营养系杂交育种.ppt

第一节营养系品种的性状遗传特点 营养系杂交育种 利用无性繁殖植物同一个种内基因型不同的两个品种相互杂交 获得新品种或新种质的过程 特点 1 杂结合程度高 实生后代常发生复杂的大幅度变异 2 有性后代经济性状平均水平显著下降 3 歧化选择性状在实生后代中表现趋中变异 4 质量性状的异常分离 5 蕴藏较多的体细胞突变 6 常携有较高频率的隐性致死基因 7 常拥有较多的倍性系列 第二节营养系品种遗传变异的研究方法 孟德尔研究方法的基本模式大体包括 1 试材的选择和纯化 2 按试验要求有计划地安排杂交 自交 回交等不同类型的交配 3 程序由简到繁 循序渐进 4 按株系分组合逐代播种 5 按系谱进行系统调查记载 6 遗传方式 机制的假说和验证 7 精确地采用统计方法 一 性状遗传方式 质量性状和数量性状 一 观察现有品种类型间以及实生群体的变异模式 分为连续前者如果树品种中果实的大小 含糖量高低 花卉品种间花冠的大小 花期的长短等 凡是在现有品种间或者在人工杂交 自交 自然实生群体中变现为典型的连续变异的可鉴定为多基因控制的数量性状 后者即现有桃品种可划分为毛桃类 油桃类 白桃类和黄桃类 实生群体中也不存在毛桃 油桃 白桃和黄桃 直枝型和曲枝型之间的中间类型 可鉴别为主基因控制的质量性状 2 观察极端类型自交或互交后代变异特点有些性状从现有品种或实生群体还很难鉴定它们的遗传方式 那么可以从极端类型自交或互交后代分离特点加以判别 例如 葡萄的果色遗传葡萄果皮颜色从白色到紫色之间有浅粉 粉红 红 紫等一系列不同色调的中间类型紫黑品种自交或互交 除少数组合后代全部紫黑 不发生分离外 多数组合分离出不同深度的紫 红和白色后代 而白色品种无论自交或互交 后代全部白色 不发生分离 因此可以判定葡萄果色为质量性状 白色为隐性同质结合 3 观察芽变的表现效应 营养系品种及多年生观赏树木常发生涉及多种性状的芽变 大体上分为两类 一类是染色体多倍体芽变 如葡萄大粒型品种大无核白是由染色体数 即基因的数量变化引起的 变异性状一般都是数量性状遗传 另一类是突变型芽变 如梨中石家庄垂枝鸭梨 观赏树木中龙爪槐 这类芽变通常都是由表型效应较大的主基因突变引起的 一般属于质量性状遗传 从这类芽变中常常可以发掘通常难以发现的珍贵资源 如从鸭梨中发现自交可孕的芽变金坠梨等 二 质量性状的遗传 一 显性和隐性1 特点 当1个位点上存在2个或多个基因 通常有一个是显性 野生型的等位基因通常是显性的 2 局限性 要确切了解相对性状的显隐关系和遗传机制 得通过对有性后代的观察和分析 因为实际情况并不总是和推论完全符合的 如 一季性的欧洲赤蔷薇和四季性品种 和平 和 世外桃源 的杂种一代全部为一季性 而 和平 和 世外桃源 互交杂种全部为四季性 龙桑 和 龙爪槐 自然传粉的种子播种的实生后代都会出现一半左右的曲枝类型 表明曲枝对直枝为完全显性 二 从育种材料中获得遗传信息 1 现有关于营养系品种的遗传信息多数来自育种实践 Blake 1937 发现桃紫红叶品种和绿叶品种杂交F1全部淡紫红 用淡紫红叶品种和绿叶品种杂交 后代出现淡紫红叶和绿叶类型 他提出紫红叶 Gr 对绿叶 gr 为一对基因控制的不完全显性 淡紫红为杂结合类型 Grgr Gr基因对幼苗胚轴及果肉颜色都有多向效应 因此子叶期就可以预见到将来结果后果肉颜色 2 由于试材缺乏代表性 缺乏科学方法 只凭主观印象 甚至离开了遗传学的基本概念和共同规律 从而提出了一些片面乃至错误的看法 如Klein 1958 曾提出苹果的 甜对酸呈隐性 Alston 1973 报道 杂种果均重小于亲中值是由于通常大果对小果为隐性 实际上苹果含糖量为多基因控制的数量性状 含酸量是由一对主基因Mama和若干修饰基因控制的质量性状 甜和酸根本不是等位基因控制的相对性状 不可能存在一穿上的显性关系 果实大小和品质优劣都属于多基因控制的数量性状和综合性状 也不存在简单的显隐关系 三 遗传交配试验 1 需结合育种安排某些性状的遗传交配试验 因为从现有育种试材获取遗传信息常由于亲本来源不够确切 实生群体过小 试材代表性不够 记录资料不够完整等 有较大的局限性 2 成就 涅格鲁里 1946 提出了葡萄花型由1对完全显性主基因Fnf所控制的假说 切赫米斯特能科 1972 等发现和验证了FnFn和Fnf2类完全花型品种的花丝和雌蕊长度比值有显著不同 FnFn长度比为1 7 2 显著超过Fnf的1 5以下 四 关于异常分离现象的研究 营养系品种的实生后代 由于个体间遗传背景变异复杂 常导致主基因控制的质量性状发生异常分离 常见的如同质结合显性类型的后代中出现隐性个体 以及隐性类型自交 互交后代中出现显性个体等 可用外显率和异显率表述 五 遗传传递力指数的估测 基本方法 选择自交 互交不发生分离的隐性同质结合类型作为测交亲本 用它和一系列亲本品种测交 根据测交后代的表现 估算被测亲本的传递力指数 以苹果果皮色泽为例 老笃 黄奎 等不含花青素的品种间互交后代一般不产生红果类型 把它们作为测交亲本 杂交后代初分为0级 无色彩 1级 阳面有红晕霞 2级 果面着色不超过1 2 3级着色超过果面的1 2至全面着色 用辽宁省果树研究所多年育种记录估测了 元帅 等6个品种的果色传递力指数 三 数量性状的遗传 一 遗传力的估算遗传力 heritability 又称遗传率 指遗传方差在总方差 表型方差 中所占的比值 可以作为杂种后代进行选择的一个指标 广义遗传力 broad senseheritability 是指遗传变异占表现型总变异的百分数 或遗传方差占表现型方差的百分数 用H 狭义遗传力 narrow senseheritability 加性方差在表型方差中所占的百分比 1 广义遗传力的估算 广义遗传力 H 常用多元群体法和方差分析法 1 多元群体法适用于有性繁殖作物 常用公式为 H VF2 VP1 VP2 VF1 3 VF2 2 对于营养系品种来说 杂种都是分离群体 变量均包含遗传和环境两方面的因素 常用亲本营养系品种内株间方差的平均值作为环境方差的估算值 即 H VF VP1 VP2 2 VF方差分析法是通过多点品种比较试验将资料内全部变量的总变异方差分解成基因型方差 地点方差 地点 年份 重复 地点 年份等变因方差 然后计算基因型方差在总方差中所占的分量 即H VG VP 2 狭义遗传力的估算 难理解 狭义遗传力 h 是加性方差在总方差中所占的比值 它决定亲子间的相似程度 在营养系杂交育种中非常重要 对无性繁殖的园艺植物来说 最简单 最实用的方法是亲自回归法或亲自相关法 有性繁殖的植物低世代亲自回归协方差包含显性方差 因此属于H 而营养系品种的亲子关系都是高世代亲子回归 因此近似于h 亲子回归法 h bop 为中亲值 为组合内杂种平均值 自交杂交的后代只知木母本不知父本等于亲子回归系数的2倍 即h 2bop 选择反应估测法从选择育种一章知R Sh R 选择反应S 选择差所以h R S例 某核桃园736株成龄核桃树单果平均重12 8g 选择其中单果最大的26株 平均单果重18 0g 后代平均单果重15 0g 则h2 R S 15 6 12 8 18 0 12 8 0 54 二 通过优选率研究亲本效应 这是一种和育种实践紧密结合的研究方法 把任一育种计划中全部育种记录按母本和父本分别统计杂种数 初选株数 供繁殖的复选株系数以及主要经济性状按一定标准统计的优选率 以优选率高低来评价综合的和各性状的亲本效应 三 强亲效应研究杂交亲本遗传类型差别很大时 杂种后代某些性状明显受某一方亲本的影响比另一亲本更明显 亲本效应需要分别加以研究 四 通过正反交对比研究母本效应普通遗传学介绍除细胞质基因遗传外 对于2个固定的亲本来说 不论由哪一方提供精子或卵 杂种的表型都相同因为它们的核在遗传学上是等价的 细胞质基因控制的常限于个别质量性状 涉及营养品系多种经济性状是否存在母本效应科学家有不同看法 1 布尔班克断言 杂交时变换亲本的位置 不影响杂交后代 2 米丘林认为母本能更多地把性状传递给杂种后代 原因是胞质基因的作用 但是它们都没具体指出哪些种类的植物 那哪些性状表现有或没有母本效应 更没有具有说服力的实验数据 对上诉问题 景士西找到苹果 葡萄等几个有代表性的育种记录进行分析统计 研究苹果的果型大小 果实发育度和苹抗寒性 葡萄的抗病性 果实发育度 枝蔓成熟度等 发现这两种果树各形状都表现母本遗传有不同程度的优势 其中抗寒性和抗病性达到显著和极显著水平 分析结果见下表 但是母性遗传优势问题有必要进一步做具体研究 五 品种传递力强弱的研究 遗传传递力是加性效应 育种值 在遗传值中所占比率 估算方法对自交亲和的植物最简单的是自交法 如桃的营养系品种甲在大群体中的果重平均值为200g 自交后代平均果重150g 则遗传传递力为 A G 100 150 200 100 75 线性方程组估算法 1 将育种数据整理成线性方程组估算表 2 分品种将亲本逐个归纳全部组合数据 列成与亲本数相同的线性方程组 3 解线性方程组 4 以A G公式分别计算每一亲本品种的遗传力 但估算育种值的方法适用于一般品种间杂交 六 营养系品种配合力的测定 结合杂交育种进行 配合力的高低是亲本效应的一种表现形式 营养系品种的配合力和优势杂交育种测定的配合力不同的地方是 测定对象不是同质结合类型 而是杂合程度很高的基因 营养系杂交组合间变异幅度很大 测出sca高的组合可以在杂交育种中重复利用 优势杂交育种中常用专门用于测试配合力的圃地 测试方法有侧交法 自然多系杂交配测法 无定规配测法 格子方配测法 轮配法等等 营养系品种由于有性世代长 占地面积大等原因 配合力测定常利用现有杂种 紧密结合杂交育种工作 具体测试方法可结合作物特点 参照测试自交系配合力的多系杂交配测法和无定规配测法 第三节亲本选配及杂交技术的特点 一 亲本选配应注意的问题营养系杂交育种必须密切注意营养系品种雌 雄性细胞的育性 配子间的亲和性 受精卵发育特点 一 性细胞的可孕性营养系品种由于长期无性繁殖的影响 有性繁殖能力常发生不同程度的退化 如 营养系品种的雌蕊退化 通常不能作为母本 如无籽葡萄 无籽梨 雄性不育 不能正常产生花粉 不能作为父本 无融合生殖 如苹果属中湖北海棠 三叶海棠 通常不能作为杂交亲本 重瓣类品种 二 交配亲和性无性繁殖植物中有很多种类自交不亲和的类型 如梨 柚 柑橘 甜樱桃 菊花等 一些品种间杂交也表现不亲和现象 有时是品种间亲本互不亲和 有时表现正交 反交亲和性不同 三 胚的育性1 有性繁殖作物无论是晚熟或早中熟品种 其胚和果实都能同步成熟 但是果树特别是核果类的早熟品种往往在果实充分成熟时胚的发育滞后 不具备发芽能力 2 在早期育种时通常将早熟的品种用作父本 而以种胚育性稍好的中熟品种作为母本 借助于胚离体培养技术 可以用早熟品种作为母本 再如珠心胚较多的柑橘类 为了获得较多真正的有性杂种 最有效的办法是以单胚性的种类品种作为母本 由于单胚性品种有限 在难以满足育种目标的需要时 应尽可能选平均胚数较少的类型或单 多胚混合型的品种作为母本 四 嵌合体问题1 在多年生木本的营养系品种中嵌合体现象比较普遍 由于性细胞仅发源于稍组织发生层的第二层 所以嵌合体品种的表现型和配子的基因型常常不完全一致 甚至完全不一致 典型的事例是黑莓的一个无刺型芽变是M O O型嵌合体 虽然在扦插 嫁接繁殖时都能稳定的表现无刺性状 然而用它作为杂交亲本时 却不能把无刺性状遗传下去 2 在亲本的选择选配时应注意嵌合体品种的性细胞起源 另外 在观赏植物中常见到一些奇特的嵌合性营养系品种 还有一类来自嫁接部位的嫁接嵌合体 五 基因型和传递力问题有性繁殖的定型品种在遗传上同质结合程度很高 通常不存在传递力强弱问题 但是对杂结合程度很高的营养系品种来说 则是在亲本选择选配中必须重视额问题 如 五云桃 岗山500号 表型上都是白肉溶质 但是用它们和黄肉 不溶质的罐桃品种杂交时 前者在杂种一代中通常不出现黄肉 不溶质类型 而后者会分离出较多符合罐藏要求的黄肉 不溶质类型 六 非目标性状的分离问题1 非目标性状发生异常复杂的变异 可能影响目标性状的选育改进 因此在亲本选配上 通常父母本应在非目标性状上相近或相同 避免出现太多不符合要求的中间类型 2 如 选育植株高大 茎秆粗壮的切花用菊花品种时 应使父母本在花型 花色等形状上相同或相近 均用管瓣形浅色品种 忌用诸如平瓣或匙瓣型素色和管瓣型浅色品种互交 以免杂种变异混乱 影响育种效率 七 借鉴前人经验 选拔优选率最高的理想亲本和理想组合营养系品种在遗传上是高度杂结合的类型 就像人类群体一样 在数以万计的群体中也难以出现遗传上雷同的个体 因此理想的亲本和成功的组合可以在育种中反复使用 在亲本选择选配时 有必要从前人育种实践中选择那些最符合育种目标 最有希望的亲本和组合 八 亲本选配中扩大品种的遗传基础问题1 现有营养系育种中普遍存在遗传基础狭窄的问题 用世界范围内广泛用于生产的几个主栽品种反复互交造成栽培品种遗传基础狭窄 不仅使当前育种中优选逐渐下降 而且从长远的观点来看 势必降低该种作物对病虫害和逆境因素的适应能力 2 一般育种目标通常在亲本选配得当的情况下只需一次基因重组就能达到目标 但复杂的目标需要扩大亲本的遗传基础 往往两个以上的亲本 在2个以上有性世代的精心培育下才能实现目标 九 杂交技术和效率等问题亲本花期不同时 以花期较早的作为父本较为有利 利用不同地区品种配组时 以北方品种作为母本比较方便 在品种坐果能力和每果平均健全种子数差异较大时 以坐果率高 健全种子数较多的品种作为母本较为有利 二 杂交技术特点 一 诱导开花1 把亲本品种嫁接到当地能正常开花的植物上 2 短日照处理 3 栽培管理 4 嫁接和短日照处理相结合 二 杂交花的培育和选择复瓣类型有性生殖能力虽有一定程度下降 但通常可用于有性杂交 而重瓣类型的性器官多严重退化 乃至雌雄蕊全部瓣化 如牡丹品种 青龙卧墨池 菊花品种 大红托桂 和 十丈珠帘 三 花期的调节同一种作物无论种间或品种间都存在花期的先后 长短不一 观花植物花期差异尤为悬殊 一二年生草本植物可用分期播种调节花期 比较简单易行 而对多年生木本及宿根性植物则较为复杂 关于生成素类物质调节花期的研究近年来报道较多 方法简便 很有应用前途 1 如以50 100mg LGA3涂抹牡丹花蕾 经5 7天处理花蕾变开始萌发 提前开花 2 用100mg LGA3喷施于仙客来很短小的蕾梗上可促进花梗伸长 加速开花过程 3 用ABA处理万寿菊能延迟开花 4 将碳化钙或乙炔气的饱和水溶液注入凤梨筒状叶丛内可促进花芽分化 提前开花 四 去雄授粉和管理必须根据不同种类的开花 授粉 结籽习性特点 采取相应的措施 以菊花为例 主要考虑 1 全花实际上是包含几百朵小花的头状花序 舌状花只有雌蕊没有雄蕊 筒状花兼有雌雄蕊 从边缘向中心逐层开放 全花开放15 20天 2 两性花的雄蕊先散粉 以15 00最盛 散粉后2 3天雌蕊成熟 9 00起开始展羽 授粉2 3天 但自交不亲和 3 优质大菊品种在自然情况下 很少结籽的主要原因是花瓣多 大 消耗营养 阻碍传粉 遮挡阳光 滞水霉腐 4 菊花种子寿命较短 5个月后基本丧失发芽力 第四节童期 童性 和杂种培育选择特点一 童期的概念和实质1 有性繁殖的动 植物从种子萌芽 幼体出世到性成熟前 都需经过一定时期的生长发育 才能从幼年型转变成年型 2 Knight 1795 发现从成年实生树顶部和基部取枝条嫁接长城的果树有显著不同 前者无刺状枝 第二年普遍开花结果 而后者多刺状枝 经过几年生长发育 才能开花结果 也就是说保持了幼年型的特点 3 研究表明幼年型的存在是生物界的普遍规律 不同之处在于植物幼年型的局部化 即植物阶段性发育仅仅发生在生长点的分生组织 人们把处于幼年型的时期称为童期 juvenilephase 4 Zimmerman 1972 认为 童期是指实生苗不能诱导开花的时期 他把实生树划分为童期 转变期和成年期3个不同的时期 强调只有进入转变期后 应用环剥或喷布生长抑制剂才能有效地促进开花结果 5 Visser 1964 认为童期是指从种子发芽到实生苗第一次开花经历的时期 显然 开花并不是童期结束的理想标志 因为实生苗第一次开花除了通过童期发育外还需具备花芽分化的营养条件 Visser的童期概念实际上是花前期 包括了童期和转变期 6 有些葡萄柚的实生苗在3个月时就能在顶端形成花芽 甚至还能开花结果 Furr等 1947 把这种现象叫作超前开花 7 童期的长短和其他数量性状一样 受到遗传和环境两方面的影响 研究遗传因素的难点在于亲本营养系等品种的童期常常是未知数 通常是以亲本品种的营养期作为一个相关代表值进行研究 因为大量实践表明童期和营养期至今的相关非常密切 二 童性及其与成年期性状的相关 一 童性及鉴别童期结束的标志童期和成年期在质上处于发育的不同阶段 童期在形态 解剖和生理 生化等方面和成年期不同的特性叫作童性 关于植物童期向成年期转变的生理生化机制尚不完全清楚 目前比较认同的是Bernier等提出的多因子控制假说 即认为多种激素 代谢物 营养等化学物质参与花诱导 二 童性和成年期性状的相关按童性和成年期性状的关系 总的可以分为以下几类1 童期综合性状和栽培性相关果树育种家常根据杂种苗童期综合性状倾向野生性的程度 预测它们日后栽培性的好坏 2 童期和成年期同名器官相同性状的相关或一致性如叶面积大小 叶背绒毛的疏密等 这类性状虽然在童期和成年期的表现程度有一定差异 但童期个体间的差异往往能在较大程度上反映成年个体间的相对差异 也就是通常说的一致性较好 3 非同名器官同源性状的相关或一致性例如桃控制胡萝卜素生成的基因等既影响童期叶片颜色 又影响果肉颜色 4 童期营养器官和成年期繁殖器官间多种不同性状的相关 三 营养系杂种培育的特点营养系杂交育种必须采用生产中不用的有性繁殖法培育杂种 必须根据育种对象种子休眠及发芽的生物学特性 特别是对于那些种子难以正常发芽的种类特点采取特殊措施 以保证其正常发芽出苗 再就是为了提高育种效率应采取各种措施 缩短幼年期促使杂种早花 早果 一 提高杂交种子的发芽率和成苗率有些种类的成熟种子没有休眠期或