第8章 远缘杂交育种08

第八章远缘杂交育种第一节远缘杂交的概念及育种学意义一、概念：

不同种、属或亲缘关系更远的植物类型间进行的杂交，称为远缘杂交包括：种间杂交。如普通小麦×硬粒小麦，陆地棉×海岛棉，甘蓝型油莱×白菜型油莱，栽培花生×野生花生等；

属间杂交。如玉米×高梁，玉米×摩擦禾，普通小麦×山羊草或偃麦草等等。另外还有不同科、纲植物间杂交。难度大

亚种间的杂交（亚远缘杂交）。如籼稻×粳稻等。

二、育种学意义1、培育新品种和种质系

打破了种属间的界限，促进不同种属的基因渐渗和交流，把不同生物类型的独特性状结合于杂种个体中，创造出新的品种。当现有品种资源无法满足的育种目标要求时，引入异属、异种的有利基因，可培育出具有优异性状的新品种。尤其高产、优质、早熟和抗病虫抗逆境等性状的突破。普通小麦与长穗偃麦草杂交，培育出高产品种小偃麦6号，推广1000万亩以上；培育一批抗病材料如中4、中5等材料具有小麦属内没有的黄矮病新抗源龙麦10号被加拿大国家黄矮病鉴定中心列为抗病对照

第八章远缘杂交育种普通小麦小偃麦6号2、创造新作物类型导入不同种、属的染色体组，可以创造新作物类型和新的物种。野生的心叶烟草（2n=24,GG）

与普通烟草（2n=48,TTSS）F1（TSG，加倍）异源六倍体新种（2n=72,TTSSGG）小黑麦的育成：普通小麦（AABBDD）与黑麦（RR）杂交，经F1染色体加倍育成八倍体小黑麦（AABBDDRR）；硬粒小麦（AABB）与黑麦（RR）杂交，经F1染色体加倍而成六倍体小黑麦（AABBRR）；还有小麦与偃麦草合成的小偃麦；小麦与山羊草合成的小山麦；小麦与簇毛麦合成的小簇麦。

第八章远缘杂交育种第八章远缘杂交育种3、创造异染色体系远缘杂交通常引入全套的异源染色体组，因此往往带来不良性状。导入或置换某个异源染色体或染色体片段，创造异附加系、异替换系、易位系等，更好地利用异源物种的有利性状，改良现有品种。（1）异附加系：在某物种染色体组的基础上，增加数量不等的异源染色体。为非整倍体。单体附加系：附加一条外源染色体的个体。二体附加系：附加一对外源染色体的个体。双单体附加系：附加二条不同的染色体。特点：染色体数目不稳定，容易恢复到二倍体育性减退异源染色体可能伴有不良性状不能用于生产，但可用于创造异替换系和易位系普通小麦与其它很多不同属物种培育出附加系陆地棉附加系第八章远缘杂交育种附加系染色体鉴定（2）异置换系：物种的一对或几对染色体被另一物种的染色体所取代来源：由附加系（2n+1）与单体（2n-1）杂交再自交得到染色体的代换通常在部分同源染色体间进行（如普通小麦的4D与长穗偃麦草的4E）（部分同源染色体在基因剂量、位置、DNA序列有很大差异，差异程度因不同染色体而异，它们在功能上有一定补偿能力）特性：染色体数目未变细胞学和遗传学上都比相应的附加系稳定有时可在生产上直接利用（3）易位系：某物种的一段染色体与其它物种的染色体段发生交换。来源：异置换系、异附加系与栽培品种杂交、回交产生（同源染色体配对，外源染色体与对应的染色体均呈单价体，可以发生部分同源配对、交换，形成易位系）；辐射诱变、组织培养，增加染色体的遗传交换，提高易位频率特点：导入有用基因的染色体片段、排除不利基因的染色体片段细胞学和遗传学特性更稳定更平衡可直接应用于生产第八章远缘杂交育种远缘杂交、回交产生易位系第七章远缘杂交育种易位系鉴定4、诱导单倍体远缘花粉诱导孤雌生殖远缘花粉在异种母本上常不能正常受精，但有时能刺激母本的卵细胞自行分裂，诱导孤雌生殖，产生母本单倍体。远缘杂种产生单倍体亲缘关系较远的两个亲本因细胞分裂周期不同等原因，其杂种会排除亲本之一的染色体，产生单倍体植株。如普通大麦与球茎大麦杂交F1，其球茎大麦的染色体消减而得到大麦单倍体。通过远缘杂交己在许多物种中成功地诱导出孤雌生殖的单倍体。所以，远缘杂交也是倍性育种的重要手段之一。

第八章远缘杂交育种5、利用杂种优势：（1）利用远缘物种的细胞质差异发掘细胞质雄性不育系细胞质不育与核恢复基因相伴而存，因此无法在表型上识别。通过远缘、亚远缘杂交、回交可以将细胞质不育与核不育结合在一起，获得核质互作雄性不育。如高梁不育系3197A，小麦T型不育系，水稻的“野败”和棉花哈克尼西胞质雄性不育系等，都是通过这种方法育成的。（2）远缘、亚远缘杂交也可直接利用其杂种优势如水稻的籼粳杂交和棉花的陆海杂交等。

（3）体细胞杂交产生核质杂种两个不同亲本的原生质体融合形成异核体，异核体再生出细胞壁，在有丝分裂过程中发生核融合（体细胞杂交）体细胞杂交可以克服有性杂交的远缘隔阂，还可以鉴定分离出核质杂种。核质杂种（质核来自不同物种），其基因之间的互作以及核质之间的互作均可产生一定的优势。这种“双重杂种优势”，可能是获得高产、优质新品种的一种新途径。

第八章远缘杂交育种6、研究生物的亲缘关系和进化许多物种是通过天然的远缘杂交演化而来的如普通小麦（由二粒小麦与山羊草）可根据远缘杂交的可交配性、细胞遗传学（染色体配对）、DNA同源性、性状互补程度等方面的研究，可判断物种的进化和确定物种间的亲缘关系，有助于进一步阐明某些物种或类型形成与演变的规律。

第八章远缘杂交育种第二节远缘杂交的困难及其克服方法一、杂交不亲和性及其克服方法1、现象：远缘杂交常出现花粉不萌发、花粉管不能伸入柱头、花粉管生长缓慢或破裂、花粉管不能达到子房、雌雄配子不能结合形成合子，合子胚不发育，幼胚死亡等。2、远缘杂交不亲和性的原因

（1）

双亲受精因素的差异

生理差异：双亲遗传差异大表现出生理差异：柱头呼吸酶活性、pH值、柱头分泌的生理活性物质、花粉和柱头渗透压差异等生理、生化状况的不同，可阻止外来花粉的萌发、花粉管的生长和受精作用。第八章远缘杂交育种花器结构差异：亚洲棉（短柱头）×雷蒙德氏棉（长柱头），花粉萌发、花粉管的伸长和受精作用均较正常；但反交时，父本花粉萌发，但花粉管很难达到子房。（2）双亲基因的差异

控制可交配性基因：小麦在5B和5A染色体上分别载有显性的Kr1和Kr2基因，可阻止小麦与黑麦、小麦与球茎大麦的可交配性（crossability）。但“中国春”小麦的这二个位点上，分别载有隐性的等位基因kr1和kr2，因而易于与黑麦和球茎大麦杂交。基因互补的致死基因：戴维逊氏棉与所有异源四倍体种杂交时，即使应用组织培养技术也未成功。其主要原因是戴维逊氏棉具有Le2dav致死基因，而异源四倍体种具有Le1、Le2基因，当Le1与Le2dav互补时，就可使棉苗致死。第八章远缘杂交育种3、克服远缘杂交不亲和性的方法（1）亲本选择与组配广泛测交与正反交筛选以栽培种为母本

以染色体数目多的物种作母本如小麦（2n=42)与黑麦(2n=14)甘蓝型油菜（2n=38）与白菜型油菜（2n＝20）杂种为母本（2）染色体预先加倍法：染色体数目少的亲本人工加倍（3）桥梁（媒介）法（4）特殊的授粉方法：混合授粉、重复授粉、提前或延迟授粉、射线处理（5）外源激素处理，调节雌、雄性器官生理状态（如生长素、GA、维生素）（6）柱头手术和子房受精：如雷蒙德氏棉（7）植物组织培养：试管受精、体细胞融合第八章远缘杂交育种第七章远缘杂交育种二粒小麦小伞山羊草非二粒小麦染色体似二粒小麦染色体中国春小麦普通小麦-二粒小伞山羊草杂种连续回交带小伞山羊草一条染色体的附加系X-射线带小伞山羊草抗叶锈基因的中国春小麦小麦-小伞山羊草单基因置换二粒小麦染色体小伞山羊草图8-2小麦抗叶锈病基因的转育示意图桥梁法远缘杂交桥梁体细胞融合培育远缘杂种

二、杂种夭亡、不育及其克服方法

1、杂种夭亡和不育的表现

即使雌雄配子结合，完成受精形成合子，但合子往往不能进一步发育成正常、完整的胚，后代不能完成正常的生活史，即杂种的夭亡。具体表现：不正常、不完整的胚和种子（1）幼胚不能发育或中途停止发育；（2）幼胚畸形、不完整；（3）没有胚乳或极少胚乳，不能给胚提供营养；（4）胚和胚乳间形成离层，妨碍了营养物质从胚乳进入胚；杂种夭亡（5）胚和母体不协调，形成皱缩的种子，不能发芽或发芽后死亡；不正常的后代

（1）

F1不同发育时期出现生育停滞或死亡；（2）生育失调，营养体虽生长繁茂，但不能形成生殖器官；（3）F1植株的生殖器官异常，不能产生有活力雌、雄配子。杂种不育第八章远缘杂交育种2、杂种夭亡、不育的原因：（1）

核质互作不平衡

细胞质的遗传物质，远缘杂种核质不协调，可能引起雄性不育或影响杂种后代生长发育。（2）

染色体不平衡

双亲的染色体组、染色体数目、结构、性质等的差异，在减数分裂时不能同源染色体配对、分离，不能形成有正常功能的配子。如普通小麦（AABBDD，n＝21）和二粒系小麦（AABB，n＝14）杂交（3）基因不平衡

部分同源染色体之间所携带的基因或基因剂量的差异，影响个体生长发育所需物质的合成；异源DNA降解（4）

组织不协调

胚、胚乳与母体组织（珠心、珠被等）间的生理代谢失调或发育不良，导致胚乳败育及杂种幼胚夭亡。第八章远缘杂