牧草及饲料作物栽培学第八章 杂交育种优势的利用.ppt
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1、第八章、杂种优势的利用,第一节、杂种优势利用的意义 第二节、杂种优势利用的途径与技术 第三节、雄性不育系在杂种优势中的利用,第一节、杂种优势概念及测定方法 一、概念: 二、研究状况: 三、杂种优势的测定方法: 四、不同植物利用杂种优势的特点:,一、概念: 杂种优势:指两个遗传性不同的亲本杂交后,所产生的杂种在生长势、生产力、抗逆性和适应性等方面比它的亲本优越的现象。 二、研究状况: 人类对杂种优势很早就已经认识并加以利用。 例如,人们熟知的马、驴、杂交产生的骡子,体壮、高大、耐力大、耐饲,使用年限长,这早在1400年前我们就有文字记载。 农业生产上利用杂种优势最先取得显著成效的是饲料之王玉米。
2、达尔文是杂种优势理论的奠基人。第一个指出玉米杂种优势现象。,农作物的杂种优势是十八世纪中期首先在烟草中发现的,科尔鲁特(Kilreuter,J.G1760)以早熟的普通烟草(N。 tabacum)和较晚熟的品质优良的心叶烟草(N.glutinosa)杂交获得了品种优良和早熟的杂种第一代。据此,他曾建议生产上利用杂咱一代。 现今世界上大田作物,蔬菜作物,果树、林木等利用杂种优势愈来愈广泛。从下列事实可以看得很清楚。 大田作物:玉米、高梁、黑麦、棉花、向日葵、烟草、水稻、小麦、大麦、油菜、甜菜等。 蔬菜作物:番茄、洋葱、南瓜、黄瓜、甜瓜、西瓜、茄子、莴苣、萝卜、甘蓝、白菜等。,牧草杂种优势利用国内
3、外报道都不多。美国曾利用自交系配成9个无芒雀麦(Bromus iermis)单交种,其产量为对照商品品种的126.5%到220.9%。保加利亚和苏联等国用苜蓿雄性不育系与100个苜蓿品种杂交,使各杂交组合产草量提高1539%。草原1号、2号杂种苜蓿产量比紫花苜蓿高10%-20%。,1978年内蒙古农业大学吴永敷教授,从草原一号杂花苜蓿中初选出6株花粉败育的不育株,进一步鉴定后从中选出雄性不育性稳定的植株Ms-4,经枝条扦插繁殖,建立了无性系苜蓿雄性不育系Ms-4。,三、杂种优势的测定方法: 1、平均优势法:杂种一代同双亲的平均值作比较,用%表示,表达优势的大小 2、超亲优势法:杂种一代同较好的
4、一个亲本作比较 3、对照优势法:杂种一代同对照品种或较好的推广品种作比较 要使杂种优势应用于大田生产,不仅F1亲本,更重要的是要F1当地推广的良种。因此对照优势法更有实践意义。在杂交种比较试验中,通常所计算的增产百分数,就是在产量方面的对照优势百分数。,四、不同植物利用杂种优势的特点: 1、自花授粉植物和常异花授粉植物 这两类植物由于长期自花授粉,其遗传基础一般是纯合的。 利用杂种优势的主要方式是:品种间杂交。主要问题在于去雄,利用雄性不育系制种是一种便利的途径。 2、异花授粉植物 这类植物的遗传差异大。利用杂种优势的主要方式是: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,可提高
5、杂种的优势和增产效果。,3、无性繁殖植物 一旦获得杂种优势就可将起相对稳定地固定下来 在生产上利用多年,不需年年制种。 五、牧草利用杂种优势的特点: 一些牧草即可有性繁殖,又可无性繁殖,便于固定杂种优势。 栽培牧草主要收获物是茎叶,而不是种子,在利用雄性不育系制种时,一般可以不需要恢复系。,第二节、杂种优势利用的途径与技术,一、途径: 1、在生产上最经济地利用杂种优势以提高产量的两个条件: 便于杂交、并能获得大量杂交种子 杂种优势现象显著 F1杂种优势最显著,生产上一般利用F1。F2及以后各代,由于遗传性状发生分离,不具备F1那样的一致性和整齐性,因而杂种优势逐渐下降,生产上不予应用。F2代以
6、后,若杂种优势减退很小,且比一般品种产量高,也还可以利用。,2、利用杂种优势的方法: 依亲本类型的不同,分为四种: 品种间杂交品种间杂种 品种与自交系杂交顶交种或测交种 自交系杂交自交系间杂种(单交种、三交种、双交种、综合种) 远缘杂交种间杂种,种属间杂交或属间杂种 总要求:简便而迅速地获得大量F1代种子,以提高杂交种子的生产力,降低生产成本。 对于玉米来说,雌雄同株异花、人工去雄授粉利用杂种优势比较方便,但大多数牧草和饮料作物为雌雄同花,人工去雄很费工,因而利用杂种优势就要有一些简便的方法。,3、利用杂种优势的一些简便方法 a) 利用化学药剂人工杀雄制种 利用化学药剂人工杀雄制种,就是利用对
7、雌、雄花杀伤有选择性的一些化学药剂处理植株,杀伤雄花,而不妨碍雌花的发育,便于人工制种。 目前发现的化学药剂很多,有数十种。 例1:上海农科院(1972),浙江农大(1971)的研究指出,棉花以0.5%,1.0%浓度的2,3二氯异丁酸钠(FW-450)药剂,于现蕾后开花前喷射植株,效果较发好。 例2:广东植物所(1972)的试验指出,水稻以1.03.0%浓度的 脚青药剂,于雌雄蕊原基分化雌雄蕊形成期(水稻顶叶全出前后)喷射植株,杀雄率在97%。,理想的化学杀雄剂所具备的条件: 不引起作物遗传上的变异; 使用方便; 价格便宜; 能杀死花粉,但对雌配子无影响; 对人无害; 机理:原因各异 对雌、雄
8、配子具选择杀伤作用; 大量沉积在花粉中,抑制雄配子发育的营养来源; 使花药内的某些酶失活;,b)利用雄性不育系制种 大量获得F1杂种种子的有效途径。高梁利用标质工作型不育系制种,有两个步骤。 不育系,保持系、恢复系的建立和繁殖三系配套 杂交种的配制,不育系:用字母A表示,其高梁3197A。其特点是发育不正常,不能自交结实,早发育正常,但只能接受外来花粉结实,并且这种特征通过一定的方式能够遗传下去 保持系:用字母B表示,往往是一个正常的品种或株系,早发育都不正常,其特点是把它的花粉授于不育系的柱头上,不育系所结的种子,能够保持不育系原来的雄性不育特性。 恢复系:用字母R表示。早发育都正常,其特点
9、是把它的花粉授于不育系的柱头上后,不育系所结的杂交种子,长成植株后能恢复正常育性,使杂种结实正常。,三系配套与制程序,c)利用自交不亲和系制种: 自交不亲和系:指同一株系的花粉,授在本株系的柱头上,往往不易受精结实或结实率很低。若采用其品种或株系的花粉给其授粉,却能正常结实的这种株系。 自交不亲各系的获得: 在自然界中寻找; 经过多代的自交,分离和选择; 采用自交不亲和制种时,最好两个亲本都为自交不亲和系,这样彼此杂交所产生的种子均是杂种,从而增加制种产量,降低成本。 此外,人们还用无性繁殖殖法及无融合生殖来固定杂种优势(P53),棉花保持系,棉花不育系,正常植株花药 黄色肥大饱满 很多成熟花
10、粉 适宜条件下充分裂开将花粉散出,不育株花药 色浅瘦小干瘪水渍状 无花粉或无正常花粉 花药不开裂 无花粉散出,水稻部分雄性不育的花粉粒形状(碘染色),不育株花粉粒 无内容物(淀粉粒) 畸形皱缩不规则 不能散粉,正常植株花粉粒 充实饱满 形状大小一致 数量多、散粉明显,二、杂种优势的理论解释 1、显性观点:杂种优势是由于双亲的有利显性基因,全部聚集在杂种中所引起的互补作用的结果。一般来说,对生产有利的数量性状由显性基因控制,不利性状由隐性基因控制,且常有连锁关系。因此,当双亲的遗传组成都为纯合体,且各等位基因互为显隐时,则杂交所产生的杂种,可聚集来自双亲的不同的有利显性基因,而掩盖隐性基因的作用
11、,从而表现杂种优势。 证据:豌豆甲(基粗、节多、节间短、高1.5m)乙(节少,节间长、高1.8m,茎细) F1(2.22.4m)(节多,节间长) F2:株高同F1同父母本矮小(短节间,茎细,节间少),好多学者认为自交系的各种优良特性,是受多因子连锁组(一对同源染色体)中的显性因子控制的,不利的隐性因子的作用能为有利的显性因子所掩盖。 理论图示: 纯合的隐性基因对性状的大小所作的贡献在数量上为1 纯合或杂合的显性基因对性状的大小所作的贡献在数量上为2 甲丙的杂种优势就没甲乙大 从这个假说来看,有利显性因子累积得越多,杂种优势越强大。,2、超显性假说(伊斯特,1936) 基本观点:杂种优势是由于双
12、亲基因型的异质结合,所引起的等位基因间的相互作用,等位基因间没有显隐性的关系,杂合的等位基因相互作用大于纯合等位基因的作用,即a1、a2a1、a1或a2、a2 理论图示:假设等位基因纯合时a1a1、b2b2生长量为1个单位,杂合时a1b1为2个单位。按照这一假说的看法,杂种优势是起源一于杂合状态本身,杂种优势与杂合性是一种直接关系,如果一经纯合化,杂种优势便将消失。 综上所述,可以将两种假说归纳为一句话:种内双亲的基因型互异越大,杂种优势就显著,在生产上利用亲缘关系较远的两个亲本杂交,可以获得杂种优势大,产量高的杂交种。 还有其它一些假说,都不完满,尚需进一步研究杂种优势的成因,一、利用雄性不
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