雄性不育与杂种优势

第十一章雄性不育及其杂种品种的选育

雄性不育是指雄性性器官发育不良，失去生殖功能，导致不育的特性。第一节雄性不育的遗传

1核质互作雄性不育性：

(1)

*不育类型：S（msms）；

*可育类型：S(MsMs)；S(Msms)；

N(MsMs)；N(Msms)；N(msms)；

*“三系”及其遗传模式：不育系、保持系、恢复系

一、植物雄性不育类型三系的概念

雄性不育系：具有雄性不育特征的品种或自交系。S（msms）雄性不育保持系：用来给不育系授粉使后代保持雄性不育特性的类型。N(msms)雄性不育恢复系：具有恢复不育系育性能力的类型。S(MsMs)；N(MsMs)对三系的要求：

不育系的不育度要达100%，且不育性稳定；不育性易于恢复，不育细胞质没不良影响；恢复系的恢复力要高，恢复性要稳定，配合力也要高。(2)多种质核基因对应的遗传

细胞质中存在多个可育基因N1,N2,N3...Nn,它们不育性的变异对应为：N1S1,N2S2,N3S3,NnSn,在核内染色体上相对的不育基因分别为：r1,r2,r3...rn;其可育基因则相对应为r1R1,r2R2,r3R3,rnRn,核内的育性基因总是与细胞质的育性基因发生对应互作。(3)孢子体不育和配子体不育

按照雄性不育花粉败育发生的过程，可以分为：

1)、孢子体不育

花粉育性的表现由孢子体的基因型控制，当母本基因型为S(rr)时，花粉全部败育。

2)、配子体不育

花粉的育性受配子体本身基因型控制。

2细胞核雄性不育性：含义：它的不育是受细胞核雄性不育基因控制，与细胞质无关，其雄性器官没有生殖能力，甚至没有花粉，但其雌性器官一般是正常的，并可通过异交而结实，它即找不到保持系，也无所谓恢复系。类型：单隐性基因、双隐性基因、单显性基因和双显性基因控制的不育、光温敏不育、基因工程不育第二节雄性不育的生物学特性

一、形态特征

雄性不育植株在外部形态与正常植株极为相似，但在开花后，其花丝畸形，花药色浅、瘦小、干瘪，内无正常花粉。在适宜的条件下，不能散粉。二、细胞学特征根据败育时期可以划分为3种类型：无花粉型单核败育型双核败育型

主要表现在花粉败育特征和花药组织结构异常两方面（一）花粉败育特征（二）花药异常1、绒毡层细胞异常

过度生长，形成绒毡层周缘质团，不解体液泡化等2、中间层细胞异常

径向增厚、液泡化3、花粉壁结构异常

花粉囊发育不良，花药壁下陷皱缩，药室合并三、生理生化特征（一）物质运输和代谢（二）能量代谢

花药中的ATP含量与育性密切相关，可育株花药的ATP含量比不育株高数倍，而且影响ATP分解反应和转换速率的ATP酶其活性也比不育株大。（三）蛋白质

不育系花药蛋白质含量显著低于可育系。（四）氨基酸含量

与花粉败育关系密切的氨基酸是脯氨酸。随着花粉败育进程的继续，花药内的游离脯氨酸含量不断下降。（五）酶的活性

三系中不育系的过氧化物酶活性最高，而碱性磷酸酶、酸性磷酸酶、ATP酶、细胞色素氧化酶等活性最弱。（六）内源激素

不育花药中的IAA氧化酶和过氧化物酶的活性随不育度的加深而提高，使IAA含量下降。第三节核质互作雄性不育杂种品种的选育一、不育系的来源及选育

核代换法(种间杂交或类型间）回交转育法（品种间）测交筛选法从自然变异中选择雄性不育株从人工诱变后代中选择雄性不育突变体♀西非高梁

×

♂南非高梁迈罗S（RfRf）卡佛尔N（rfrf）F1可育S（Rfrf）自交

F2S（RfRf），S（Rfrf），3可育：1不育

BC1

S（rfrf）（大部分不育）

BC2

×

卡佛尔

S（rfrf）N（rfrf）（99%不育）

BC4或BC5

卡佛尔

3197A不育系3197B保持系

S（rfrf）N（rfrf）核代换法(种间杂交或类型间）选育不育系卡佛尔N（rfrf）×S（rfrf）卡佛尔N（rfrf）

×♀3197A×马丁迈罗♂F1×马丁迈罗BC1×马丁迈罗BC2×马丁迈罗BC3，4×马丁迈罗不育不育不育回交4—5代原新一号原新一号不育系保持系回交转育法培育不育系二、不育系恢复系的来源

杂交选育法（恢复系X恢复系，恢复系X品种，恢复系X不育系）

人工诱变法：利用辐射和药剂等方法处理作物，从处理后代中选育恢复系

测交筛选法回交转育法回交转育培育新恢复系程序不育系×

恢复系（恢复性强，配合力差）S（rfrf）N（RfRf）单交F1（可育）×甲品种（配合力强，恢复性差）

S（Rfrf）N（rfrf）

杂种S（rfrf），S（Rfrf）×甲品种（不育淘汰）（可育）N（rfrf）

BC1S（rfrf），S（Rfrf）×

甲品种（不育淘汰）（可育）N（rfrf）

BC2S（rfrf），S（Rfrf）×

甲品种（不育淘汰）（可育）N（rfrf）

BC3S（rfrf），S（Rfrf）（不育淘汰）（可育）S（rfrf），S（Rfrf），S（RfRf）¼不育（淘汰）2/4可育¼可育育性分离（3：1）整行可育（新恢复系）三、利用三系制种方法不育系S（rfrf）保持系N（rfrf）X不育系S（rfrf）不育系S（rfrf）X恢复系N（RfRf）S（RfRf）恢复系N（RfRf）S（RfRf）杂交种S（RfRf）隔离区1隔离区2母本母本父本父本保持系N（rfrf）第四节、核雄性不育杂种品种的选育一、核不育种质的获得及鉴定

获得核雄性不育种质的途径一般为自然突变和远缘杂交鉴定方法：用正常的植株与其杂交，根据后代的分离状况来判定。二、光温敏核不育杂种品种的选育（一）光温敏雄性不育系的选育程序

杂交转育或其他途径获得F1种子种植F1获得F2种子光温不育条件下种F2大群体选择优良不育株光温可育条件下再生选结实好的获F3种子光温不育条件下种F3株系选符合目标的不育株系于不育株光温可育条件下再生选结实好的可育株系及单株获F4种子新不育系（二）、光温敏核不育利用

SSS×R(恢复系)

光温诱导可育光温诱导不育（可育）（不育）自交S(繁殖)F1(制种）三、核基因不育杂种优势利用（一）高不育系的选育和利用

高不育系是指由少量自交结实的不育系。1、高不育的选育

采用理化处理、远缘杂交、大田寻找等。2、恢复系的选育

具备显性标记性状的优良品种3、高不育系的生产利用高不育系×恢复系第一季自交和异交混合种子有标志无标志杂交苗用于