雄性不育及其雜種品種的選育【-】

1、第十章 雄性不育及其雜種品種的選育 教學(xué)的基本要求（1）理解并掌握雄性不育的概念及遺傳原理；（2）掌握質(zhì)核互作雄性不育不育系、保持系和恢復(fù)系的選育、雜種品種的選配方法；（3）了解核雄性不育雜種品種的選育和利用方法。 教學(xué)基本內(nèi)容第一節(jié) 雄性不育的遺傳 一、質(zhì)核互作雄性不育的遺傳 二、核雄性不育的遺傳第二節(jié) 雄性不育的生物學(xué)特性 一、雄性不育的形態(tài)差異 二、雄性不育的細(xì)胞學(xué)特征 三、雄性不育的生理生化特性第三節(jié) 核質(zhì)互作雄性不育雜種品種的選育 一、不育系和保持系的選育 二、恢復(fù)系的選育 三、雜種品種的選育第四節(jié) 核雄性不育雜種品種的選育 一、核不育種質(zhì)的獲得及鑒定 二、光溫敏核不育雜種品種的選育

2、 雄性不育（male-sterility）是指不能產(chǎn)生有功能的雄性配子而失去生殖功能的特性。雄性不育性在植物界普遍存在，據(jù)Kaul報(bào)道：已經(jīng)在43個(gè)科、162個(gè)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。 1763年Klreuter就在一些植物中觀察到花藥敗育的現(xiàn)象，以后Gartner（1844）、Herbert（1847）、Darwin（1890）先后在一些植物中觀察到有規(guī)律地發(fā)生雄蕊敗育的現(xiàn)象。 1893年Darwin將這種類型的不育性歸結(jié)為植物雌雄異株的進(jìn)化，這種雌雄異株使自花授粉植物物種可以自由地進(jìn)行雜交授粉。Bateson（19

3、08）指出：雄性不育性不是簡單地隨機(jī)發(fā)生的偶然事件，而是一種遺傳上的調(diào)節(jié)體系。 Kaul（1991）指出：雄性不育代表了一種良好的遺傳機(jī)制，這種機(jī)制拓寬了高等作物中的基因庫和細(xì)胞質(zhì)基礎(chǔ)，并增加了高等作物的遺傳適應(yīng)性，還通過對(duì)環(huán)境的遺傳適應(yīng)性拓寬了植物棲息地和生態(tài)范圍。 雄性不育可以作為重要工具用于各種作物的雜交育種和雜種優(yōu)勢利用，特別是自花授粉作物和常異花授粉作物的雜種優(yōu)勢利用，更是把雄性不育作為最重要的途徑。 當(dāng)雜交母本獲得了雄性不育性，就可以免除大面積制種時(shí)的去雄勞動(dòng)，降低種子生產(chǎn)成本，提高雜種種子質(zhì)量，獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。第一節(jié) 雄性不育的遺傳 遺傳的雄性不育分為質(zhì)核互作不育（cytop

4、lasmic-nucleic male sterility）和核不育（nucleic male sterility）兩種類型。一、質(zhì)核互作雄性不育的遺傳（一）質(zhì)核互作雄性不育的遺傳解釋 質(zhì)核互作雄性不育又稱為細(xì)胞質(zhì)雄性不育（CMS），簡稱質(zhì)不育，這種不育性是由細(xì)胞質(zhì)基因和細(xì)胞核基因共同控制的。 在細(xì)胞質(zhì)中含有雄性不育的遺傳因子S即不育細(xì)胞質(zhì)或雄性可育的遺傳因子N即可育細(xì)胞質(zhì)；在細(xì)胞核中含有雄花育性恢復(fù)的顯性基因R或雄性不育的隱性基因r，兩種細(xì)胞質(zhì)與三種細(xì)胞核組成六種遺傳類型：- 細(xì) 胞 核 純合顯性 雜合顯性 純合隱性 細(xì)胞質(zhì) （R R） （R r） （r r）-可育細(xì)胞質(zhì)N N（R R） N

5、（R r） N（r r）不育細(xì)胞質(zhì)S S（R R） S（R r） S（r r）- 在上述六種遺傳結(jié)構(gòu)中: 遺傳結(jié)構(gòu)為N（R R）和S（R R）的是純合的雄性不育恢復(fù)系； 具N（r r）遺傳結(jié)構(gòu)的是雄性不育保持系； 具S（r r）遺傳結(jié)構(gòu)的是雄性不育系。 具N（R r）或S（R r）是遺傳結(jié)構(gòu)為雜合的雄性不育恢復(fù)系，但在雜交制種中一般使用純合的雄性不育恢復(fù)系。 （1）、S（r r）N（r r）S（r r）即F1全部表現(xiàn)為雄性不育，說明N（r r）具有保持雄性不育性在世代中穩(wěn)定遺傳傳遞的能力，因而將N（r r）基因型的品種和品系稱為雄性不育保持系（maintain line）簡稱保持系（B） （2

6、）、S（r r）N（R R）或S（r r）S（R R）S（R r）即F1全部表現(xiàn)為雄性可育，說明基因型為N（R R）或S（RR）能使不育性得到恢復(fù)，具有N（R R）或S（RR）基因型的品種或品系稱為雄性不育恢復(fù)系（restorer line）簡稱恢復(fù)系（R）。 （3）、S（r r）S（R r）或 S（r r）N（R r）S（R r）和S（r r），即F1表現(xiàn)為育性分離，說明基因型為S（R r）和N（R r）具有雜合的恢復(fù)能力，從N（R r）的自交后代中可選育出純合的保持系N（rr）和純合的恢復(fù)系N（RR），而從S（Rr）的自交后代中可選育出不育系S（rr）和基因型純合的恢復(fù)系S（RR）。 質(zhì)核

7、互作雄性不育的一大特點(diǎn)是能實(shí)現(xiàn)不育系、保持系和恢復(fù)系配套，并能通過“三系法”將雜種優(yōu)勢應(yīng)用于生產(chǎn)。 （二）多種核質(zhì)基因?qū)?yīng)的遺傳 同一植物內(nèi)可以有多種質(zhì)核不育類型，這些不育類型雖然同屬核質(zhì)互作型，但是由于細(xì)胞質(zhì)不育基因和核基因的來源和性質(zhì)不同，在表現(xiàn)型特征和恢復(fù)性反應(yīng)上往往表現(xiàn)出明顯的差異。 例如：玉米中100多種不同來源的質(zhì)核型不育系，根據(jù)其恢復(fù)性反應(yīng)的差別，可分為T、C、S三組，用不同的自交系進(jìn)行測定，發(fā)現(xiàn)有些自交系對(duì)三組都能恢復(fù)，有些只能恢復(fù)其中的一組或二組，有的全部不能恢復(fù)。這說明每種不育類型都需要某一特定的恢復(fù)基因來恢復(fù)，反映出恢復(fù)基因有專效性和對(duì)應(yīng)性。 玉米不育類型反應(yīng)出的多樣性和

8、對(duì)應(yīng)性表現(xiàn)在細(xì)胞質(zhì)中和染色體上分別有許多個(gè)與雄性不育有關(guān)的對(duì)應(yīng)位點(diǎn)。細(xì)胞質(zhì)中存在多個(gè)可育基因：N1、N2、Nn它們不育性的基因便對(duì)應(yīng)為：S1、S 2、Sn核內(nèi)相對(duì)的不育基因分別為：r1、 r2、 rn核內(nèi)相對(duì)的可育基因?qū)?yīng)為：R1、R 2、Rn 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)，它們之間是互相獨(dú)立、互不干擾的。（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)生的過程，細(xì)胞質(zhì)雄性不育性可分為配子體不育和孢子體不育兩種類型。 1、孢子體不育 孢子體雄性不育的花粉的育性受母體的基因型（孢子體基因型）控制，與花粉（配子體）本身的基

9、因無關(guān)?；ǚ蹟∮l(fā)生在孢子體階段，當(dāng)母本植株是S（rr）時(shí)，花粉全部敗育，沒有受精能力，而當(dāng)母本植株可育時(shí)，不管基因是純合還是雜合，全部花粉都是可育的。 因此，孢子體不育的特點(diǎn)是：不育系與恢復(fù)系雜交時(shí)，所獲得的雜種一代，花粉全部正常，結(jié)實(shí)也全部正常，但雜種二代因不育基因分離重組，將有不育株產(chǎn)生。 當(dāng)孢子體中帶有可育的基因N或R時(shí)，不論配子體（花粉）的基因是R或r，這種花粉都是正?？捎?。不育系與純合的恢復(fù)系雜交所得到的雜交種F1是正常雄性可育的，F(xiàn)1自交的F2群體中的植株產(chǎn)生31或97或151 的育性（可育不育）分離。 2、配子體雄性不育 配子體雄性不育是指不育系的花粉敗育發(fā)生在雄配子階段，花

10、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)花粉育性表現(xiàn)正常。 因此，配子體不育的特點(diǎn)是：不育系與恢復(fù)系雜合所獲得的雜種一代，花粉有二類（不育與可育），而且各占1/2。因此，子一代的花粉只有半數(shù)左右是正常的，但是它并不影響結(jié)實(shí)，子一代的結(jié)實(shí)率全部正常。由于子一代帶有不育基因的花粉敗育不參加受精，因此子二代配子有兩種基因型（RR、Rr）存在，但都結(jié)實(shí)正常，沒有不育株出現(xiàn)。（四）主基因不育和多基因不育 質(zhì)核互作型不育既有主基因控制的，也有多基因控制的，所謂主基因不育是指一對(duì)或兩對(duì)核基因與對(duì)應(yīng)的不育細(xì)胞質(zhì)基因決定的不育性，在這種情況下，由一對(duì)或兩對(duì)顯性的核

11、基因就能使育性恢復(fù)正常，如油菜波里馬和陜2A不育系就屬于此類。 多基因不育性是指由兩對(duì)以上的細(xì)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)型效應(yīng)，但是它們彼此之間往往有累加效應(yīng)，因此，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。常常呈從育性較好到接近不育的許多過渡類型，已知小麥T型不育系就屬于這種類型。二、核雄性不育的遺傳 (一)核雄性不育的遺傳 核雄性不育簡稱核不育。這種雄性不育受細(xì)胞核基因的控制，與細(xì)胞質(zhì)無關(guān)。一般核不育基因是隱性的，而正常品種具有的可育基因是顯性的，所以可使核不育恢復(fù)的品種很多，但是沒有保持品種

12、（保持系），不能實(shí)現(xiàn)三系配套。 不育系 正常品種 不育系 雜合品種（ms ms）（Ms Ms） （ms ms）（Ms ms） 可育 Ms ms 不育 ms ms 1 1可育 Ms ms 自交 3可育 1不育 核不育主要有:單隱性基因、雙隱性基因、單顯性基因和雙顯性基因控制四種類型。 單基因控制的不育，其細(xì)胞核內(nèi)含有純合的不育基因（msms），而在正常品種細(xì)胞核內(nèi)含有純合的可育基因（MsMs），當(dāng)不育株與可育株雜交時(shí)，F(xiàn)1便恢復(fù)育性，F(xiàn)2分離出不育株，一般不育株與可育株的分離比例是13，不育株與F1中的可育株雜交，其雜種后代不育株與可育株的比例呈11，核不育的后代分離比例符合孟德爾定律。 二對(duì)隱

13、性基因控制的核不育，不育系與正?？捎惦s交，其F2的分離比例可能是15可育1不育，也可能呈97的分離。 雙隱性基因控制的雄性不育性 如水稻光溫敏核不育系，它是由兩對(duì)主基因控制的：ms1 ph、ms1ph，ms2ph、ms2ph。（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，雜種為不育雜合型（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11（可育不育）分離。這個(gè)群體內(nèi)同胞交，從不育株上收獲的種子種成的群體中，可育株與不育株各占一半。不育系 （Ms ms） 可育系ms ms） 不育 Ms ms 1 1

14、可育 ms ms 單顯性基因控制的核不育可作為自花授粉作物進(jìn)行輪回選擇的異交工具，但是一般不用于雜種優(yōu)勢利用，因?yàn)樗荒艿玫椒€(wěn)定的不育系。如小麥的太谷核不育系。 雙顯性基因控制的雄性不育性 目前報(bào)道的有上海農(nóng)科院李樹林等育成的育性受兩對(duì)顯性基因控制的甘藍(lán)型油菜核不育系23A，兩對(duì)基因分別為Ms Ms和Rf Rf，其中Rf對(duì)Ms有上位抑制作用。 由于核不育系的遺傳特點(diǎn)，在理論上尚不能找到自然正常的保持系，在育種實(shí)踐中還有很多問題沒有解決，盡管可以采用一些特殊的遺傳方法來保持不育系，但是在應(yīng)用中還有很大的難度，所以到目前還沒有推廣使用。（三）環(huán)境誘導(dǎo)核雄性不育的遺傳 20世紀(jì)70年代以來，我國陸續(xù)

15、在水稻、小麥、玉米、大豆等作物中發(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)雄性不育的現(xiàn)象，近年來，大量研究的結(jié)果證實(shí)水稻光溫誘導(dǎo)雄性不育的特性具有以下特點(diǎn)： （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： 第一類，光照長度是決定育性轉(zhuǎn)換的主要因子，溫度只起協(xié)調(diào)作用，稱為光敏型核不育 。這類型包括長光不育、短光可育和短光不育、長光可育兩種。 第二類，育性受控于幼穗發(fā)育敏感期的溫度，光照長度基本不起作用，稱為溫敏型核不育，這類型包括高溫不育低溫可育和高溫可育低溫不育兩種。 第三類，難以區(qū)分光、溫的主次作用，表現(xiàn)型上是一種互作關(guān)系，稱為光溫互作型核不育。 （2）光誘導(dǎo)的敏感期是

16、幼穗發(fā)育中的二次枝梗原基至花粉母細(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)容物充實(shí)期。對(duì)溫敏感的部位是生長點(diǎn)的分生細(xì)胞。 （3）育性的轉(zhuǎn)換是量變到質(zhì)變的過程。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。 光溫對(duì)植株各器官的誘導(dǎo)效應(yīng)表現(xiàn)出局限性，相互之間是不能傳導(dǎo)的，有時(shí)同一植株因?yàn)椴煌l(fā)育時(shí)期的穗子接受光溫條件不同而表現(xiàn)育性也有差異。 光溫誘導(dǎo)雄性不育的遺傳

17、研究已獲得了以下結(jié)果： 光溫誘導(dǎo)雄性不育的遺傳受細(xì)胞核隱性基因控制，不表現(xiàn)細(xì)胞質(zhì)效應(yīng)，屬于孢子體不育類型。 有些種質(zhì)及部分組合雜交F2和BC1F1群體中，可育株與不育株分別表現(xiàn)為31和11分離，即受一對(duì)主效基因控制；另一些種質(zhì)及部分組合雜交F2和BC1F1群體中，可育株和不育株分別表現(xiàn)151和31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。 光溫誘導(dǎo)雄性不育的發(fā)現(xiàn)使核不育材料有可能通過二系法利用雜種優(yōu)勢，它開辟了雜種優(yōu)勢利用的又一

18、重要途徑，在理論和實(shí)踐上都有重要的意義。 利用光溫敏核不育特性配制雜種品種，可以免去不育系繁殖的異交過程，免去不育細(xì)胞質(zhì)帶來的各種負(fù)作用，以及由于恢復(fù)源廣、配組自由，獲得強(qiáng)優(yōu)勢組合的幾率大大提高。但是，光溫敏核不育系的繁殖、制種過程受到誘導(dǎo)光溫條件的制約，這是值得注意的一個(gè)特點(diǎn)。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 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，但是在開花后，不育株與可育株之間可以從雄花的形態(tài)上加以區(qū)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，花粉粒充實(shí)飽滿，形狀大小一致，數(shù)量多，在適宜條件下能夠充分開裂并將花粉散出。 而不育株的花藥則色淺瘦小干

19、癟，內(nèi)無花粉或無正?；ǚ?，或花粉?；伟櫩s不規(guī)則，無內(nèi)容物，在適宜條件下，花藥不能開裂，也無花粉散出。 除了以上花藥和花粉的差異外，還有一些其它的異常形式，如花絲畸形、花藥退化等。有一些不育基因因與其它基因連鎖或一因多效，使一些明顯的農(nóng)藝性狀與不育性并存，極有利不育植株的鑒別。如矮桿秈稻的不育株在抽穗后明顯比正常株矮，穗抽不出來，表現(xiàn)有嚴(yán)重的劍葉包裹穗子的現(xiàn)象。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程和花藥組織結(jié)構(gòu)異常兩個(gè)方面。（一）雄性不育的花粉敗育特征 被子植物不育系花粉敗育的形式和時(shí)期是多種多樣的。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

20、多在四分體形成以前的時(shí)期。大量研究證明：雄性不育花粉敗育的特點(diǎn)因不育的遺傳基礎(chǔ)不同而不同，其遺傳基礎(chǔ)的差異決定了花粉敗育的形式和時(shí)期。 小孢子的形成從花粉母細(xì)胞開始，到成熟花粉粒為止，整個(gè)過程如下：花粉母細(xì)胞第一次減數(shù)分裂： 前期（細(xì)線期 偶線期 粗線期 雙線期 終變期） 中期 后期 末期 細(xì)胞質(zhì)分裂第二次減數(shù)分裂： 前期 中期 后期 末期 細(xì)胞質(zhì)分裂）四分體單核期：早期 中期 后期靜止期（間期II）第一次有絲分裂 ：（前期 中期 后期 末期）雙核期第二次有絲分裂：（前期 中期 后期 末期三核期成熟花粉粒。 一般來說，不育系花粉的敗育和退化，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

21、母細(xì)胞減數(shù)分裂期、單核花粉期、二核和三核期。其中前兩個(gè)時(shí)期敗育的較少，通常都是在花粉發(fā)育時(shí)期敗育的，尤其以單核花粉期的敗育最為普遍。 根據(jù)敗育時(shí)期和形成結(jié)構(gòu)可將花粉敗育劃分為三種類型。 1、無花粉型 從造孢細(xì)胞到花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂形成四分體以前的各個(gè)時(shí)期，由于細(xì)胞進(jìn)行無絲分裂，原生質(zhì)塊狀解體，異形細(xì)胞不斷分裂成小細(xì)胞后消失，四分孢子體保持收縮狀態(tài)，細(xì)胞解體成碎片狀最后導(dǎo)致花粉囊中無花粉。 2、單核敗育型 通過減數(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為單核敗育型，它的原生質(zhì)收縮，核膜消失，核物質(zhì)與胞質(zhì)相混逐步解體消失，內(nèi)容物空缺，變成空殼花

22、粉或胞壁崩缺退化，花粉囊中最后只剩下各種畸形的花粉粒。 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為雙核敗育型，這時(shí)生殖核和營養(yǎng)核逐步解體消失，多成空殼花粉，有些二核期后，生殖核和核仁變小，營養(yǎng)核退化，核膜消失，花粉充滿小液泡，甚至有少量淀粉積累，最后在花粉囊中殘存一些與正?；ǚ塾袆e的空殼或小粒花粉。 花粉敗育是一個(gè)連續(xù)過程，與細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核都有關(guān)，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，多為雙核型。

23、以電子顯微鏡研究玉米、小麥、水稻等作物的花粉敗育特征，其結(jié)果有一些共同之處，都表現(xiàn)不育花粉比可育花粉的細(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)，核糖體多為聚核糖體，液泡增多等現(xiàn)象。液泡膜內(nèi)陷而破壞。水解酶功能活躍。超微結(jié)構(gòu)逐步退化解體，導(dǎo)致花粉的敗育。（二）雄性不育花藥壁的異常結(jié)構(gòu) 1、絨氈層細(xì)胞的異?，F(xiàn)象 2、中間層細(xì)胞的異常現(xiàn)象 3、花藥壁結(jié)構(gòu)的異常及其它三、雄性不育的生理生化特性 雄性不育系與可育系在生理生化特性上也存在一些不同?？偟膩碚f，不育系的生理代謝水平要比可育系低，在這方面的研究涉及物質(zhì)和能量的代謝、蛋白質(zhì)、酶、激素的變化等方面。 （一）

24、、物質(zhì)運(yùn)輸和代謝 （二）、能量代謝 （三）、蛋白質(zhì) 1、蛋白質(zhì)代謝強(qiáng)度的差異 2、植物特異蛋白與雄性不育 （四）、氨基酸含量 1、總量 2、氨基酸的變異性（五）、酶的活性 1、胼胝酶 2、細(xì)胞色素氧化酶 3、脫氫酶 4、葡萄糖6磷酸脫氫酶 5、磷酸化酶 6、其它酶 7、酶的差異（六）、內(nèi)源激素 核酸缺乏、微量元素的缺乏 雄性不育性的花藥中，核酸含量的減少，可能歸因于酶系統(tǒng)以及核酸合成所需的核苷酸或先驅(qū)物的功能不全；大部分雄性不育花藥中顯示出紊亂的氮碳代謝，糖、核酸和氨基酸的含量的變化以及酶的活性降低，這些變化并不是雄性不育性基因作用的原因，而是其結(jié)果。第三節(jié) 核質(zhì)互作雄性不育雜種品種的選育 核

25、質(zhì)互作雄性不育是通過三系法來利用雜種優(yōu)勢的，這是目前各種農(nóng)作物利用雜種優(yōu)勢的主要途徑。核質(zhì)互作雄性不育雜種品種又稱三系雜交種。 核質(zhì)互作雄性不育雜種品種的選育包括兩個(gè)階段： 第一個(gè)階段是三系選育，也就是選育不育系、保持系和恢復(fù)系，用來作配制雜交種的親本。 第二個(gè)階段是雜交種的選育，就是選用不育系和恢復(fù)系做親本配制成雜種進(jìn)行觀察比較，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果及生產(chǎn)需要確定最佳雜種品種及其親本組合。 三系的遺傳型是高度純合的，它的選育屬于純系育種范疇，采用純系育種的各種方法；而雜種品種的遺傳型是高度雜合的，它的選配主要是依據(jù)雜種優(yōu)勢形成的規(guī)律進(jìn)行的。一、不育系和保持系的選育 （一）胞質(zhì)雄性不育材料的獲得 獲得

26、核質(zhì)互作雄性不育材料是選育不育系的前提，其途徑主要是遠(yuǎn)緣雜交，或通過自然不育株的轉(zhuǎn)育利用。 在自然界尋找的不育株或通過人工誘變產(chǎn)生的不育株大多數(shù)都是核不育的。不育系的選育方法主要有： 1、遠(yuǎn)緣雜交核置換 不同物種或類型，由于親緣關(guān)系較遠(yuǎn)，遺傳差異較大，質(zhì)核之間有一定的分化，雜交后代常常會(huì)產(chǎn)生不育株，將此不育株做母本與原父本或類似品種回交，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，就可以育成不育系和保持系?，F(xiàn)將水稻二九矮不育系的選育過程圖示如下：說明 母 本 父 本 野敗 二九矮 共19株，全不育占90%，高度不育占10%，F(xiàn)1二九矮 性狀不整齊，選全不育的回交 共96株，全

27、不育占97.9%，性狀有分離 BC1F1二九矮 選像父本的不育株回交 共565株，全不育株占99.5%，性狀有分離 BC2F1二九矮 選像父本的不育株回交 共5565株，不育性已穩(wěn)定，性狀已整齊 BC3F1二九矮（保持系） 完全像父本 二九矮不育系 圖 水稻二九矮不育系的選育過程 通過種間或類型間雜交獲得不育系。即以一個(gè)具有雄性不育細(xì)胞質(zhì)（S）和可育核基因（Rf Rf）的物種作母本與另一個(gè)具有雄性可育細(xì)胞質(zhì)（N）和雄性不育核基因（rf rf）的物種作父本雜交，將雜交種后代與父本S（rf rf）連續(xù)回交，即可得到不育系，如高粱中的3197A不育系，水稻中的野敗型不育系等。 在用這種方法培育不育系

28、時(shí)，原來作父本的并用來進(jìn)行連續(xù)回交的品種就是所獲得的不育系的同型保持系。 2、用帶有雄性不育細(xì)胞質(zhì)的不同品種之間雜交選育雄性不育系 在同一個(gè)物種中，有的品種的遺傳結(jié)構(gòu)是S（Rf Rf），有的品種的遺傳結(jié)構(gòu)是N（rf rf），當(dāng)這兩種遺傳結(jié)構(gòu)的品種進(jìn)行雜交時(shí)，在其F2代群體中也能分離出雄性不育株。如玉米中的Y 型不育系。 S(RfRf) N(rfrf) F1 S(Rfrf) 自交 S(RfRf) S(Rfrf) S(rfrf) 不育系 （二）不育系和保持系的選育方法 在育種工作中，不育系的選育通常是通過雙親間的核置換雜交（回交）完成的。就是在現(xiàn)有不育系或不育材料的基礎(chǔ)上，為了獲得更多的不育系，可

29、用回交轉(zhuǎn)育的方法選育同核異質(zhì)或同質(zhì)異核的新不育系。 用父本回交，每回交一代就代換母本一半染色體，通過多代的回交，就可以用父本的染色體代換掉母本的全部染色體。核置換后，作為提供核背景的輪回父本，也就變成了與不育系相應(yīng)的保持系。在這一過程中，正確的選擇可以縮短回交世代，而不正確的選擇將會(huì)延長這一過程。 連續(xù)回交選育不育系的過程，要嚴(yán)格選擇性狀像父本的不育單株做母本進(jìn)行成對(duì)回交，在低世代回交的株系宜多，每株系的群體可小，隨著回交世代的提高，株系逐步減少，但每株系的群體要增大，根據(jù)群體整齊度和不育性的表現(xiàn)具體確定群體的大小直至不育系育成?，F(xiàn)有的不育系甲 保持系乙 S(rfrf) N(rfrf) F1

30、S(rfrf) 保持系N(rfrf)乙 BC1F1 S(rfrf) 保持系N(rfrf)乙 BC2F1 S(rfrf) 保持系N(rfrf)乙 BC3F1 S(rfrf) 保持系N(rfrf)乙 BC4F1 S(rfrf) 保持系N(rfrf)乙 不育系乙 同型保持系 乙 雜種一代的各種特性都是由不育系和恢復(fù)系的核基因決定的，挑選具有保持能力的各種優(yōu)良品種轉(zhuǎn)育成新不育系將可豐富不育系的類型，提高選配優(yōu)良雜交組合的幾率，這是一種目標(biāo)明確，簡便易行而又有實(shí)用價(jià)值的新不育系選育方法。（三）不育系和保持系的具體要求 雄性不育系必須在大群體下通過鑒定，并達(dá)到四點(diǎn)基本要求： 第一、不育性徹底，不育度和不育

31、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)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)。 第五、細(xì)胞質(zhì)不具嚴(yán)重弊病。 配合力好，具有高產(chǎn)潛力，優(yōu)良性狀多，不良性狀少； 恢復(fù)面廣，可恢復(fù)性好； 在生產(chǎn)上具有應(yīng)用價(jià)值的優(yōu)良不育系，除了上述四點(diǎn)基本要求外，還要具有： 具有良好的花器構(gòu)造和開花習(xí)性，異交率高； 品質(zhì)好； 抗性好。 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)良不育系的各種要求，實(shí)際上也是對(duì)保持系的要求，在選育工作中首先要按照要求來選育保持

32、系，然后再通過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 細(xì)胞質(zhì)雄性不育系雄花育性的恢復(fù)是由恢復(fù)基因控制的，一般而言，恢復(fù)基因是與不育基因等位的顯性可育基因。 恢復(fù)基因的來源有三個(gè)方面： 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，其核中一定存在著恢復(fù)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，也可以通過雜交等方法從其細(xì)胞核中將可育基因提取出來育成恢復(fù)系。 從提供不育細(xì)胞質(zhì)的近緣種中測交篩選，恢復(fù)基因的存在與不育細(xì)胞質(zhì)的分布頻率有關(guān)，在不育細(xì)胞質(zhì)分布頻率較高的類似品種中進(jìn)行測交篩選，就有可能發(fā)現(xiàn)較多的恢復(fù)基

33、因。 恢復(fù)基因是通過親本傳遞重組的，凡是用恢復(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)譜和恢復(fù)力的差異。 恢復(fù)譜體現(xiàn)在廣譜性和專一性方面，即有的恢復(fù)系能恢復(fù)多種不同類型的不育系（萬能恢復(fù)系），但有的恢復(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，則證明恢復(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)系的選育方法 1、測交篩選法。 測交篩選就是利用現(xiàn)有的常規(guī)品種與不育系進(jìn)行測交，從中篩選出恢復(fù)力強(qiáng)、農(nóng)藝性狀、雜種優(yōu)勢都達(dá)

34、到目標(biāo)要求的品種成為恢復(fù)系，這是一種最簡單而且有效的方法。 具體方法是:選用一批優(yōu)良的自交系或品種作父本，與不育系測交，分別采收和種植各測交組合及其父本的種子，如果F1為完全可育的，則該組合的父本就是恢復(fù)系。 如果組合F1不僅是雄性可育即恢復(fù)的，而且具有強(qiáng)大的雜種優(yōu)勢，綜合農(nóng)藝性狀也優(yōu)良，通過比較試驗(yàn)證明其具有生產(chǎn)利用價(jià)值，則就可以對(duì)該組合進(jìn)行擴(kuò)大繁殖和雜交制種，以用于生產(chǎn)。 在F1開花時(shí)，對(duì)不能開花散粉或完全不育的組合，用其父本作輪回親本繼續(xù)回交5代以上，即可將父本轉(zhuǎn)育成雄性不育系，同時(shí)原父本就是該不育系的同型保持系。 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，它可以按照育種

35、者的要求通過基因重組，將優(yōu)良性狀和恢復(fù)基因結(jié)合在一起，形成更優(yōu)秀的新恢復(fù)系。 雜交選育的基本要點(diǎn)是：按照一般的雜交育種程序，選擇適宜的親本進(jìn)行雜交，從雜種一代起就根據(jù)育種目標(biāo)和恢復(fù)性進(jìn)行多代的單株選擇，在主要性狀基本穩(wěn)定時(shí)就用不育系進(jìn)行邊測邊選，選育出恢復(fù)力強(qiáng)、配合力高和性狀優(yōu)良的新恢復(fù)系。 （2）恢復(fù)系保持系 -改良恢復(fù)系的農(nóng)藝性狀 （3）不育系恢復(fù)系 -選育出同質(zhì)恢復(fù)系 （1）恢復(fù)系恢復(fù)系 -將恢復(fù)基因累加 3、回交轉(zhuǎn)育法 回交轉(zhuǎn)育法又稱定向轉(zhuǎn)育法。對(duì)一些農(nóng)藝性狀優(yōu)良并能配出高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)雜交種的品種 ，但由于其恢復(fù)性不好而不能作為恢復(fù)系利用時(shí)，可以通過回交轉(zhuǎn)育法將其育成理想的恢復(fù)系。 具體方法

36、是：選用一個(gè)強(qiáng)恢復(fù)系與該品種雜交，以后用該品種連續(xù)回交，但在回交過程中要邊測邊選，即選那些具有恢復(fù)基因而又像該品種的單株做目標(biāo)再回交，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。 回交轉(zhuǎn)育法如選用不育細(xì)胞質(zhì)來進(jìn)行，就是應(yīng)用具不育細(xì)胞質(zhì)的恢復(fù)系S（RR）先與不育系雜交，用它們的雜種S（Rr）再與待轉(zhuǎn)育的優(yōu)秀品種雜交并回交，就可以免除回交過程中的測恢步驟。因?yàn)槭且圆挥?xì)胞質(zhì)為基礎(chǔ)的，凡不具有恢復(fù)基因的單株將是不育的，應(yīng)該淘汰。 4、人工誘變法 利用物理或化學(xué)誘變的方法也可以選育出新恢復(fù)系（三）優(yōu)良恢復(fù)系的選育標(biāo)準(zhǔn) 恢復(fù)系是一個(gè)群體性狀整齊一致結(jié)實(shí)正常

37、的純系； 它能使不育系的不育性完全恢復(fù)正常；恢復(fù)系必須具備3個(gè)條件： 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)力強(qiáng)，所配的雜種開花散粉正常、結(jié)實(shí)率達(dá)到常規(guī)推廣品種，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)勢組合； 作為具有生產(chǎn)應(yīng)用價(jià)值的優(yōu)良恢復(fù)系除了上述基本要求外，還必須具備以下優(yōu)良特性： 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)長，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；抗性好，能對(duì)主要病蟲害和不良環(huán)境有較好的抗性。三、三系雜交種的生產(chǎn)利用 質(zhì)核互作型雄性不育的特點(diǎn)是能夠

38、獲得“三系”，并通過“三系法”利用雜種優(yōu)勢。三系法配制雜交種品種包括繁殖和制種兩個(gè)過程，分別在不同的隔離區(qū)進(jìn)行，如圖。 不育系繁殖田 雜交制種田 隔離區(qū)I（繁殖不育系和保持系） 隔離區(qū)II（雜交制種和繁殖恢復(fù)系） 不育系 保持系 不育系 恢復(fù)系 S（rf rf） N（rf rf） S（rf rf）S或N（Rf Rf） （自交與姊妹交） （自交與姊妹交） 不育系 保持系 雜交種 恢復(fù)系 S（rf rf） N（rf rf） S（Rf rf） S或N（Rf Rf） 圖 三系法利用雜種優(yōu)勢示意圖 繁殖田由不育系和保持系組成，主要目的是繁殖不育系種子，供下一年繁殖和雜交制種用。制種田由不育系和恢復(fù)系組成

39、，主要目的是獲得商品雜種種子供大田生產(chǎn)應(yīng)用。IBtld5-#SKDvnf80$UNFxpha2&WPHzrkc4(ZRJBume6-!TLDwog81%VNGyqia3*XPIAskd5)ZSKCunf7+!UMEwph91&WOGzrjb3(YQIBtld6-#SLDvng80$UNFxpia2&XPHzskc4(ZRJBume6+!TLEwog91%VNGyqib3*XQIAsld5)ZSKCunf7+$UMExph92&WOGzrjb4(YQJBtle6-#SLDvng80$VNFxqia2*XPHzskc4)ZRJCume7+!TLEwog91%VOGyqjb3*XQIAsld5)#S

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