第五章杂交育种

第五章杂交育种

crossingbreeding一.杂交育种的概念、意义及特点1.杂交育种的概念以基因型不同的植物种或品种进行交配或结合形成杂种，通过培育选择，获得新品种的方法。

它是培育新品种主要途径，是近代育种工作最重要的方法之一。由于杂交引起基因重组，后代可组合双亲控制的优良性状，产生加性效应，并利用某些基因互作，形成超亲新个体，为培育选择提供了物质基础2.杂交的分类1)按杂交性质不同可分为

①无性杂交:用现代生物技术将体细胞融合而形成杂种的方法。②有性杂交:通过双亲雌雄配子的受精结合而形成杂种的方法。2)根据参亲本亲缘关系远近分为

①近缘杂交:

是亲缘关系较近，分类上属于同一种的不同变种或品种类型之间的杂交。②远缘杂交:

是不同种、属或亲缘关系更远的物种之间的杂交。3.杂交的意义1)杂交是创造新品种新类型的重要手段抗病性：美国板栗×中国板栗（美国）；美国五针松×乔松（美国）；白榆×椿榆（荷兰等国）；日本落叶松×欧洲落叶松（欧洲）。抗寒性：欧洲白蜡树×美国白蜡树（美国）；刚松×火炬松（朝鲜）；狭果松×辐射松（新西兰）2)杂交是生物进化的重要方式,是自然界提供变异最大的因素.3)杂交是研究遗传理论的重要方法之一

4)为建立林木种子园提供科学依据遗传测定中的各种交配设计，了解一般配合力和特殊配合力4.两种杂交育种类型

A.组合育种通过杂交，使不同亲本控制不同性状的优良基因结合在一起，产生兼具双亲优点的新品种。其遗传机理主要是基因重组和互作。B.优势育种将双亲控制同一性状的不同微效基因积累于一个杂种个体中，形成在该性状上具有杂种优势的新类型。其遗传机理主要是基因累加和互作，包括充分利用非加性作用。5.杂交的表示方式

在有性杂交中，把接受花粉的植株，叫做母本，用符号“♀”表示；供给花粉的植株，叫父本。用符号“♂”表示。父本和母本统称亲本。杂交用“×”号表示，一般母本号写在前面，父本写在后面。杂交所得种子长出的植株，叫杂种第一代，用Fl表示；杂种第二代用F2表示，依此类推。6.杂交育种的程序1)

制定育种目标2)研究育种原始材料3)

选择杂交亲本4)控制授粉5)

杂种的培育和选择6)

杂种优势的利用7)杂种的命名二.制定育种目标制定育种目标可以防止盲目性，有目的的搜集原始材料，有计划的选配亲本，确定培育方法和选择方向、选择标准。

目标要规定得具体，有针对性，重点突出，使育种工作有的放矢。一般一次只要求解决一个重点问题，切勿面面具到，否则一事无成。

林木杂交育种目标：

提高木材产量增强抗性改进经济品质三.研究育种原始材料育种目标确定以后、即要根据目标收集有关的原始材料。原始材料是育种工作的物质基础和生产资料，只有对原始材料进行全面彻底的分析，才能如期达到育成优良品种的目的。在对原始材料全面彻底分析的基础上，才能正确地选配杂交亲本。

一般来说,我们应该研究育种原始材料的:经济性状、适应性、抗逆性;物候、花器构造、开花结实规律等。四.选择杂交亲本包括选择杂交母树和制定杂交组合。

1.杂交植株的选择

1)

选择优良种源2)

选择优良单株3)

无病虫害4)

结实性强的和花粉多的2.杂交亲本选配的原则

1)亲本应具有育种目标所需要的优良性状，或具备该性状的遗传潜力，而且两个亲本的优缺点要能互相弥补。

2)选择在地理上较远的，生态类型不同的材料作亲本。这样，可以丰富杂种的遗传性，增强杂种优势，获得分离较大的及超越双亲的类型。

3)亲本选择时要考虑两个亲本遗传传递能力的强弱。一般地，母本对杂种后代的影响常比父本强，因此要尽可能选择优良性状较多的作母本。4)选择的亲本一般配合力要高。

5)选择结实性强的种类做母本、而以花粉多而正常的做父本,以保证获得种子。

3.杂交方式的确定

1)

成对杂交

①概念:又称单杂交，即两个亲本的一次性杂交。

②

表示:以A×B表示。

③优点:当两个亲本优缺点能互补，性状总体基本上能符合育种目标时，应尽可能采用单杂交，因单交只需杂交一次即可完成，杂交及后代选择的规模不需很大。方法简便，杂种后代的变异较为稳定。单杂交时，两个亲本可以互为父母本，即A×B或B×A，前者称为正交，后者则称反交。如有可能，正交、反交最好都做些，以便比较。

④缺点:综合的亲本优良性状数目少。2)

复合杂交

①

概念:

即在两个以上亲本之间进行杂交，一般先配成单交，然后根据单交的缺点再选配另一单交组合或亲本，以使多个亲本优缺点能互相弥补。当某一亲本或某一中心亲本需要改造的性状不是一个，而与另一亲本杂交达不到目的时采用。

②

种类:

三交:(A×B)×C，双交：(A×B)×(C×D)，

四交：[(A×B)×C]×D，五交等依此类推

③排列:复交各亲本的次序究竟如何排列，这就需要全面衡量各个亲本优缺点和相互弥补的可能性，一般将综合性状好的或者具有主要目标性状的亲本放在最后一次杂交，这样后代出现具有主要目标性状的个体可能性就大些。对具有显性性状的亲本应先进行杂交，可减少以后杂交时选用亲本植株的数目。④缺点:复交与单交相比所需年限较长，工作量大，所需试验地面积，人力、物力都较多，所以仅限于育种目标要求方面广，必须多个亲本性状综合起来才能达到育种要求时采用。⑤优点:

能综合较多亲本的优良性状。3）回交

①

概念:两亲本杂交后代Fl所选单株与原亲本之一进行杂交。通过回交可使亲本的优良性状在杂种中慢慢加强，最终把亲本的某一优点转移到杂种中。回交育种法近年主要用于培育抗性品种或用于远缘杂交中恢复可孕性和恢复栽培品种优点等。

②表示:即{(A×B)×A}×A…，称为回交。③排列:

一般在第一次杂交时选综合性状优良的品种作母本，而在以后各次回交时作父本，这个亲本在回交时叫轮回亲本（杂种优势的主要来源，要求：抗逆性强、丰产性好，有推广价值）。另一亲本叫非轮回亲本（目标性状的唯一来源，要求：目标性状突出、遗传传递力强）。

4)

多父本混合授粉以一个以上的父本品种花粉混合授给一个母本品种的方式，称多父本混合授粉。去雄后任其自由授粉实质上也是多父本混合授粉。这种授粉方式虽然有时父本不清楚，但比较简单易行，而且后代分离类型比较丰富，有利于选择。

五.控制授粉

1.研究花部构造模式花由花萼、花冠、雄蕊和雌蕊所组成。在一朵花里，雄蕊和雌蕊都有的，称两性花，如月季、山茶等。在两性花中有雌雄蕊同时成熟的，如梅花；雄蕊早于雌蕊成熟的，如香石竹，雌蕊早于雄蕊成熟的，如银胶菊；也有柱头异长的，如百合属。有的虽是两性花，有自花不孕的，如油茶；也有自花能孕的，如翠菊。在一朵花里，只有雄蕊或只有雌蕊的，称单性花。雌花和雄花生在同一植株上的叫做雌雄同株，如桧柏、柿。雌花和雄花不生在同一植株上的，叫雌雄异株，如银杏、杨树、柳树。2.了解开花习性

花的传粉方式有虫媒和风媒两种。虫媒花一般有鲜艳的花瓣、香味、蜜腺等，以引诱昆虫。并且花粉粒大而少，有粘液。风媒花通常无鲜艳的花瓣、香味和蜜腺；但可能具有大的或羽毛状的柱头，以阻拦空气里的花粉；风媒花的花序紧密，产生相对大量的花粉；花粉粒小，它们能够在空中飘浮。杂交中，风媒花必须用纸袋(牛皮纸、玻璃纸均可)隔离；而虫媒花要防止某种传粉昆虫进入花朵，可以用尼龙纱布做隔离袋，或者用铁纱制成育种笼、育种室。3.进行花期调整

1)

原因

开花时间的不一致，造成杂交工作的困难；杂交双方花期相同时也要求父本能提前2—3天开花，以便及时收集花粉。

2)

花期影响因子

植物开花的时间，是由品种特性和外界环境条件决定的。在外界环境条件中，温度和光照影响最大，一般是:南方比北方开花早；低海拔比高海拔早；山的阳坡比阴坡早。

所以

如何使亲本花期相遇，首先要摸清亲本的生长发育规律及对温度、光照的要求。如菊花在少于10个小时的短日照条件下，可以提早开花；如给予多于10个小时的长日照条件，即可延迟开花。再如玫瑰对温度很敏感，如花前气温高，开花就早；花前气温低，开花就晚；如快开花时，气温突然升高(24—35.7℃)，促使不成熟的花蕾也迅速开放。所以找出影响开花的主导因子，就能有效地调整花期。3)

调整花期的措施①对于种子小，成熟快的树木可进行切枝水培。如把花枝放进温室可提前开花；如把花枝放在阴凉地方，就可延期开花。②对于光周期不严格的植物可以进行分期播种例如隔二周播一批，连播几批，就有可能花期相遇了。③其它如摘心、修剪、环剥、嫁接等措施，也可提前或推后开花如一串红、香石竹、万寿菊、大丽花及菊花利用摘心的方法，均可推迟花期;而环剥、环切、或嫁接可使花木的实生苗提前开花。

④花期相隔太远，只能用贮藏花粉的办法调整花期4.花粉的收集与贮藏1)

花粉的收集（1）树上采集松、杉等针叶树常用此法，在雄球花成熟开始散粉前，及时套上塑料袋或透明纸袋，使花粉散落在袋中；（2）摘下花序采集将撒粉的花序摊在纸上阴干，待花粉散出后既收集；严防花粉相互污染；（3）培养花枝收集室内花枝水培。2)花粉的贮藏

①意义：通过花粉贮藏，它可以使一些迟开花的植物和早开花的植物进行杂交，或需到较远的地方给母本授粉，花粉的贮藏与运输可以打破杂交育种中双亲时间上和空间上的隔离，扩大了杂交育种的范围。

②贮藏条件：花粉寿命与遗传因素、环境因素（主要是温度、湿度和光照）有关。有的花粉寿命很长，如杉木的花粉可活17年之久，有的花粉寿命很短，如水稻的花粉，5分钟以后就有大量死亡；大麦的花粉在取下2分钟以后就有死亡。一般在自然条件下，自花授粉植物花粉寿命比常异花、异花授粉植物为短。通常高温高湿花粉呼吸旺盛，很快失去生命力；但在极干的条件下，花粉失去水分，也不利于保存。有利于花粉长期保存的条件是:低温、干燥、黑暗。③方法

收集花粉后，除去杂物，装在小瓶里，数量以小瓶容量的1／3—1／2为宜，瓶口扎以纱布，然后贴上标签，注明品种，采集花粉的时间。小瓶置于干燥器内，干燥器内底腔盛无水氯化钙。干燥器放于明凉、黑暗的地方，最好放于冰箱内，冰箱温度保持在0—2℃左右收集干燥过筛除杂小瓶（1／3）加棉塞干燥器（无水氯化钙）低温、黑暗（2℃冰箱）3)花粉生活力的测定

形态观察法

干扁、皱缩、结块、发霉的花粉是失去生活力的花粉。

直接授粉法

一种是把待测花粉直接授在同种植株的雌蕊柱头上，并做好隔离观察结实情况，如果发育正常，收到种子，即证明花粉有生活力，由于柱头上有促进花粉发芽物质，所以常常在人工培养基上不能发芽的花粉，在柱头上却能结果。另一种方法是把贮藏花粉授到雌蕊柱头上后，经1-3天用FAA固定液固定花柱，再用1%的苯胺蓝水溶液或苯胺蓝乳酸酚染色。做压片，观察花粉管生长状况。根据萌发率的高低来鉴定花粉的生活力。

花粉发芽法（培养基法）

在培养基上进行花粉的人工萌发，检查待测花粉萌发率的高低。

染色法

A.用0.025％的次甲基兰溶液一滴,滴入被待测花粉上，数分钟后在显檄镜下检查,凡无生活力者染色深兰色，有生活力者褪为不同程度的浅兰色或灰色。褪色能力的强弱与生活力的强弱呈正相关。B.2、3、5一氯化三苯基四唑(TTC):新鲜花粉具有脱氢酶，TTC进入活组织遇到脱氢酶时，接受了氢离子而还原成红色。TCC浓度为0.5％，颜色反应程度，着色强弱与生活力呈正相关。5.室外树体杂交技术1)母株和花朵的选择

根据育种目标的要求，选择生长健壮，发育良好的作为母株，在母株数量较多时，一般不要选择路旁，人来往较多的地方，以确保杂交工作的安全，去雄的花朵以选择植株的中上部和向阳的花为好。每枝保留的花朵数一般以3—5朵为宜。种子和果实小的可适当多留，多余的摘去，以保证杂种种子的营养。2)去雄（两性花）目的：避免自花授扮。时间：雄雌蕊尚未成熟时(一般在花蕾开始变松软，花药呈绿或绿黄色时)进行。方法：去雄时，可先用手轻轻的剥开花蕾，然后用镊子或尖头小剪刀剔去花中的雄蕊。注意：避免污染（不要弄破花药，在去雄过程中，如工具被花粉污染，必须用70％酒精消毒）；去雄要彻底；不要损伤雌蕊和花瓣。

3)套袋隔离（单、两性花都要进行）目的：避免计划外植物花粉的干扰。时间：两性花去雄后立即套上袋子，单性花在雌雄蕊尚未成熟时。材料方法：牛皮纸或硫酸纸袋。虫媒花可用细纱布或亚麻布做袋子。袋子的大小因种而异，一般以能套住花朵或花序并有适当的空间为宜，袋子两端开口，顶端向下卷折，用回形针夹住，下端应缚在老枝上。必要时在扎缚处裹以棉花，以免因风移动，受机械损伤，并防止昆虫(如蚂蚁)潜入。套袋后挂上纸牌，用铅笔写明去雄日期。4)授粉时间：阔叶树柱头分泌粘液而发亮时；针叶树雌球花珠鳞张口时即可授粉。工具：一般用毛笔、棉花球授粉；特别稀少的花粉，用圆锥形橡皮头授粉；风媒花的花粉多而干燥，可用喷粉器喷粉，使用喷粉器时，可不解除套袋，而在套袋上方钻一小孔喷入。近来有的国家用蜜蜂棍授粉，效果很好。注意：多次（一般2—3次）重复授粉。授粉工具授完一种花粉后，必须消毒，才能授第二种花粉。授粉后应立凹封好套袋。并在纸牌注明杂交组合、杂交日期、授粉数等5）去袋

阔叶树如柱头萎蔫，针叶树雌球花珠鳞增厚、闭合说明已经受精。可除去套袋，以免妨碍果实生长。6)杂交后的管理

杂交后要细心管理，创造良好的有利于杂种种子发育的条件，有的花灌木要随时摘心，去蘖，以增加杂交种子的饱满度。并注意观察记载，及时防治病虫害和防止人为的破坏。杂交种子成熟随品种而异；有的分批成熟，要分批采收。对于种子细小的树种，为防止种子飞散，成熟前要套上纱布袋。有的种子在幼果发育至成熟为防止鸟兽危害，亦必须用纱布袋套上。采收时将种子或果实连同纸牌放入牛皮纸袋中，并注明收获日期，分别脱粒贮藏。6.室内切枝水培杂交

1)枝条的采取和修剪

选用粗壮枝条，大小长短视培养空间而定。入室前修剪，剪去徒长枝病虫害枝。雄花枝尽量保留全部花芽，以收集大量花粉；雌花枝每枝留1—2个叶芽和3—5个花芽，多余的去掉，以免过多消耗枝条养分，影响种子的发育。

2)水培和管理把修好的枝条，插在盛有清水的广口瓶或瓦罐中，每隔3—4天换水一次，天热时要勤换水，如发现枝条切口变色或粘液过多，必须修剪切口。室内应保持空气流通，防止病虫害发生。3)去雄、隔离和授粉如果两性花，开花前要去雄，方法同前；如是单性花，为了防止自由传粉，可以在雄花上套袋；如室内条件容许，可把不同的组合或不同的父本，分别放在不同的室内。由于同一花序各小花盛开的时间不同，通常是基部的先开，上端的后开，前后相差2—3天，所以授粉工作应在两三天内连续进行几次。4)果实发育期管理及种子采收

枝条上顶芽开放后，保留2—3片叶子。为了避免种子飞散，当果实即将成熟时，套上纸袋，成熟后连同袋子一起取下，注明杂交组合，授粉日期和采种期，然后按组合分别保存。六.杂种后代的选育杂种种子为选育新品种提供了可能性，要把可能性变为现实性还需做大量工作。培育、选择、鉴定、推广在发生分离的第一代，可进行单株选择，优良单株可无性繁殖，建立无性系；不能无性繁殖的，可选几株优良单株，他们之间授粉杂交，再从中选出优良单株。木本植物需经3一5年观察比较，需慎重。为加速育种进程，可南繁北育，温室培养。七.克服杂交不可配性的方法树木远缘杂交，存在不可配性。杂交障碍：空间隔离、时间隔离和遗传隔离。克服方法：空间隔离可通过引种，采运花粉等；时间隔离可用调整花期、或采集外地花粉或储藏花粉；遗传隔离——主要障碍1)选择适当亲本并注意正反杂交如：江梅型梅花×杏→结实率高朱砂型梅花×杏→结实率低在选定的种属范围内，采用染色体数较多或染色体倍数性高的种作为母本进行杂交较易成功。

美洲黑杨×欧亚黑杨→杂种优势强（欧美杨）欧亚黑杨×美洲黑杨→无杂种优势2)混合花粉和多次重复授粉

所谓混合花粉，即在选定的父本花粉内，掺入少量其他品种甚至包括母本的花粉，然后授于母本花朵柱头上。这是米丘林克服果树远缘杂交不亲和性常用的一种方法。如：小叶杨×（美杨+旱柳）群众杨3)选择第二次开花的幼龄杂种实生苗作母本

这是米丘林长期从事果树育种工作的经验总结，并且认为，如果双亲都是第一次开花的幼龄杂种，则更为有利。4)柱头移植、剪短法

将父本花粉先授予同种植物的柱头上，在花粉管尚未完全伸长之前，切下柱头，移植到异种的母本花朵的柱头上或先进行异种柱头嫁接，待一至二天愈合后，再行授粉。5)预先无性接近法

在进行远缘杂交前，预先将亲本互相嫁接在一起。使它们彼此的生理活动得到协调，或改变原来的生理状态，而后进行有性杂交，较易得到成功。例如，米丘林曾用梨和花揪杂交没有成功。后来，他将普通花揪与黑色花揪先行有性杂交，将杂种幼龄实生苗的芽条嫁接到成年梨树的树冠上，经6年时间接穗受砧木的影响，它们在生理上逐渐接近，当杂种花揪开花时，则授以梨的花粉。这样，便成功地获得了梨与花揪的远缘杂种。6)媒介法

当甲与乙两种直接杂交不能成功时，可以用两亲之一先与第三类型丙进行杂交，将杂交得到的杂种再与另一亲本杂交，这种媒介的方法，有时较易获得成功。例如，米丘林为了获得抗寒性强的桃子品种，曾用矮生扁桃(Prunusnana)与普通桃进行杂交，未能获得成功。于是，他又用矮生扁桃和山毛桃(Prunusdavidiana)先行杂交，获得了媒介者扁桃，再利用媒介者扁桃与普通桃进行杂交，从而取得了成功。试验表明，在樱桃亚属与李亚属的远缘杂交中，沙樱桃可作为理想的媒介者。7)化学药剂的应用

应用赤霉素、荼乙酸、吲哚乙酸、吲哚丁酸、硼酸等化学药剂处理可克服某些远缘杂交不结实的缺点。

例如百合品种间杂交不结实，用0.1％一1.0％生长素羊毛酯，涂于剥去花瓣的子房基部，结果增加了结实率。又如在梅花远缘杂交中用GA50mg／l一100mg/l儿处理梅花柱头，显著提高了杂交结实率3—10倍。8)组织培养技术的应用

随着组织培养研究的深入，已经开始研究应用人工培养基，把母本花朵中取出胎座或没有带胎座的胚珠，置于试管中进行人工授粉受精。这种方法在烟草和婴粟杂交中显示了它们的效能，值得进一步研究利用。对于杂种胚的早期败育问题的解决，利用组织培养技术来培养发育不良的胚，已在许多远缘杂交育种中广泛应用。9)应用温室或保护地杂交，改善授粉受精条件

杂交时的气候条件对授粉受精影响很大，例如在金花茶与山茶的远缘杂交中，二月如温暖少雨，结实率显著提高，如低温多雨，结实下降，甚至不结实。10)花粉预先田低剂量辐射处理再行杂交

花粉用低剂量射线处理后，由于低剂量刺激效应，花粉活性增加，表现发芽率提高，花粉管生长迅速。例如在泡桐种间杂交中，用X射线处理的花粉，再行授粉，结果坐果率和受精率都增加。

八.杂种优势及其利用1杂种优势的的概念

指两个遗传组成不同的亲本杂交产生的杂种第一代，在生长势、生活力、繁殖力、抗逆性、产量和品质上比其双亲优越的现象。通常是以F1超过其双亲平均数的百分率，表示其优越的程度。2杂种优势的表现

(1)杂种营养体发育较旺的营养型

杂种仅在根、茎、叶等营养器官的生长势方面超过双亲。(2)杂种