作物育种学（刘裕强）第十章 杂种优势利用.ppt

第十章 杂种优势利用 杂种优势的概念 杂种优势(heterosis)：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、生活力 、抗逆性、繁殖力、适应性、产量、品质等 方面优于其亲本的现象。 一、杂种优势利用的简 史最早有关骡子的记载，在吕氏春秋爱士：“赵简 子有白骡，而甚爱之” 。 第一节 杂种优势利用的简史与现状 有关骡子杂种优势的记载在1400多年前齐民要术中 有文字描述“ 马复驴所生骡者，形容壮大，弥复胜 马”。 19061906年日本的外山龟太郎提倡在蚕业生产上推广应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（用杂交一代（F1F1），），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2020年代开始普及杂交一代蚕种，现在年代开始普及杂交一代蚕种，现在 我国生产上应用的桑蚕品种均为杂交一代蚕种。我国生产上应用的桑蚕品种均为杂交一代蚕种。 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” 。 2.蚕的杂种优势利用 德国学者德国学者（1761 1761 -1766-1766）报道烟报道烟 草种间杂交种具草种间杂交种具 有杂种优势有杂种优势 普通烟草普通烟草（NicotianaNicotiana tabacumtabacum） 心叶烟草心叶烟草（ NicotianaNicotiana glutinosaglutinosa） 种间杂交种 早 熟 优 质 晚 熟 早 熟 优 质 3.烟草的杂 种优势利 用 endelendel （18651865）在豌豆杂交试验中，首在豌豆杂交试验中，首 先提出杂种活力先提出杂种活力（Hybrid vigorHybrid vigor）术语术语 。 孟 德 尔 像 豌 豆 ShullShull在在19081908年年: :提出提出杂种优势杂种优势概念。概念。 4.杂种优势概念的提出 1 .杂交玉米研究简史 1 1） 1900190819001908年：年： East & Shull培育玉 米自交系，利用自 交系培育单交种。 单交种 2 2）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。 二、农作物杂种优势利用 3） 1916-1918年： East的 学生Jones提出培育双交种 ，即玉米杂交种可在两个 高产单交种的基础上生产 ，于是，杂交种子不足和 种子成本过高的问题迎刃 而解。双交种的变异大于 单交种，而明显好于异交 群体。 单交种 单交种 双交种 4）1920-1925年：双交种 Burr-Leammg在新英格兰 推广。 5） 19201925：Henry A. Wallace培育出 杂交种 Copper Cross ，于1924年获得 Iowa玉米产量试验金奖。 * 美国玉米杂交种种植情况 1933193819421947 1959 Iowa 1% 98% Kansas 3% 75% Texas 24% Kentucky 5% 75% USA 0.1% 94.9 % 2 .杂交高梁研究简史 19481948年：年：美国美国StephensStephens用用“ “矮生黄迈罗矮生黄迈罗” ”与与“ “得克萨斯得克萨斯 黑壳卡佛尔黑壳卡佛尔” ”作正反交，发现并育成了质作正反交，发现并育成了质- -核互作型的核互作型的 雄性不育系。雄性不育系。 19531953年：已获得了几个康拜因卡佛尔雄性不育株系年：已获得了几个康拜因卡佛尔雄性不育株系 （CK60ACK60A，即后来繁殖的，即后来繁殖的Tx3197ATx3197A）。）。 19541954年：年：育成3197A不育系，并实现了三系配套。 20世纪50年代后期美国已基本上普及了高粱杂交 种 ，产量提高了百分之二十至五十。 水稻杂种优势利用 水稻杂种优势研究的历史 v1926年，Jones首先提出了水稻杂种优势，受到各 国育种家重视； vKadev(印度,1937)，Brown(美国,1953)，A.lim(巴 基斯坦,1957)和冈田子宽(日本,1958)等报道了水稻 杂种优势； v新城长友(日本,1968)等实现了粳稻三系配套，但没 有强优势杂交组合问世； v袁隆平等(1973)实现了籼稻三系配套，并选配出强 优势组合。 全国杂交水稻种植面积1533.33万公顷，约占水稻总 面积的50%，产量占水稻总产近60%。自1976年2000 年已经累积增产稻谷3.6亿吨，相当于扩大了近6000 万公顷的水稻种植面积。 农业的“曼哈顿工程” 世界：据Duvick最近估计，由于推广杂交玉米、 高梁和水稻，每年增产粮食8000万吨，相当于每年 扩大种植面积2800万公顷。 中国：中国：建国50年来，我国杂交玉米占我国玉米面 积的85%，杂交水稻占50%，杂交油菜占30%，近 20年中，利用杂种优势已为我国增产粮食8亿吨以上 。 第二节 杂种优势表现特征 一、杂种优势的普遍性 （一）生长势和营养体 （二）抗逆性和适应性 （三）生理功能方面 （四）产量和产量因素方面 （五）品质方面 （六）生化表现方面：线粒体互补与叶 绿体互补同功酶出现互补带、显性带、杂合带 杂种优势是由双亲基因互作、基因型与环境互作的结果 基因型 作物种类：二倍体作物品种间杂种优势大于多倍体作物 亲本纯度：亲本纯合度高，F1高度杂合、整齐、优势强 亲缘关系：亲本亲缘关系远的自交系之间的杂种优势强 但远缘杂种育性不及品种间杂种 杂交组合：双亲性状互补 性状优势：数量性状优势强；性状间的关系（淀粉与蛋白） 抗性（纯系单交双交 综合品种） 环境作用 杂种优势体现在数量性状，数量性状受环境影响大 不同环境下杂种优势的表现程度不同 二、杂种优势表现的复杂多样性 杂种(F1)的产量或某一数量性状的平均值与双亲 (P1与P2)同一性状平均值的差数除以双亲(P1与 P2)同一性状的平均值。 F1-MP MP 平均优势（%）=-100 1. 中亲优势 二、杂种优势的度量 F1-HP 正向超亲优势（%）=-100 HP F1-LP LP 负向超亲优势（%）=-100 2. 超亲优势 杂种(F1)的产量或某一数量性状的平均值与高值亲本 (HP)同一性状平均值的差数除以高值亲本(HP)。 F1-CK 超标优势（%）=-100 CK 3. 超标优势 杂种(F1)的产量或某一数量性状的平均值与当地推 广品种(CK)同一性状的平均值的差数除以当地推广 品种(CK)。 F1 杂种优势指数（%）=-100 MP 4. 杂种优势指数 杂交种某一性状平均值与双亲同一性状平 均值的比值。 超亲优势 中亲优势 部分优势 负向中亲优势 负向部分优势 负向超亲优势 F1HP MPS2）则不亲和。 有的可能存在显性颠倒关系： 父本 S2S1 S1S1S1S2S1S1+S1S2，表现亲和； 母本 S1S2 S1S2S1S1 表现不亲和。 C. 独立（ S1=S2）则不亲和 D. 竞争减弱 S1存在削弱S2，S2存在削弱S1，结果为弱亲和。 S1S1S1S2S1S1+S1S2 （这两种基因型比例不是1：1，结实率低下） 三、利用标志性状生产杂种种子 利用植株苗期的某一显性/隐性相对性状作标志，区别真假杂 种，就可以不进行人工去雄而利用杂种优势。 如水稻紫叶鞘、小麦红色芽鞘、棉花红叶和鸡脚叶，棉花的芽黄 和无腺体 方法： 选育（转育）苗期显性性状为父本，或隐性性状的母本。 父、母本按比例种植，隔离区内自由授粉。 母本上收获种子：自交种子和杂种种子。 根据标志性状间苗，去除隐性性状的假杂种，保留显性的真杂种 。 母本 父本 制种 A（mm) B（MM) 大田 A (mm) + F1(Mm) 去除 保留 化学杀雄利用杂种优势具有配组容易、自由及制种手续简单等 特点。 但不宜用于花时较长的棉花、大豆等作物。 用于杂交制种的必须具备以下条件： 1、处理母本后杀伤雄蕊，花粉不育，不影响雌蕊正常发育。 2、处理后不引起遗传变异。 3、方法简便、药剂便宜、效果稳定。 4、对人、畜无害，不污染坏境。 四、化学杀雄生产杂种种子 为什么有的F2仍然可以利用？ 多基因控制的经济性状在F2分布特征 F2基因型多样性对抵抗逆境具有群体缓冲性，对病虫害具有 群体互作抗性 种子成本低廉 并非所有的杂交种都可以利用剩余杂种优势 异花授粉作物的综合杂交种和品种间杂交种后代可以利用； 人工去雄、化学杀雄技术生产F1种子后代有时可以利用； 亲本主要农艺性状差异小的单交种后代有的也可以利用 如棉花的湘杂棉1号、2号，中棉所28等杂交种后代 五、F2剩余杂种优势的利用 六、雄性不育性利用 克服雌雄同花作物人工去雄困难的最有效途径 雄性不育特性可遗传特性 核质互作雄性不育 基因型-环境互作（光温敏）雄性不育 隐性核不育 显性核不育 思考题 1、名词解释： 杂种优势一般配合力 特殊配合力测交 测交种 测验种 一环系 二环系 配子体自交不亲和 孢子体自