作物育种学：第十一章雄性不育

1、 第第11章章 雄性不育与杂交种品种选育雄性不育与杂交种品种选育 雄性不育（雄性不育（male sterility）是指雄性器官发育不良，失去生殖功能，导致不育的特性。雄性不育性在植物界普遍存在。据Kaul（1988）报道，已经在43科、162属、320个种中发现雄性不育。包括玉米、水稻、小麦、高粱、油菜、棉花等主要农作物。 雄性不育可以作为重要工具用于各种作物的杂交育种和杂种优势利用。雄性不育可分为能遗传的和非遗传的。遗传的雄性不育分为：早期的“三型学说”：即细胞质不育型、细胞核不育型和质核互作不育型；后来修改为“二型学说” ： 质核互作不育（cytoplasmic- nucleic mal

2、e sterility） 核不育（nucleic male sterility）雄性不育形态特性 雄性不育植株在外部形态上与同品种的正常株极为相似，但在开花以后，不育株和可育株可以从雄花的形态上加以辨别。 正常植株花药正常植株花药黄色肥大饱满很多成熟花粉适宜条件下充分裂开将花粉散出不育株花药不育株花药色浅瘦小干瘪水渍状无花粉或无正常花粉花药不开裂无花粉散出 棉花保持系棉花不育系正常植株花粉粒正常植株花粉粒充实饱满形状大小一致数量多、散粉明显不育株花粉粒不育株花粉粒无内容物（淀粉粒）畸形皱缩不规则不能散粉 水稻部分雄性不育的花粉粒形状（碘染色）包含有许多不同的不育形式：包含有许多不同的不育形式：

3、 a. 雌雄异株植物群体中完全缺乏雄性个体或高度缺陷的雄性个雌雄异株植物群体中完全缺乏雄性个体或高度缺陷的雄性个体；体； b. 雌雄同株植物中雄性器官萎缩、畸形或消失；雌雄同株植物中雄性器官萎缩、畸形或消失； c. 不能形成正常的小孢子发生组织；不能形成正常的小孢子发生组织； d. 小孢子发生异常，形成不完善的、不能存活的、畸形的或败小孢子发生异常，形成不完善的、不能存活的、畸形的或败育的花粉；育的花粉； e. 花粉不能成熟或无萌发能力；花粉不能成熟或无萌发能力； f. 形成有生活力的花粉但花药不开裂。形成有生活力的花粉但花药不开裂。CDABEFGH图图1，A，C，E，G为野生型；为野生型；B

4、，D，F，H为突变体。株高和抽穗期等野生型和为突变体。株高和抽穗期等野生型和突变体没有差异。但是，在抽穗期，突变体的颖壳不能正常开裂。突变体没有差异。但是，在抽穗期，突变体的颖壳不能正常开裂。图图2 2，a-d, a-d, i-li-l为野为野生型的花生型的花药发育，药发育，e-he-h, m-p, m-p为突变体为突变体的花药发的花药发育。突变育。突变体的花药体的花药在最后时在最后时期不能正期不能正常开裂散常开裂散粉。粉。cefdab图图4 4：野生型和突变体：野生型和突变体的花粉育性。的花粉育性。a, c , a, c , e e为野生型的花粉发育，为野生型的花粉发育，b, d, fb,

5、d, f为突变体花粉为突变体花粉的发育。野生型和突的发育。野生型和突变体的花粉在变体的花粉在I-IKI-IK染染色正常，色正常，DAPIDAPI染色核染色核都为正常；在固体培都为正常；在固体培养基上，突变体的花养基上，突变体的花粉粒不能正常萌发。粉粒不能正常萌发。花粉管在柱头上的萌发情况以及花粉管在胚囊中的生长情况花粉管在柱头上的萌发情况以及花粉管在胚囊中的生长情况 a, 野生型自交萌发生长；b, 突变体花粉自交；c, 突变体受野生型的花粉；d，突变体授自身花粉, e-h是相应胚囊受精的情况。结果表明突变体的胚囊是正常的。acdefgbh除了以上花药和花粉的差异外，还有一些其他的异常形式：除了

6、以上花药和花粉的差异外，还有一些其他的异常形式：如如花丝畸形，花药退化花丝畸形，花药退化。有一些不育基因与其他基因有一些不育基因与其他基因连锁连锁或或一因多效一因多效，使一些明显，使一些明显的农艺性状与不育性并存，这一特点有利不育植株的鉴别。的农艺性状与不育性并存，这一特点有利不育植株的鉴别。如如水稻水稻不育株在抽穗后明显比正常株（保持系）不育株在抽穗后明显比正常株（保持系）矮，抽穗矮，抽穗迟、持续时间长迟、持续时间长, ,表现有严重的剑叶鞘包裹穗子表现有严重的剑叶鞘包裹穗子的现象。的现象。 2 2、雄性不育的细胞学特征、雄性不育的细胞学特征2、雄性不育的细胞学特征、雄性不育的细胞学特征 主要

7、反映在花粉败育过程和花药组织结构异常主要反映在花粉败育过程和花药组织结构异常。具体见。具体见P171P171 花药败育特征花药败育特征：多种多样多种多样败育时期：小孢子母细胞形成期、小孢子母细胞减数分裂期败育时期：小孢子母细胞形成期、小孢子母细胞减数分裂期、单核花粉期单核花粉期、二核和三核花粉期。、二核和三核花粉期。从形态上看分三种类型：从形态上看分三种类型：无花粉型、单核败育型、双核败育型无花粉型、单核败育型、双核败育型花粉败育是一个连续过程，与细胞质和细胞核都有关花粉败育是一个连续过程，与细胞质和细胞核都有关孢子体不育孢子体不育遗传型的花粉败育相对较早，多为遗传型的花粉败育相对较早，多为单

8、核败育型单核败育型，而而配子体不育配子体不育的花粉败育相对较迟，多为的花粉败育相对较迟，多为双核败育型双核败育型。DA 典败典败B 圆败圆败C 染败染败D 正常正常花药壁的异常结构花药壁的异常结构：绒毡层细胞的异常现象：绒毡层细胞的异常现象：过度生长、肥大、或形成绒毡层过度生长、肥大、或形成绒毡层周缘质团、多核原生质团或不解体液泡化、或迅速解体和周缘质团、多核原生质团或不解体液泡化、或迅速解体和消失，或与花粉粒一同退化消失消失，或与花粉粒一同退化消失中间层细胞异常现象：中间层细胞异常现象：沿花药径向的厚度增大、液泡化，沿花药径向的厚度增大、液泡化，将绒毡层推向中央将绒毡层推向中央花药壁结构异常

9、现象：花药壁结构异常现象：花粉囊发育不良，形成特大药室、花粉囊发育不良，形成特大药室、退化的小药室或花粉壁下陷皱缩或药室合并退化的小药室或花粉壁下陷皱缩或药室合并花药不开裂、雄蕊花丝和药隔维管束异常等花药不开裂、雄蕊花丝和药隔维管束异常等3. 雄性不育的生理生化特性：雄性不育的生理生化特性：物质运输和代谢物质运输和代谢：异常，代谢障碍，得不到足够营养能量代谢能量代谢：ATP含量低，ATP酶活性低蛋白质蛋白质：含量低，特别是游离的组蛋白含量明显低，某些组分可能消失，暗示其参与了各种基因的表达阻抑过程氨基酸含量氨基酸含量：游离脯氨酸含量明显降低，导致糖代谢受阻及其他氨基酸含量降低，导致营养失调、败

10、育酶的活性酶的活性：变化，过氧化物酶活性高，各种磷酸酶、ATP酶、细胞色素氧化酶活性低内源激素内源激素： IAA亏损除了以上花药和花粉的差异外，还有一些其他的异常形式：如花丝畸形，花药退化有一些不育基因与其他基因连锁连锁或一因多效一因多效，使一些明显的农艺性状与不育性农艺性状与不育性并存，有利不育植株的鉴别。如水稻不育株在抽穗后明显比正常株（保持系）矮，抽穗迟、持续时间长,表现有严重的剑叶鞘包裹穗子的现象。 一、质核互作雄性不育的遗传一、质核互作雄性不育的遗传 质核互作雄性不育是受质核互作雄性不育是受细胞质不育基因细胞质不育基因和和对应的细胞核不育对应的细胞核不育基因基因共同控制共同控制的不育

11、类型的不育类型常被简称为常被简称为胞质不育（胞质不育（CMSCMS）。第一节第一节 核质互作雄性不育遗传核质互作雄性不育遗传（一）质核互作雄性不育的遗传解释（一）质核互作雄性不育的遗传解释细胞质基因细胞质基因细胞核基因细胞核基因R RR rr rN 可育可育N（RR）可育）可育N（R r）可育）可育N（r r）可育）可育S 不育不育 S（RR）可育）可育 S（R r）可育）可育 S （r r）不育）不育 1、S（r r） N（r r）S（r r） 2、S（r r） N（RR）S（R r） S（r r） S（RR）S（R r） 3、S（r r） N（R r）S（R r）+S (r r) S（r

12、r） S（R r）S（R r）+S (r r) 质核互作雄性不育质核互作雄性不育的一大特点是能实的一大特点是能实现现不育系不育系、保持系保持系、恢复系恢复系配套，并能配套，并能通过三系法将杂种通过三系法将杂种优势应用于生产。优势应用于生产。质核互作的质核互作的6 6种遗传结构种遗传结构三系法杂种优势利用模式三系法杂种优势利用模式（二）多种质核基因对应的遗传（二）多种质核基因对应的遗传 同一植物中有多种质核不育类型。由于胞质不育基同一植物中有多种质核不育类型。由于胞质不育基因和核基因的来源和性质不同，在表型特征和恢复性能往因和核基因的来源和性质不同，在表型特征和恢复性能往往表现明显的差异。往表现

13、明显的差异。例如：玉米中例如：玉米中3838种不同来源的质核型不育系，根据其恢复种不同来源的质核型不育系，根据其恢复性反应的差别，大体可分为性反应的差别，大体可分为T T、S S、C C三组。三组。用不同的自交系进行测定，发现有些自交系对三组都能恢用不同的自交系进行测定，发现有些自交系对三组都能恢复，有些只能恢复其中一组或二组，有的全部不能恢复。复，有些只能恢复其中一组或二组，有的全部不能恢复。这说明每种不育类型都需要某一特定的恢复基因恢复育性这说明每种不育类型都需要某一特定的恢复基因恢复育性恢复基因有专效性和对应性恢复基因有专效性和对应性。细胞质细胞质N1、N2、N3Nn S1、 S2、 S

14、3Sn 细胞核细胞核r1、 r2、 r3rn R1、R2、R3Rn 核内的育性基因总是与细胞质的育性基因发生对应互作，它们之间是相互独立，互不干相互独立，互不干扰扰的的。核质互作的基因型核质互作的基因型以两对恢复基因为例：以两对恢复基因为例：存在存在16种纯合基因型种纯合基因型N N1 1N N2 2（R R1 1R R1 1R R2 2R R2 2）+ + N N1 1S S2 2（R R1 1R R1 1R R2 2R R2 2）+ +S S1 1N N2 2（R R1 1R R1 1R R2 2R R2 2）+ +S S1 1S S2 2（R R1 1R R1 1R R2 2R R2 2

15、）+ + N N1 1N N2 2（r r1 1r r1 1R R2 2R R2 2）+ +N N1 1S S2 2（r r1 1r r1 1R R2 2R R2 2）+ +S S1 1N N2 2（r r1 1r r1 1R R2 2R R2 2）- - S S1 1S S2 2（r r1 1r r1 1R R2 2R R2 2）- -N N1 1N N2 2（r r1 1r r1 1r r2 2r r2 2）+ +N N1 1S S2 2（r r1 1r r1 1r r2 2r r2 2）- -S S1 1N N2 2（r r1 1r r1 1r r2 2r r2 2）- -S S1 1S

16、 S2 2（r r1 1r r1 1r r2 2r r2 2）- -N N1 1N N2 2（R R1 1R R1 1r r2 2r r2 2）+ +N N1 1S S2 2（R R1 1R R1 1r r2 2r r2 2）- -S S1 1N N2 2（R R1 1R R1 1r r2 2r r2 2）+S S1 1S S2 2（R R1 1R R1 1r r2 2r r2 2）- - 根据以上的遗传特性，不育系的搜寻（通常远缘杂交）和选育实践中，根据以上的遗传特性，不育系的搜寻（通常远缘杂交）和选育实践中，经过杂交和回交核置换，父母本进行正反交，最后只可能出现四种结果。经过杂交和回交核置

17、换，父母本进行正反交，最后只可能出现四种结果。细胞质基因是由母本提供细胞质基因是由母本提供的，的，细胞核基因由父本决定细胞核基因由父本决定 正反交亲本及后代的基因型和育性表现正反交亲本及后代的基因型和育性表现 杂交方式杂交方式母本母本父本父本回交后代回交后代育性育性正交正交反交反交N N（RRRR） N N（rrrr）n nN N（rrrr） N N（RRRR）n nN N（rrrr）N N（RRRR）可育可育可育可育正交正交反交反交S S1 1N N2 2（R R1 1R R1 1r r2 2r r2 2） N N1 1S S2 2（r r1 1r r1 1R R2 2R R2 2）n nN

18、 N1 1S S2 2（r r1 1r r1 1R R2 2R R2 2）S S1 1N N2 2（R R1 1R R1 1r r2 2r r2 2） n nS S1 1N N2 2（r r1 1r r1 1R R2 2R R2 2）N N1 1S S2 2（R R1 1R R1 1r r2 2r r2 2）不育不育不育不育正交正交反交反交S S1 1N N2 2（R R1 1R R1 1r r2 2r r2 2） N N1 1S S2 2（R R1 1R R1 1R R2 2R R2 2 ）n nN N1 1S S2 2（R R1 1R R1 1R R2 2R R2 2） S S1 1N N

19、2 2（R R1 1R R1 1r r2 2r r2 2）n nS S1 1N N2 2（R R1 1R R1 1R R2 2R R2 2）N N1 1S S2 2（R R1 1R R1 1r r2 2r r2 2）可育可育不育不育正交正交反交反交S S1 1N N2 2（R R1 1R R1 1R R2 2R R2 2） N N1 1S S2 2（r r1 1r r1 1R R2 2R R2 2）n nN N1 1S S2 2（r r1 1r r1 1R R2 2R R2 2） S S1 1N N2 2（R R1 1R R1 1R R2 2R R2 2）n nS S1 1N N2 2（r r

20、1 1r r1 1R R2 2R R2 2）N N1 1S S2 2（R R1 1R R1 1R R2 2R R2 2）不育不育可育可育（三）孢子体不育和配子体不育的遗传（三）孢子体不育和配子体不育的遗传 按照雄性不育花粉败育发生的过程，可分为孢子体不育孢子体不育（sporophyte sterility）和配子体不育配子体不育（gametophyte sterility）两种类型。 1.1.孢子体不育孢子体不育 是指花粉育性的表现由孢子体孢子体（母体植株母体植株）的基因型控制的基因型控制，与配子体（花粉）本身的基因无关与配子体（花粉）本身的基因无关。花粉败育发生在孢子体阶段。水稻野败型、矮败

21、型和印水型，玉米T型不育系就属于这一类型。 不育系与恢复系配制的F1杂交种 S（R r） 产生两种不同基因的花粉S（R ）和 S（r）都是可育花粉，都是可育花粉，但F2F2出现育性分离。出现育性分离。S（R r） S（R R）+ S（R r）+ S（r r） 花粉花粉可育可育 可育可育 可育可育 不育不育 结实正常结实正常 结实正常结实正常 结实正常结实正常 不结实不结实 F1 F2 育性分离育性分离 2.2.配子体不育配子体不育 是指不育系的花粉败育是指不育系的花粉败育发生在雄配子体阶段，花粉发生在雄配子体阶段，花粉的育性受配子体本身基因型控制的育性受配子体本身基因型控制，因此配子体基因不育

22、时花粉表现不，因此配子体基因不育时花粉表现不育，配子体基因可育时花粉表现正常。育，配子体基因可育时花粉表现正常。水稻包台型（水稻包台型（BTBT），玉米），玉米S型型均属此一类型。均属此一类型。 不育系与恢复系杂交所获得的杂种一代不育系与恢复系杂交所获得的杂种一代 S(RrS(Rr) )，花粉有可育花粉有可育S(R)S(R)和不育和不育S(r)S(r)，各占一半，各占一半，为半不育为半不育 ，结实正常。，结实正常。不育雄配子不能参与受精传给下一代，不育雄配子不能参与受精传给下一代， F2结实全部正常结实全部正常。 S（R r） S（R R）+ S（R r） 花粉半不花粉半不育育 可育可育 半不

23、育半不育 结实正常结实正常 结实正常结实正常 F1 F2F1 F2（四）主基因不育和多基因不育（四）主基因不育和多基因不育 质核互作不育既有主基因质核互作不育既有主基因(major gene)(major gene)控制的，也控制的，也有多基因有多基因(polygene)(polygene)控制的。控制的。 主基因不育是指主基因不育是指一对或两对一对或两对核基因与对应的不育胞质核基因与对应的不育胞质基因决定的不育性。恢保关系简单，用于杂种优势方便。基因决定的不育性。恢保关系简单，用于杂种优势方便。如如油菜波里马油菜波里马和和陕陕2A2A不育系不育系就属于此类。就属于此类。 多基因不育性是指由多

24、基因不育性是指由两对以上两对以上的核基因与对应的胞质的核基因与对应的胞质基因基因共同决定的共同决定的。恢复基因往往有。恢复基因往往有累加效果累加效果，F F1 1的表现常的表现常因恢复系携带的恢复基因多少而表现不同，因恢复系携带的恢复基因多少而表现不同，F F2 2的分离也较的分离也较为复杂。为复杂。小麦小麦T T型不育系型不育系就属于这种类型。就属于这种类型。 第二节第二节 核质互作雄性不育杂交种品种的选育核质互作雄性不育杂交种品种的选育 三系法三系法是目前各种作物利用杂种优势的主要途径，即利用是目前各种作物利用杂种优势的主要途径，即利用质核互作雄性不育杂种品种（三系杂交种）。质核互作雄性不

25、育杂种品种（三系杂交种）。选育包括两个阶段：选育包括两个阶段： 三系（亲本）选育三系（亲本）选育：不育系、保持系和恢复系选育：不育系、保持系和恢复系选育 亲本高度纯合亲本高度纯合杂交种选配杂交种选配：不育系和恢复系配制杂种，观察比较，根据：不育系和恢复系配制杂种，观察比较，根据生产需要确定最佳杂种品种及其亲本组合（测配）。生产需要确定最佳杂种品种及其亲本组合（测配）。一、不育系和保持系选育一、不育系和保持系选育 （一）胞质雄性不育材料的获得（一）胞质雄性不育材料的获得 获得质核互作雄性不育材料是选育不育系的前提，其途径主要是获得质核互作雄性不育材料是选育不育系的前提，其途径主要是1、 自然不育

26、株的转育自然不育株的转育 寻找可育细胞质，制成保持系。寻找可育细胞质，制成保持系。 如水稻野败型不育系如水稻野败型不育系 2、远缘杂交远缘杂交 通过通过正反交正反交来判断（可育来判断（可育 X 可育）可育）这个过程实质上就是这个过程实质上就是不育细胞质与对应的非恢复（不育）基不育细胞质与对应的非恢复（不育）基因的匹配因的匹配过程。过程。这里所指的远缘杂交是指这里所指的远缘杂交是指分类上、进化上、地理分布上、亲缘关系上分类上、进化上、地理分布上、亲缘关系上较远较远的种或品种之间的杂交。的种或品种之间的杂交。为什么远缘杂交容易找到质核互作雄性不育？为什么远缘杂交容易找到质核互作雄性不育？当质不育基

27、因与对应的核不育基因共同存在于一个自然体系时，必然当质不育基因与对应的核不育基因共同存在于一个自然体系时，必然导致物种的不育基因频率下降和消失，表现出导致物种的不育基因频率下降和消失，表现出质核协同进化（不育细质核协同进化（不育细胞质与核恢复基因相伴随）胞质与核恢复基因相伴随）。而不同的遗传分化，两亲遗传差异大。他们的细胞质来源不同，存在而不同的遗传分化，两亲遗传差异大。他们的细胞质来源不同，存在一定的质核分化，相互杂交获得质核匹配的雄性不育的几率将会越高。一定的质核分化，相互杂交获得质核匹配的雄性不育的几率将会越高。 哪些品种更容易找到不育细胞质？哪些品种更容易找到不育细胞质？不育细胞质及其

28、恢复基因大多存在不育细胞质及其恢复基因大多存在进化程度低，倾向原始类型、物种进化程度低，倾向原始类型、物种起源中心的种或品种中，起源中心的种或品种中，这些类型作这些类型作母本母本更容易获得有利用价值的雄更容易获得有利用价值的雄性不育。性不育。（二）不育系和保持（二）不育系和保持系选育的方法系选育的方法 1.1.远缘杂交核置换远缘杂交核置换 将此不育株作母本与将此不育株作母本与正常品种杂交、回交，正常品种杂交、回交，后代若能保持稳定不后代若能保持稳定不育，表示质核互作产育，表示质核互作产生的不育，继续回交生的不育，继续回交多代，就可育成不育多代，就可育成不育系和保持系。系和保持系。核置换示意图

29、连续回交选育不育系的过程，要选择性状象父本的不育单株作母本进行连续回交选育不育系的过程，要选择性状象父本的不育单株作母本进行成对回交，成对回交，在低世代回交的多株系小群体，逐渐到少株系大群体。在低世代回交的多株系小群体，逐渐到少株系大群体。 母本母本 父本父本 野败野败 二九矮二九矮 共共19株，全不育占株，全不育占90%，高度不育占，高度不育占 F1 二九矮二九矮10%，性状不整齐，选象父本的回交，性状不整齐，选象父本的回交 共共96株，全不育占株，全不育占97.9%，性状有，性状有 B1F1 二九矮二九矮分离，选象父本的回交分离，选象父本的回交 共共565株，全不育占株，全不育占99.5%

30、，性状有，性状有 B2F1 二九矮二九矮分离，选象父本的回交分离，选象父本的回交 （保持系）（保持系） 共共5565株，不育性已稳定，性状已株，不育性已稳定，性状已 B5F1整齐，完全象父本整齐，完全象父本 （不育系）（不育系） 水稻二九矮不育系选育过程水稻二九矮不育系选育过程2. 2. 回交转育回交转育 在已有不育系或不育材料的基础上，为了丰富不育系的类型，在已有不育系或不育材料的基础上，为了丰富不育系的类型，改进不育系改进不育系的农艺性状，可用回交转育的方法选育同质异核的新不育的农艺性状，可用回交转育的方法选育同质异核的新不育系。系。分分测交和回交测交和回交二步：二步：测交（测保）测交（测

31、保）：选择具有理想特性的一批品种（包括杂交选育过程中：选择具有理想特性的一批品种（包括杂交选育过程中配合力高的亲本材料）作父本，分别与已有的不育系或不育材料杂交，配合力高的亲本材料）作父本，分别与已有的不育系或不育材料杂交，测定它们对不育性的保持能力。测定它们对不育性的保持能力。回交回交：选择保持能力强的父本进行：选择保持能力强的父本进行成对回交成对回交，并，并按不育系的要求按不育系的要求通过通过连续回交加快稳定进程。连续回交加快稳定进程。（镜检、是否存在自交结实、表型选择镜检、是否存在自交结实、表型选择）不育系具体要求不育系具体要求雄性不育系的四点基本要求：1、不育性稳定彻底不育性稳定彻底；

32、2、不育性能够稳定遗传稳定遗传；3、性状性状整齐一致整齐一致，与它的保持系相似；4、雌性器官雌性器官发育正常。具有应用价值的优良不育系，还要具有：1、配合力配合力好；2、恢保面广恢保面广，可恢复性可恢复性好；3、异交习性好异交习性好（花时同步、张颖角度大、柱头大，外露率高，生活力强）4、品质品质好；5、抗性抗性好；6、细胞质细胞质不具严重弊病。保持系保持系 不育系的同核异质体，在选育工作中应该先按要求选育保持系然后再通过保持系传递给不育系。 转不育与测配同步3.人工制保人工制保当发现的不育株与正常品种杂交时，获得的杂种都是可育，说明这些当发现的不育株与正常品种杂交时，获得的杂种都是可育，说明这

33、些品种都携带恢复基因，可以通过人工制保的方法获得保持系。品种都携带恢复基因，可以通过人工制保的方法获得保持系。人工制保就是把人工制保就是把不育的核基因导入可育的细胞质里以制成具有不育的核基因导入可育的细胞质里以制成具有N N（rrrr）基因型的保持系基因型的保持系。人工制保条件：人工制保条件：1 1、不育株属于质核互作型、不育株属于质核互作型2 2、可育品种的细胞质具有可育基因、可育品种的细胞质具有可育基因N(N(如何判断？如何判断？) )，否则不能得到保，否则不能得到保持系。持系。手段：手段： 利用恢复基因（利用恢复基因（RRRR）作为不育株育性恢复的桥梁。）作为不育株育性恢复的桥梁。杂交

34、不育株S（r r ） 可育品种N（RR）或S（RR） .可育基因R引入不育株使杂种恢复可育 顶交 N（RR） S（Rr） .隐性核不育基因r引入可育胞质 N（RR） N（Rr） 自交. .自交结果必须是全部可育 测交.S(rr) N(RR) S(rr)N(RR) S(rr)N(Rr) S(rr) N(rr).可育的N（rr）鉴别 S（Rr） S（Rr） S（Rr）S（rr） S（rr） 可育 可育 可育 不育 不育 人工制造保持系示意图人工制造保持系示意图二、恢复系的选育二、恢复系的选育（一）恢复基因的发掘（一）恢复基因的发掘 来源：1、从提供不育细胞质的母本品种从提供不育细胞质的母本品种 S

35、 S（RRRR） 中提取中提取；2、从提供不育细胞质的近缘种中测筛；从提供不育细胞质的近缘种中测筛；3、恢复品种恢复品种的衍生后代衍生后代，可成为恢复基因的新供体。 （二）优良恢复系的选育标准（二）优良恢复系的选育标准 恢复系必须具备三个基本条件：恢复系必须具备三个基本条件：1 1、纯系纯系；2 2、它能使不育系的、它能使不育系的不育性完全恢复不育性完全恢复正常；正常；3 3、恢复性稳定遗传，恢复性稳定遗传，恢复性不因世代的增加或环境的改变而变化。恢复性不因世代的增加或环境的改变而变化。优良恢复系还必须具备以下优良特性：优良恢复系还必须具备以下优良特性：1 1、恢复力强恢复力强；2 2、配合力

36、好；配合力好；3 3、遗传基础丰富遗传基础丰富，能与不育系保持有较大的遗传距离；，能与不育系保持有较大的遗传距离；4 4、株高、株高稍高于不育系稍高于不育系，花时较长，花粉量大花时较长，花粉量大，有利异交结实；，有利异交结实；5 5、品质好品质好；6 6、抗性好抗性好。（三）恢复系选育的方法（三）恢复系选育的方法1.1.测交筛选法（测恢）测交筛选法（测恢） 直接利用直接利用现有常规品种现有常规品种（系）与不育系直接进行测交，从中筛选出恢（系）与不育系直接进行测交，从中筛选出恢复力强，农艺性状、杂种优势都达到目标要求的品种（系）成为恢复复力强，农艺性状、杂种优势都达到目标要求的品种（系）成为恢复

37、系。系。最简单经济而且效果好最简单经济而且效果好重点恢复力测定重点恢复力测定初测：多组合、小群体。初测：多组合、小群体。复测：少组合、大群体复测：少组合、大群体 经过复测达到育种目标要求作为重点配组的恢复系经过复测达到育种目标要求作为重点配组的恢复系 2.杂交选育法杂交选育法 恢复系选育的主要方法（基因重组，优良性状和恢复基因聚合）恢复系选育的主要方法（基因重组，优良性状和恢复基因聚合） 边测边选（早代、中代、晚代）边测边选（早代、中代、晚代） 单交、复交、回交单交、复交、回交（1）恢）恢恢恢 在恢源丰富时恢复系选育的主要方法。在恢源丰富时恢复系选育的主要方法。 恢复基因得到累加，把恢复力进一

38、步提高，同时聚合其它优良性状。恢复基因得到累加，把恢复力进一步提高，同时聚合其它优良性状。（2）恢）恢保（保保（保恢）恢） 恢复系缺乏时恢复系缺乏时 改良恢复系缺乏的优良农艺性状时改良恢复系缺乏的优良农艺性状时 注意早期恢复度恢复力的测定，防止微效恢复基因的稀释注意早期恢复度恢复力的测定，防止微效恢复基因的稀释 如早期籼稻、粳稻恢复系的选育如早期籼稻、粳稻恢复系的选育（3 3）不）不恢恢 当恢源缺乏时，也可以利用当恢源缺乏时，也可以利用不育系配制的杂种后代选出恢复系，不育系配制的杂种后代选出恢复系，由于这种恢复系的细胞质与不育系相同，称由于这种恢复系的细胞质与不育系相同，称同质恢复系同质恢复系

39、S S（RRRR）。孢子体不育孢子体不育 S（R r） S（R R）+ S（R r）+ S（r r） 花粉花粉可育可育 可育可育 可育可育 不育不育 结实正常结实正常 结实正常结实正常 结实正常结实正常 不结实不结实 F1 F2 育性分离育性分离配子体不育配子体不育 S（R r） S（R R）+ S（R r） 花粉半不花粉半不育育 可育可育 半不育半不育 结实正常结实正常 结实正常结实正常 F1 F2F1 F2可以免除早期测恢，但可以免除早期测恢，但广泛应用将削弱杂种优势广泛应用将削弱杂种优势3.3.回交转育法回交转育法 又称定向转育法又称定向转育法（1 1）对一些）对一些恢复性不好或无恢复性

40、而其它性状恢复性不好或无恢复性而其它性状非常非常优秀的品种优秀的品种（2 2）用同质恢复系）用同质恢复系S S（RRRR）或三系杂交种或三系杂交种 S S（RrRr）作母本与待转育的）作母本与待转育的优秀品种杂交并回交优秀品种杂交并回交 可可以免去回交过程中的测恢以免去回交过程中的测恢步骤。步骤。（3 3）回交转育法还可以将）回交转育法还可以将不育系转育成恢复系不育系转育成恢复系。（甲不育系）。（甲不育系）甲甲 自交自交2 2次次甲恢复系甲恢复系 S S（RRRR） （带有恢复基因的近等基因系）（带有恢复基因的近等基因系） 4.4.人工诱变人工诱变 用物理或化学诱变的方法也可以选育出新恢复系。

41、用用物理或化学诱变的方法也可以选育出新恢复系。用于诱变的材料有二类：于诱变的材料有二类：现有恢复系通过诱变改良其个别缺点现有恢复系通过诱变改良其个别缺点没有恢复基因的优良品种没有恢复基因的优良品种进行诱变筛选出具有恢复基因的进行诱变筛选出具有恢复基因的个体个体三、杂种品种的选配三、杂种品种的选配（一）杂种品种的亲本选配原则（一）杂种品种的亲本选配原则1.1.选遗传差异大的亲本配组选遗传差异大的亲本配组 杂种优势的遗传基础？杂种优势的遗传基础？在在一定范围内一定范围内双亲遗传差异愈大杂种优势愈明显。双亲遗传差异愈大杂种优势愈明显。2.2.选择产量高、配合力好的亲本配组选择产量高、配合力好的亲本配

42、组高产亲本是杂种产量的基础高产亲本是杂种产量的基础在此基础上，应该挑选在此基础上，应该挑选一般配合力高的一般配合力高的亲本配组，筛选特殊配合力高的亲本配组，筛选特殊配合力高的组合。组合。 3.3.选优良性状多并能互补的亲本配组选优良性状多并能互补的亲本配组 两亲应具有较多的优良性状和较广的适应性，通过杂交使优良性状两亲应具有较多的优良性状和较广的适应性，通过杂交使优良性状在杂种中得到累加和加强，特别是杂种优势不明显的性状，及由多基因在杂种中得到累加和加强，特别是杂种优势不明显的性状，及由多基因控制的控制的数量性状数量性状如熟期、品质性状和一些产量因素，杂种的表现多如熟期、品质性状和一些产量因素

43、，杂种的表现多倾向倾向于中间型于中间型，因此只有两亲本的性状都优良才能配出符合育种目标的杂种。，因此只有两亲本的性状都优良才能配出符合育种目标的杂种。4.4.选有利于异交的亲本配组选有利于异交的亲本配组 商品杂种品种的获得是通过异交完成的，选择有利于异交的亲本商品杂种品种的获得是通过异交完成的，选择有利于异交的亲本配组才能够提高种子产量，降低生产成本获得更大的经济效益。有利配组才能够提高种子产量，降低生产成本获得更大的经济效益。有利于异交的特性主要是指：于异交的特性主要是指：（1 1）母本的花器结构和开花习性有利异交授粉；）母本的花器结构和开花习性有利异交授粉；（2 2）具有好的高产性状及潜力

44、；）具有好的高产性状及潜力；（3 3）父本花期较长，花粉量大；）父本花期较长，花粉量大；（4 4）双亲生育期接近并以母本偏早为好；）双亲生育期接近并以母本偏早为好；（5 5）父本较母本略高，以便扩大行比增多母本株数。）父本较母本略高，以便扩大行比增多母本株数。 上述配组原则只是为了增加选配杂种的预见性获得一个好的育种上述配组原则只是为了增加选配杂种的预见性获得一个好的育种效果而提出的，实际上所配制出的杂种必须在不同条件下进行多点多效果而提出的，实际上所配制出的杂种必须在不同条件下进行多点多年试验，以及生产示范和栽培试验才能确定其丰产性、适应范围、利年试验，以及生产示范和栽培试验才能确定其丰产性

45、、适应范围、利用价值和栽培方法。用价值和栽培方法。（二）三系杂交种的生产利用（二）三系杂交种的生产利用 质核互作雄性不育的特点是能够获得三系，并通过三系法利用杂质核互作雄性不育的特点是能够获得三系，并通过三系法利用杂种优势。三系法配制杂种品种包括种优势。三系法配制杂种品种包括繁殖和制种繁殖和制种两个过程，分别在不同两个过程，分别在不同的隔离区进行。繁殖田由不育系和保持系组成，主要目的是繁殖不育的隔离区进行。繁殖田由不育系和保持系组成，主要目的是繁殖不育系种子，供下代繁殖和制种用。制种田由不育系和恢复系组成，主要系种子，供下代繁殖和制种用。制种田由不育系和恢复系组成，主要目的是获得商品杂种种子供

46、大田生产应用。目的是获得商品杂种种子供大田生产应用。 三系法杂种优势利用流程图 水稻杂交种制种田示意图水稻杂交种制种田示意图两侧为父本，中间为母本，比例为8-10 ：2或5-6：1制种田不育系和恢复系前期生长情况制种田不育系和恢复系前期生长情况不育系抽穗时去杂、割叶、喷施赤霉素 不育系 恢复系父本收获后检查遗留的父本或花期结束后直接割去父本父本收获后检查遗留的父本或花期结束后直接割去父本受细胞核不育基因控制的，与细胞质无关或者无法找到正常受细胞核不育基因控制的，与细胞质无关或者无法找到正常细胞质。细胞质。核不育基因大多是隐性的核不育基因大多是隐性的，所以核不育的恢复品种很多，但，所以核不育的恢

47、复品种很多，但保持品种没有，不能实现三系配套。保持品种没有，不能实现三系配套。来源：自然突变产生不育株、理化诱变获得不育株。来源：自然突变产生不育株、理化诱变获得不育株。第三节第三节 核雄性不育的遗传核雄性不育的遗传一、隐性核雄性不育的遗传与利用一、隐性核雄性不育的遗传与利用 （一）隐性核不育遗传（一）隐性核不育遗传 遗传：遗传：rr rr RR Rr RR Rr RR Rr rr RR Rr rr 不育不育 可育可育 可育可育 1 1 ： 2 2 ： 1 1 二对隐性基因二对隐性基因控制的核不育，控制的核不育，F2F2的分离比例是的分离比例是1515可育：可育：1 1不育。不育。（二）核不育

48、系的选育和利用（二）核不育系的选育和利用1. 1. 隐性核不育系的选育隐性核不育系的选育 采用采用杂交及回交转育杂交及回交转育的方法的方法异花授粉作物可以在该品种群体自由授粉，再选择优良可育株与不育株授粉。异花授粉作物可以在该品种群体自由授粉，再选择优良可育株与不育株授粉。隐性核不育系杂交育种选育示意图32.2.隐性核不育系的生产利用隐性核不育系的生产利用隐性核不育系的恢复系（育性正常品种）很广。隐性核不育系的恢复系（育性正常品种）很广。杂种选配杂种选配隐性核不育系是一个隐性核不育系是一个农艺性状整齐、育性分离农艺性状整齐、育性分离的群体，它可以的群体，它可以一系两用一系两用，系，系内的可育株

49、（杂合）给不育株授粉可繁殖种子保持不育性。内的可育株（杂合）给不育株授粉可繁殖种子保持不育性。问题：问题：不育系用于制种必须开花前去除可育株不育系用于制种必须开花前去除可育株。我国用洞我国用洞A A或它的衍生系已培育出或它的衍生系已培育出1010多个川杂系列的棉花杂种品种。多个川杂系列的棉花杂种品种。 B(MsMs) AB(Msms)杂交种 A(msms) A(Msms)A(Msms)保持系 + A(msms)不育系二、显性核雄性不育的遗传与利用二、显性核雄性不育的遗传与利用（一）遗传（一）遗传 不育性受一对显性基因（不育性受一对显性基因（MsMsMsMs）控制，但在自然界中）控制，但在自然界

50、中通常以杂合基因型（通常以杂合基因型（MsmsMsms）形式存在。）形式存在。遗传：雄性不育株（遗传：雄性不育株（MsmsMsms），与可育株（），与可育株（msmsmsms）杂交，）杂交， 后代后代1 1：1 1（可育：不育）分离。（可育：不育）分离。应用：自花授粉作物进行应用：自花授粉作物进行轮回选择的异交工具轮回选择的异交工具。 一般不能用于杂种优势，因为它一般不能用于杂种优势，因为它不能得到纯合的不育不能得到纯合的不育系和全部可育的杂交种系和全部可育的杂交种，除非找到上位性恢复基因。，除非找到上位性恢复基因。 MsmsMsms msmsmsms Msms + msmsMsms + ms

51、ms（二）、显性核不育系的选育和利用（二）、显性核不育系的选育和利用 如果不育基因具有如果不育基因具有显性上位的恢复基因显性上位的恢复基因，可以用于杂种生产。，可以用于杂种生产。遗传模式：遗传模式：MsMs为显性不育基因，为显性不育基因，MfMf为显性上位基因为显性上位基因，能够抑制能够抑制MsMs基因不育性的表达基因不育性的表达，从而恢复可育。，从而恢复可育。9 9种基因型、种基因型、2 2种表现型种表现型不育基因型不育基因型: : MsMsrfrfMsMsrfrf MsmsrfrfMsmsrfrf可育基因型可育基因型: : MsMsRfRf、 msmsRfmsmsRf一一 和和 msmsr

52、frfmsmsrfrf 三种三种其中纯合其中纯合 RfRfRfRf基因的可育株可作为恢复系。基因的可育株可作为恢复系。利用二对显性基因控制的雄性不育系生产杂交种有二个途径：两系制种法：两系制种法：由于核不育系内有不育株和可育株两种，采用系内同胞由于核不育系内有不育株和可育株两种，采用系内同胞交，不育株上收的种子，后代交，不育株上收的种子，后代1 1：1 1分离，故在制种时必须在开花前将分离，故在制种时必须在开花前将母本内约母本内约50%50%的可育株拔去。的可育株拔去。 纯合两用系保持模式 Ms Ms rf rf Ms Ms Rf rf 不育株 可育株 Ms Ms rf rf Ms Ms Rf

53、 rf不育株（50%） 可育株（50%） 纯合两型系中不育株育性恢复 Ms Ms rf rf RfRf （不育系） （恢复系） Ms Rf rf F1 (可育） 杂合两用系保持模式 Ms ms rf rf ms ms rf rf 不育株 可育株 Ms ms rf rf ms ms rf rf 不育株（50%） 可育株（50%）杂合两型系中不育株育性恢复 Ms ms rf rf RfRf （不育系） （恢复系） Ms Rf rf F1（可育）显性核不育“三系化”繁殖制种模式 “三系化”制种法：纯合型不育株MsMsmfmf与纯合型可育株msmsmfmf杂交，可以获得杂合型的全不育系（Msmsmfm

54、f）这种不育系只能利用于制种而不能由msmsmfmf可育系继续繁殖，故称msmsmfmf可育系为临时保持系。这种显性核不育系已用于油菜、大白菜杂交种子的生产。三、环境诱导核雄性不育的遗传与利用三、环境诱导核雄性不育的遗传与利用 （一）遗传 二十世纪七十年代以来，我国陆续在水稻、小麦、大豆等主要农作物中发现了光温敏核不育种质。特点 1、类型：诱导育性转换的主导因子是光和温光和温 光敏型：光照长度是决定育性转换的主要因子，温度只起协调作用 包括长光不育短光可育和短光不育长光可育 温敏型：幼穗发育敏感期的温度决定育性，光照长度不起作用 包括高温不育低温可育和高温可育低温不育 光温互作型：难以分清楚光

55、、温的主次作用。2 2、光诱导敏感期：第二次枝梗原基分化至花粉母细胞形成期。、光诱导敏感期：第二次枝梗原基分化至花粉母细胞形成期。 也是对光敏感的部位，光受体：光敏色素。也是对光敏感的部位，光受体：光敏色素。 温诱导敏感时期温诱导敏感时期: :是是花粉母细胞减数分裂前后花粉母细胞减数分裂前后，即，即花粉母细胞形成花粉母细胞形成至花粉内容充实期至花粉内容充实期。温敏感部位。温敏感部位: :生长点的分生细胞。生长点的分生细胞。3 3、育性的转换：、育性的转换：不育的光温满足时，植株的不育率和不育度都可达到不育的光温满足时，植株的不育率和不育度都可达到100%100%。可育的光温满足时，植株的可育率

56、可达到可育的光温满足时，植株的可育率可达到100%100%。但育性转换有一个过渡光温条件。但育性转换有一个过渡光温条件。光温诱导效应表现出光温诱导效应表现出局限性局限性，相互间是，相互间是不能传导不能传导的，的，因此不同穗子由于发育进程差异，表现育性差异。因此不同穗子由于发育进程差异，表现育性差异。问题：光敏与温敏型雄性不育，哪种在杂种优势上更具利用价值？问题：光敏与温敏型雄性不育，哪种在杂种优势上更具利用价值？ 不同发育特性的作物，如何利用光温诱导的雄性不育？不同发育特性的作物，如何利用光温诱导的雄性不育？光温诱导雄性不育的遗传光温诱导雄性不育的遗传1 1、细胞、细胞核隐性基因核隐性基因控制

57、，无细胞质互作效应，控制，无细胞质互作效应，属孢子体不育类型属孢子体不育类型；问题：如出现光温诱导的问题：如出现光温诱导的显性核不育显性核不育是否可以用于杂种优势？是否可以用于杂种优势？ 如出现光温诱导的如出现光温诱导的配子体不育配子体不育是否可以用于杂种优势？是否可以用于杂种优势？ 2 2、有的受、有的受 1 1对或对或2 2对对 主效基因控制主效基因控制； 3 3、有微效基因的修饰作用有微效基因的修饰作用存在；存在； 如水稻不同的光温敏核不育基因经等位性分析，有些等位有些不如水稻不同的光温敏核不育基因经等位性分析，有些等位有些不等位，等位，至少涉及到至少涉及到5 5个以上不同位点的基因。个

58、以上不同位点的基因。（二）、光温敏核不育杂种品种的选育（水稻为例） 杂种品种的选育包括： 核不育系的选育 杂种品种的选配 光温敏核不育系有两重性：不育条件下制种 可育条件下繁殖水稻光温敏核不育系为 长日高温不育：长日高温不育：13-14小时日照、气温25度以上 短日低温可育短日低温可育：12小时日照、气温23-25度以下1 1、光温敏雄性不育系的选育、光温敏雄性不育系的选育（1 1）技术要求）技术要求1 1）遗传稳定，性状一致）遗传稳定，性状一致2 2）育性转换明显育性转换明显，不育期间群体不育株率，不育期间群体不育株率100%100%。花粉不育率或小花。花粉不育率或小花不育率不育率99.5%

59、99.5%以上，连续天数能满足制种要求。以上，连续天数能满足制种要求。 可育期间群体可育株率可育期间群体可育株率100%100%，自交结实率，自交结实率30%30%以上。以上。3 3）异交习性好）异交习性好4 4）一般配合力高。）一般配合力高。5 5）主要经济性状优良。）主要经济性状优良。6 6）抗性好。）抗性好。（2 2） 选育途径选育途径 杂交转育、系统选育、诱变选育、组织培养等方法。杂交转育、系统选育、诱变选育、组织培养等方法。（3 3）选育程序）选育程序 长江流域控制长江流域控制8 8月月1010日左右抽穗，割茬再生鉴定日左右抽穗，割茬再生鉴定9 9月月1010日后抽穗的结实情况日后抽

60、穗的结实情况 异地选育（穿梭选育）异地选育（穿梭选育）光温敏雄性不育系的选育程序 （二）光温敏雄性不育系的鉴定 光温敏不育系育成后，除按一般不育系要求鉴定其特征特性、整齐度、配合力、品质、抗性、异交率等外，还应针对其特点在育性转换特征、临界光温、光温敏属性、适用范围等方面进行鉴定。鉴定的方法可采用不同生态点的分期播种和人工气候箱的试验处理相结合。1. 不同生态点的分期种植鉴定选择代表性的生态点：淮河、长江上中下游、华南、云贵高原各点分期播种试验目的：区分不育系在各地的不育期、育性转换期和可育期以及育性稳定性。考查指标：开花日期，花粉育性、自交结实率与光温条件等。2. 人工气候箱鉴定 在自然条件