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雜交育種之—
雜種優(yōu)勢(shì)利用常規(guī)育種和優(yōu)勢(shì)育種的區(qū)別常規(guī)雜交育種優(yōu)勢(shì)育種遺傳效應(yīng)加性效應(yīng)和部分上位效應(yīng),是可以固定遺傳的部分加性效應(yīng)和不能固定遺傳的非加性效應(yīng)育種程序先“雜”后“純”先“純”后“雜”種子生產(chǎn)每年直接從生產(chǎn)田或種子田內(nèi)植株上收獲種子不能在生產(chǎn)田留種,每年必須專設(shè)親本繁殖區(qū)和生產(chǎn)用種基地
第一節(jié)雜種優(yōu)勢(shì)利用的簡(jiǎn)史與現(xiàn)狀觀賞植物的雜種優(yōu)勢(shì)的利用開(kāi)始于20世紀(jì)30年代,1930年在日本利用雜種優(yōu)勢(shì)培育成矮牽牛雜種一代。到20世紀(jì)70年代,雜種優(yōu)勢(shì)的利用已經(jīng)非常普遍。80年代,利用雜種優(yōu)勢(shì)制種的花卉有:矮牽牛、瓜葉菊、萬(wàn)壽菊、金魚(yú)草、天竺葵、藿香薊、秋海棠、仙客來(lái)、報(bào)春花、半支蓮、三色堇、百日草、羽衣甘藍(lán)、石竹等等第二節(jié)雜種優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)特性一、雜種優(yōu)勢(shì)的普遍性
雜種優(yōu)勢(shì)F1雜種表現(xiàn)出的某些性狀或綜合性狀優(yōu)越于其親本品種(系)的現(xiàn)象。雜種優(yōu)勢(shì)的表現(xiàn)是多方面的,主要在以下幾個(gè)方面:(一)生長(zhǎng)勢(shì)和營(yíng)養(yǎng)體蔬菜煙草作物株型優(yōu)勢(shì)(二)抗逆性和適應(yīng)性
抗病性(顯性基因)(三)生理功能方面
光合能力有效光合期延長(zhǎng)光合面積增加營(yíng)養(yǎng)吸收能力等母本雜交種父本
(四)產(chǎn)量和產(chǎn)量因素方面生殖生長(zhǎng)方面雜種表現(xiàn)出結(jié)實(shí)器官增大,結(jié)實(shí)性增強(qiáng),果實(shí)與籽粒產(chǎn)量提高等純系F1單交F1雙交(五)品質(zhì)方面有效成分提高整齊度(一致性)親本品質(zhì)改造(六)生化表現(xiàn)方面線粒體互補(bǔ)與葉綠體互補(bǔ)同功酶出現(xiàn)互補(bǔ)帶、顯性帶、雜合帶二、雜種優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)的復(fù)雜多樣性雜種優(yōu)勢(shì)是由雙親基因互作、基因型與環(huán)境互作的結(jié)果基因型作物種類:二倍體作物品種間雜種優(yōu)勢(shì)大于多倍體作物
親本純度:親本純合度高,F(xiàn)1高度雜合、整齊、優(yōu)勢(shì)強(qiáng)
親緣關(guān)系:親本親緣關(guān)系遠(yuǎn)的自交系之間的雜種優(yōu)勢(shì)強(qiáng)但遠(yuǎn)緣雜種育性不及品種間雜種雜交組合:雙親性狀互補(bǔ)性狀優(yōu)勢(shì):數(shù)量性狀優(yōu)勢(shì)強(qiáng);性狀間的關(guān)系(淀粉與蛋白)抗性(純系<單交<雙交<綜合品種)環(huán)境作用雜種優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在數(shù)量性狀,數(shù)量性狀受環(huán)境影響大不同環(huán)境下雜種優(yōu)勢(shì)的表現(xiàn)程度不同三、雜種優(yōu)勢(shì)的度量
(一)中親優(yōu)勢(shì)或相對(duì)優(yōu)勢(shì)(雜種優(yōu)勢(shì)理論研究)
以中親值(某一性狀的雙親平均值的平均)作為尺度用以衡量F1平均值和中親值之差的方法。中親優(yōu)勢(shì)(%)=(F1-MP)/MP×100MP=(P1+P2)/2(二)超親優(yōu)勢(shì)用雙親中較優(yōu)良的親本的平均值作為尺度。超親優(yōu)勢(shì)(%)=(F1-HP)/HP×100負(fù)向超親優(yōu)勢(shì)(%)=(F1-LP)/LP×100(三)超標(biāo)優(yōu)勢(shì)育種過(guò)程品比應(yīng)用)用生產(chǎn)中正在運(yùn)用的同類優(yōu)良品種的平均值作為尺度衡量。超標(biāo)優(yōu)勢(shì)(%)=(F1-CK)/CK×100(四)離中優(yōu)勢(shì)以雙親平均數(shù)之差的一半作為衡量的。離中優(yōu)勢(shì)(%)=(F1-CP)/CP×100MP=(P1-P2)/2四、F2及以后世代雜種優(yōu)勢(shì)的衰退
表型:整齊度下降,自花授粉作物衰退快而異花授粉作物自交衰退快基因型:雜合度下降,基因型多樣第三節(jié)雜種優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)的遺傳基礎(chǔ)
一、雜種優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)的遺傳機(jī)理假說(shuō)
(一)顯性假說(shuō)(有利顯性基因假說(shuō))由Davenport(1908)提出的,后經(jīng)Bruce(1910)等發(fā)展而成為顯性假說(shuō)。這一假說(shuō)的基本論點(diǎn)是:雜種F1集中了控制雙親有利性狀的顯性基因,每個(gè)基因都能產(chǎn)生完全顯性或部分顯性效應(yīng),由于雙親顯性基因的互補(bǔ)作用,從而產(chǎn)生雜種優(yōu)勢(shì)。假如,兩個(gè)親本控制某一數(shù)量性狀的基因型分別為AABBccdd和aabbCCDD,F(xiàn)1的基因型及表現(xiàn)型圖示如下:PAABBccdd×aabbCCDD1210436586等位基因顯性效應(yīng)值2925非等位基因累計(jì)效應(yīng)值↓F1AaBbCcDd假設(shè)完全顯性12+10+8+6=36
無(wú)顯性(12+6+10+5+4+8+3+6)÷2=27(雙親平均值)不完全顯性27<F1<36(二)超顯性假說(shuō)(等位基因異質(zhì)結(jié)合假說(shuō))由Shull(1908,1910)提出,這一假說(shuō)基本點(diǎn)是:雜種優(yōu)勢(shì)是由于雙親基因型的異質(zhì)結(jié)合所引起的等位基因間的相互作用的結(jié)果。等位基因間沒(méi)有顯隱性關(guān)系雜合等位基因相互作用大于純合等位基因的作用同時(shí)存在非等位基因之間互作Aa>AA或aa,Bb>BB或bb
Pa1a1b1b1c1c1D1D1×a2a2b2b2c2c2D2D2(1111=4)(1111=4)F1a1a2b1b2c1c2D1D2(2222=8)
等位基因的互作效應(yīng)因不同基因不同性狀而差異第四節(jié)雜種品種的選育程序一、雜種優(yōu)勢(shì)利用的基本條件二、親本選配三、配合力及其測(cè)定四、雜種品種的親本選配原則五、雜種品種的類型
一、雜種優(yōu)勢(shì)利用的基本條件
(一)強(qiáng)優(yōu)勢(shì)的雜交組合
1、滿足品種三條件,即DUS(特異性、一致性、穩(wěn)定性)2、強(qiáng)優(yōu)勢(shì):配合力、親本性狀
(二)異交結(jié)實(shí)率高大批量生產(chǎn)雜交種低成本生產(chǎn)雜交種(尤其自花、常異花授粉作物)(三)親本繁殖與雜交制種技術(shù)簡(jiǎn)單易行可靠親本繁殖(產(chǎn)量與純度)雜交種種子生產(chǎn)(質(zhì)量與產(chǎn)量)二、親本選配
(一)對(duì)雜種親本的基本要求
雜種的親本一般為純系或自交系,不直接用于生產(chǎn)。1.純度高是雜交種高度一致性和穩(wěn)定性的基礎(chǔ)2.一般配合力高是產(chǎn)生強(qiáng)優(yōu)勢(shì)雜種的遺傳基礎(chǔ)3.優(yōu)良農(nóng)藝性狀是強(qiáng)優(yōu)勢(shì)雜種的基礎(chǔ)平臺(tái)4.親本(尤其是母本)產(chǎn)量高,開(kāi)花習(xí)性符合制種要求(二)選配方法自花授粉作物:直接從品種(系)中篩選(除特殊要求)常異花授粉作物:2~3代的自交;異花授粉作物:多代的自交與選擇自交—單株自交留種,常發(fā)現(xiàn)單株留種,但種子混雜的現(xiàn)象
三、配合力及其測(cè)定配合力指一個(gè)親本與另外的親本雜交后雜種一代的生產(chǎn)力的大小。配合力是自交系的一種內(nèi)在屬性,受多種基因效應(yīng)支配。
不能通過(guò)自交系自身的性狀表現(xiàn)出來(lái)通過(guò)自交系組配的雜種的產(chǎn)量(或其它性狀)的平均值估算出來(lái)(一)配合力的種類
1、一般配合力(GCA)
是指一個(gè)自交系親本與其它若干個(gè)自交系雜交的F1在某個(gè)數(shù)量性狀上的平均表現(xiàn)。由基因的加性效應(yīng)決定的,為可以遺傳的部分。其高低是由被測(cè)定的自交系所含有利基因位點(diǎn)的多少?zèng)Q定的2、特殊配合力(SCA)
是指兩個(gè)特定親本所組配F1在某種數(shù)量性狀上的表現(xiàn)。由基因的非加性效應(yīng)決定的(顯性、超顯性和上位性效應(yīng))是不能在其他組合中表現(xiàn)和遺傳的部分。
根據(jù)F1產(chǎn)量測(cè)定一般配合力和特殊配合力自交系A(chǔ)BCDEFG平均GCAK10.39.910.49.49.49.79.89.84
0.17(9.84-9.67)
0.030.070.45-0.27-0.41-0.450.54L10.810.710.710.99.611.58.510.38
0.71
-0.070.330.210.69-0.750.81-1.25M9.59.08.89.39.69.69.39.3
-0.37
-0.29-0.29-0.610.170.33-0.010.63
N10.98.810.39.610.110.39.69.94
0.27
0.47-1.130.25-0.170.190.050.29
O9.39.78.78.39.58.88.08.9
-0.77
-0.090.81-0.31-0.430.63-0.410.02平均
10.169.689.789.509.649.989.04
9.67CGA0.49-0.010.11-0.17-0.030.31-0.630組合的實(shí)際產(chǎn)量=全部組合平均產(chǎn)量+雙親一般配合力+雙親特殊配合力如L/A組合的特殊配合力=10.8-9.67-(0.49+0.71)=-0.07配合力分析的意義當(dāng)一般配合力高而特殊配合力低時(shí),宜做常規(guī)雜交育種;當(dāng)一般配合力和特殊配合力均高時(shí),宜用于優(yōu)勢(shì)育種;一般配合力和特殊配合力均低時(shí),應(yīng)該淘汰。(二)配合力的測(cè)定(測(cè)配)測(cè)驗(yàn)自交系配合力所進(jìn)行的雜交叫測(cè)交測(cè)交所用的共同親本稱為測(cè)驗(yàn)種測(cè)交所得的后代F1稱為測(cè)交種參考:《植物育種的數(shù)量遺傳學(xué)基礎(chǔ)》馬育華編著
2、測(cè)配方法(1)頂交法
選用遺傳基礎(chǔ)廣泛的品種群體作為測(cè)驗(yàn)種測(cè)定自交系的配合力。頂交法產(chǎn)生的雜交種成為頂交種。方法:A為測(cè)驗(yàn)種,1、2、3、4、5、...n個(gè)自交系為被測(cè)系組配1×A,2×A,3×A、...n×A等雜交組合(有時(shí)正反交)對(duì)測(cè)交組合進(jìn)行產(chǎn)量(或其它性狀)比較計(jì)算出各被測(cè)系的一般配合力。優(yōu)點(diǎn):測(cè)配組合少,工作量較輕。但不能測(cè)定特殊配合力綜合品種G1G2G3G4……
×
GGG1GG2GG3GG4….(2)雙列雜交自交系既是測(cè)驗(yàn)種又是被測(cè)系。方法:采用完全或部分雙列雜交法。完全雙列雜交:n(n—1)個(gè)雜交組合(含正交和反交)不完全雙列雜交:n(n—1)/2個(gè)雜交組合測(cè)交組合產(chǎn)量比較試驗(yàn)(隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)),取得各測(cè)交組合產(chǎn)量(或其它數(shù)量性狀)的平均值后,計(jì)算出一般配合力和特殊配合力。ABC…ABC…(3)多系法(系×測(cè)驗(yàn)系法)
測(cè)驗(yàn)種:幾個(gè)優(yōu)系或骨干系方法:例如用A、B、C、D四個(gè)系作測(cè)驗(yàn)種,分別與許多(N)待測(cè)系測(cè)交,可配成4*N個(gè)單交組合,比較試驗(yàn),各組合的平均產(chǎn)量,計(jì)算出一般配合力和特殊配合力。優(yōu)點(diǎn):同時(shí)測(cè)定待測(cè)系、測(cè)驗(yàn)種(骨干系)的一般配合力和特殊配合力;直接選擇優(yōu)良雜種,可及時(shí)作為商品雜種品種投入生產(chǎn)利用;結(jié)果可相互比較是當(dāng)前最常用測(cè)配方法如:不育系的選育時(shí)配合力測(cè)定四、雜種品種的親本選配原則
(一)配合力高(二)親緣關(guān)系相對(duì)較遠(yuǎn)
地理遠(yuǎn)緣血緣較遠(yuǎn)類型和性狀差異較大(三)綜合性狀良好,雙親間性狀互補(bǔ)
(四)親本自身產(chǎn)量高,花期相近,易于授粉
玉米馬齒型和硬粒型雜交五、雜種品種的類型(一)品種間雜種品種
(二)品種-自交系間雜種品種頂交種(三)自交系間雜種品種1.單交種
用兩個(gè)自交系組配而成。單交種增產(chǎn)幅度大,性狀整齊,制種程序比較簡(jiǎn)單,是當(dāng)前利用雜種優(yōu)勢(shì)的主要類型。2.三交種
對(duì)于自交系產(chǎn)量和制種產(chǎn)量低的作物,(A/B)//C,如甜菜3.雙交種4.綜合雜交種
用多個(gè)自交系組配而成。(1)親本等量種子混勻,隔離區(qū)種植,自由授粉3~5代,遺傳平衡。(2)親本雙列雜交,等量混勻,隔離種植
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