《植物遗传基础》 课件 项目七 04杂种优势

任务四

杂种优势PART0404任务四杂种优势1．杂种优势（heterosis)概念:

指两个遗传组成不同的亲本杂交产生的F1，在生长势、生活力、繁殖力、抗逆性、产量和品质等方面优于双亲的现象。2．杂种优势以数值表现:杂种优势涉及的性状多为数量性状，故需以具体的数值来衡量和表明其优势的强弱。以某一性状而言：①平均优势：以F1超过双亲平均数的%表示。值>0为正向优势(+)，<0为负向优势(–)任务四杂种优势②超亲优势：以F1>最优亲本的%表示。③对照优势：以F1超过生产对照品种的%表示。这种优势在生产上才有实际意义。任务四杂种优势3．杂种优势的表现：按其性状表现的性质可以分为三种类型：③．适应型：杂种对外界不良环境适应能力较强，如抗性。以上划分是相对的，一般希望上述三点的综合型。

①．营养型：杂种营养体发育旺盛，如牧草、甘薯、烟草。②．生殖型：杂种生殖器官发育旺盛，主要是以种子为主要生产目的的作物，如穗数、粒重、棉铃数。任务四杂种优势

①F1不是一、二个性状突出，而是许多性状综合表现优势。说明杂种优势是由于双亲基因型的异质结合和综合作用的结果。F1产量性状：穗多、穗大、粒多、粒大；品质性状：蛋白质含量高；生长势：株高、茎粗、叶大、干物质积累快；抗逆性：抗病、抗虫、抗寒、抗旱。4.杂种优势的共同的基本特点如禾谷类作物：任务四杂种优势②优势大小：决定于双亲性状的相对差异和补充。在一定范围内，双亲亲缘关系、生态类型和生理特性差异越大，并且双亲间优缺点彼此能互补，则其杂种优势就越强。说明杂种基因型的高度杂合性是形成杂种优势的重要根源。我国高梁原产品种×西非品种玉米自交系马齿型×硬粒型优势高任务四杂种优势③．优势大小与双亲基因型的高度纯合有关：双亲基因型纯度很高

F1群体基因型具有整齐一致的异质性

不出现分离混杂

表现出明显优势。例：玉米自交系间的杂种优势>

品种间的杂种优势。④．优势大小与环境条件的作用关系密切：杂种的杂合基因型可使F1对环境条件的改变表现较高的稳定性。同一杂种在不同地区、不同管理水平下会表现出不同的杂种优势。就一般而言，F1适应力>P1、P2。任务四杂种优势5．F2

的衰退表现：⑴．F2群体内必然会出现性状的分离和重组。⑵．衰退现象：F2生长势、生活力、抗逆性和产量等方面明显低于F1的现象。⑶．衰退表现：①．亲本纯度越高，性状差异越大，F1优势越强

F2衰退就越严重。②．F2分离严重—>致使F2个体间参差不齐，差异很大。

衰退程度单交>双交>品种间。∴杂种优势一般只能利用F1，不能利用F2，故需年年制种。任务四杂种优势6．杂种优势遗传理论：⑴．显性假说(Dominancehypothesis)：①.布鲁斯(Bruce,1910)等人提出显性基因互补假说。琼斯(Jones,1917)进一步补充为显性连锁基因假说，简称显性假说。②.显性假说内容：认为杂种优势是一种由于双亲的显性基因全部聚集在F1引起的互补作用。不利性状多由隐性基因控制。一般有利性状多由显性基因控制；任务四杂种优势例如：豌豆有两个品种的株高均为5~6英尺，但其性状有所不同。集中了双亲显性基因，表现杂种优势。

P1多节而节短×P2少节而节长↓F1多节而节长，7~8英尺任务四杂种优势⑵．超显性假说（Overdominancehypothesis）：◎超显性假说亦称等位基因异质结合假说，主要由肖尔(Shull，1908)和伊斯特(East，1908)提出。◎超显性假说内容：

认为双亲基因型异质结合所引起基因间互作导致杂种优势，等位基因间无显隐性关系，但杂合基因间的互作>纯合基因。

说明异质等位基因的作用优于同质等位基因，可以解释杂种远远优于最好亲本的现象

称为超显性假说。设：

a1a1纯合基因(等位)能支配一种代谢功能，其生长量为10个单位；

a2a2纯合等位基因能支配另一种代谢功能，其生长量为4个单位；

a1a2杂合等位基因则能支配两种代谢功能，其生长量>10个单位。则a1a2>a1a1>a2a2任务四杂种优势◎超显性假说的论证：

①.如两个亲本只有一对等位基因的差异，杂交能出现明显的杂种优势。例：某些植物的花色遗传：粉红色×白色

F1红色淡红色×蓝色

F1紫色F21:2:1任务四杂种优势②．许多生化遗传学试验，也证明这一假说：例：同一位点上的两个等位基因(a1、a2)各抗锈病的一个生理小种，其纯合体(a1a1或a2a2)只抗一个生理小种。杂合体(a1、a2)则能抗两个生理小种F1

a1a2能抗两个生理小种

P

a1a1

×

a2a2各抗一个生理小种任务四杂种优势又例：酶活性(斯瓦尔茨和洛夫纳于1969年研究)F1稳定而活泼的酶综合了双亲特点∴表明一对异质等位基因的互作，常可导致来源于双亲的新陈代谢功能的互补，或生化反应能力的加强。P不稳定而活泼酶×

稳定而不活泼酶任务四杂种优势◎显性假说与超显性假说的比较：①．共同点：杂种优势来源于双亲间基因型的相互关系。②．不同点：

③．事实上，上述两种情况都存在。

∴杂种优势是由于双亲显性基因互补、异质等位基因互作和非等位基因互作的单一作用或是由于这些因素综合作用和累加作用而引起的。*显性假说：优势来源于双亲显性基因间的互补(有显隐性)；*超显性假说：来源于双亲等位基因间的互作(无显隐性)。任务四杂种优势⑶.其它：①.非等位基因的互作(上位性)对杂种优势表现的影响：费雪(Fisher，1949)和马瑟(Mather，1955)认为除等位基因互作外，非等位基因互作(即上位性)在杂种优势表现中也是一个重要因素。实际上大多数性状都是受多基因控制的，其性状表现上难以区别等位基因互作和非等位基因互作。任务四杂种优势②.核质互作与杂种优势：除了双亲细胞核之间的异质作用之外；F1的核质之间也可能存在一定的相互作用，从而引起杂种优势。如60年代以来，许多研究证实玉米、高粱、小麦、棉花等作物在双亲间的线粒体、叶绿体活性上可以出现互补作用，与杂种优势的表现密切相关。∴利用两个杂交亲本间的线粒体、叶绿体活性互补作用预测杂种优势。任务四杂种优势③.基因多态性与杂种优势：现代生物学的发展已能在分子水平上了解基因多态性（主要在调控区）在结构和功能上的差异。这些差异与杂种优势可能有着较大关系。④.基因网络系统与杂种优势：由鲍文奎(1990)提出。认为各生物基因组都有一套保证个体正常生长与发育的遗传信息。F1是两个不同基因组在一起形成的一个新网络系统，当整个基因网络处于最佳状态时，即可表现出杂种优势。总的，杂种优势有待于进一步研究。任务四杂种优势7．环境互作效应对杂种优势的影响:⑴.杂种优势的遗传实质:

在于数量基因各种遗传效应的综合作用，包括遗传主效应(加性、显性、上位性等)和GE互作效应(加性×环境互作、显性×环境互作、上位性×环境互作等)。数量遗传分析

可以无偏地估算(或预测)特定遗传材料的各项遗传效应

进一步计算各杂交组合的杂种优势值。任务四杂种优势数量性状受遗传主效应和基因型×环境互作效应控制

杂种优势也可以区分为普通杂种优势(generalheterosis)和互作杂种优势(interactionheterosis)。普通杂种优势：是归因于遗传主效应的优势，可以在各种环境中稳定表现。互作杂种优势：归因于基因型×环境互作效应的优势，是在特定环境中优势的离差，它表示优势的不稳定性。任务四杂种优势由亲本i和亲本j杂交获得的杂种n代(Fn)平均优势的定义：普通平均优势：互作平均优势：

其中G(Fn)、G(Pi)和G(Pj)分别是Fn、亲本i亲本j的基因型值，GE(Fn)、GE(Pi)和GE(Pj)分别是Fn和亲本的基因型×环境互作效应值。杂交组合在某一环境中的杂种优势

普通优势+互作优组成。任务四杂种优势⑵.杂种优势与数量遗传模型：①.加性－显性遗传模型(AD模型)：普通平均优势互作平均优势其中显性优势是异质显性效应(Dij)与平均的同质显性效应(Dii

和Djj)的差值.显性互作优势

是在环境h中的异质显性互作效应(DEhij)与平均的同质显性互作效应(DEhii

和DEhij)的差值。任务四杂种优势②.加性－显性－上位性遗传模型(AD+AA模型)：普通平均优势：互作平均优势：加×加上位性互作优势:其中加×加上位性优势:任务四杂种优势

∴由等位基因的杂合性产生的显性优势，因每自交一代杂合性减少1/2，显性