行自交 ?在选定的基本材料内选择优良的单 株分别进行自交。 ?每一基本材料内应选供自交的株 数，和每一自交系应种植的后代株 数，是随试材的具体情况而不同 的，通常约数株至数十株。 ?一般是对品种应多选一些单株进行自交， 而每一自交株的后代可种植相对较少的株数； 对杂种则可相对少选一些植株自交，但每一自 交株的后代应种植相对较多的株数。对于株间 一致性较强的品种可以相对少选一些单株自 交，对于株间一致性较差的品种应该对各种有 价值类型都选有代表株。通常每一个S 1 株系种 植50株～200株，S 1 的株系数大多在几十个到 几百个之间。 3．逐代系间淘汰选择和选株自交 根据选育目标性状比较鉴定各S 1 自 交系，先淘汰一部分不良自交系。 ?所谓不良自交系即系内植株普遍表现 生长衰弱，没有经济性状可取的植株。 在剩余的各S 1 自交系内分别选取几株到十 几株继续进行自交。 注意 ?在S 1 选供继续自交的植株不宜过 分集中在少数几个S 1 株系内，以免将 来育成的自交系大多亲缘较近，配组 后的杂种优势强度不高。在整个自交 系选育过程中，为了避免错乱和便于 考查系谱，一般采取下列方式编号。 例如A2―14―5―6代表基本材料A的 S 0 代第2株，S 1 代第14株，S 2 代第5 株，S 3 代第6株的自交系。 二、配合力测定 自交系本身的表现，与它作为亲本所产生 的后代表现，并不总是一致的。虽然自交系 本身表现优良的，用作亲本时它的F 1 一般也 表现较好；但也可能由本身性状稍差的自交 系配成的F 1 ，超过本身性状较优自交系配成 的F 1 。因此必须对上述过程中初选出来的自 交系，根据它们的配合力（组合力），即作 为亲本时后代所表现的性状水平（如产量高 低等），作进一步的选择，并从中选出最优 良的杂交组合。 （一）配合力的概念 1、一般配合力：是指若干个自交系或品种 相互杂交，其中每一个自交系或品种与 其他自交系或品种所配得的F 1 某种性状 的平均值，通常用离均差表示。 xi ∑xi g.c.a.i= ——- — —————— p– 2 p( p – 2) 2.特殊配合力 ?某一杂交组合的实际配合力可能 距两亲本的一般配合力之和有些离 差，这离差就称为特殊配合力。 xi－xj∑xi S.c.aij=Xij－---------＋---------------- p－2 (p－1)(p--2) （二）配合力测定 ? 1、简单配组法（不规则配组法）就是把育成 的自交系按照育种目标、亲本选配原则和育种 工作者所掌握的性状遗传规律配成若干组合， 进行人工交配取得各组合的杂种种子，例如 1×2、1×3、1×4、1×5、1×6、2×5、 3×2、3×5、5×6、……。如果F 1 表现1×6最 好，就选定这个组合和1号与6号自交系作为制 种亲本；这种方法的优点是简便易行，但存在 把最优组合漏配的危险；在可能配成的组合数 与实际测配组合数相差越大时，这种漏配的危 险性也越大。 ? 2、半轮配法 ?这是既能测定一般配合力又能测定特殊配 合力，从而能较准确地选出最优组合的方 法。某一杂交组合的实际配合力是由这一对 亲本的一般配合力和特殊配合力双方决定 的。亲本自交系的一般配合力较高虽能使F 1 有关性状的水平较高，但两个一般配合力较 高的自交系相配所得的F 1 ，并不一定优于两 个一般配合力稍差的自交系相配的F 1 。 组合数Cn=1/2p（p-1） 半轮配法的优点 它包含了亲本自交系的各种可能相 配组合，从而不会漏掉最优组合。 缺点 需要配成的组合数较多，不适于 自交系数较多时采用。 三、杂交种的组配 进一步确定各自交系的最优组合方 式，以期获得生产力最高的杂种。根据配 制一代杂种所用亲本自交系数，自交系间 杂交种可分为单交种、双交种、三交种和 综合杂交种。双交种和三交种都是为了降 低杂种种子的生产成本而采用的制种方 式，从现在的发展趋势看来，随着制种技 术的改进，今后将更多发展单交种。 （一）单交种A×B 用两个自交系配成 的一代杂种称为单交 种（single cross hybrid）。单交种的 优点是杂种优势强， 株间一致性好，制种 手续简单；缺点是种 子生产成本较高，有 时对环境条件的适应 力较弱。 确定单交种父母本的原则 1．双亲本身生产力差异大时，以高产者作 母本； 2．双亲经济性状差异大时，以优良性状多 者为母本，一般用当地丰产品种育成的自 交系作母本，而以需要引入特殊性状的外 地品种的自交系作父本； 3．选繁殖力强的自交系作母本，因其种子 生产能力高，可降低种子的生产成本； 4．父本应具有产生大量花粉的 能力； 5．父本的开花期要较母本为 长，并且开花较早，以保证母 本的充分授粉； 6．选择具有苗期隐性性状的自 交系作母本，以便在苗期间苗 时淘汰非杂交株。 （二）双交种 （A×B）×（C×D） ?双交种（double cross hybrid）是由四个 自交系先配成两个单交种，再由两个单 交种配成用于生产的一代杂种。双交种 的优点是可使亲本自交系的用种量显著 节省，杂种种子的产量显著提高，从而 降低制种成本。适应性较强。缺点是制 种程序比较复杂，杂种的增产率和一致 性不如单交种。 说明 ?双交种的配组方式除父母本关系外，还有交配 顺序问题。上述单交种的父母本选配原则一般也 适用于双交种。关于交配顺序需要从杂种的生产 力和重要性状一致性两方面考虑合理的配组顺 序。首先要看亲本自交系在重要质量性状方面有 无明显差别，如果亲本自交系在某种性状方面显 然不同，则配组顺序应保证一代杂种不分离。例 如四个番茄品种配制双交种，其中两个为黄果品 种，两个为红果品种，则应该采取（黄×黄）× （红×红）的配组方式，不应该采取（黄×红） ×（黄×红）的配组顺序。 （三）三交种（A×B）×C ?三交种（three way cross hybrid）是用三 个自交系组配的杂交种，即用一个单交种 和一个自交系组配而成。通常用单交种做 母本，用另一自交系做父本。这一方面是 由于单交系生活力强，结实力高，有效地 利用了杂种优势以降低种子生产成本，另 一方面可节省一个隔离区，即三交种制种 田同时可繁殖作父本用的自交系。对于三 交种的生产力预测可按双交种同样的原理 和程序进行。 。 四、利用杂种优势的途径 ?（一）人工去雄杂交制种 ? 1、异花植物：主要是利用天然 异花授粉的习性，将父母本采用合 理的配置方式，依靠天然媒介（如 昆虫、风力等）进行传粉，以生产 F 1 种子。这是目前最普遍采用的制 种方式。 ①雌雄异株作物 ?如菠菜、芦荀的一代杂种优势极为显著， 生产一代杂种时，只要将选好的两个亲本系 统在隔离区内相邻种植，母本2-3行间种一 行父本，母本的株距可比正常株距小一倍， 在雌雄株可以辨别时，将母本系统中的雄株 全部拔除，每隔2天～3天拔一次，连续进行 2周～3周，开花时依靠风力传播花粉自然杂 交结实，这样在母本株上收获的种子即为杂 种，可用于生产；父本株上所结种子，即为 父本系统的原种，供下年配制杂交种之用； 而下年配制杂种用的母本系统原种则需在另 一隔离区繁殖。 ♀♀♀♂♀♀♀♂♀♀♀ ♀♀♀♂♀♀♀♂♀♀♀ ♀♀♀♂♀♀♀♂♀♀♀ ♀♀♀♂♀♀♀♂♀♀♀ ♀♀♀♂♀♀♀♂♀♀♀ ♀♀♀♂♀♀♀♂♀♀♀ ♀♀♀♂♀♀♀♂♀♀♀ ♀♀♀♂♀♀♀♂♀♀♀ ♀♀♀♂♀♀♀♂♀♀♀ ♀♀♀♂♀♀♀♂♀♀♀ ②雌雄同株异花作物 ?如瓜类、制种方法是将杂交亲 本在隔离区内隔行种植，开化 前摘除母本系统的雄花，任其 天然传粉，其上所收的种子即 为F 1 种子；父本系统上收的种 子为父本原种，供下年制种 用，而母本系统的原种需在另 一隔离区繁殖。为了提高F 1 种 子的单位面积产量，父母本的 行比可按1:3～4配置。 ③雌雄同花的异花授粉作物 ?如洋葱、胡萝卜及十字花科 的各种蔬菜，它们杂交优势 虽然显著，但因雌雄同花、 花器小、人工杂交去雄困 难，每杂交一朵花只能得到 一、二十粒或几粒种子，制 种成本高。雄性不育系和自 交不亲和系利用是最佳途 径，以后专门介绍。 2．自花授粉及常异花授粉作物 ?主要是茄果和豆类等。自花 作物开花习性决定了只能用人 工去雄授粉配制杂交种子而较 费工，但杂交结实率高，繁殖 系数大，播种量又小，每杂交 一朵花可获得多量杂交种子。 相对地说制种成本并不高，而 经济效果极为显著，故用人工 去雄杂交法制种也值得大力提 倡，我国许多地区已经推广应 用。 （二）利用苗期标志性状制种 ?利用双亲和一代杂种苗期表现的某 些植物学性状的差异，在苗期可以较 准确地鉴别出杂种苗或亲本苗（即假 杂种苗），这种容易目测的植物学性 状称为“标志性状”或“指示性状”。标 志性状应具备两个条件：①这种植物 学性状必须在苗期就表现明显差异， 而且容易目测识别；②这个性状的遗 传表现必须稳定。 ?利用苗期标志性状的制种法，就是选用 具有苗期隐性性状的品系作母本（如番茄 的薯叶、大白菜的无毛等）与具有相对应 的显性性状的父本进行不去雄的人工杂交 或自然杂交，在杂种幼苗中通过间苗淘汰 那些表现隐性性状的假杂种。例如大白菜 有毛、无毛是一对质量性状，有毛是显 性，无毛是隐性，F 1 全部有毛，用无毛系 统作母本时，F 1 中有毛株是杂种，无毛株 是假杂种，应予淘汰。 （三）利用化学杀雄剂制种 ?利用化学杀雄剂喷洒植株，破坏植物雄性配 子形成过程中的细胞结构及正常生理机能，但 不损害雌性配子的形成，以达去雄的目的。化 学杀雄剂的种类很多，比较有效的主要有2，3- 二氯异丁酸钠（Fw450），三碘苯甲酸 （TIBA），2-氯乙基磷酸（乙烯利），二氯异 丙醚，r-苯醋酸，二氯乙酸，二氯丙酸，三氯丙 酸，d-丙酸，赤霉素，核酸钠，2，4-D，萘乙 酸（NAA），顺丁烯二酸联胺（MH），4-氟苯 酚羟其乙酸钠盐以及雌性酮类物质数十种。 利用乙烯利抑制瓜类雄花 发育的方法是目前最有效 的：当母本苗期第1真叶充 分展时，用250～300ppm 的“乙烯利”（30%原液烯 释至1200倍）进行叶面喷 布，以药剂行将溢流为度， 以后每隔3～5天喷一次，共 喷2～3次，能使母本植株中 下部（10～15节以下）不 产生雄药，从而达到去雄的 目的。用乙烯利杀雄应根据 当地的气候条件决定适宜的 浓度和喷布的次数。 （四）利用雌株系制种 ?菠菜利用雌株系（line of female plant）的制种方法，主要是利用高度雌 花性的雌雄同株系统的系统内杂交F 1 代为 母本，与另一父本系统杂交生产杂种种 子。即在甲雌雄同株品种中选择雌两性株 （同一株上有大量♀花少量♂花），将它 与纯雌性株交配，下代即可得100%的纯 雌性株，然后再用甲品系100%的纯雌性 株与乙品系（父本）隔行种植，利用天然 杂交以生产一代杂种。 纯雌株×雌两性株→甲100%纯雌株 甲100%纯雌株×乙→F 1 对于甲100%纯雌系的保存采用下列办 法 100%♀×雌两性株 ↓↓ 100%♀×雌两性株 ↓ 100%♀×雌两性株 （五）利用雄株系（line of male plant）制种 ?雌雄异株的石刁柏，一般雄 株的产量较高，因此选育全是雄 株的一代杂种是很有利的。石刁 柏的雌株具有XX性染色体，雄 株有XY性染色体。近年来国外 在大量石刁柏幼苗中筛选出X和 Y的单倍体或用石刁柏的花药培 养法获得了X和Y的单倍体，再 经过染色体的加倍而得到纯合体 的雌株（XX）和超雄株 （YY），利用它们进行杂交， 即可获得具有相同基因型、性状 很一致的全雄株的一代杂种。 （六）利用雌性系制种 ?雌雄同株异花植物如瓜类中 有雌性型的植株，即只生雌花 而无雄花，通过选育获得具有 这种稳定遗传性能的系统称为 “雌性系”（female line），在 黄瓜、节瓜、南瓜、甜瓜中已 有发现与利用。 ?雌性株×强雌株 ↓↓⊕ 100%纯雌株×强雌株 ↓ 100%纯雌株 利用雌性系配制瓜类一代杂 种的方法是，优良组合栽种父母 本的比例一般采用1:3。一般每株 留2个种瓜。 （七）利用自交不亲和系制种 1、植物的自交不亲和性 植物花期正常授粉，自交 不能正常结实的特性称为自 交不亲和性（self- incompatibility）。具有 自交不亲和性的系统或品系 称为自交不亲和系。 这种特性在育种上包括基因型相 同的同一系统内的植株之间相互交 配的不亲和。自交不亲和在十字花 科作物（如大白菜、小白菜、甘 蓝、萝卜、甘蓝型油菜等）及雏菊 蕾香蓟中普遍存在。利用自交不亲 和系，可省去人工去雄操作用工， 获得高质量F 1 种子。同时，正确选 育正反交一致的组合，还可获得比 采用雄性不育系更高的F 1 种子产 量，降低成本。 2、自交不亲和性的遗传和生理机制 自交不亲和性是能遗传的，对于植 物界这种性状虽然已做过较广泛深入 研究，但还不能说已完全研究清楚。 迄今得到普遍承认的是最先由伊斯脱 （1926）提出的“对立因子学说”。它 的基本点是：凡花粉的s基因型与花柱 组织的s基因型相同，花柱组织便分泌 一种抑制物质来阻止花粉管向子房延 伸。 存在两种类型： 1、配子型s1与s2亲和s1与s1不亲和 2、孢子型：园艺植物（如十字花 科）多属此类。S1s2与s2s3 不亲和 S1s2与s3s4 亲和 2）生理方面对自交不亲和性 的两种解释 ?（1）免疫学说East（1929） 提出免疫学说，认为植物表现不 亲和性时，从花粉管分泌出“抗 原”，而在花柱组织中形成“抗 体”，从而使花粉管的伸长停止， 柱头和花粉具有相同的基因，才 能产生这种抗原——抗体系统。 实验支持 ?巴他卡利亚和林斯肯斯 （Bhattacharjya & Linskens 1955）用撞羽牵牛的不亲和系探索 了花粉对花柱物质代谢的影响。用纸 上电泳法分析传粉后花柱诱导组织的 提取液时可以看出，自花传粉时有两 种蛋白质分子（X部分和Y部分）， 异花传粉时只有一种蛋白质分子（Z 部分），不传粉时，这些部分不能分 离出； （2）自交不亲和性的电子显微镜观察 及“认可反应” ?十字花科植物柱头的表皮层具有乳 头状突起的细胞，外面盖有角质层，被 认为是自交不亲和植株自交后阻止花粉 管进入的障碍。 ?在高倍放大下，乳突细胞的角质好 象是被许多的肿块所覆盖，这些肿块状 的物质可以被氯仿所溶解，说明它是一 些含蜡的物质；在蜡层下面光滑的一层 才是角质层，因为这一层是氯仿不能溶 解的。 认可反应的实验支持 显微观察：在自花授粉以后，乳突 细胞在第一小时内保持其原有形状， 但在亲和的授粉后半小时内，乳突细 胞便崩溃了，变平了，角质变成皱缩 的样子，这意味着失水，或许是有利 于花粉发芽以及使花粉管易于通过乳 突细胞壁。 3、自交不亲和系的选育 （1）优良自交不亲和系应具备的条件 1）．自交不亲和系（self-incompatible line）在花期系内株间交配和自交高度不亲 和且遗传稳定，不受环境条件影响，亲和指 数（index of self compatibility）≤1。 结籽数 花期自交亲和指数= ———————— 花期授粉花数 2）．蕾期自交亲和性好、结实率高。亲和指 数≥6 结籽数 蕾期自交亲和指数= —————— 蕾期授粉花数 3）．胚珠与花粉生活力正常 4）．具有优良的经济性状和高配 （2）自交不亲和系选育方法 ? A 首先在配合力强的亲本品种中选择 若干优良植株的健壮花序套袋，进行花 期人工自交，从中选出亲和指数（结子 数÷授粉花数）很低的植株。大多数育 种工作者通常从每个亲本中选5株进行 亲和指数测定（应根据不同作物灵活掌 握）。一般每株授粉花数20朵。 ? 为了获得这些植株的自交后 代，了解其蕾期自交亲和性，应 在同株上同时选1～2花序进行 蕾期授粉，将开花前2～3天的 花蕾用尖头镊子剥开，使柱头露 出，涂上同株事先套袋的花粉。 每一花序应自交20朵花。 B 人选目标株的验证与选择 这样初步获得的自交不亲和株系不 一定是纯的，后代无论在不亲和性方面 或其它经济性状方面都可能发生分离， 故要继续选择经济性状好的优良单株留 种，下年同样进行花期授粉和蕾期授 粉，淘汰花期授粉亲和指数大于1而蕾 期授粉亲和指数小于5的单株。同时验 证也有利于纠正上年工作误差。 C 测定系内兄妹交的结实率 ?对于初步选得的自交不亲和株系 还要测定系内兄妹交的结实率，（10 株左右）淘汰系内兄妹亲和指数大于 1的系统，从中选择系内株间交配结 实率最低的自交不亲和系方可作为下 一步生产一代杂种种子的亲本。配成 的一代杂种种子中同系株间授粉的非 杂种的百分率即可降到最低。 ? 4 自交不亲和系的繁殖 ?（1）蕾期自交授粉法 ?开花前1～3天，用镊子将花蕾剥开， 进行人工授粉自交。此时因雌蕊柱头 表面尚未形成特异蛋白质隔离层，可 以获得一定数量的自交种子。但蕾期 授粉法费工费时，成本较高，技术要 求也较严格，只适于经济效益高的蔬 菜和早期选育自交不亲和系时使用， 如果需要大面积繁殖自交不亲和系则 受到限制。 ?（2）花期食盐水喷雾，人工授粉或 放蜂法 ?在隔离条件下，花期采用食盐水喷雾 结合人工辅助授粉或放蜂的方法已在 大白菜、甘蓝型油菜等作物的自交不 亲和系繁殖中普遍得到应用。山东农 业大学园艺学院（杨建平等）1987 年在大白菜上的试验表明：3%左右 的食盐水效果最佳，能达到人工蕾期 自交产种量的40%～60%，但比之 大大降低了劳动强度。 （3）钢丝刷授粉法 花期用特制钢丝刷刷柱 头，以破坏柱头蜡质层，可提 高花期自交结实。 ?不管采用上述哪种方法，自交不亲和系 的繁殖一直都是以多代自交的方式进行 的，这对于自交易衰退的作物（如大白 菜、甘蓝、萝卡等）来说不是一件好 事，在育种上和繁殖过程中应加以注 意：①自交不亲和系的繁殖应采用大株 采种法，并不断对种株经济性状进行选 择；②尽量选用自交退化慢的材料；③ 采用一年繁殖，合理贮藏，多年使用的 方法；④采用系内混合授粉法；⑤采用 无性繁殖法扩繁自交不亲和系，如甘蓝 可用杆插法等（李曙轩）。 5、利用自交不亲和系制种的方法 一般将亲本隔行种植采种，花期 放蜂及不良天气人工辅助授粉。种 子混收或分收。 （八）利用雄性不育系制种 ? 1、利用雄性不育系制种的意义 ?利用杂种优势是近代育种的一个十分有 效的途径，但是有些蔬菜如十字花科、百 合科、伞形科等虽然杂种优势极为显著， 可是它们花器较小，人工去雄操作太费 工，而且每杂交一朵花只能得到少数种 子，若不能选育自交不亲和系，则难以在 生产上应用；而利用雄性不育系制种解决了这 一难题。 2、雄性不育的遗传类型 （1）细胞质雄性不育性 细胞质不育性（cytoplasmic male sterility）完全由细胞质控制，所有 可育系给其授粉均可保持其不育 性，找不到相应的恢复等。山东农 业大学园艺学院（吴淑芸、杨建平 1991）育成的韭菜雄性不育78－ 1A和Ogura育成的萝卜不育细胞质 的白菜雄性不育系都属此类型。 （2）细胞核雄性不育性 A．一对隐性基因控制的不育 性 这种类型是已有报道中最多见的。 通常将不育的隐性基因标记为 “ms”，可育基因为显性的“MS”。不 育基因型为“msms”，而可育基因型 则有两种：“MSMS”和“MSms”。可 育基因型“MSms”又是不育基因型的 保持基因型，在育种实践中，多通过 测交，选育出不育株稳定在50%左 右的雄性不育两用系（又称为AB系 或甲型两用系）。 ? AB系的繁殖 (不育株) (可育株) (不育株) (可育 株) msms x MSms→1 msms： 1MSms 在不育系繁殖过程中，用自身可育株 给不育株授粉，得到不育株为50% 左右的AB系。 B．一对显性基因控制的雄性不育性 ?通常将显性不育基因标 记为“MS”，其不育基因型 应有“ MSms”和 “MSMS”，但实际上后者 无法获得，可育基因标记 为“ ms”，可育基因型为 “msms”。因可育与不育 均只有一种基因型，且交 配后育性分离为1:1，在育 种实践中也只能通过测交 选育出不育株率稳定在 50%左右的雄性不育两用 系（又称乙型两用系）。 MSms x msms→1 MSms：1 msms Van der Meor（1987）培育 的大白菜雄性不育材料就属此 类型。 C．新型核基因控制的雄性不育性 ?沈阳农科院（1989）在结球白菜 育种中发现，用甲型两用系的不育 株为母本与乙型两用系可育株杂交 后，部分组合后代呈现100%不育 群体。学术界对这一现象形成两种 不同假说。 ?（1）核基因互作假说不育性由两对核基 因控制，显性核不育基因Ms对能育基因 ms为完全显性，显性抑制基因I对非抑制 基因i 为完全显性，不育株有MsMsii和 Msmsii两种基因型，可育株有MsMsII、 MsMsIi、MsmsII、MsmsIi、 msmsII、msmsIi、msmsii七种基因 型。 （2）复等位基因假说在 控制育性的位点上有Ms f 、Ms 和ms三个复等位基因，Ms f 为 显性恢复基因，Ms为显性不育 基因，ms为隐性可育基因。三 者之间的显隐关系为Ms f > Ms >ms，不育株有MsMs和 Msms两种基因型：可育株有 Ms f Ms f 、Ms f Ms、Ms f ms和 msms四种基因型。 （3）核质互作雄性不育类型 ?不育性由核不育基因和细胞质内的不育 因子互作控制，只有核不育基因与细胞质不育 因子共同存在时，才能引起雄性不育。这种类 型的不育性既能筛选到保持系，又能找到恢复 系，可以实现“三系”配套，是以果实或种子为 产品的农作物较理想的不育类型。当蔬菜的产 品器官是营养体时，无需筛选恢复系。柯桂兰 等（1992）采用远缘杂交法育成的具有甘蓝 油菜波里马（Polima）不育胞质的结球白菜 雄性不育系“CMS 3411-7 ”，即属于这种类型。 小麦T型雄性不育亦属于质核互作雄性不育类 型。 4 不育系的选育 （1）．单隐性基因控制的不育系选育 A寻找不育源：自然条件下植物群体中可通 过突变产生，从而在采种田或生产田中可 以搜寻到不育株。也可通过电离辐射或远 缘杂交的方法获得。 B测交保种：用不育株相临的同品种（或品 系）的可育株若干与不育株分别交配，分 别留种。 。 C观察测交后代育性及分离情况：当测交 后代出现全部育性恢复的群体时，则说 明该不育基因为隐性（msms）。从测 交各组合中找出可育:不育为1:1分离的 组合来，该组合的原供粉株为MSms基 因型，用后代群体中可育与不育株交 配，经选择，育成遗传稳定的甲型不育 系来。当测交后代全可育时，则说明供 粉株基因型为MSMS，测交后代基因 型为MSms。只要再将分离出的不育株 与若干可育株（MSMS与MSms混合 群体）再测交，肯定能找出测交后代育 性1:1分离的组合来，选育即可完成。 （2）．单显性基因控制的不育系选育 对于单显性基因控制的不育株来说，基因型 只有MSms一种（MSMS无法从实践中获 得），而相对应的可育株基因型则为msms一 种。因此，在发现不育株后，用该不育株相同 品种或品系的可育株若干分别测交。当发现所 有测交后代均为育性1:1分离时，则说明该不育 是显性单基因控制的。选育成乙型不育两用系 在操作上和选育甲型不育系两用系相似，但要 容易的多，因为可育株的基因型只有msms一 种。 （3）．新型核基因（互作型）控制的 雄性不育系选育 ?核不育复等位基因的来源由于核 不育复等位基因中的显性恢复基因 “Ms f ”和隐性可育基因“ ms”，广泛存 在于大白菜可育品系中；显性不育基 因“Ms”在雄性不育材料中也容易找 到。因此，可在一般的大白菜育种材 料中筛选甲型“两用系”及临时保持 系，选育雄性不育系。 如果现有已知基因型的核不 育复等位基因雄性不育材料（如 甲型“两用系”、乙型“两用系”、 临时保持系、核不育系），最好 通过转育，培育新的雄性不育 系。大白菜为二倍体生物，不管 哪种不育源，最多只含有三个复 等位基因中的两个。因此，在不 育基因转育过程中，应首先了解 待转育种品系在核不育复等位基 因位点上的基因型，所用不育源 的基因应与待转育材料的基因互 补，凑齐三个复等位基因。 5 核不育的应用 （1）．单基因隐性或显性不育系的应用 A 不育系自繁区 隔离条件下，将不育系按常规采种的方 法定植，初花期从群体中找出不育株 并加以标记，混合自然授粉，从不育 株上获得的种子即为不育系。对于自 花或常异花作物则需人工授粉。 B 杂种一代种子生产区 隔离条件下，将不育系与父本按 3～4:1的比例相间种植，不育系行 内的密度应为常规的2倍。初花期 找出不育系中的可育株并及时拔 除。自然或人工放蜂授粉（自花与 常异花作物则人工辅助授粉），则 从不育株上采收的为F 1 种子，父本 系上收的种子，明年制种时仍做父 本系。 2．新核基因型（互作型） 雄性不育系的应用 ?最少需设立四个隔离区。第一 个为甲型两用系繁殖区。在这个区 内只种植甲型两用系；开花时，标 记好不育株和可育株，只从不育株 上收种子。 第二个为乙型两用系繁殖区，方 法同上。 第三个隔离区为雄性不育系生产区。 在这个区内按1:3～4的行比种植乙型两 用系中的可育株（系）和甲型两用系，而 且甲型两用系的株距比正常栽培的小一 半。快开花时，根据花蕾特征（不育株的 花蕾黄而小），去掉甲型两用系中可育 株，然后任其授粉。在甲型两用系的不育 株上收获的种子为雄性不育系种子，下一 年用于F 1 种子生产。在乙型两用系的可育 株上收获的种子，下一年继续用于生产雄 性不育系种子 第四个隔离区为F 1 制种区。在 这个区内按1:3～4的行比种植F 1 的父本和雄性不育系，任其自由授 粉。在不育系上收获的种子为F 1 种 子，在父本植株上收获的种子，下 一年继续作父本。 第七章思考题 1．杂种优势的四种度量方法. 2．杂种优势表现的特点有哪些？ 3．选育杂交一代的基本程序主要包括哪些步骤？ （论述题） 4．利用杂种优势的途径有哪些？（论述题） 5．比较自交不亲和系与雄性不育系在F 1 应用的特 点。 6.概念:杂种优势; 一般配合力; 特殊配合力; 自交 不亲和性。 ?