杂交与倍性育种

杂交与倍性育种第一页，共七十四页，编辑于2023年，星期三提要杂交育种是创造新的遗传型的育种方式，在林木育种中应用较普遍。杂种优势的遗传学理论以“显性学说”和“超显性学说”较为认可。杂交方式取决于于育种目标和亲本特性，杂交组合和亲本植株的选择影响杂交育种效果。获得杂交种子仅是杂交育种的开始，还要经过培育、鉴定和选择，最后才能选育出优良新品种。林木多倍体育种在杨树、刺槐、桑树等树种上已取得成效。多倍体诱导有体细胞染色体加倍、不同倍性体间杂交、利用天然或人工未减数配子杂交、胚乳培养与细胞融合等途径。第二页，共七十四页，编辑于2023年，星期三5.1杂种优势5.1.1杂交育种的有关概念杂交（Hybridization）：不同基因型个体间的交配。(不同树种或同一树种不同种源、家系、无性系间的交配.

)

通过生殖细胞相互融合的过程称为有性杂交；体细胞相互融合的过程称为体细胞杂交杂种（Hybrid）：杂交产生的后代。第三页，共七十四页，编辑于2023年，星期三远缘杂交：不同种属间的交配称为远缘杂交，所得个体称远缘杂种。属间、种间、亚种间各体的交配。近缘杂交：种内小种间、类型间、品种间的杂交。第四页，共七十四页，编辑于2023年，星期三近交（Inbreeding）：亲缘关系极近的个体间杂交称为近亲交配或近交。例如自交，全同胞个体之间，半同胞个体之间杂交，孤立种群成员之间的杂交。自交（Selfing）：同一个体或同一无性系的不同个体间交配称为自交。异交（Outbreeding）：除自交之外的一切交配，不论亲体双方的基因型有无差异都属于异交。第五页，共七十四页，编辑于2023年，星期三杂交育种（Hybridizationbreeding）：以基因型不同的个体（种间、品种间、类型间等）进行交配或结合形成杂种，通过培育选择，获得新品种的过程。杂种优势:指两个遗传型不同的亲本杂交所产生的杂种一代在生长势、生活力、繁殖力、抗逆性、产量和品质等方面比双亲优异的现象

第六页，共七十四页，编辑于2023年，星期三5.1.2杂种优势的遗传学解释1.显性假说（dominancetheory）

显性假说认为显性基因（dominantgene）对生长有利或效应较大，隐性基因（recessivegene）对生长有害或效应较弱。杂交使亲本一方的某些有利的显性基因掩盖了另一方不利的隐性基因，从而使杂种获得多于双亲任何一方的显性基因，因而表现出杂种优势。杂种优势来源于等位基因间的显性效应和非等位基因间互作效应的累加作用。第七页，共七十四页，编辑于2023年，星期三假如，两个亲本控制某一数量性状的基因型分别为AABBccdd和aabbCCDD，F1的基因型及表现型图示如下：PAABBccdd×aabbCCDD1210436586等位基因显性效应值

2925非等位基因累计效应值↓F1AaBbCcDd假设完全显性12+10+8+6=36

无显性(12+6+10+5+4+8+3+6)÷2=27

（双亲平均值）不完全显性27<F1<36第八页，共七十四页，编辑于2023年，星期三2.超显性假说超显性假说认为:等位基因之间的关系不仅是显隐性关系，而是互作关系。由于等位基因之间产生互作效应，杂合体Aa比纯合体AA或aa在生长和适应性都有优势。关于超显性产生的原因，有人认为是由于两个等位基因分别产生不同的产物，或控制不同的反应，杂合体（heterozygote）存在两种基因，能同时产生两种产物，或控制两种反应，具有超过双亲的功能。第九页，共七十四页，编辑于2023年，星期三前提是：等位基因间没有显隐性关系杂合等位基因相互作用大于纯合等位基因的作用同时存在非等位基因之间互作Aa＞AA或aa，Bb＞BB或bbPa1a1b1b1c1c1D1D1×a2a2b2b2c2c2D2D2

（1111=4）（1111=4）

F1a1a2b1b2c1c2D1D2

（2222=8）等位基因的互作效应因不同基因不同性状而差异第十页，共七十四页，编辑于2023年，星期三5.1.2杂种优势度量方法评价杂种优势的强弱，比较常用的有超中亲值法和超优亲值法两种。1、超中亲值法：这是以某个性状双亲平均值为标准的计算方法。第十一页，共七十四页，编辑于2023年，星期三2、超优亲值法：这是以双亲中最优亲本表型值为标准计算杂种优势度量值的方法。第十二页，共七十四页，编辑于2023年，星期三基因渐渗（Introgression）：是指一个种的遗传物质通过杂交与反复回交穿越种间障碍转入到另一个物种内的现象,又称渐渗杂交（Introgressivehybridization）。渐渗的三个阶段：即开始形成杂种；杂种和亲本树种的一方或双方进行回交；通过自然选择，有利重组类型出现。杂种群：由两个种及其杂种与衍生杂种组成的群体5.2.1天然杂种5.2天然杂种与人工杂种第十三页，共七十四页，编辑于2023年，星期三树种种质渐渗示意图

第十四页，共七十四页，编辑于2023年，星期三南京地区的黄松，是黑松和马尾松的天然杂种；高山松是油松与云南松的天然杂种；黄山松与马尾松也存在基因渐渗。渐渗的证实：群体中察觉渐渗，首先要证实两点:一是杂交和回交确已发生；二是和杂交区以外的亲本树相比，变异性增加了，而这种变异性的增加是由于杂交，而不是由于强度选择。第十五页，共七十四页，编辑于2023年，星期三第十六页，共七十四页，编辑于2023年，星期三天然杂种常出现在两个种的接壤地带和地理紊乱地区如山地或火山地区，这些地区在短距离内环境变化很大，因此为种的混杂和杂种的建立提供了机会。在天然群体中判断两个种是不是发生杂交,往往会有严重失误，判定时最主要的是了解亲本种的变异范围.第十七页，共七十四页，编辑于2023年，星期三推定天然杂种的方法已有很多报道。最基本的方法是Anderson的“杂种指数”法，还有Smouse和Saylar(1973)的规范分析方法以及Namkoong（1963）的复杂的统计分类方法。林木中大多数杂种的识别是靠形态和解剖特征；现在更多利用同工酶标记及分子标记等。第十八页，共七十四页，编辑于2023年，星期三桉树、柳树、杨树能迅速利用无性繁殖推广自然杂种，如欧美杨；作为育种材料中的变异来源；在物种的形成与物种进化过程中起了很重要的作用。天然杂种在林木改良中的价值：第十九页，共七十四页，编辑于2023年，星期三2000BC，第一次报道枣椰子(Phoenixdactylifera)人工授粉；我国，宋代，范成大《范村梅谱》梅花品种杂交；18世纪，欧洲，观赏植物杂交育种；20世纪，杂种优势利用。林木中，杨，柳，松，落叶松，杉，桉，经济林果等。5.2.2人工杂种第二十页，共七十四页，编辑于2023年，星期三1.杨属我国的林木杂交育种是以杨树为起点的。到了70年代，全国已培育出一批速生、优质、抗病的杨树新杂种及其优良无性系，如以钻天杨为亲本之一的北京杨、群众杨和合作杨等杨树杂交品种。1982年开展了以黑杨派杨树为中心的杂交育种工作，选育出中林46号杨、中林“三北”1号杨、南林－80121号杨等无性系。辽育1号杨（P.Liaohenica×P.xiaozuanica‘Anshan’）第二十一页，共七十四页，编辑于2023年，星期三2.桉属桉属包括700余种和变种，遗传基础极为广泛，种间杂交产生杂种优势的潜力巨大。我国桉树杂交育种始于60年代，中国林业科学研究院热带林业研究所于1985年开展桉属树种、种源和家系试验，引进了63个树种的258个种源和572个半同胞家系。在此基础上，开展杂交育种。尾巨桉第二十二页，共七十四页，编辑于2023年，星期三3.松属上世纪20～50年代松属杂交研究较热。我国于上世纪60年代开展松属杂交育种工作。自1961年起，南京林业大学在油松和南方松各派间做了约30个杂交组合。湿地松×加勒比松第二十三页，共七十四页，编辑于2023年，星期三4.落叶松我国于70年代初开展了落叶松杂交工作。东北林业大学、中国科学院林业土壤研究所、和黑龙江林业科学研究院先后得到了日本落叶松和兴安落叶松正反交、日本落叶松×长白落叶松等杂种。日本落叶松第二十四页，共七十四页，编辑于2023年，星期三杂种马褂木是叶培忠教授于1963年首次以鹅掌楸属的中国马褂木和北美鹅掌楸为亲本育成的种间杂种。东方杉也是叶教授的作品东方杉-树木中的“狮虎兽”此外，我国在泡桐、榆、柳、刺槐、鹅掌楸、银杏等树种中作了不少的杂交育种工作。杂种马褂木：中国马褂木×北美鹅掌楸第二十五页，共七十四页，编辑于2023年，星期三5.3.1杂交方式单交：A×B北京杨：(钻天杨×青杨)

回交：(A×B)×B或(A×B)×A(毛白杨×新疆杨)×毛白杨3。复交：三交：(A×B)×C，南林杨：(河北杨×毛白杨)×响叶杨双交：(A×B)×(C×D)(毛白杨×新疆扬)×(银白杨×灰杨)

多父本混合授粉：A×(B+C+D+…)

群众杨：小叶杨×(钻天杨+旱柳)5.3杂交方式与亲本选择第二十六页，共七十四页，编辑于2023年，星期三5.3.2.1杂交组合的选配原则根据育种目标选择亲本；选择地理起源、生态类型差异较大的种源或亲缘关系较远的

优缺点互补；地理相距远，生态习性差异大；性状的遗传力大；亲本配合力高。5.3.2杂交亲本的选择和选配第二十七页，共七十四页，编辑于2023年，星期三5.3.2.2杂交亲本植株的选择选择综合性状优良的个体作母本;树木通直、圆满，尖削度小，树冠完整较窄，枝叶茂盛，生长快，材质优良；分枝角度小，自然整枝好;抗性好，生长健壮，无病虫危害；达到正常开花结实年龄；育种性状典型对于扦插繁殖的树种，要求亲本植株的插条容易生根。第二十八页，共七十四页，编辑于2023年，星期三5.4杂交技术始花树龄花器构造单性花：雌雄同株异花（松树），雌雄异株（银杏、杨柳树）两性花：雌雄同花（刺槐、榆树）3.传粉：虫媒/风媒，花粉结构，传播距离，主风方向4.受精：自花/异花5.4.1.开花与生殖习性第二十九页，共七十四页，编辑于2023年，星期三鹅掌楸第三十页，共七十四页，编辑于2023年，星期三思茅松雄花第三十一页，共七十四页，编辑于2023年，星期三思茅松雌花第三十二页，共七十四页，编辑于2023年，星期三5.4.2花粉技术1.花期调整：光敏，温敏2.花粉收集：适时采粉，合理收集树上收集（量多质轻，松树）；采集花枝收集（杨柳榆等）3.花粉贮藏：低温、干燥、黑暗贮藏花粉；第三十三页，共七十四页，编辑于2023年，星期三

第三十四页，共七十四页，编辑于2023年，星期三

4.花粉生命力测定

（1）直接授粉法

（2）染色法

（3）培养基法

第三十五页，共七十四页，编辑于2023年，星期三A.杂交前准备。

（1）制订杂交技术：包括育种目标，亲本选配，杂交任务，操作规程等

（2）熟悉花器构造和开花习性；

（3）准备杂交用具：镊子，授粉器，隔离袋等5.3.4杂交技术(控制授粉技术)第三十六页，共七十四页，编辑于2023年，星期三去雄：防止自交。套袋隔离：授粉：掌握可授期。标记：不能混淆；摘袋：透气透水，光照；管理：水肥，病虫害，动物，人。B.树上杂交（适用于松、杉、落叶松等开花结实过程长的树种）第三十七页，共七十四页，编辑于2023年，星期三树上杂交第三十八页，共七十四页，编辑于2023年，星期三Now,TopGraftingisdonebyleavingmuchfoliagefromtheoldramettohelpthenewgraftstogrow.第三十九页，共七十四页，编辑于2023年，星期三Promotionofflowering–injectionGA4/7controltemperature&soilmoisture第四十页，共七十四页，编辑于2023年，星期三PromotionfloweringinDenmark

第四十一页，共七十四页，编辑于2023年，星期三第四十二页，共七十四页，编辑于2023年，星期三第四十三页，共七十四页，编辑于2023年，星期三第四十四页，共七十四页，编辑于2023年，星期三第四十五页，共七十四页，编辑于2023年，星期三第四十六页，共七十四页，编辑于2023年，星期三第四十七页，共七十四页，编辑于2023年，星期三第四十八页，共七十四页，编辑于2023年，星期三第四十九页，共七十四页，编辑于2023年，星期三第五十页，共七十四页，编辑于2023年，星期三第五十一页，共七十四页，编辑于2023年，星期三

第五十二页，共七十四页，编辑于2023年，星期三第五十三页，共七十四页，编辑于2023年，星期三C.室内切枝杂交（适用于杨、柳、榆等开花结实过程短的树种）花枝采集与修剪水培和管理去雄与隔离授粉去袋与果实发育期的管理种子采摘第五十四页，共七十四页，编辑于2023年，星期三第五十五页，共七十四页，编辑于2023年，星期三5.6克服远缘杂交不亲和性的方法5.6.1杂交不亲和性（Incompatibility）（1）杂交不亲和性：是指亲缘关系较远的物种，在漫长的进化过程中，形成了各种生殖隔离机制。（2）主要表现：父本花粉不能在母本柱头上萌发；花粉管生长缓慢，或花粉管太短，不能到达胚囊；花粉管虽然到达胚囊，但受精不正常；胚停止发育、落果等。第五十六页，共七十四页，编辑于2023年，星期三5.6.2克服远源杂交不亲和性的方法正确选择亲本和杂交组合桥梁亲本（中介亲本法）移植父本柱头或喷父本柱头液特殊授粉方法：蒙导花粉（没有生活力的亲和性花粉）授粉；混合花粉授粉；重复授粉；提前或延迟授粉预先无性系渐进法：两个不易杂交的树种嫁接，砧木与接穗营养物质互相同化，生理上逐渐接近，然后进行杂交。第五十七页，共七十四页，编辑于2023年，星期三（1）概念：是指远缘杂交所得种子不能发芽或幼苗夭折，一些杂种虽能成活，但不能开花结实，或虽能开花结实，但配子败育，不能繁衍后代。（2）杂种不育的克服方法胚培养杂种染色体加倍杂种回交2杂种不育（Sterility）及其克服第五十八页，共七十四页，编辑于2023年，星期三5.7杂种的测定、选择和推广通过杂交得到杂种种子，这是杂交育种的开端，而不是结束；杂种种子必须进行一步培育，杂种苗木还要经过多次的选择淘汰，最后才能实现杂交育种的目的；杂种F1在培育过程中必须进行选择第五十九页，共七十四页，编辑于2023年，星期三5.7.1杂种苗的培育

杂种种子的育苗同常规育苗。应特别仔细。由于种子数量少，要尽可能获得最多杂种苗。对小粒种子，如杨、柳、泡桐等可在温室盆播，幼苗移至杂种圃；松类可再用营养钵育苗。要保证培育条件的一致性，以客观评定和选择。防止混淆，做好挂牌、观测、登记等工作。第六十页，共七十四页，编辑于2023年，星期三第六十一页，共七十四页，编辑于2023年，星期三5.7.2杂种的测定和选择插条繁殖为主的树种：杂种苗初选→杂种无性系繁殖和测定→杂种无性系初选→区域造林测定→决选优良杂种无性系。种子繁殖的树种：杂种家系与亲本种子代的对比试验→杂种家系和优良杂交亲本组合初选→区域化试验→决选优良杂种家系和优良杂交亲本组合。第六十二页，共七十四页，编辑于2023年，星期三意大利的欧美杨育种程序

第六十三页，共七十四页，编辑于2023年，星期三5.7.3杂交品种的繁殖、推广和命名5.7.3.1杂交品种的繁殖与推广（1）对主要依靠种子繁殖的树种：利用具有杂种优势的亲本建立杂种种子园;利用杂种第一代衍生的各种种子：如F1自交或F1与亲本回交获得的种子。第六十四页，共七十四页，编辑于2023年，星期三（2）对幼龄能无性繁殖的杂种：建立幼龄杂种采穗圃，生产扦插苗，如松、云杉、落叶松等。应用微体繁殖技术（体细胞胚胎发生）生产微繁苗，如辐射松等（3）对于容易无性繁殖的树种：如杨树、桉树等，目前主要用扦插繁殖第六十五页，共七十四页，编辑于2023年，星期三5.7.3.2杂种的命名对自然杂种，常在属名后加杂交符号“×”，如Populus×canadensis（加拿大杨）写出杂交组合，母本在前，父本在后，如Pinusrigida

×P.taeda（刚松×火炬松）用品种名称，如Populuseuramericana

cv.I-214（欧美杨I-214）第六十六页，共七十四页，编辑于2023年，星期三5.8多倍体育种1、多倍体育种的意义(1）多倍体的细胞巨大性使林木纤维长度增大，单位材积的纤维细胞数以及细胞表面积减小，木质素等含量降低。(3)多倍体植物一般生活力强，对环境适应性亦强，抗旱、抗寒以及抗病虫害等优势明显。(2)多倍体的基因剂量倍增，从而使植物的一些生理生化过程加强，新陈代谢旺盛，其体内的某些生化成分的含量也相应提高。如粗蛋白、橡胶以及黄酮等，从而提高经济林木的利用价值，降低生产成本。多倍体（polyploid)是指细胞核含有3套以上染色体组的个体。第六十七页，共七十四页，编辑于2023年，星期三2、多倍体诱导途径⑷胚乳培养与细胞融合在大多数被子植物中，一个精核与两个极核融合完成双受精过程，从而产生三倍性的胚乳，因此通过某一树种的胚乳培养也可以获得三倍体植株。细胞融合能够获得同源或异源多倍体以及双二倍体，可以说是克服植物远缘杂交障碍、创造多倍体的又一条新途径。⑶未减数配子杂交：利用天然2n花粉直接培育多倍体；人工诱导配子染色体加倍是林木多倍体诱导最快捷的途径。⑵不同倍性体间杂交：当一树种中存在可育的不同倍性体时，利用不同倍性体杂交是获取新的异源或同源多倍体最为简捷而有效的途径。⑴体细胞染色体加倍：机械损伤、高温和低温、辐射、化学试剂等理化处理方法均可获得体细胞多倍体。第六十八页，共七十四页，编辑于2023年，星期三3、染色体加倍方法⑴化学诱导

化学诱导法是指利用生物激素等某些化学试剂处理分裂中的植物器官、组织甚至细胞，从而诱导细胞染色体加倍的方法。染色体化学加倍选用秋水仙碱、萘嵌戊烷（C12H10)、有机杀菌剂富民隆、氧化亚氮(N20)等也常被使用。染色体加倍时应根据育种目标选择适宜的处理