植物育种学课件-杂交育种

1、第五章 杂交育种(cross breeding)本章主要教学内容杂交育种的原理杂交亲本的选择和选配杂交方式和技术杂交后代的选择和培育回交育种远缘杂交育种第一节 杂交育种的基本原理杂交育种的基本概念杂交育种的遗传学原理杂交育种的育种学原理亲本1亲本2亲本3亲本4亲本5亲本n 注：代表各亲本所具的不同优良性状杂交育种的基本概念杂种新品种选择培育杂交育种的应用育种中间材料选育新品种无性繁殖园艺作物自花授粉园艺作物常异花授粉园艺作物异花授粉园艺作物杂交育种的遗传学原理基因的自由分离规律基因重组规律基因连锁互换规律细胞质遗传规律数量性状遗传杂交育种的育种学原理1、综合双亲的优良性状杂交育种的育种学原理2

2、、产生超亲性状杂交育种的育种学原理3、产生新的性状(AAbb)(aaBB)(AABB)back第二节 亲本的选择和选配亲本的选择：指根据育种目标选用具有优良性状的品种类 型作为杂交亲本。亲本的选配：指从入选的亲本中选用哪些亲本杂交，怎样杂交。 广泛搜集符合育种目标原始材料，精选亲本亲本应尽可能具有较多的优良性状明确亲本的目标性状，分清目标性状的主次重视选用地方品种亲本的一般配合力要高广精明土高一、亲本的选择原则父母本性状互补以具有较多优良性状的亲本作母本亲本之一的性状应符合育种目标注意父母本的开花期和雌蕊的育性用一般配合力要高的亲本配组选用不同类型或不同地理起源的亲本相配 补态优母符高期育二、

3、亲本的选配的原则back父母本性状互补一是不同性状的互补 如选育早熟抗病的黄瓜品种，一个亲本具有早熟性，另一亲本具有抗病性 同一性状的不同单位性状的互补 如选育番茄的早熟品种，利用二个早熟亲本配组，一个亲本显蕾开花早，另一亲本表现为果实生长发育快、转色快。 back第三节 杂交方式和技术1、 单交（single cross） 最简单的杂交方式，两个亲本的杂交方式，又称成对杂交。乙 （ ）甲（ ）甲（ ）乙 （ ）互为正反交 一、杂交方式二、回交(back cross)三、多系杂交（multiple cross） 参加杂交的亲本是3个或3个以上的杂交叫多系杂交，又称复合杂交或复交。根据亲本参加杂

4、交的次序不同可分为添加杂交和合成杂交。 添加杂交P1P2F1F1F1PnF1P3P4添加杂交在育种上应注意哪些问题？想一想1、育种年限2、交配次序与遗传组成问题1、参与杂交的亲本数2、参与杂交的次序育种年限的长短受性状遗传力的影响3、优为隐，先自交先高后低F1F2 P沈农2号番茄的选育 P1P2F1 合成杂交P3P4F1单交种1单交种2双交杂种F1特点：杂种群体的遗传基础丰富，亲本的核遗传组成均等需要增加某个亲本的性状：P1=P3 P1P2F1P1P4F1单交种1单交种2双交杂种F1P1P1P1P1增加了亲本P1的性状有 性 杂 交 技 术 流 程制定计划亲本株的培育与选择隔离和去雄花粉的制备

5、授粉、标记和登录授粉后的管理准备器具back第四节 杂交后代的选择培育无性繁殖园艺作物杂交后代的选择 只对杂交的F1进行选择，重点是培育的方法。有性繁殖园艺作物杂交后代的选择 系谱法（pedigree method） 混合法（bulk-population method） 单子传代法（single seed descent methold） 选择育种中介绍的其它选择方法 一、杂交后代的选择1、系谱法 系谱法也称基因选择法，也就是多次单株选择法，是按上下代的遗传亲缘关系进行选择的方法，它是杂种后代最常用的杂交后代选择方法。 选择程序与多次单株选择法完全相同。 选择标准 选择群体规模 亲本P1亲本

6、P2入选群体的5-10%F3F1P1P2亲本P3亲本P4P3P4F2自花授粉作物系谱法选择程序亲本P1亲本P2入选群体的5-10%F3F1P1P2亲本P3亲本P4P3P4F2F4略升级鉴定整齐、优良自花授粉作物系谱法选择程序亲本P1亲本P2入选群体的5-10%F3F1P1P2亲本P3亲本P4P3P4F2F4略F5CK自花授粉作物系谱法选择程序亲本P1亲本P2入选群体的5-10%F3F1P1P2亲本P3亲本P4P3P4F2F4略F5CKF6CK自花授粉作物系谱法选择程序选择标准F1：一般不进行株选，只淘汰假杂种和个 别明显不良的植株，单株自交单株采种。F2：先进行组合间比较，淘汰一部分较差的组合

7、。从入选的优良组合中选择优良单株。F2主要针对质量性状和遗传力高的性状进行选择。选留的单株数应根据下代可能种植的株系数和总株数来确定。一般来说，入选的株系要多些，每一株系内的株数可少些。通常优良组合的入选株数约为本组合群体总数的5-10左右。自花授粉作物系谱法选择程序F3的选择标准 仍以质量性状为主，并开始对数量性状尤其是遗传力高的数量性状进行选择。 首先比较株系间的优劣，在当选的株系中选择优良的单株。如要淘汰的株系内确实有个别优株，也可当选。当选的优良单株自交单独采种。 F3入选的系统应多一些，每个当选的系统选留的单株可少一些（每系统入送6-10株），以防漏选优良系统。自花授粉作物系谱法选择

8、程序F4的选择标准 来自F3同一系统的（即同属于F2一个单株的后代）不同F4系统为一系统群（sib line），同一系群内系统间互为姐妹系（sib line）。F4是对产量等遗传力低的数量性状进行系统间比较选择的世代，因此，必须有重复 。F4应首先比较系统群的优劣，在当选系统群内，选择优良系统，再从当选系统中选择优良单株，单株自交采种。 整齐、稳定、优良系统的去劣混收，升级鉴定。 自花授粉作物系谱法选择程序亲本P1亲本P2入选群体的5-10%F3F1P1P2亲本P3亲本P2P3P2F2F4略互为姐妹系互为姐妹系互为姐妹系F5的选择标准 F5及以后世代是对数量性状选择为主的世代。首先比较系统群的

9、优劣，从优良系统群内选出优良系统混合留种，升级鉴定。 F5还未稳定的材料需继续单株选择，直至选出整齐一致的系统为止 。自花授粉作物系谱法选择程序种植规模F1：每组合3050株 F2：几百株到上千株（确定方法见后）F3：每一系统种植几十株F4：每小区种60株左右 F5：每小区种60株左右异花授粉作物杂种后代如何利用系谱法进行选择？想一想亲本P1亲本P2F2F1P1P2亲本P3亲本P4P3P4F3略F4CKF5CK异花授粉作物系谱法选择程序控制目标性状的等位基因对数目标性状表现及各自所占比例1显隐3/41/42双显（3/4）2双隐（1/4）2显隐（3/4)(1/4）隐显（3/4）(1/4）.r代表

10、控制目标性状的隐性基因对数d代表控制目标性状的显性基因对数P代表目标性状出现的概率n（3/4）n（1/4）n（1/4）r（3/4）dPF2代需种植植株数量计算若要保证具目标性状的植株至少有1株出现的几率为a，那么需种植多少F2植株设至少需种植n株，则有：种植株数目标性状出现的几率非目标性状出现的几率P 11P 2P22P(1-P) （1P）2 若要保证目标性状有1株出现的几率a，那么非目标性状出现的几率就必须1-a即： （1P）n 1-a两边取常用对数，则有 : nlg(1P) lg(1-a)又因为1P1， lg(1P)lg(1-a)/ lg(1P) CinPi(1-P) n-i+.nPn（1

11、P）n .P（1P）n-1 +（1/4）r（3/4）dP可以看成是种植 1 株杂种后代中出现目标性状的机会；B 假设目标性状由主效显隐性基因各3对控制，且不连锁，为保证有95%的机会（a=0.95）出现1株，则F2的种植株数为：Nlg(1-a)/ lg(1P)N lg(1-0.95) /lg1-(1/4)3（3/4)3N 451.39PP1P2F1F2F4F5F6F7区域试验生产试验 混 合 法 F3适用于行株距小的自花授粉作物杂交后代的选择PP1P2F1F2 单 子 传 代 法single seed descent method F6F3F4F5选优系，升级鉴定优点：1、分离世代群体大，不会

12、丢失优良的基因型；2、方法简单易行； 3. 对自花授粉作物选择效果不亚于系谱法。4、充分利用自然选择，易获得对生物有利的性状；5、可能得到育种目标以外的优良类型。缺点：1、人工选择与自然选择目标不一致的性状易丢失；2、未选择，存在许多不良基因类型；3、杂种后代要求大群体；4、高代选择工作量大；5、亲缘关系无法考证。与混合法比较：优点：1、适于株行距大的作物和保护地加代；2、F2个体繁殖机会均等，规模易控制；与系谱法比较：优点：1、减少了F3、F4分系种植和选择的工作量；2、保证了高世代选留单株较多时，仍有大量性状差异较大的纯育株系供比较选择；缺点：1、育种目标期望的性状可能丢失；2、亲缘关系无

13、法考证。二、杂交后代的培育 无性繁殖园艺植物的杂交育种程序与有性繁殖植物的不一样。前者是先培育后选择，而且选择一代即可。后者的杂种后代的培育和选择是同时进行的。1、保证杂种后代的正常发育2、培育条件与育种目标相适应3、培育条件相对一致无性繁殖园艺植物杂交后代的培育（一）童期的概念童期是指从种子萌发到实生苗具有开花潜能这一段时期。种子繁殖植物都有童期。童期的长短与决定与树种、品种的遗传性及环境条件。童期到实际成花之间还存在一个转变期。（二）缩短幼年期(童期),提早开花结果的方法back第五节 回交育种 回交的遗传效应 回交育种的应用 回交育种的方法 回交育种的概念P1F1F1P1P1P2F1P1

14、F1BC1F1BCnF1轮回亲本非轮回亲本and供体亲本有利性状多次回交后，回交后代的性状与轮回亲本基本一致轮回亲本用父本还是母本好？想一想结论：轮回亲本最初作为母本出现的，但问题例外育性育性?回交育种的概念1、增加杂种后代群体内具有轮回亲本性状个体比例回交后代群体内某种基因型出现频率符合下式：（1/2）nn 为独立基因的对数2、增强杂种后代的轮回亲本性状回交的遗传效应1、增强抗性2、转育雄性不育系3、创造新种质4、改善杂交材料的性状 回交育种的应用B 亲本选择选配的特点 回交后代的处理 回交的次数 回交育种方法1、轮回亲本综合性状优良，仅一两个性状需要改良；2、供体亲本输出性状优良，应由少数

15、基因控制；3、轮回亲本在生产上应具较长的预期寿命；4、可选同类型的其他亲本作轮回亲本，防生活力衰退；亲本选择选配的特点back回交后代的处理回交子代需种植的群体规模 回交子代所需的群体规模主要决定于轮回亲本优良性状所涉及的基因对数。因为输出性状多是少数主基因控制的，在回交子代不大的群体内就能有较多具有这种性状的个体出现。因此，每代种植100株左右，若控制输出性状的基因与不良基因连锁时，种植的株数约增至200株。回交后代的处理回交子代需种植的群体规模 回交后代的选择 从F1或每次回交后代中选择具有输出性状并具有较高轮回亲本性状的个体，直接与轮回亲本杂交。如输出性状是隐性时，就要将F1及每次回交的

16、子代先自交一次，使输出性状表现出来后，再进行选择。 回交后代的处理回交子代需种植的群体规模 回交后代的选择 自交 虽然源自轮回亲本的基因通过回交而逐渐趋于纯合，但源自非轮亲本的基因则总处于杂合状态。因此，当回交停止后应把具有综合双亲优良性状的个体进行12次自交，使源自非轮回亲本的基因也达到纯合。 back 回交的次数不存在连锁时：(11/2r)n存在连锁时：1(1C)rr为回交的世代数，n 为独立基因的对数r为回交的世代数，C 为交换价有限回交、饱和回交 远缘杂交在育种中的应用 远缘杂交的特点 远缘杂种的分离、选择和培育第四节 远缘杂交育种 远缘杂交的概念远缘杂交的概念植物学分类上物种以上单位

17、之间的杂交，如种间、属间、科间杂交称为远缘杂交。 物种的概念物种：具有一定形态和生理特征、分布在一定区域内的生物类群，是生物分类的基本单元，也是生物繁殖和进化的基本单元。 判断不同的变种或居群间差异是否成为不同物种，其界定的主要标准是：是否存在生殖隔离、能否进行相互杂交。这一标准最初是由林耐所确立的。同种的个体间可以交配产生后代，进行基因交流，从而消除群体间的遗传结构差异。不同物种的个体则不能交配或交配后不能产生有生殖力的后代，因此不能进行基因交流。隔离与物种形成隔离在生物进化尤其是新物种的形成过程中占有重要的地位。来自同一物种(遗传结构相同)的不同居群，如果形成了某种形式的隔离，居群间不能进

18、行基因交流、群体遗传结构差异逐渐增大，最终产生生殖隔离；首先形成不同亚种，最后形成不同物种。群体内或群体间即使存在遗传结构差异，如果没有隔离，随机交配将消除差异，而不会歧化形成新的物种。隔离的类型隔离一般有地理隔离(geographic isolation)、生态隔离(ecological isolation )和生殖隔离(reproduction isolation)等类型。三者均表现为无法进行相互交配。地理隔离是由于某些地理的阻碍而形成的隔离。生态隔离指由于所要求的食物、环境或其他生态条件差异而形成的隔离。生殖隔离指不能杂交或杂交后代不育而形成的隔离。地理隔离与生态隔离是条件性生殖隔离，可

19、称为交配隔离，它们可能最终导致群体间生殖隔离。在某些情况下，生殖隔离可能由遗传因素直接形成。back 远缘杂交在育种中的应用1、创造作物新类型；2、提高抗病、逆性3、改良品质；4、利用杂种优势；back 远缘杂交的特点1、杂交的不亲和性；2、杂种的不育性3、杂种的不稔性； 4、返亲现象和“剧烈分离”；1、杂交的不亲和性；概念克服方法染色体加倍注意选择选配亲本有性媒介法特殊的授粉方法混合授粉法重复授粉法射线处理法柱头移植和花柱短截法化学药剂的应用试管受精和雌蕊培养远缘杂交时表现不能结籽或结籽不正常的现象内部遗传组成外部物化条件无性媒介法远缘杂交中虽产生了受精卵，但因其与胚乳或母本生理机能不协调，在个体发育中表现出一系列不正常的发育，以致不能长成正常植株的现象2、杂种的不育性；概念克服方法胚的离体培养嫁接改善发芽和生长条件主要表现幼胚正常发育NY与胚乳和子房之间是否协调NY胚乳是否正常发育Y种子或发芽是否正常NN不能长成正常植株3、杂种的不稔性；概念克服方法主要表现染色体加倍回交法蒙导法改善营养条件延长培育世代，加强选择营养体正常开花NY能否产生有活力的配子NY能否完成正常受精N不能结籽远缘杂交后代由于生理上的不协调而不能形成生殖器