作物杂种优势的利用.ppt
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第六章第六章杂种优势的利用杂种优势的利用杂种优势的一般概念杂种优势的一般概念杂种优势利用与预测杂种优势利用与预测亲本的选育亲本的选育杂交种的配制杂交种的配制杂种优势的固定杂种优势的固定Cropbreeding2012year第一节第一节杂种优势的一般概念杂种优势的一般概念一、杂种优势的概念及优势率的测定一、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、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。
面优于亲本的现象。
Cropbreeding2012year
(一)
(一)杂种优势的表现杂种优势的表现1.1.普遍性普遍性2.2.复杂性复杂性3.3.特殊性特殊性袁隆平袁隆平1950年大一下期期末考试成绩年大一下期期末考试成绩:
英文英文93分、国文分、国文64分、植分、植物学物学65分、普通化学分、普通化学60分、地质学分、地质学88分、农业概论分、农业概论88分、气象学分、气象学84分、农场实习分、农场实习67分。
专业成绩在班上仅相当于中等。
分。
专业成绩在班上仅相当于中等。
(华商网-重庆时报2008.10.25)Cropbreeding2012year1.1.杂种优势是生物界的普遍现象杂种优势是生物界的普遍现象中国古代:
1、有关骡子杂种优势的记载。
最早有关骡子的记载,在吕氏春秋最早有关骡子的记载,在吕氏春秋爱士:
爱士:
“赵简子有白骡,而甚爱之赵简子有白骡,而甚爱之”。
Cropbreeding2012year1.1.杂种优势是生物界的普遍现象杂种优势是生物界的普遍现象有关骡子杂种优势的记载,要追溯到1400多年前齐民要术齐民要术中的有关文字描述“马复马复驴所生骡者,形容壮大,驴所生骡者,形容壮大,弥复胜马弥复胜马”。
Cropbreeding2012year1.1.杂种优势是生物界的普遍现象杂种优势是生物界的普遍现象1637年天工开物中有关养蚕业杂种势利用的记载:
“今寒家有将早雄配晚雌者,幻出嘉种,此一异也”。
*1906190619061906年日本的外山龟太郎提倡在蚕业生年日本的外山龟太郎提倡在蚕业生年日本的外山龟太郎提倡在蚕业生年日本的外山龟太郎提倡在蚕业生产上推广应用杂交一代(产上推广应用杂交一代(产上推广应用杂交一代(产上推广应用杂交一代(F1F1F1F1),),),),并大面积的应用。
并大面积的应用。
并大面积的应用。
并大面积的应用。
我国在本世纪我国在本世纪我国在本世纪我国在本世纪20202020年代开始普及杂交一代蚕种,现年代开始普及杂交一代蚕种,现年代开始普及杂交一代蚕种,现年代开始普及杂交一代蚕种,现在我国生产上应用的桑在我国生产上应用的桑在我国生产上应用的桑在我国生产上应用的桑蚕品种均为杂交一代蚕种。
蚕品种均为杂交一代蚕种。
蚕品种均为杂交一代蚕种。
蚕品种均为杂交一代蚕种。
Cropbreeding2012year1.1.杂种优势是生物界的普遍现象杂种优势是生物界的普遍现象近代:
近代:
普通烟草普通烟草普通烟草普通烟草(NicotianatabacumNicotianatabacum)1、德国学者、德国学者Kolreuter(1761-1766)报道烟草种间报道烟草种间杂交种具有杂杂交种具有杂种优势种优势心叶烟草心叶烟草心叶烟草心叶烟草(NicotianaglutinosaNicotianaglutinosa)早早熟熟优优质质晚晚熟熟优优质质早早熟熟种间杂交种种间杂交种Cropbreeding2012year1.1.杂种优势是生物界的普遍现象杂种优势是生物界的普遍现象2、endel在豌在豌豆杂交试验中,首先豆杂交试验中,首先提出杂种活力提出杂种活力(Hybridvigor)术术语。
语。
3、.J.Beal:
J.Beal:
1876187618821882,玉米玉米品种间杂交种。
品种间杂交种。
Cropbreeding2012year1.1.杂种优势是生物界的普遍现象杂种优势是生物界的普遍现象11)1900190019081908年:
年:
East&Shull培育玉米自交系,利用自交系培育单交种。
22)1910-19151910-1915年年:
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单交种Cropbreeding2012year1.1.杂种优势是生物界的普遍现象杂种优势是生物界的普遍现象3)1916-1918年:
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:
年:
双交种Burr-Leammg在新英格兰推广。
单单交交种种单单交交种种双交种双交种Cropbreeding2012year1.1.杂种优势是生物界的普遍现象杂种优势是生物界的普遍现象5)19201925:
HenryA.Wallace培育出杂交种CopperCross,于1924年获得Iowa玉米产量试验金奖。
金金娃娃娃娃Cropbreeding2012year1.1.杂种优势是生物界的普遍现象杂种优势是生物界的普遍现象4、杂交高梁研究简史11)19481948年:
年:
美国美国StephensStephens用用“矮生黄迈罗矮生黄迈罗”与与“得克萨得克萨斯黑壳卡佛尔斯黑壳卡佛尔”作正反交,发现并育成了质作正反交,发现并育成了质-核互核互作型的雄性不育系。
作型的雄性不育系。
2222)1953195319531953年:
年:
年:
年:
已获得了几个康拜因卡佛尔雄性不育已获得了几个康拜因卡佛尔雄性不育株系(株系(CK60ACK60A,即后来繁殖的即后来繁殖的Tx3197ATx3197A)。
)。
Cropbreeding2012year1.1.杂种优势是生物界的普遍现象杂种优势是生物界的普遍现象33)19541954年:
年:
育成育成31973197AA不育系,并实不育系,并实现了三系配套。
现了三系配套。
矮矮秆秆杂杂交交高高粱粱高高秆秆杂杂交交高高粱粱44)2020世纪世纪5050年代年代后期,后期,美国已基本上美国已基本上普及了高粱杂交普及了高粱杂交种,种,产量提高了百分之二产量提高了百分之二十至五十。
十至五十。
Cropbreeding2012year1.1.杂种优势是生物界的普遍现象杂种优势是生物界的普遍现象墨西哥杂交高粱种植田墨西哥杂交高粱种植田Cropbreeding2012year1.1.杂种优势是生物界的普遍现象杂种优势是生物界的普遍现象5、杂交水稻研究简史11)19581958年:
日本胜尾清育成藤坂年:
日本胜尾清育成藤坂55号不育系号不育系22)19661966年:
日本新城长友,育成年:
日本新城长友,育成6565AA不育系不育系33)19661966年:
袁隆平报道发现雄性不育株。
年:
袁隆平报道发现雄性不育株。
44)19701970年:
李必湖发现野败不育株年:
李必湖发现野败不育株55)19721972年:
中国,珍汕年:
中国,珍汕9797AA不育系不育系66)19731973年:
中国发现年:
中国发现IR24IR24恢复系恢复系Cropbreeding2012year1.1.杂种优势是生物界的普遍现象杂种优势是生物界的普遍现象6、杂交小麦研究简史11)19341934年年:
发现小麦具有杂种优势22)19511951年:
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。
可可育育不不育育Cropbreeding2012year1.1.杂种优势是生物界的普遍现象杂种优势是生物界的普遍现象3333)1962196219621962年年年年:
以提莫菲维小麦为母本,普通小麦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。
4444)同年()同年()同年()同年(1962196219621962)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。
不育系不育系恢复系恢复系保持系保持系Cropbreeding2012year1.1.杂种优势是生物界的普遍现象杂种优势是生物界的普遍现象55)19741974年,年,第一个CMS杂交种在生产上应用(US)66)19801980年开始,年开始,化学杀雄剂研究。
乙烯利乙烯利WL84811(Shell)SC2053(Shell)Genesis(Mensanto)Cropbreeding2012year第一节第一节杂种优势的一般概念杂种优势的一般概念2.2.杂杂种种优优势势的的表表现现是是复复杂杂的的现现象象,可分为:
可分为:
营养型(体质型)营养型(体质型)生殖型生殖型适应型适应型Cropbreeding2012year第一节第一节杂种优势的一般概念杂种优势的一般概念3.3.杂杂种种优优势势是是特特殊殊的的现现象象,其其优势大小主要取决于:
优势大小主要取决于:
双亲性状间的差异双亲性状间的差异双亲性状互补双亲性状互补双亲基因型的纯合程度双亲基因型的纯合程度基因型与环境的互作基因型与环境的互作Cropbreeding2012year一、杂种优势的概念及优势率的测定一、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
(二)杂种二代及以后各代的杂种优势FF22优势降低的程度因亲本性质(即双亲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遗传差异的大小)、数目和具体杂交组合而不同不同Cropbreeding2012year一、杂种优势的概念及优势率的测定一、杂种优势的概念及优势率的测定(三)(三)杂种优势率的测定杂种优势率的测定1、中亲优势(超均优势)(midparentheterosis):
指杂种指杂种F1F1的产量或某一数量性状的数值与的产量或某一数量性状的数值与双亲(双亲(P1P1和和P2P2)同一性状的平均值差数的比率。
同一性状的平均值差数的比率。
F1-(P1+P2)/2F1-(P1+P2)/2中亲优势(中亲优势(%)=100%=100%(P1+P2)/2P1+P2)/2Cropbreeding2012year(三)(三)杂种优势率的测定杂种优势率的测定2、超亲优势(over-parentheterosis):
1)超高亲优势(overhighparentheterosis):
指杂种指杂种F1F1的产量或某一数量性状的数值与的产量或某一数量性状的数值与高值亲本(高值亲本(HPHP)同一性状数值差值的比率。
同一性状数值差值的比率。
F1-HPF1-HP超高亲优势(超高亲优势(%)=100%=100%HPHPCropbreeding2012year(三)(三)杂种优势率的测定杂种优势率的测定2、超亲优势(over-parentheterosis):
2)超低亲优势(overlowparentHeterosis):
指杂种指杂种F1F1的产量或某一数量性状的数值与低的产量或某一数量性状的数值与低高值亲本(高值亲本(LPLP)同一性状数值差值的比率。
同一性状数值差值的比率。
F1-LPF1-LP超低亲优势(超低亲优势(%)=100%=100%LPLPCropbreeding2012year(三)(三)杂种优势率的测定杂种优势率的测定3、超标优势(over-standardheterosis):
指杂种指杂种F1F1的产量或某一数量性状的数值与当地推广的产量或某一数量性状的数值与当地推广品种或对照品种(品种或对照品种(CKCK)同一性状数值差值的比率。
同一性状数值差值的比率。
F1-CKF1-CK超标优势(超标优势(%)=100%=100%CKCKCropbreeding2012year(三)(三)杂种优势率的测定杂种优势率的测定44、杂种优势指数、杂种优势指数(indexofheterosis):
indexofheterosis):
指杂种指杂种F1F1的产量或某一数量性状的数值与的产量或某一数量性状的数值与双亲(双亲(P1P1和和P2P2)同一性状的平均值的比率。
同一性状的平均值的比率。
F1F1杂种优势指数(杂种优势指数(%)=100%100%(P1+P2)/2P1+P2)/2Cropbreeding2012year(三)(三)杂种优势率的测定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义。
Cropbreeding2012year(三)(三)杂种优势率的测定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产量的直接构成因素可剖析为亩穗(果荚)数、穗(果荚)亩穗(果荚)数、穗(果荚)粒数和千粒(百粒)重。
粒数和千粒(百粒)重。
Cropbreeding2012year(三)(三)杂种优势率的测定杂种优势率的测定部分作物株高杂种优势作物名称作物名称亲本(亲本(cmcm)杂种(杂种(F1F1)(cmcm)超过高亲值超过高亲值优势(优势(%)P1P1P2P2玉米玉米148.2148.2135.7135.7181.4181.422.422.4高粱高粱96.296.276.876.8126.7126.731.731.7菜豆菜豆116.0116.0114.0114.0161.9161.941.541.5Cropbreeding2012year(三)(三)杂种优势率的测定杂种优势率的测定部分作物叶面积的杂种优势部分作物叶面积的杂种优势作物作物叶面积(叶面积(cm2/株)株)超过高亲值超过高亲值优势率(优势率(%)P1P2F1高粱高粱17751590294866.08菜豆菜豆6964106111924981.40玉米玉米25852323351035.78Cropbreeding2012year6.16.1杂种优势的一般概念杂种优势的一般概念二、杂种优势的理论基础二、杂种优势的理论基础
(一)杂种优势的遗传基础
(一)杂种优势的遗传基础1达尔文达尔文经过近经过近1010年年研究(研究(1866-18761866-1876年),年),发现发现异交有益,自交有异交有益,自交有害,并认为杂种优势的害,并认为杂种优势的产生是产生是不同遗传成分的不同遗传成分的有机体杂交有机体杂交后的结果后的结果Cropbreeding2012year
(一)杂种优势的遗传基础
(一)杂种优势的遗传基础AbAbaBAbaB22显性假说和超显性假说的提出显性假说和超显性假说的提出1)显性假说显性假说显性假说显性假说由显性假说由BruceBruce(19101910)提出,基提出,基本观点如下:
本观点如下:
有利的显性基本抑制隐性的不利有利的显性基本抑制隐性的不利作用,通过基因间的互补,杂交作用,通过基因间的互补,杂交种就能发挥出超过亲本的强大生种就能发挥出超过亲本的强大生长势。
长势。
显性假说的不足之处:
显性假说的不足之处:
显性假说的不足之处:
显性假说的不足之处:
并非所有显性基因都控制好性状;并非所有显性基因都控制好性状;并非所有显性基因都控制好性状;并非所有显性基因都控制好性状;而隐性基因控制不良性状。
而隐性基因控制不良性状。
而隐性基因控制不良性状。
而隐性基因控制不良性状。
Cropbreeding2012year
(一)杂种优势的遗传基础
(一)杂种优势的遗传基础2)超显性假说由由由由ShullShullShullShull(1908190819081908)提出提出提出提出的,基本观点如下:
的,基本观点如下:
的,基本观点如下:
的,基本观点如下:
基因型杂合位点的贡献要大于基基因型杂合位点的贡献要大于基因型纯合位点基因的贡献,即因型纯合位点基因的贡献,即A1A2A1A1A1A2A1A1或或A2A2A2A2,也称为等位基也称为等位基因异质结合假说。
因异质结合假说。
超显性假说的不足之处:
排除了客观存在的等位基因显排除了客观存在的等位基因显隐性关系。
隐性关系。
b1a1a2b2超显性假说超显性假说a1b1a2b2a1b1a2b2超显性假说超显性假说Cropbreeding2012year
(一)杂种优势的遗传基础
(一)杂种优势的遗传基础b1a1a2b2a1b1a2b2a1b1a2b23)上位性假说等位基因之间及不同等位基因之间的相互作用,导致杂种优势Cropbreeding2012year
(一)杂种优势的遗传基础
(一)杂种优势的遗传基础33数量性状位点及其互作方式为显性假说和数量性状位点及其互作方式为显性假说和超显性假说提供了证据超显性假说提供了证据0102030405060701020304050607010203010203040506070405060719921992年,年,stuberstuber报道报道超超显性显性是玉米杂种优势的是玉米杂种优势的遗传基础遗传基础19951995年,年,xiaoxiao报道报道显性显性是水稻杂是水稻杂种优势的遗传基础种优势的遗传基础19971997年,年,YuYu报道报道上位性上位性是水稻杂是水稻杂种优势的遗传基础种优势的遗传基础代谢调控
(二)杂种优势的分子机理
(二)杂种优势的分子机理Cropbreeding2012year第二节杂种优势利用与预测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,称方法。
这种选、育、制、用的过程,称为杂种优势利用。
为杂种优势利用。
一、利用杂种优势的基本原则一、利用杂种优势的基本原则
(一)强优杂交组合
(一)强优杂交组合
(二)提高两亲本的纯合性
(二)提高两亲本的纯合性(三)采用简易经济的制种技术(三)采用简易经济的制种技术概括为三个字:
概括为三个字:
强、纯、简强、纯、简Cropbreeding2012year6.2杂种优势利用与预测杂种优势利用与预测二、杂种优势利用的主要途径二、杂种优势利用的主要途径
(一)
(一)人工去雄人工去雄1)雌雄同株雌雄同株异花的作物:
异花的作物:
玉米玉米3333)种子繁)种子繁)种子繁)种子繁殖系数大而殖系数大而殖系数大而殖系数大而用种量少的用种量少的用种量少的用种量少的作物:
烟草作物:
烟草作物:
烟草作物:
烟草2222)花器官大的作物:
)花器官大的作物:
)花器官大的作物:
)花器官大的作物:
棉花棉花棉花棉花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Cropbreeding2012year6.2杂种优势利用与预测杂种优势利用与预测2)优良化学杀雄剂应具备的优点:
AA具有较高的选择活性(雄蕊不育,具有较高的选择活性(雄蕊不育,雌蕊可育)雌蕊可育)BB不同基因型间对其敏感性差异较小不同基因型间对其敏感性差异较小CC便于施用(施用的发育时期较长和有效的剂量范便于施用(施用的发育时期较长和有效的剂量范围较广等)围较广等)DD残留量较少,对环境污染较小等残留量较少,对环境污染较小等EE价格便宜价格便宜Cropbreeding2012year6.2杂种优势利用与预测杂种优势利用与预测(三)利用自交不亲和性(三)利用自交不亲和性11)概念和类型:
)概念和类型:
*概念:
概念:
同一植株上机能正常的雌、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:
分为两类:
A)配子体自交不亲和性(selfincompabilityofgametophyte):
禾本科植物B孢子体自交不亲和性(selfincompabilityofsporophyte):
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。
Cropbreeding2012year6.2杂种优势利用与预测杂种优势利用与预测(四)利用标志性状(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、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(棉花棉花的红叶和鸡爪叶等);有隐性的(棉花的芽黄和无腺体)的芽黄和无腺体)Cropbreeding2012year6.2杂种优势利用与预测杂种优势利用与预测(五)利用雄性不育(五)利用雄性不育利用雄性不育性育种,是克服雌雄利用雄性不育性育种,是克服雌雄利用雄性不育性育种,是克服雌雄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,同花作物人工去雄困难的最有效途径,同花作物人工去雄困难的最有效途径,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,可以从根本上免因为雄性不育性是可以遗传的,可以从根本上免因为雄性不育性是可以遗传的,可以从根本上免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。
除去雄的手续。
除去雄的手续。
除去雄的手续。
雄性不育是指雄性性器官发育不良,失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。
去生殖功能,导致不育的特性。
Cropbreeding2012year6.2杂种优势利用与预测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)
(1)*不育类型:
不育类型:
SS(msmsmsms););*可育类型:
可育类型:
S(MsMs)S(MsMs);S(Msms)S(Msms);N(MsMs)N(MsMs);N(Msms)N(Msms);N(msms)N(msms);*“三系三系”及其遗传模式:
及其遗传模式:
不育系、不育系、保持系、恢复系保持系、恢复系Cropbreeding2012year6.2杂种优势利用与预测杂种优势利用与预测三系的概念雄性不育系:
雄性不育系:
具有雄性不育特征的品种或自交系。
S(msms)雄性不育保持系:
雄性不育保持系:
用来给不育系授粉使后代保持雄性不育特性的类型。
N(msms)雄性不育恢复系:
雄性不育恢复系:
具有恢复不育系育性能力的类型。
S(MsMs);N(MsMs)利用三系制种方法利用三系制种方法保持系保持系NN(msmsmsms)X不育系不育系SS(msmsmsms)不育系不育系SS(msmsmsms)X恢复系恢复系NN(MSMSMSMS)SS(MSMSMSMS)恢复系恢复系NN(MSMSMSMS)SS(MSMSMSMS)杂交种杂交种SS(MSmsMSms)繁殖区繁殖区11制种区制种区22母本母本母本母本父本父本父本父本保持系保持系NN(msmsmsms)不育系不育系不育系不育系SS(msmsmsms)Cropbreeding2012year6.2杂种优势利用与预测杂种优势利用与预测
(2)多种质核基因对应的遗传细胞质中存在多个可育基因细胞质中存在多个可育基因NN11,N,N22,N,N33.NNnn,它们不育性的变异对应为:
它们不育性的变异对应为:
NN11SS11,N,N22SS22,N,N33SS33,N,NnnSSnn,在核内染色体上相对的不育基因分别在核内染色体上相对的不育基因分别为:
为:
rr11
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