1、第十章 杂种优势利用Chapter 10 The Utilization of Heterosis,第十章 杂种优势利用,第一节 杂种优势利用的简史与现状第二节 杂种优势表现特征第三节 作物繁殖方式与杂种优势利用第四节 自交系的选育第五节 配合力及其测定第六节 利用杂种优势的途径和杂交制种技术,第一节 杂种优势利用的简史与现状,一、杂种优势利用的简史,二、农作物杂种优势利用,三、杂种优势的利用成就,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,1.有
2、关杂种优势利用的记载。,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” 。,马骡,驴骡,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”。,1906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（F1），并大面积的应用。我国在本世纪20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。,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Kolreuter （1761 -1766）报道烟草种间杂交种具有杂种优势,普通烟草（N
3、icotiana tabacum）,心叶烟草（ Nicotiana glutinosa）,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,endel （1865）在豌豆杂交试验中，首先提出杂种活力（Hybrid vigor）术语。,孟德尔像,豌豆,Shull在1908年:提出杂种优势概念。,4.杂种优势概念的提出,1 .杂交玉米研究简史,1） 19001908年：East & Shull培育玉米自交系，利用自交系培育单交种。,单交种,2）1910-1915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：Jones提出
4、培育双交种，为杂交种生产开辟了新途径。,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,2 .杂交高梁研究简史,1）1948年：美国Stephens用“矮生黄迈罗”与“得克萨斯黑壳卡佛尔”作正反交，发现并育成了质-核互作型的雄性不育系。,2）1953年：已获得了几个康拜因卡佛尔雄性不育株系（CK60A，即后来繁殖的Tx3197A）。,4）20世纪50年代后期美国已基本上普及了
5、高粱杂交 种，产量提高了百分之二十至五十。,3）1954年：育成3197A不育系，并实现了三系配套。,矮秆杂交高粱,高秆杂交高粱,3. 杂交水稻研究简史,1）1958年：日本胜尾清育成藤坂5号不育系2）1966年：日本新城长友，育成65A不育系3）1966年：袁隆平报道发现雄性不育株4）1970年：李必湖发现野败不育株5）1972年：中国，珍汕97A不育系6）1973年：中国发现IR24恢复系,中国杂交水稻早期种植情况,中国杂交水稻近年来种植情况,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%。,1）1934年: 发现小麦具有杂种优势,4.杂交小麦研究
6、简史,CIMMYT杂交小麦田,2）1951年：木原均将普通小麦的细胞核导入尾形山羊草的细胞质中产生了雄性不育性。,可 育 不 育,3）1962年：以提莫菲维小麦为与普通小麦Bison（为轮回亲本）连续回交获得T型细胞质不育系和保持系。,不育系,保持系,恢复系,4）同年（1962）利用提莫菲维的恢复基因育成普通小麦Marquis恢复系，实现了三系配套。,5）1974年，第一个CMS杂交种在生产上应用(US),6）1980年开始，化学杀雄剂研究。,乙烯利WL84811（Shell)SC2053 (Shell)Genesis( Mensanto),CMS/Rf CHA,两系法（光温敏不育）,解决制种
7、问题的核心是产生雄性不育的方法,简单经济有效,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。,三、杂种优势的利用成就,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。,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。,第二节 杂种优势表现特征,一、杂种优势的度量,二、杂种优势表现的特点,杂种一代某一性状的平均值超过双亲同一 性状平均值的百分率,1.平均优势（
8、中亲优势）,一、杂种优势的度量,杂种一代某一性状平均值超过高值亲本同一性状平均值的百分率,2. 超亲优势,杂种一代某一性状的平均值超过当地推广品种同一性状值的百分率,3. 超标优势,杂交种某一性状平均值与双亲同一性状平均值的比值,4. 杂种优势指数,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,F1HPMPF1HPLPF1MPF1LP,将杂种优势归为四类：,二、 杂种优势表现的特点,1.杂种优势是普遍的生物现象2.杂种优势是复杂的生物现象杂种优势大小主要与以下几个方面有关：与作物的种类和繁殖方式有关与亲本性状的差异和纯度有关,3. 杂种优势的表现是多种多样的 营养型 生殖型
9、 适应型4. F2及以后世代杂种优势衰退,第三节 作物繁殖方式与杂种优势利用,一、利用杂种优势的基本原则二、不同繁殖方式作物利用杂种优势的特点,一、 利用杂种优势的基本原则,1.选配强优势组合2.提高两亲的纯合性3.采用简易的制种技术,二、不同繁殖方式作物利用杂种优势特点,1. 自花授粉作物和常异花授粉作物利用杂种优势的方式主要是品种间杂交去雄困难,2. 异花授粉作物 要经过连续多代自交、分离、选择，育成纯合的、性状优良的自交系，配制自交系间杂交种。3. 无性繁殖作物 进行有性杂交后，从杂种一代中选择优良单株进行无性繁殖。,第四节 自交系的选育,一、对自交系的基本要求二、自交系选育过程三、自交
10、系的改良,自交系：经过多代人工强制自交和单株选择育成的基因型纯合、性状相对整齐一致的稳定群体。,一、对自交系的基本要求,1.基因型纯合，表现整齐一致2.具有较高的一般配合力3.具有优良的农艺性状4.与繁殖制种有关的性状优良 自交系的花粉量大，散粉畅 自交系自身产量高 自交系雌雄花期协调，结实性好,二、自交系选育过程,1.选育自交系的原始材料地方品种和推广品种各类杂交种 品种或品种间杂交种选育的自交系一环系自交系间杂交种选育的自交系二环系综合品种和人工合成群体,2. 选育自交系的过程,种植原始材料，选择30至50株，人工套袋自交,综合性状良好的植株，继续套袋自交,通过4-6代连续选株自交，就可以
11、育成自交系。,自交系选育过程应注意：,自交的过程中要对农艺性状进行选择； 在一定时期测定配合力； 自交 自交系选育过程： 选择 配合力测定,三、自交系的改良,在自交系存在个别缺点时，对自交系进 一步改良，多采用回交改良方法。,第五节 配合力及其测定,一、 配合力的概念二、 配合力的测定,一、配合力的概念,配合力：亲本对杂种后代某个性状产生 的影响。,一般配合力：某个亲本在一系列杂交组合中，对杂种后代某个性状产生的平均影响。 特殊配合力：两个特定亲本杂交，亲本对杂交种某一性状的影响。,二、配合力的测定,测交：测定亲本配合力的杂交测验种：在测定配合力时，用来与被测系 杂交的品种、杂交种、自交系、
12、不育系、恢复系等称为测验种。测交种：测交所产生的杂种。,根据测定的目的选择测验种测验种本身的配合力最好是中等的测验种与被测系是不同来源的,1. 测验种的选择,早代测定 S1-S2中代测定 S3-S4晚代测定 S5-S6,2. 配合力测定的时期,S0S1S2S3S4 测验种S5 测交种S6,(1) 共同测验种法： 顶交法 多系测交法如果被测系少，采取人工套袋杂交的办法。如果被测系多，采用一父（测验种）多母（被测系）隔离区法。,3.测定配合力的方法,第六节 利用杂种优势的途径和杂交制种技术,一、利用杂种优势的途径二、杂交种的类别三、杂交制种技术,1. 人工去雄制种采用人工去雄制种，作物必须具备三个
13、条件：花器较大，易于人工去雄人工杂交一朵花，能得到数量较多的种子种植杂交种时用种量少。,一、利用杂种优势的途径,2. 利用理化因素杀雄制种 物理因素杀雄：温度 化学因素杀雄：GENESIS EK,3.利用标志性状制种 用某一显性或隐性性状作标志，区别真假杂种，不需要去雄。 具体做法：给父本转育一个苗期出现的显性标志性状或给母本转育一个苗期出现的隐性标志性状。间苗时 ，拔掉具有隐性性状的幼苗。,自交,杂交种,4. 利用自交不亲和性制种,自交不亲和系互为父母本,人工剥蕾授粉花期盐水喷雾利用自交不亲和保持系,（1）自交不亲和系的繁殖方法：,单交种,（2）自交不亲和系配制杂交种的方式,三交种,（1）细
14、胞质雄性不育性，简称质不育（2）细胞核雄性不育性，简称核不育 (3) 质核互作雄性不育系,5. 利用雄性不育性制种,二、 杂交种的类别,1. 品种间杂交种2. 自交系间杂交种3. 品种-自交系间杂交种4. 雄性不育杂交种5. 自交不亲和性杂交种6. 种间亚种间杂交种,1. 品种间杂交种 特点：育种程序简单，F1表现不整齐，杂种优势低于自交系间杂交种。,特点：育种程序复杂，所需时间长，杂交种生长整齐，优势明显。 单交种 性状整齐，增产幅度大， 三交种 产量低于单交种，制种产量高 双交种 产量低于单交种，制种产量高 综合杂交种 连续用多代，不需年年制种,2. 自交系间杂交种,产量和整齐度不如自交系
15、间杂交种,3. 品种-自交系间杂交种（顶交种）,4. 雄性不育杂交种,细胞质雄性不育杂交种：三系杂交种 水稻 、高粱细胞核雄性不育杂交种：两系杂交种 棉花 、水稻光敏,5. 自交不亲和性杂交种甘蓝型油菜自交不亲和杂交种,6. 种间亚种间杂交种棉花陆海杂交种,三、 杂交制种技术,1. 选择制种区，保障安全隔离 隔离的方法： 空间隔离 时间隔离 自然屏障隔离 高杆作物隔离,隔离区的数目：配制单交种 3个隔离区配制三交种 5个隔离区,2.按规格播种 正确确定父母本的播期，保证花期相遇。正确规定父母本行比，保证有足够的父本花粉，并获得较多的杂交种种子。3.认真进行田间管理，严格去杂去劣4.去雄即时、干净、彻底，辅助人工授粉。5.分收、分藏，严防混杂。,三、 杂交制种技术,思考题,1.杂种优势的表现有哪些特点？2.计算杂种优势大小的方法有哪些？3.一种作物在生产上利用杂种优势时，必须具备哪些条件？4.不同繁殖方式的作物利用杂种优势有什么特点？5.怎样选育自交系？,
