三系法与二系法杂交育种方法的比较

三系法与二系法杂交育种方法的比较陈玉芹【摘要】对三系法和二系法杂交育种进行了比较，结果表明，三系法是一种行之有效的传统育种方法，但它必须要三系（不育系,保持系，恢复系）配套，增加了育种的时间和资金;而二系法选用光敏核不育系的自交不育系做母本，用加显性标记基因的恢复系作父本,省去了繁殖保持系的工作，同时，这种不育系会因光照长度或温度高低（或两者兼有）而在可育与不育之间互相转换而这些条件都可以人为控制，这既保证了杂种优势的利用，又节省了资金,是一种具有广阔前景的育种方法.【期刊名称】《唐山师范学院学报》【年（卷），期】2001（023）005【总页数】3页（P12-14）【关键词】三系法;二系法;杂交育种;光敏核不育系【作者】陈玉芹【作者单位】唐山师范学院，生物科学技术系，河北，唐山,063000【正文语种】中文［中图分类】Q32由于人口增加，环境污染，土地贫瘠造成可耕地面积不断缩小，原材料逐渐减少，在农业上，大幅度提高粮食产量，保证充足的粮食供应，改善人们的物质营养，是21世纪人类需要解决的最重要的问题之一。中国是一个人口大国，又是农业古国，现在她以仅占全球7%的耕地解决了占世界22%的人口吃、穿问题而瞩目于世界。在这项工作中特别应该提到的是被称为〃杂交水稻之父”的袁隆平教授，他是世界上第一个成功地利用水稻杂交优势的人。他使过去亩产只有300多公斤的水稻产量增加到500多公斤。而他现在正在培育的超级杂交水稻将把亩产进一步提高到800多公斤。袁隆平教授利用三系法培育出高产、优质的水稻品种，使得杂种优势得以充分发挥出来。现在他研究的超级水稻将采用二系法配制优良种子，充分发挥杂种优势作用。那么〃三系法”与’二系法”杂交育种有什么异同呢？当前杂种优势的利用几乎都是通过三系配套实现的。所谓三系，即不育系、保持系和恢复系。不育系严格的讲是指雌雄同株的植物，不能形成花粉或仅能形成败育的无生活力的花粉，但雌蕊发育正常，能接受外来花粉受精结实，由这种雄性不育性植株组成的群体（品种或品系），即雄性不育系。又根据不育性能否遗传把雄性不育分为两种：可遗传的雄性不育和不能遗传的雄性不育。可遗传的雄性不育是指由于遗传因子决定的雄性不育，这种雄性不育性可以遗传给后代，在育种上可以连续使用。目前生产上广泛应用的杂交种绝大多数是以这类雄性不育类型为母本配制的。不能遗传的雄性不育是指那些由于生理上因素如高温、干旱或化学药剂处理以及某些强烈的辐射处理而导致的雄性不育。这种雄性不育性不能遗传给后代，因此在育种上不能连续使用。不育系是三系配套的基础，不育材料可以在自然群体中寻找，也可以通过远缘杂交，人工诱变等方法获得，然后通过转育等方法育出优良不育系。传统的育种方法是在有了不育系后，还要选择能够保持不育性世代相传的保持系。保持系是指雌、雄蕊都正常，以此作父本与不育系杂交，所得后代的育性和母本不育性一样，也不能产生功能性花粉，但雌蕊仍正常。换言之，即将母本的不育特性保持下来，保持系便因此得名。保持系的作用在于为不育系提供正常的但在遗传上具有雄性不育基因的花粉，以便保持不育系的稳定性。恢复系本身也是雌雄蕊都正常，杂交时具有使不育系恢复育性的特性，是制种时给不育系提供花粉生产杂交种的父本。恢复系可从原有的品种中筛选，也可以有目的地通过有性杂交选育而成。近年来随着分子生物学的飞速发展，对三系的遗传基础认识更深刻，比较普遍认同的解释是：［1］雄性不育性是由细胞核和细胞质共同作用的结果。核中有不育基因（r）与育性恢复基因（R）之分，细胞质有不育因子（s）和可育因子（N）之分。当控制育性这一性状的基因组成为rr（s）时，就表现雄性不育；如果为rr（N）时就表现出保持系的特点；而作为生产运用的恢复系，要求它与不育系杂交的子代（即杂种一代）育性100%得到恢复，因此该恢复的育性基因组成应是RR（N）或RR（s）。三系配套后，就可用不育系作母本和保持系种在一起，建立雄性不育繁殖区，生产雄性不育系和保持系的种子。与此同时，把不育系和恢复系种在一起，建立杂种优势种子区，由恢复系提供花粉，生产出能育的优势强的杂交种子，应用于大面积生产。三系制种图见图1。综上所述，三系法杂种优势利用的基础关键在于其雄性不育性是由细胞核和细胞质共同控制的，参与控制的核基因数目不定，少的一二对，多的由三对以上基因共同参与，但这众多的基因是如何在分子水平上相互协同作用，还有待于进一步探索，但用三系法所取得的杂种优势是有目共睹的。这是一种不用保持系的雄性不育系利用法。一般认为这是核不育类型的运用方法。最近10年来，科学工作者在水稻中培育出光周期敏感核不育品系。其主要特点在于雄性不育性是单纯由核基因弓I起的，并且这种育性会因光照长度或温度高低（或两者兼有）而在可育与不育之间相互转换，即它在长日照条件下表现为雄性不育，而在短日照条件下则表现为可育。因此，利用这一特性，可以在杂交育种中建立一套新的制种程序——二系法。即光敏核不育系，在长日照条件下栽培作母本，恢复系作父本，配制杂交种子；而在短日照条件下，光敏核不育系自交繁殖生产下一年制种所需母本种子。这样利用杂种优势时就可以不再需要保持系，由此可以节省大量人力和物力。这方面工作我国的很多农科院所已有先例，具体作法是：用光敏核不育系的自交不育系作母本，用加显性标记基因的恢复系作父本，把不育系和恢复系分行种植制种，在后代中就可以根据显性标记性状区分不育系自交后代和不育系与恢复系杂交一代，在杂交种生产田中把无标记性状的不育系自交株除去，用不育系自交种子繁殖不育系，用杂交种子供生产用。二系制种图见图2。[2]由此可知三系法与二系法都是制备杂交种子，使之发挥杂种优势的有效方法，但二者又都有各自的特点。三系法比较传统，使用时间比较长，已被实践证明它是一种行之有效的育种方法，但它必须要三系（不育系、保持系、恢复系）配套，这无形中增加了育种工作的时间和资金；而二系法是选用光敏核不育系作母本，省去了繁殖保持系的工作程序，又可以充分利用我国幅员辽阔，南北温差大的自然资源（也可人为控制日照、温度）。即在长日照条件下用光敏核不育系作母本与恢复系杂交配制杂交种子；而在短日照条件下使光敏核不育系自交，繁殖生