雄性不育與雜交種品種選育課件

1、 第十一章 雄性不育與雜交種品種選育 雄性不育（male sterility）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。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、320個(gè)種中發(fā)現(xiàn)雄性不育。包括玉米、水稻、小麥、高粱、油菜、棉花等主要農(nóng)作物。 雄性不育可以作為重要工具用于各種作物的輪回選擇育種和雜種優(yōu)勢利用。雄性不育可分為遺傳的和非遺傳的。遺傳的雄性不育分為：早期的“三型學(xué)說”：即細(xì)胞質(zhì)不育型、細(xì)胞核不育型和質(zhì)核互作不育型；后來修改為“二型學(xué)說” ： 質(zhì)核互作不育（cytoplasmic-nucleic male sterility，CMS） 核不

2、育（nucleic male sterility,ms）雄性不育形態(tài)特性 雄性不育植株在外部形態(tài)上與野生型極為相似，不育株和可育株可以從雄花的形態(tài)上加以辨別。 正常植株花藥黃色肥大飽滿很多成熟花粉適宜條件下充分裂開將花粉散出不育株花藥色淺瘦小干癟水漬狀無花粉或無正?；ǚ刍ㄋ幉婚_裂無花粉散出 棉花保持系棉花不育系正常植株花粉粒充實(shí)飽滿形狀大小一致數(shù)量多、散粉明顯不育株花粉粒無內(nèi)容物（淀粉粒）畸形皺縮不規(guī)則不能散粉 水稻部分雄性不育的花粉粒形狀（碘染色）小麥雄性不育株與正常植株比較除了以上花藥和花粉的差異外，還有一些其他的異常形式：如花絲畸形，花藥退化有一些不育基因與其他基因連鎖或一因多效，有利不

3、育株的鑒別。如野敗型水稻不育株在抽穗后明顯比正常株（保持系）矮，抽穗遲、持續(xù)時(shí)間長,表現(xiàn)有嚴(yán)重的劍葉鞘包裹穗子的現(xiàn)象。 第一節(jié) 核質(zhì)互作雄性不育遺傳一、質(zhì)核互作雄性不育的遺傳 質(zhì)核互作雄性不育是受細(xì)胞質(zhì)不育基因和對應(yīng)的細(xì)胞核不育基因共同控制的不育類型,常被簡稱為胞質(zhì)不育（CMS）。（一）質(zhì)核互作雄性不育的遺傳解釋 質(zhì)核互作的6種遺傳結(jié)構(gòu) 細(xì)胞質(zhì)基因細(xì)胞核基因R RR rr rN 可育N（RR）可育N（R r）可育N（r r）可育S 不育 S（RR）可育 S（R r）可育 S （r r）不育 S（r r） N（r r） S（r r） S（r r） N（RR）S（R r） S（r r） S（RR）

4、S（R r） 質(zhì)核互作雄性不育的一大特點(diǎn)是能實(shí)現(xiàn)不育系、保持系、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)。三系法雜種優(yōu)勢利用模式（二）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，可分為孢子體不育（sporophyte sterility）和配子體不育（gametophyte sterility）兩種類型。 1.孢子體不育：花粉敗育發(fā)生在孢子體階段?；ǚ塾缘谋憩F(xiàn)由孢子體（母體植株）的基因型控制，與配子體（花粉）本身無關(guān)。水稻野敗型、矮敗型和印水型，玉米T型不育系就屬于這一類型。 不育系與恢復(fù)系配制的F1雜交種 S（R r） 產(chǎn)生兩種不同的花粉S（R）和 S（r）都是可育

5、花粉，但F2出現(xiàn)育性分離。 S（R r） S（R R）+ S（R r）+ S（r r） 花粉可育 可育 可育 不育 結(jié)實(shí)正常 結(jié)實(shí)正常 結(jié)實(shí)正常 不結(jié)實(shí) F1 F2 育性分離 2.配子體不育 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，因此配子體基因不育時(shí)花粉表現(xiàn)不育，配子體基因可育時(shí)花粉表現(xiàn)正常。水稻包臺型（BT），玉米S型均屬此一類型。 不育系與恢復(fù)系雜交所獲得的雜種一代 S(Rr)，花粉有可育S(R)和不育S(r)，各占一半，結(jié)實(shí)正常。不育雄配子不能參與受精傳給下一代， F2結(jié)實(shí)全部正常。 S（R r） S（R R）+ S（R r） 花粉半不育 可育 半不育 結(jié)實(shí)正常

6、結(jié)實(shí)正常 F1 F2（三）主基因不育和多基因不育 質(zhì)核互作不育既有主基因(major gene)控制的，也有多基因(polygene)控制的。 主基因不育是指一對或兩對核基因與對應(yīng)的不育胞質(zhì)基因決定的不育性。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以上的核基因與對應(yīng)的胞質(zhì)基因共同決定的?；謴?fù)基因往往有累加效果，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。小麥T型不育系就屬于這種類型。 二 水稻核質(zhì)互作型雄性不育系1. 目前我國育成的不育系按照不育胞質(zhì)的來源，可分為7類：野敗型（WA型）：珍汕97A、V20A等；岡型（G型）：岡46AD型：D汕A

7、等；印尼水田谷型：II-32A紅蓮型（HL型）：粵豐A等。包臺型（BT型）：黎明A、六千辛A等；滇型（D型）：滇29A等；K型：K17A2.按遺傳特點(diǎn)分類：（1）孢子體雄性不育野敗型（WA型）；岡型（G型）；D型；印尼水田谷型（2）配子體雄性不育紅蓮型（HL型）；包臺型（BT型）；滇型；K型3.按恢保關(guān)系分類：野敗型、紅蓮型和BT型野敗型不育系紅蓮型不育系珍汕97保持恢復(fù)泰引1號恢復(fù)不能恢復(fù)揚(yáng)稻6號不能恢復(fù)恢復(fù)4.不育系育性恢復(fù)性狀的遺傳1.粳稻包臺型不育系育性恢復(fù)性狀的遺傳控制（1對恢復(fù)基因）2.秈稻野敗型不育系育性恢復(fù)性狀的遺傳控制（2對恢復(fù)基因）3.秈稻紅蓮型不育系育性恢復(fù)性狀的遺傳控制

8、（1對恢復(fù)基因）第二節(jié) 核質(zhì)互作雄性不育雜交種品種的選育 三系法是目前各種作物利用雜種優(yōu)勢的主要途徑，即利用質(zhì)核互作雄性不育雜種品種（三系雜交種）。選育包括兩個(gè)環(huán)節(jié)： 三系（親本）選育：不育系、保持系和恢復(fù)系選育 雜交種（組合）選配：不育系和恢復(fù)系配制雜種，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（測配）。一、不育系和保持系選育（一）胞質(zhì)雄性不育材料的獲得 獲得質(zhì)核互作雄性不育材料是不育系選育的前提，主要途徑：1、 自然不育株 如水稻野敗型不育系 2、遠(yuǎn)緣雜交 通過正反交來篩選（可育可育）這里所指的遠(yuǎn)緣雜交是指分類上、進(jìn)化上、地理分布上、親緣關(guān)系上較遠(yuǎn)的種或品種之間的雜交。（二）不育

9、系和保持系選育的方法：回交核置換 將此不育株作母本與正常品種雜交、回交，后代若能保持穩(wěn)定不育，表示質(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。保持系是不育系的同核異質(zhì)體。 核置換示意圖 連續(xù)回交選育不育系的過程，要選擇性狀象父本的不育單株作母本進(jìn)行成對回交，在低世代回交的多株系小群體，逐漸到少株系大群體。 母本 父本 野敗 二九矮共19株，全不育占90%，高度不育占 F1 二九矮10%，性狀不整齊，選象父本的回交共96株，全不育占97.9%，性狀有 B1F1 二九矮分離，選象父本的回交共565株，全不育占99.5%，性狀有 B2F1 二九矮分離，選象父本的回交 （保持系）共556

10、5株，不育性已穩(wěn)定，性狀已 B5F1整齊，完全象父本 （不育系） 水稻二九矮不育系選育過程不育系基本要求： 1、不育性穩(wěn)定、敗育徹底；2、不育性能夠穩(wěn)定遺傳；3、雌性器官發(fā)育正常；4、性狀整齊一致，與它的保持系相似。具有應(yīng)用價(jià)值的優(yōu)良不育系，還要具有：1、配合力好；2、恢復(fù)譜廣，可恢復(fù)性好；3、異交習(xí)性好（花時(shí)同步、張穎角度大、柱頭大，外露率高，生活力強(qiáng)）二、恢復(fù)系的選育（一）恢復(fù)基因的發(fā)現(xiàn)：大量測交篩選（二）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)基本條件：1、純系；2、恢復(fù)力強(qiáng)，它能使不育系的不育性完全恢復(fù)正常；3、恢復(fù)性穩(wěn)定遺傳，恢復(fù)性不因世代的增加或環(huán)境的改變而變化。優(yōu)良恢復(fù)系還必須具備

11、以下優(yōu)良特性：1、配合力好；2、遺傳基礎(chǔ)豐富，能與不育系保持有較大的遺傳距離；3、株高稍高于不育系，花時(shí)較長，花粉量大，有利異交結(jié)實(shí)；（三）恢復(fù)系選育的方法育種目標(biāo)：恢復(fù)力高重點(diǎn)工作：恢復(fù)力測定和選擇1.測交篩選法（測恢）直接利用現(xiàn)有常規(guī)品種（系）與不育系直接進(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)到目標(biāo)要求的品種（系）成為恢復(fù)系。最簡單經(jīng)濟(jì)而且效果好。 2.雜交選育法恢復(fù)系選育的主要方法（基因重組，優(yōu)良性狀和恢復(fù)基因聚合） （1）恢恢 恢復(fù)力可進(jìn)一步提高，同時(shí)聚合其它優(yōu)良性狀。（2）恢保（?；郑┻@里的“?！笔侵赋謴?fù)系以外的材料，注意早期恢復(fù)度恢復(fù)力的測定（3）不恢 由于這種恢復(fù)

12、系的細(xì)胞質(zhì)與不育系相同，稱同質(zhì)恢復(fù)系S（RR）?？梢允∪セ謴?fù)力測定工作三、三系雜交種的生產(chǎn)利用 質(zhì)核互作雄性不育的特點(diǎn)是能夠獲得三系，并通過三系法利用雜種優(yōu)勢。三系法配制雜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。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，供下代繁殖和制種用。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。 三系法雜種優(yōu)勢利用流程圖 水稻雜交種制種田示意圖兩側(cè)為父本，中間為母本，比例為8-10 ：2或5-6：1制種田不育系和恢復(fù)系前期生長情況不育系抽穗時(shí)去雜、割葉、噴施赤霉素 不育系 恢復(fù)系父本收獲后檢查遺留的父本或花期結(jié)束后直接割

13、去父本第三節(jié) 光溫誘導(dǎo)雄性核不育的遺傳 受細(xì)胞核不育基因控制，與細(xì)胞質(zhì)無關(guān)。 誘導(dǎo)育性轉(zhuǎn)換的主導(dǎo)因子是光和溫 來源：自然突變產(chǎn)生不育株、理化誘變獲得不育株。 1 單隱性核不育遺傳 rr RR Rr RR Rr rr 不育 可育 可育 1 ： 2 ： 12 類型： 光敏型：光照長度是誘導(dǎo)育性轉(zhuǎn)換的主要因子。 溫敏型：幼穗發(fā)育敏感期的溫度是誘導(dǎo)育性轉(zhuǎn)換的主要因子。 光溫互作型：光照長度和幼穗發(fā)育敏感期的溫度共同誘導(dǎo)育性轉(zhuǎn)換。3 誘導(dǎo)時(shí)期光敏不育誘導(dǎo)敏感期：第二次枝梗原基分化至花粉母細(xì)胞形成期。溫敏不育誘導(dǎo)敏感期: 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。 4 育性的轉(zhuǎn)換（水稻）：

14、長日高溫不育：13-14小時(shí)日照、氣溫25度以上短日低溫可育：12小時(shí)日照、氣溫23-24度以下如水稻，農(nóng)墾58S育性轉(zhuǎn)換有一個(gè)過渡的光溫條件。光敏與溫敏型雄性不育，哪種在雜種優(yōu)勢上更具利用價(jià)值？穗分化期光長13.45h育性可育不育穗分化期29.626.423.9結(jié)實(shí)率0022.30%（二）光溫敏核不育雜種品種的選育（水稻為例）1、不育系的選育 水稻光溫敏核不育系 長日高溫不育：13-14小時(shí)日照、氣溫25度以上 短日低溫可育：12小時(shí)日照、氣溫23-24度以下光溫敏核不育系一系兩用，不育條件下制種，可育條件下繁殖2、雜種品種的選配1、光溫敏雄性不育系的選育（1）要求：1）不育性遺傳穩(wěn)定2）育

15、性轉(zhuǎn)換明顯 不育期間群體不育株率100%?；ǚ鄄挥驶蛐』ú挥?9.5%以上。 可育期間群體可育株率100%，自交結(jié)實(shí)率30%以上。（2）選育程序 長江流域控制8月10日左右抽穗，割茬再生鑒定9月10日后抽穗的結(jié)實(shí)情況 異地選育（穿梭選育）（三）光溫敏雄性不育系的鑒定 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)針對其特點(diǎn)在育性轉(zhuǎn)換特征、臨界光溫、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)的分期種植鑒定選擇代表性的生態(tài)點(diǎn)：淮河、長江上中下游、華南、云貴高原各點(diǎn)分期

16、播種試驗(yàn)?zāi)康模簠^(qū)分不育系在各地的不育期、育性轉(zhuǎn)換期和可育期以及育性穩(wěn)定性?？疾橹笜?biāo)：開花日期，花粉育性、自交結(jié)實(shí)率與光溫條件等。2. 人工氣候箱鑒定 在自然條件下夏季長日與高溫重疊，秋季短日與低溫重疊，日長與溫度的效應(yīng)難以分開，無法區(qū)分光敏不育系和溫敏不育系。人工氣候箱分解光溫因子，明確不育系育性轉(zhuǎn)換的光長效應(yīng)，溫度效應(yīng)和光溫互作效應(yīng)。確定光溫處理時(shí)期的依據(jù)：1）育性轉(zhuǎn)換的光溫敏感時(shí)期；2）營養(yǎng)生長期的光溫條件對育性轉(zhuǎn)換的影響；3）自然條件下引發(fā)可育的溫度天數(shù)。 人工氣候箱鑒定與田間分期播種試驗(yàn)相同，結(jié)果互相印證。（三）兩系雜種品種的選配及利用 光溫敏不育系恢源很廣，一般品種都是恢復(fù)系，包括生產(chǎn)上應(yīng)用的各種優(yōu)良品種、各種質(zhì)核互作雄性不育的恢復(fù)系和保持系以及最新育成品系等等幾乎所有的品種（品系），配組非常自由。（如兩優(yōu)培九的育成 培矮64S / 93-11） 兩系雜種品種的選配也應(yīng)通過測交、產(chǎn)量比較的選拔程序進(jìn)行。其親本選配原則亦與三系配組原則相似。光溫敏核不育利用雜種優(yōu)勢的程序 光溫誘導(dǎo)雄性不育在雜種優(yōu)勢利用的意義1、二系法利用雜種優(yōu)勢，開辟了雜種優(yōu)勢利用的又一條重要途徑。2、免去不育系繁殖的異交過程，免去不育細(xì)胞質(zhì)可能帶來的負(fù)作用。3、恢復(fù)源廣泛，配組自由。局限性：光溫敏核不育系的繁殖、制種過程受到光溫條件的制約。尤其溫敏性不育系，由于環(huán)境溫度的不確定性，雜交種