第十一章雄性不育及其雜種品種的選育

1、第十一章 雄性不育及其雜交品種選育第十一章  雄性不育及其雜種品種的選育1. 概念：雄性不育：是指雄性器官發(fā)育不良，失去生殖功能，導(dǎo)致不育的特性。2. 雄性不育性在植物界普遍存在。據(jù)Kaul(1988) 報(bào)道，已經(jīng)在43科162屬617個(gè)物種及種間雜種中發(fā)現(xiàn)了雄性不育，其中包括玉米、水稻、小麥、高粱、油菜、棉花等主要農(nóng)作物。3. 雄性不育可作為重要工具用于各種作物的雜交育種和雜種優(yōu)勢(shì)利用。4. 當(dāng)雜交母本獲得了雄性不育性，就可以免去大面積繁殖制種時(shí)的去雄勞動(dòng)，降低生產(chǎn)成本，提高雜種種子質(zhì)量，帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)效益。5. 雄性不育可分為能遺傳的和不能遺傳的。第一節(jié)  雄性不育的遺

2、傳    遺傳的雄性不育分為質(zhì)核互作不育和核不育兩種類(lèi)型。    一、質(zhì)核互作雄性不育的遺傳解釋    (一)質(zhì)核互作雄性不育的遺傳解釋   1.概念：質(zhì)核互作雄性不育是受細(xì)胞質(zhì)不育基因和對(duì)應(yīng)的細(xì)胞核不育基因共同控制的不育類(lèi)型，常被簡(jiǎn)稱(chēng)為胞質(zhì)不育(CMS)。2.遺傳：當(dāng)胞質(zhì)不育基因S存在時(shí)，核內(nèi)必須有相對(duì)應(yīng)的隱性不育基因rr，才表現(xiàn)不育。在雜交或回交時(shí)，只要父本核內(nèi)沒(méi)有顯性可育基因R，則雜交子代一直保持雄性不育，表現(xiàn)細(xì)胞質(zhì)遺傳的特征。如果細(xì)胞質(zhì)基因是正?？捎騈，即使核基因是rr，仍

3、然正常可育；如果核內(nèi)存在顯性可育基因R，不論細(xì)胞質(zhì)是S或N，個(gè)體均表現(xiàn)育性正常。按照細(xì)胞質(zhì)中有可育基因N或不育基因S，細(xì)胞核中有顯性可育基因RR，隱性不育基因rr，雜合基因Rr，質(zhì)核結(jié)合后將會(huì)組成6種基因型如表11-1。6種基因型中只有S(rr)一種不育，具有這種基因型的品系或自交系就稱(chēng)雄性不育系，簡(jiǎn)稱(chēng)不育系(A)。其余5種基因型都是可育的，如果以不育型為母本，分別與5種可育型雜交將會(huì)出現(xiàn)以下三種情況：    (1)S(rr)×N(rr)S(rr)，F(xiàn)l全部表現(xiàn)不育，說(shuō)明N(rr)具有保持不育性在世代中穩(wěn)定傳遞的能力，具有N(rr)基因型的品系或自交系稱(chēng)

4、雄性不育保持系，簡(jiǎn)稱(chēng)保持系(B)。    (2)S(rr)×N(RR) S(Rr)，或S(rr) ×S(RR) S(Rr)，F(xiàn)1全部正常能育，說(shuō)明這兩種基因型都能使不育性恢復(fù)正常，具有N(RR)或S(RR)基因型的品系或自交系稱(chēng)雄性不育恢復(fù)系，簡(jiǎn)稱(chēng)恢復(fù)系(R)。    (3)S(rr)×N(Rr) S(Rr)+S(rr)，或S(rr)×S(Rr) S(Rr)+S(rr)，F(xiàn)1表現(xiàn)育性分離，說(shuō)明N(Rr)或S(Rr)具有雜合的恢復(fù)能力，N(Rr)的自交后代能選育出純合的保持系N(rr)或恢復(fù)系N(

5、RR)；而S(Rr)的自交后代能選育出不育系S(rr)和純合恢復(fù)系S(RR)。    3.應(yīng)用：質(zhì)核互作雄性不育的一大特點(diǎn)是能實(shí)現(xiàn)三系配套，并能通過(guò)三系法將雜種優(yōu)勢(shì)應(yīng)用于生產(chǎn)。    (二)多種質(zhì)核基因?qū)?yīng)的遺傳    1.同一植物內(nèi)可以有多種質(zhì)核不育類(lèi)型。例如：玉米中38種不同來(lái)源的質(zhì)核型不育系，根據(jù)其恢復(fù)性反應(yīng)的差別，大體可分為T(mén)、S、C三組2.每種不育類(lèi)型都需要某一特定的恢復(fù)基因來(lái)恢復(fù)，反映恢復(fù)基因有專(zhuān)效性和對(duì)應(yīng)性。多樣性和對(duì)應(yīng)性表現(xiàn)在細(xì)胞質(zhì)中和染色體上分別有多個(gè)對(duì)應(yīng)位點(diǎn)與雄性不育有關(guān)。在細(xì)胞質(zhì)中存

6、在多個(gè)可育基因N1、N2Nn，它們不育性的變異便對(duì)應(yīng)為：N1S1，N2S2，NnSn。在核內(nèi)染色體上相對(duì)的不育基因分別為r1、r2、rn；其可育基因則相對(duì)應(yīng)為r1R1、r2R2、rnRn。核內(nèi)的育性基因總是與細(xì)胞質(zhì)的育性基因發(fā)生對(duì)應(yīng)互作，不同的質(zhì)核對(duì)應(yīng)互作有不同的遺傳基礎(chǔ)和育性表現(xiàn)，它們之間是相互獨(dú)立，互不干擾的。3.在不育系的選育實(shí)踐中，正反交育性見(jiàn)表11-2。 (三)孢子體不育和配子體不育的遺傳    按照雄性不育花粉敗育發(fā)生的過(guò)程，可分為孢子體不育和配子體不育兩種類(lèi)型。    1孢子體不育  孢子體雄性不育是指花粉育性

7、的表現(xiàn)由孢子體(母體植株)的基因型控制，與花粉(配子體)本身的基因無(wú)關(guān)?；ǚ蹟∮l(fā)生在孢子體階段，當(dāng)母體植株是S(rr)不育時(shí)，花粉全部敗育，而當(dāng)母體植株可育時(shí)，不管基因是純合還是雜合，全部花粉都是可育的。孢子體不育的特點(diǎn)是：不育系與恢復(fù)系雜交，雜種一代，花粉全部正常，但雜種二代因不育基因分離重組，將有不育株產(chǎn)生。水稻野敗型、玉米T型不育系就屬于這一類(lèi)型。2配子體不育  配子體雄性不育是指不育系的花粉敗育發(fā)生在雄配子體階段，花粉的育性受配子體本身基因型控制，因此配子體基因?yàn)椴挥龝r(shí)花粉表現(xiàn)不育，配子體基因?yàn)榭捎龝r(shí)花粉表現(xiàn)正常。配子體不育的特點(diǎn)是：不育系與恢復(fù)系雜交所獲得的雜種一代，花粉

8、有二類(lèi)(不育和可育)，且各占一半。但是它并不影響結(jié)實(shí)，子一代的結(jié)實(shí)率全部正常，由于子一代帶不育基因的花粉敗育不參加受精，因此子二代配子有二種基因型(RR、Rr)存在，但都結(jié)實(shí)正常，沒(méi)有不育株出現(xiàn)。水稻包臺(tái)型，玉米M型不育系均屬此一類(lèi)型。 (四)主基因不育和多基因不育    1.主基因控制的質(zhì)核互作不育：指一對(duì)或兩對(duì)核基因與對(duì)應(yīng)的不育胞質(zhì)基因決定的不育性。一對(duì)或兩對(duì)顯性的核基因就能使育性恢復(fù)正常（如油菜波里馬和陜2A不育系）。2.多基因不育性：指由兩對(duì)以上的胞質(zhì)基因與對(duì)應(yīng)的核基因共同決定的。在這種情況下，有關(guān)的基因有較弱的表現(xiàn)效應(yīng)，但是它們彼此間往往有累加

9、效果。當(dāng)不育系與恢復(fù)系雜交時(shí)，F(xiàn)1的表現(xiàn)常因恢復(fù)系攜帶的恢復(fù)基因多少而表現(xiàn)不同，F(xiàn)2的分離也較為復(fù)雜，常呈從育性較好到接近不育的許多過(guò)渡類(lèi)型（如小麥T型不育系）。    二、核雄性不育的遺傳  (一)核雄性不育的遺傳1.核雄性不育是受細(xì)胞核不育基因控制的，與細(xì)胞質(zhì)沒(méi)有關(guān)系。2.一般核不育基因是隱性的，而正常品種具有可育基因是顯性的，所以核不育的恢復(fù)品種很多，但保持品種沒(méi)有，不能實(shí)現(xiàn)三系配套。3.實(shí)踐表明：一些自然突變產(chǎn)生的不育株及通過(guò)理化誘變獲得的不育株多屬核不育類(lèi)型，一般都是單基因控制的不育，它的細(xì)胞核內(nèi)含有純合的不育基因(msms)，而在正常品種細(xì)胞

10、核內(nèi)含有純合的可育基因(MsMs)4.當(dāng)不育株與正常株雜交，F(xiàn)l便恢復(fù)可育，F(xiàn)2分離出不育株，一般可育株與不育株的比例為3：1。核不育后代分離符合孟德?tīng)柖伞?#160;   (二)顯性核雄性不育的遺傳    不育性受一對(duì)顯性基因(MsMs)控制時(shí)，用帶隱性基因(msms)的可育材料與它雜交，雜種為雜合基因型(Msms)，全部植株都是雄性不育的，繼續(xù)用可育株(msms)與它雜交，雜種是1：1(可育：不育)分離。    (三)環(huán)境誘導(dǎo)核雄性不育的遺傳    20世紀(jì)70年代以來(lái)，我國(guó)陸續(xù)

11、在水稻、小麥、大豆等主要農(nóng)作物中發(fā)現(xiàn)了光溫敏核不育種質(zhì)，表現(xiàn)出光溫等環(huán)境因子誘導(dǎo)性不育的現(xiàn)象。水稻光溫誘導(dǎo)雄性不育的特性有：    (1)誘導(dǎo)育性轉(zhuǎn)換的主導(dǎo)因子是光和溫。根據(jù)光溫作用可分為三類(lèi)：第一類(lèi)，光照長(zhǎng)度是決定育性轉(zhuǎn)換的主要因子，溫度只起協(xié)調(diào)作用，稱(chēng)光敏型，這類(lèi)型包括長(zhǎng)光不育、短光可育和短光不育、長(zhǎng)光可育二種；第二類(lèi)，育性受控于幼穗發(fā)育敏感期的溫度，光照長(zhǎng)度基本不起作用，稱(chēng)溫敏型，這類(lèi)型包括高溫不育低溫可育和高溫可育低溫不育二種；第三類(lèi)，難以分清楚光、溫的主次作用，表型上是一種互作關(guān)系，稱(chēng)光溫互作型。    (2)光誘導(dǎo)的敏感期

12、是幼穗發(fā)育期中的第二次枝梗原基分化至花粉母細(xì)胞形成期，對(duì)光敏感的部位，也就是調(diào)節(jié)育性轉(zhuǎn)換的光受體是光敏色素。溫誘導(dǎo)的敏感時(shí)期是幼穗發(fā)育的整個(gè)時(shí)期，特別是花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂前后，即花粉母細(xì)胞形成至花粉內(nèi)容充實(shí)期。對(duì)溫敏感的部位是生長(zhǎng)點(diǎn)的分生細(xì)胞。(3)育性的轉(zhuǎn)換是量變到質(zhì)變的過(guò)程，在不育的光溫條件得到滿足時(shí)，植株的不育率和不育度都可達(dá)到100，在可育的光溫條件得到滿足時(shí)，植株的可育率可達(dá)到100。但是可育度與正常品種稍有差異，只能達(dá)到基本正常。光溫誘導(dǎo)雄性不育的遺傳研究已獲得了以下結(jié)果：細(xì)胞核隱性基因控制，不表現(xiàn)細(xì)胞質(zhì)效應(yīng)，屬孢子體不育類(lèi)型；有些種質(zhì)及部分組合雜交F2和BCF1群體中，可育株與不

13、育株分別表現(xiàn)為3：1和1：1分離，即表現(xiàn)受一對(duì)主效基因控制；另一些種質(zhì)及部分組合雜交F2和BCFl群體中，可育株和不育株分別表現(xiàn)15：1和3：1分離，即受二對(duì)主效基因控制；不論是一對(duì)主基因或二對(duì)主基因控制都認(rèn)為有微效基因的修飾作用存在；在進(jìn)行了基因的等位性分析后，證實(shí)目前水稻的光溫敏核不育基因有些等位有些不等位，最少涉及到5個(gè)以上不同位點(diǎn)的基因。   (4)應(yīng)用意義：開(kāi)辟了二系法利用雜種優(yōu)勢(shì)這一重要途徑，在理論和實(shí)踐上都具有重要意義?？梢悦馊ゲ挥捣敝车漠惤贿^(guò)程；免去不育細(xì)胞質(zhì)帶來(lái)的各種負(fù)作用；以及由于恢復(fù)源廣，配組自由，獲得強(qiáng)優(yōu)組合的幾率大大提高。但是光溫敏核不

14、育系的繁殖、制種過(guò)程受到一定光溫條件的制約。第二節(jié)  雄性不育的生物學(xué)特性一、雄性不育的形態(tài)差異1.雄性不育植株在外部形態(tài)上與同品種的正常株極為相似；2.不育株和可育株可以從雄花的形態(tài)上加以辨別：正常植株的花藥都是黃色肥大飽滿的，內(nèi)含很多成熟花粉，在適宜條件下能夠充分裂開(kāi)將花粉散出。而不育株的花藥則色淺瘦小干癟，內(nèi)無(wú)花粉或無(wú)正?；ǚ?，在適宜條件下，花藥不能開(kāi)裂，也無(wú)花粉散出；正常植株的花粉粒充實(shí)飽滿，形狀大小一致，數(shù)量多，散粉明顯。而不育株的花粉?；伟櫩s不規(guī)則，無(wú)內(nèi)容物不能散粉，也有一些小?；ǚ垭m然形狀 一致但沒(méi)有淀粉充實(shí)，形如一個(gè)空泡。3.其他的異常形式，如花絲畸形、花藥退化等。

15、    二、雄性不育的細(xì)胞學(xué)特征雄性不育的細(xì)胞學(xué)特征主要反映在花粉敗育過(guò)程和花藥組織結(jié)構(gòu)異常兩方面。(一)雄性不育的花粉敗育特征   單子葉植物的花粉敗育多數(shù)達(dá)到或接近雙核期；雙子葉植物花粉敗育則多在四分體形成以前的時(shí)期。不育系花粉的敗育或退化，大都發(fā)生在以下四個(gè)時(shí)期：小孢子母細(xì)胞形成期；小孢子母細(xì)胞減數(shù)分裂期；單核花粉期；二核和三核花粉期。其中前兩個(gè)時(shí)期敗育的較少，以單核花粉期的敗育最為普遍。    花粉敗育根據(jù)敗育時(shí)期和形成結(jié)構(gòu)可劃分為三種類(lèi)型。    1無(wú)花粉型  細(xì)胞

16、解體成碎片狀最后導(dǎo)致花粉囊中無(wú)花粉。    2單核敗育型  通過(guò)減數(shù)分裂形成的四分體進(jìn)一步發(fā)育形成花粉粒，剛形成的花粉粒是一個(gè)單核的細(xì)胞，在單核花粉晚期敗育的稱(chēng)單核敗育型，花粉囊中有各種畸形花粉粒。    3雙核敗育型  花粉發(fā)育進(jìn)入雙核以后至花粉發(fā)育成正常花粉以前敗育的稱(chēng)雙核敗育型，這時(shí)生殖核和營(yíng)養(yǎng)核逐步解體消失，多成空殼花粉或小?；ǚ?。   有些不育系可能只表現(xiàn)在同一時(shí)期敗育的一種花粉敗育型，但有些不育系則可能同時(shí)存在不同時(shí)期敗育的多種花粉敗育型。一般規(guī)律顯示，孢子體不育遺傳型的花

17、粉敗育相對(duì)較早，多為單核敗育型，而配子體不育的花粉敗育相對(duì)較遲，多為雙核敗育型。   敗育花粉特征：細(xì)胞質(zhì)稀薄，細(xì)胞器較少，質(zhì)體膨脹；線粒 體基質(zhì)發(fā)亮，嵴短而少，逐步退化；內(nèi)質(zhì)網(wǎng)不發(fā)達(dá)，核糖體多呈聚核糖體，液泡增多等現(xiàn)象；由于液泡膜內(nèi)陷而破壞，水解酶功能活躍。    (二)雄性不育花藥壁的異常結(jié)構(gòu)    1絨氈層細(xì)胞的異常現(xiàn)象  絨氈層細(xì)胞是花粉囊中最內(nèi)層的細(xì)胞，代謝活動(dòng)旺盛，它向外緊貼周?chē)阁w組織，向內(nèi)與花粉母細(xì)胞密切相連，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)與水分需通過(guò)絨氈層細(xì)胞輸送或由它本身細(xì)胞解體以提供花粉發(fā)育所需

18、物質(zhì)，因此，絨氈層細(xì)胞發(fā)育正常與否，對(duì)花粉粒的育性有密切關(guān)系，正常的絨氈層細(xì)胞伴隨著花粉成熟而漸漸退化，最后僅留殘片。雄性不育花藥的絨氈層往往表現(xiàn)有多種異?，F(xiàn)象，如絨氈層細(xì)胞過(guò)度生長(zhǎng)，肥大，或形成絨氈層周緣質(zhì)團(tuán)，有的形成多核原生質(zhì)團(tuán)或不解體液泡化；還有的絨氈層細(xì)胞迅速解體和消失或與花粉粒退化一同消失等等。絨氈層細(xì)胞的發(fā)育異常，可使小孢子發(fā)育為成熟花粉時(shí)所需要的大量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)供應(yīng)過(guò)程遭到破壞，使大多數(shù)小孢子僅發(fā)育到一定階段，而不能繼續(xù)發(fā)育下去，導(dǎo)致花粉敗育。    2中間層細(xì)胞的異?，F(xiàn)象  在纖維層與絨氈層之間有中間層，從單核敗育型的材料可看出，不育系花藥一

19、旦由單核期進(jìn)入有絲分裂期階段時(shí)，中間層細(xì)胞開(kāi)始沿花藥的徑向厚度增大而液泡化，并將絨氈層細(xì)胞推向中央，隨后中間層細(xì)胞不斷液泡化增大，絨氈層細(xì)胞迅速破壞消失，藥室內(nèi)單核花粉開(kāi)始敗育。    3花藥壁結(jié)構(gòu)的異常及其他  有的表現(xiàn)在花粉囊發(fā)育不良，形成特大的藥室、退化的小藥室或藥壁下陷皺縮，有的還出現(xiàn)藥室合并等異?，F(xiàn)象。    4.雄性不育花藥的纖維層細(xì)胞隨著花藥的增大，不能沿垂周方向產(chǎn)生強(qiáng)烈的環(huán)狀次生增厚條紋，從而無(wú)力拉動(dòng)花粉囊的開(kāi)裂。    5.雄蕊花絲和藥隔維管束也因作物不同和不育類(lèi)型不同而存在差

20、異，有的不育系藥隔維管束發(fā)育比較差，韌皮部和木質(zhì)部分化不好，維管束鞘不明顯，細(xì)胞退化，排列紊亂，花絲維管束也有導(dǎo)管退化的表現(xiàn)。三、雄性不育的生理生化特性   不育系的生理代謝水平要比可育系低。    (一)物質(zhì)運(yùn)輸和代謝  不育系吸收強(qiáng)度明顯低于可育系的時(shí)期與供試材料的敗育時(shí)期是相吻合的，同時(shí)吸收強(qiáng)度的差異明顯地表現(xiàn)在花藥、穗枝梗和穎花的維管束等部位，而子房部位吸收強(qiáng)度與可育系相同，這說(shuō)明不育系子房物質(zhì)代謝和發(fā)育是正常的，但花藥的代謝發(fā)生障礙。    (二)能量代謝 

21、0; 多種生物的花粉敗育過(guò)程都表明花藥中ATP的含量與育性密切相關(guān)，可育株的ATP含量比不育株高達(dá)數(shù)倍，而且影響 ATP分解反應(yīng)和轉(zhuǎn)換速率的ATP酶，其活性也以可育株最強(qiáng)，不育株較弱。(三)蛋白質(zhì)   研究證明不育系花藥蛋白質(zhì)的含量顯著低于可育系，并發(fā)現(xiàn)不育系與其保持系之間，花藥游離組蛋白也反映出深刻的差異。(四)氨基酸含量   與花粉敗育有密切關(guān)系的是脯氨酸。它作為一種氨基酸的貯存形態(tài)同碳水化合物相互配合，具有提供營(yíng)養(yǎng)，促進(jìn)花粉發(fā)育、發(fā)芽和花粉管伸長(zhǎng)的作用，脯氨酸含量降低將導(dǎo)致糖代謝受阻和其他氨基酸含量的降低，從而使植株?duì)I

22、養(yǎng)失調(diào)，以致雄性敗育。    (五)酶的活性   第一種酶類(lèi)，過(guò)氧化物酶的活性，以不育系最高，保持系次之，恢復(fù)系較弱，并且隨著花粉成熟度的增長(zhǎng)，不育系過(guò)氧化物酶的活性逐漸增高，保持系和恢復(fù)系逐漸降低；第二種酶類(lèi)有堿性磷酸酶、酸性磷酸酶、ATP酶、葡萄糖1磷酸酶和葡萄糖6 磷酸酶等，它們的活性恰恰相反，恢復(fù)系最強(qiáng)，保持系次之，不育系最弱；第三種是細(xì)胞色素氧化酶、琥珀酸去氫酶，其活性以保持系最強(qiáng)，恢復(fù)系次之，不育系最弱。    (六)內(nèi)源激素雄性不育與內(nèi)源激素中的吲哚乙酸(IAA)關(guān)系最為密切。IAA在植物生

23、長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中是一種激活劑，它在調(diào)節(jié)植物基因轉(zhuǎn)錄和酶活性方面有重要作用，認(rèn)為雄性不育的起因在于不育花藥的IAA庫(kù)受有關(guān)氧化酶的破壞而虧損，而IAA的虧損必然帶來(lái)花藥代謝及小孢子發(fā)育異常，從而導(dǎo)致花粉不育。第三節(jié)  核質(zhì)互作雄性不育雜種品種的選育1.質(zhì)核互作雄性不育是通過(guò)三系法來(lái)利用雜種優(yōu)勢(shì)的，這是目前各種作物利用雜種優(yōu)勢(shì)的主要途徑。2.質(zhì)核互作雄性不育雜種品種又稱(chēng)三系雜交種，它的選育包括兩個(gè)階段，第一階段是三系選育，也就是選育不育系、保持系和恢復(fù)系用來(lái)作為配制雜交種的親本（屬純合體育種范疇，采用純合體育種的各種方法。）。第二階段是雜交種的選配，也就是選用不育系和恢復(fù)系作親本配制成雜種進(jìn)

24、行觀察比較，根據(jù)生產(chǎn)需要確定最佳雜種品種及其親本組合（它的選配主要是依據(jù)雜種優(yōu)勢(shì)形成的規(guī)律進(jìn)行的）。一、不育系和保持系選育    (一)胞質(zhì)雄性不育材料的獲得    1. 主要途徑是遠(yuǎn)緣雜交，遠(yuǎn)緣雜交在這里是泛指分類(lèi)上、進(jìn)化上、地理分布上，其后代能不能獲得胞質(zhì)雄性不育材料，主要可以通過(guò)正反交來(lái)判斷。凡正交雜種與反交雜種在育性上差異越大的，則越有可能獲得雄性不育材料。2.但通過(guò)自然不育株的轉(zhuǎn)育利用，也有可能獲得胞質(zhì)不育材料。    但自然界尋找的不育株或通過(guò)人工誘變產(chǎn)生的不育株除個(gè)別外，一般都是核不育的。&

25、#160;   (二)不育系和保持系選育的方法胞質(zhì)雄性不育系是通過(guò)親本間核置換雜交完成的 (圖11-2)。    不育系選育的方法主要有：    1遠(yuǎn)緣雜交核置換  不同物種或類(lèi)型，由于親緣關(guān)系較遠(yuǎn)，遺傳差異較大，質(zhì)核之間會(huì)有一定分化，雜交后代常常會(huì)產(chǎn)生不育株，將此不育株作母本與原父本或類(lèi)似品種回交，后代若能保持不育，則表示此乃質(zhì)核互作產(chǎn)生的不育，繼續(xù)回交多代，就可育成不育系和保持系。現(xiàn)將水稻二九矮不育系選育過(guò)程示于圖11-3。2回交轉(zhuǎn)育  在有不育系或不育材料的基礎(chǔ)上，為了豐富不育系的類(lèi)型，可

26、用回交轉(zhuǎn)育的方法選育同質(zhì)異核的新不育系。3人工制保  利用大田發(fā)現(xiàn)的不育株或人工誘變獲得的不育株，可以通過(guò)雜交、頂交、自交、測(cè)交進(jìn)行人工制保。（1）步驟：把不育的核基因?qū)肟捎募?xì)胞質(zhì)里以制成具有N(rr)基因型的保持系(圖11-4)：雜交的目的是把顯性可育基因R引入不育株使雜種恢復(fù)可育；頂交的目的是把雜種隱性不育基因r引入可育胞質(zhì)；自交的目的是使可育細(xì)胞質(zhì)中雜合的隱性不育基因分離純合成為可育的N(rr)；測(cè)交的目的是使可育的N(rr)從其他可育表現(xiàn)型中鑒別出來(lái)。(2)條件：人工制保能否成功，關(guān)鍵有二點(diǎn)：一是不育株屬質(zhì)核互作型的，二是可育品種的細(xì)胞質(zhì)具有可育基因N，否則就不能成功。(

27、3)判別的方法：在人工制保進(jìn)行到第三步即頂交雜種通過(guò)自交后所種植的群體是不是全部可育，則表示人工制保可以獲得N(rr)基因型的保持系，再進(jìn)一步進(jìn)行核置換可以育成穩(wěn)定整齊的不育系和保持系。出現(xiàn)部分不育株的原因是核不育雜合基因(Msms)的分離或是不育胞質(zhì)雜合基因S(Rr)分離所致，這預(yù)示人工制保將失敗。   (三)不育系和保持系的具體要求    1.不育系：雄性不育系必須在大群體下通過(guò)鑒定，并達(dá)到四點(diǎn)基本要求：第一，不育性穩(wěn)定徹底，不育度和不育率達(dá)100，自交不結(jié)實(shí)；第二，不育性能夠穩(wěn)定遺傳，不因環(huán)境變化和多代回交而改變；第三，群體的農(nóng)

28、藝性狀整齊一致，與它的保持系相似；第四，雌性器官發(fā)育正常，能接受可育花粉而正常結(jié)實(shí)。在生產(chǎn)上具有應(yīng)用價(jià)值的優(yōu)良不育系，除上述四點(diǎn)基本要求外，還要具有：配合力好，具有高產(chǎn)潛力，優(yōu)良性狀多，不良性狀少；恢保面廣，可恢復(fù)性好；具有良好的花器構(gòu)造和開(kāi)花習(xí)性，異交率高；品質(zhì)好，能配出商品價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益均高的雜種品種；抗性好，在抗逆性和抗病性方面均有較好表現(xiàn)；細(xì)胞質(zhì)不具嚴(yán)重弊病。    2.保持系：是不育系的同核異質(zhì)體，在相當(dāng)大的程度上可以說(shuō)有什么樣的保持系就會(huì)有什么樣的不育系，上述對(duì)優(yōu)良不育系的種種要求，實(shí)際上也是對(duì)保持系的要求，在選育工作中應(yīng)該先按要求選育保持系然后再通過(guò)

29、保持系傳遞給不育系。    二、恢復(fù)系的選育(一)恢復(fù)基因的發(fā)掘胞質(zhì)雄性不育的恢復(fù)是由恢復(fù)基因控制的，恢復(fù)基因是與不育基因等位的顯性可育基因。來(lái)源有三：從提供不育細(xì)胞質(zhì)的母本品種中提取。細(xì)胞質(zhì)里存在著不育基因的品種，其核中一定存在著可育基因，因?yàn)橹挥羞@樣才能保證該品種自身的正常繁殖，當(dāng)用這一品種做母本利用其不育細(xì)胞質(zhì)育成不育系后，也可以通過(guò)雜交等方法從其細(xì)胞核中將可育基因提取出來(lái)育成恢復(fù)系；從提供不育細(xì)胞質(zhì)的近緣種中測(cè)篩，恢復(fù)基因的存在和不育胞質(zhì)的分布頻率有關(guān)，在不育胞質(zhì)分布頻率較高的類(lèi)似 品種中進(jìn)行測(cè)交篩選，就可能發(fā)現(xiàn)較多的恢復(fù)基因；恢復(fù)基因是通過(guò)親緣傳遞重組的

30、，凡用恢復(fù)品種作親本衍生出的各種后代，都有可能成為恢復(fù)基因的新供體。    雄性不育的恢復(fù)是以雜種一代的花粉育性和結(jié)實(shí)率為衡量依據(jù)的，有恢復(fù)譜(restore rpedigree) 和恢復(fù)力(restoring ability)的差異?；謴?fù)譜體現(xiàn)在廣譜性和專(zhuān)一性方面，即有些恢復(fù)系能恢復(fù)多種不同類(lèi)型的不育系，但有些恢復(fù)系只能恢復(fù)一種不育系，根據(jù)雜種結(jié)實(shí)的程 度可以判斷出恢復(fù)系的恢復(fù)力有強(qiáng)弱之分，凡雜種結(jié)實(shí)率很高而且各種條件下都很穩(wěn)定，這證明恢復(fù)力很強(qiáng)，如果雜種結(jié)實(shí)率很低或不穩(wěn)定，則表明恢復(fù)力弱。    (二)恢復(fù)系選育的方法 

31、   恢復(fù)系選育一般采用測(cè)交篩選、雜交和回交轉(zhuǎn)育等方法。    1測(cè)交篩選法  測(cè)交篩選就是利用現(xiàn)有常規(guī)品種(系)與不育系進(jìn)行測(cè)交，從中篩選出恢復(fù)力強(qiáng)，農(nóng)藝性狀、雜種優(yōu)勢(shì)都達(dá)到目標(biāo)要求的品種(系)成為恢復(fù)系，這是一種最簡(jiǎn)單而且效果很好的方法，因?yàn)樗苯永昧顺Ｒ?guī)育種的新成果，各種作物都有許多恢復(fù)系是這樣測(cè)篩出來(lái)的。測(cè)交篩選法分初測(cè)和復(fù)測(cè)兩步     2雜交選育法  雜交選育的方法是目前恢復(fù)系選育的主要方法。雜交選育法的基本要點(diǎn)是，按照一般雜交育種的程序，選擇適宜的親本進(jìn)行雜交，從雜種一代起就根據(jù)

32、育種目標(biāo)和恢復(fù)性，進(jìn)行多代單株選擇，在主要性狀基本穩(wěn)定時(shí)就用不育系進(jìn)行邊測(cè)邊選，選出恢復(fù)力強(qiáng)、配合力高和性狀優(yōu)良的新恢復(fù)系，按照選用親本的性質(zhì)可以分為以下幾種：    (1) 恢×恢?；只蛛s交可以使恢復(fù)基因得到累加，把恢復(fù)力進(jìn)一步提高，同時(shí)可以將恢復(fù)基因和優(yōu)良性狀結(jié)合到一起，從而選出恢復(fù)力強(qiáng)和優(yōu)良性狀多的新恢復(fù)系。    (2) 恢×保。用恢保雜交選育恢復(fù)系主要是為了改良恢復(fù)系的農(nóng)藝性狀，或是向保持品種引入恢復(fù)基因解決恢復(fù)系缺乏的問(wèn)題。    (3)不×恢。這里主要指用不育系

33、配制的雜種后代也可以選出恢復(fù)系，因?yàn)檫@種恢復(fù)系的細(xì)胞質(zhì)與不育系相同，又稱(chēng)同質(zhì)恢復(fù)系，同質(zhì)恢復(fù)系具有不育細(xì)胞質(zhì)，其本身的結(jié)實(shí)高低是反映恢復(fù)力強(qiáng)弱的重要標(biāo)志，選育時(shí)要特別注意。    3回交轉(zhuǎn)育法  回交轉(zhuǎn)育法又稱(chēng)定向轉(zhuǎn)育法，對(duì)一些非常優(yōu)秀的品種，能配出高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的雜種，但由于它的恢復(fù)性不好而不能作為恢復(fù)系利用，這樣可以通過(guò)回交轉(zhuǎn)育法將其育成一個(gè)理想的恢復(fù)系。具體方法是，選一個(gè)強(qiáng)恢復(fù)系與該品種雜交，以后用該品種連續(xù)回交，當(dāng)入選單株完全與該品種同型后，可自交二代，讓其純合，就育成了遺傳背景與該品種一樣的新恢復(fù)系。    

34、回交轉(zhuǎn)育法還可以將不育系轉(zhuǎn)育成恢復(fù)系，具體方法是先把不育系與任一恢復(fù)系雜交，從雜種中選恢復(fù)力強(qiáng)的單株做父本，再與不育系回交，連續(xù)回交45代后，自交2次即可育成。用甲代表不育系，上述轉(zhuǎn)育方法可用下式表示：甲×<甲×甲×甲×(甲×任一恢復(fù)系)自交2次甲恢復(fù)系4人工誘變法  用物理或化學(xué)誘變的方法也可以選育出新恢復(fù)系。用于誘變的材料有二類(lèi)：一類(lèi)是用沒(méi)有恢復(fù)基因的優(yōu)良品種進(jìn)行誘變，篩選出具有恢復(fù)基因的個(gè)體；另一類(lèi)是用現(xiàn)有恢復(fù)系通過(guò)誘變改良其個(gè)別缺點(diǎn)。(三)優(yōu)良恢復(fù)系的選育標(biāo)準(zhǔn)    恢復(fù)系必須具備三個(gè)基本條

35、件：恢復(fù)系是一個(gè)群體整齊性狀一致結(jié)實(shí)正常的純系；它能使不育系的不育性完全恢復(fù)正常（恢復(fù)能力徹底）；它的恢復(fù)性不因世代的增加或環(huán)境的改變而變化(恢復(fù)能力穩(wěn)定)。還必須具備以下優(yōu)良特性：恢復(fù)力強(qiáng)，所配的雜種開(kāi)花散粉正常結(jié)實(shí)率達(dá)到或超過(guò)常規(guī)推廣種，并受環(huán)境影響小，也不因更換同質(zhì)不育系而影響恢復(fù)力。配合力好，具有高產(chǎn)潛力，優(yōu)良性狀多，缺點(diǎn)容易被克服，能配出理想的強(qiáng)優(yōu)組合。遺傳基礎(chǔ)豐 富，能與不育系保持有較大的遺傳距離。株高稍高于不育系，花時(shí)較長(zhǎng)，花粉量大，有利異交結(jié)實(shí)。品質(zhì)好，能配出商品價(jià)值高的雜種品種。抗性好，能對(duì)主要病蟲(chóng)和不良環(huán)境有較好的抗性。    三、雜種品種的選

36、配    (一)雜種品種的親本選配原則選配出優(yōu)良的雜種品種，要具備三個(gè)條件，第一是掌握數(shù)量較多的遺傳豐富性狀各異的三系材料，作為選配的物質(zhì)基礎(chǔ)；第二是了解各個(gè)三系材料的遺傳基礎(chǔ)和組配規(guī)律；第三是探明雜種主要性狀的傳遞和配合表現(xiàn)。1選遺傳差異大的親本配組  2選擇產(chǎn)量高、配合力好的親本配組  3選優(yōu)良性狀多并能互補(bǔ)的親本配組 4選有利于異交的親本配組  異交的親本配組才能夠提高種子產(chǎn)量，降低生產(chǎn)成本獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。有利于異交的特性主要是指：母本的花器結(jié)構(gòu)和開(kāi)花習(xí)性有利異交授粉；具有好的高產(chǎn)性狀及潛力；父本花期較長(zhǎng)，花粉量大

37、；雙親生育期接近并以母本偏早為好；父本較母本略高，以便擴(kuò)大行比增多母本株數(shù)。(二)三系雜交種的生產(chǎn)利用 三系法配制雜種品種包括繁殖和制種兩個(gè)過(guò)程，分別在不同的隔離區(qū)進(jìn)行，如圖11-5。繁殖田由不育系和保持系組成，主要目的是擴(kuò)大不育系種子，供繁殖和制種用。制種田由不育系和恢復(fù)系組成，主要目的是獲得商品雜種種子供大田生產(chǎn)應(yīng)用。第四節(jié)  核雄性不育雜種品種的選育    核雄性不育用于雜種優(yōu)勢(shì)利用包括兩個(gè)方面：是核基因不育的利用（由于不育系繁殖存在困難，只能局部利用于個(gè)別作物如棉花）；二是光溫環(huán)境誘導(dǎo)核不育的利用（能有效地解決繁殖和制種問(wèn)題，有些作物(如水稻二系

38、法將雜種優(yōu)勢(shì)利用投入到了生產(chǎn)）。    一、核不育種質(zhì)的獲得及鑒定核不育種質(zhì)一般產(chǎn)生于單基因突變，是比較容易獲得的。1.一般獲得不育種質(zhì)的途徑有三：突變，包括自然突變和物理化學(xué)誘變；遠(yuǎn)緣雜交，包括種間、亞種間、不同類(lèi)型間的雜交；組培，組織培養(yǎng)產(chǎn)生的體細(xì)胞無(wú)性系中也偶有核不育種質(zhì)發(fā)現(xiàn)。    2.鑒定：在獲得不育株后，首先要鑒定它的遺傳特性才便于利用。鑒定內(nèi)容包括：是核不育還是質(zhì)核互作不育，是顯性不育還是隱性不育，是全不育還是高不育，不育基因的對(duì)數(shù)，光溫環(huán)境對(duì)育性有否影響等。    3.鑒定方法：用正常株與

39、被鑒定的不育株雜交獲得F1，F(xiàn)1的育性表現(xiàn)只可能是可育、不育、分離三種中之一種。    (1)將F1各單株都表現(xiàn)可育的植株自交獲得F2，如果F2群體的各單株又是全可育，則表明此為非遺傳的生理不育，不可利用；如果F2群體的單株間表現(xiàn)育性分離，則為核基因不育，并可根據(jù)單株育性的分離比例估算出不育基因?qū)?shù)。    (2)如果F1各單株都表現(xiàn)不育，則用正常株回交，所得回交一代群體，如果全部表現(xiàn)不育，則表明此為質(zhì)核互作的不育，如果回交一代的單株是可育與不育的分離，則表明此為顯性核不育，可以從分離的比例估算出顯性不育基因的對(duì)數(shù)。 

40、60;  (3)如果F1育性表現(xiàn)分離，其原因是親本不純?cè)斐傻摹Ｓ苑蛛x有二個(gè)情況，一是單株間呈可育和不育的分離，這可按上述方法，將可育株自交或不育株回交繼續(xù)鑒定，另一種是單株不育程度的不一致，這可以選擇高不育的單株自交看這個(gè)高不育特性能否穩(wěn)定遺傳，能夠遺傳的高不育特性也是可以用于雜種優(yōu)勢(shì)利用的。(4)在上述鑒定的基礎(chǔ)上，可進(jìn)一步鑒定光溫環(huán)境條件對(duì)育性的影響。方法是被鑒定的不育株通過(guò)進(jìn)行周年育性觀察和用不同光溫條件進(jìn)行處理，搞清光溫環(huán)境條件與育性的關(guān)系，確定是否屬于光溫環(huán)境誘導(dǎo)不育及是否屬光敏型還是溫敏型、是長(zhǎng)光高溫誘導(dǎo)不育還是短光低溫誘導(dǎo)不育等。二、光溫敏核不育雜種品種的選育

41、0;   光溫敏核不育雜種品種的選育包括核不育系的選育和雜種品種的選配。光溫敏核不育系有兩重性，在不育的光溫條件下可以制種，在可育的光溫條件下可以繁殖。光溫敏不育系的選育是兩系法雜種優(yōu)勢(shì)利用的基礎(chǔ)。    (一)光溫敏雄性不育系的選育    1技術(shù)指標(biāo) 優(yōu)良的不育系必須達(dá)到如下標(biāo)準(zhǔn)：遺傳性穩(wěn)定，在大群體下，性狀整齊一致；育性轉(zhuǎn)換特性明顯，不育期間群體不育株率100?；ǚ鄄挥?9.5以上，連續(xù)天數(shù)能滿足制種要求；可育期間群體可育株率100，自交結(jié)實(shí)率30以上；開(kāi)花習(xí)性有利于異交。開(kāi)花時(shí)間與正常品種基本同步

42、，張穎角度大，柱頭大，外露率高，生活力強(qiáng)；一般配合力高；主要經(jīng)濟(jì)性狀優(yōu)良；抗性好。    2.選育途徑  (1)雜交轉(zhuǎn)育。通過(guò)雜交，將光溫敏雄性不育基因轉(zhuǎn)移到目標(biāo)受體親本，在雙親遺傳重組的后代群體中選擇理想的雄性不育株，這是選育新不育系的基本方法。(2)系統(tǒng)選育。系統(tǒng)選育是選育光溫敏不育系的有效方法，主要是從已育成的不育系或中間材料中發(fā)現(xiàn)和選擇有優(yōu)良性狀變異的單株，通過(guò)系統(tǒng)選育加以鞏固發(fā)展成為新不育系。(3)誘變選育。人工誘變的方法包括輻射誘變和化學(xué)誘變兩種。(4)組織培養(yǎng)。組織培養(yǎng)一方面可以產(chǎn)生新的雄性不育變異，同時(shí)這一方法也可以結(jié)合雜交轉(zhuǎn)育進(jìn)行花藥培

43、養(yǎng)加速后代的純合穩(wěn)定。3選育程序  在光溫敏不育系的選育過(guò)程中，最重要的問(wèn)題是選育的生態(tài)環(huán)境，也就是不育條件和可育條件的具體光溫指標(biāo)。    (二)光溫敏雄性不育系的鑒定    鑒定內(nèi)容：光溫敏不育系育成后，除按一般不育系要求鑒定其特征特性、整齊度、配合力、品質(zhì)、抗性、異交率等外，還應(yīng)針對(duì)其特點(diǎn)在育性的轉(zhuǎn)換特征、臨界值、光溫敏屬性、適用范圍等方面進(jìn)行鑒定；鑒定的方法：可采用不同生態(tài)點(diǎn)的分期播種和人工氣候箱的試驗(yàn)處理相結(jié)合。    1不同生態(tài)點(diǎn)的分期種植鑒定 確定播種期的依據(jù)是當(dāng)?shù)剡m宜該

44、作物的生長(zhǎng)季節(jié)，首期比正常季節(jié)略早，末期比正常季節(jié)略遲。具體播種期數(shù)以獲得不間斷的開(kāi)花結(jié)實(shí)資料為準(zhǔn)，通過(guò)分期播種試驗(yàn)，要能明確區(qū)分出不育系的不育期、育性轉(zhuǎn)換期和可育期。    每期試驗(yàn)用單株種成小區(qū)，考查的指標(biāo)有開(kāi)花日期，花粉育性和套袋自交結(jié)實(shí)率等，    2人工氣候箱鑒定  在自然條件下夏季長(zhǎng)日與高溫重疊，秋季短日與低溫重疊，日長(zhǎng)與溫度的效應(yīng)難以分開(kāi)，無(wú)法區(qū)分光敏不育系和溫敏不育系，也無(wú)法鑒定光溫敏感程度。人工氣候箱具 有將光溫因子分解的優(yōu)點(diǎn)，能夠明確供試不育系育性轉(zhuǎn)換的光長(zhǎng)效應(yīng)，溫度效應(yīng)和光溫互作效應(yīng)。確定光溫處理時(shí)期的

45、依據(jù)有：育性轉(zhuǎn)換的光溫敏感時(shí)期；營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期的光溫條件對(duì)育性轉(zhuǎn)換的影響；自然條件下引發(fā)可育的溫度天數(shù)。    人工氣候箱鑒定應(yīng)有合適的群體，考察指標(biāo)最好與田間分期播種試驗(yàn)相同，其結(jié)果要互相印證，以獲得更準(zhǔn)確的結(jié)果。    (三)兩系雜種品種的選配及利用    光溫敏不育系屬核不育類(lèi)型，同類(lèi)正常品種都可以做恢復(fù)系，所以用來(lái)選配雜種品種的恢復(fù)系很多，包括生產(chǎn)上應(yīng)用的各種優(yōu)良品種。   兩系雜種品種的選配也應(yīng)通過(guò)測(cè)交、產(chǎn)量比較的選拔程序進(jìn)行。其親本選配原則亦應(yīng)該遵循四點(diǎn)：選兩親遺傳差

46、異大的配組；選擇產(chǎn)量與配合力好的雙親配組；選優(yōu)良性狀多并能互補(bǔ)的親本配組；選有利于異交的親本配組。    光溫敏不育系的育性隨光溫條件變化而變化，人們可以利用其在穩(wěn)定可育時(shí)期抽穗開(kāi)花進(jìn)行自交繁殖(圖11-8)，又可以利用其在穩(wěn)定的不育時(shí)期抽穗開(kāi)花與父本品種(恢復(fù)系)按一定行比種植進(jìn)行制種，這就是光溫敏不育通過(guò)二系法利用雜種優(yōu)勢(shì)的生產(chǎn)程序。    三、核基因不育雜種優(yōu)勢(shì)利用    (一)高不育系的選育和利用    高不育系：是指有少量自交結(jié)實(shí)的不育系，這種自交結(jié)實(shí)的種子能夠使高

47、不育特性得以遺傳。所以當(dāng)高不育系與恢復(fù)系制種時(shí)，植株上將有二類(lèi)種子產(chǎn)生，一類(lèi)是自交結(jié)實(shí)的種子，一類(lèi)是異交結(jié)實(shí)的雜種。    1高不育系的選育  采用遠(yuǎn)緣雜交、理化處理、大田尋找等途徑可以獲得高不育材料，將這些高不育株上獲得的種子分株系種植，在開(kāi)花結(jié)實(shí)后，按高不育系的標(biāo)準(zhǔn)選擇株系和單株，這樣連續(xù)選擇幾代就可基本定型，在選擇過(guò)程中要避免異交，并使花粉發(fā)育處于一個(gè)正常的環(huán)境，特別是溫度要適宜，以避免因不正常的外界條件而造成高不育的假象。 高不育系應(yīng)該具有隱性的標(biāo)記性狀，如棉花的芽黃和無(wú)腺體，粟的黃苗等。這些隱性的標(biāo)志性狀可通過(guò)雜交導(dǎo)人。  

48、  高不育系要求農(nóng)藝性狀整齊，遺傳特性穩(wěn)定，高不育株率100，不育度達(dá)90以上，花時(shí)正常，柱頭外露有利異交，豐產(chǎn)性好，配合力高，品質(zhì)優(yōu)，抗性好。    2恢復(fù)系選育  對(duì)恢復(fù)系的要求是應(yīng)該具備顯性標(biāo)志性狀，如水稻的紫葉片、紫葉枕，小麥的紅色芽鞘，棉花的紅葉、雞腳葉，除此以外還要恢復(fù)力好配合力高，花期較長(zhǎng)花粉量大，豐產(chǎn)性、品質(zhì)、抗性均好。    恢復(fù)系選育有二個(gè)主要途徑，一是從現(xiàn)有品種中挑選具有顯性標(biāo)志性狀的品種，對(duì)其缺點(diǎn)進(jìn)行改良；二是選各種性狀都滿意的品種導(dǎo)入顯性標(biāo)志性狀。3高不育系的生產(chǎn)利用  在選出高不育系和具有顯性標(biāo)志性狀的恢復(fù)系后，將高不育系和恢復(fù)系種在一起進(jìn)行制種，高不育系上收獲的種子供下一季播種，并在苗期移栽前進(jìn)行區(qū)分，凡帶有恢復(fù)系顯性標(biāo)志的幼苗就是雜種苗，可供大田生產(chǎn)利用，凡沒(méi)有恢復(fù)系顯性標(biāo)志的幼苗是高不育系的自交苗，可供繼續(xù)制種，如圖11-9。高不育系利用雜種優(yōu)勢(shì)有三個(gè)要點(diǎn)：一是高不育系的不育度越高經(jīng)濟(jì)效益越好，因?yàn)榉敝巢挥档牧肯鄬?duì)是很小的，所以高不育系的不育度一般要求在90以上；二是標(biāo)志性狀在父母本上是對(duì)應(yīng)的，向父本導(dǎo)入必須是顯性的，向母本導(dǎo)人必須是隱性的，標(biāo)志性狀只需要導(dǎo)入一方即可；三是標(biāo)志性狀最好是單基因控制的，能在苗期或