杂交育种优秀课件

第五章

杂交育种

hybridizationbreeding第一节杂交育种的概念和成就

杂交（crossing,hybridization）:是指两个遗传组成不同的亲本之间的交配，所产生的后代称为杂种（hybrid）。对森林树种来说，杂交通常是指不同树种或同一树种不同品种或不同类型间的交配。

种内杂交是指同一树种不同品种、类型间的杂交，称为近缘杂交；种间杂交和属间杂交称为远缘杂交。通过杂交取得杂种，可能具有双亲特有的优良特性，或在生长势、生产力或抗逆性方面比亲本强，杂种出现的这种优势叫杂种优势（heterosis）。杂交育种（hybridizationbreeding）是通过杂交取得杂种，并对杂种进行鉴定、选择，最终获得优良品种的过程。

我国杨树杂交工作开始较晚，但发展很快，北方各省（区）几乎都进行了杨树杂交工作，选育出不少优良品种。例如小黑杨（小叶杨×欧洲黑杨）、群众杨［小叶杨×（钻天杨＋旱柳）］小美12号（小叶杨×钻天杨）、北京杨（钻天杨×青杨）等。741杨培育741杨是河北农业大学采用有性杂交选育的优良白杨杂种无性系。杂交组合是：［银白杨×（山杨＋小叶杨）］×毛白杨［PopulusalbaL.×(P.davidianaDode＋P.simoniiCarr.)×P.tomentosaCarr.］在杂种群体中按照15％的入选率选择杂种，形成无性系定植选育试验林，进行6年复选；优良无性系741在河北、河南、山东、北京、天津、陕西、甘肃等地营造区域对比试验林，进行3－10年对比试验，对其生长、形态、适生特性等进行研究，最终培育成优良白杨杂种无性系品种。741杨受体成年树木生长情况调查741杨生长特性741杨速生性明显，特别是直径生长量，显著优于易县毛白杨，且随着年龄增加，生长优势更加明显。741杨木材基本特性6年生741杨和毛白杨材性试验结果比较741杨各项木材物理力学性质高于对照易县毛白杨10％－30％。741杨树干通直、圆满，树冠开张，树皮光滑，树形美观。741杨形态及结实特性741杨高度不育，果穗长度、粗度、果穗数量均显著低于毛白杨雌株，果穗数量为毛白杨的50％，月70％－90％在成熟开裂前脱落。第二节杂种优势的表现及其理论基础

一、杂种优势的估算方法

1、平均优势法：以杂种F1代超出双亲平均值来表示。2、超亲优势法：以杂种F1超出双亲中最优亲本来表示。3、对照优势法：以杂种F1超出对照来表示。三、杂种优势的理论基础

1、显性假说（dominancehypothesis）

假如有5对基因互为显隐性的关系，分别位于2对染色体上。同时假定各隐性纯合基因（如aa）对性状发育的作用为1，二个显性纯合和杂合基因如（AA和Aa）的作用为2。其杂种优势可表示如下：2、超显性假说（overdominancehypothesis）

超显性假说也称“等位基因异质结合假说”。他们认为，杂种优势是由于结合的配子差异的增加，而产生发育上的生理刺激作用。从遗传学上讲，在杂合体中许多基因位点处于杂合状态较任一纯合体为优，而且优势随着杂合性程度的增加而增加。假定2个亲本各有5对基因与生长势有关，各等位基因均无显隐性的关系。同时，假定a1a1、b1b1等为同质等位基因时的生长量为1个单位，而a1a2、b1b2等为异质基因时的生长量为2个单位。这2个自交系杂交产生的杂种优势可表示如下:第三节人工杂交技术

一、杂交方式

在一个杂交育种方案中，参与杂交的亲本数目以及各亲本杂交的先后次序，称为杂交方式(crossingmode)。有性杂交中，供应花粉的植株，叫父本，以符号♂来表示；接受花粉，而发育成果实和种子的植株叫母本，以符号♀表示；×号表示有性杂交，母本写在前面，父本写在后边。1、单交

单交(singlecross)是指两个不同的树种或品种进行交配，由此法所得的杂种叫单交种。简单杂交时可采用正交和反交，正交和反交即两亲本可互为父母本，如A×B为正交，则B×A为反交。由于母本往往具有较强的遗传优势，正交和反交的结果往往不同。如小叶杨×钻天杨，与反交钻天杨×小叶杨，在生长及耐寒性上都是有差异的。4、回交(backcross)

回交指单交得到的F1再与其亲本之一进行杂交。用作回交的亲本叫回交亲本。目的是为了加强回交亲本优良性状的传递。采用回交时，应当在杂种第一代就进行回交。优良性众多的品种先作母本，而在以后各次回交时作父本。A×BF1×AF2×A5、多父本混合授粉杂交

多父本混合授粉杂交是选择两个以上的父本，把它们的花粉混合起来，对一个母本进行授粉，即A×（B＋C＋D＋…）。如小叶杨×（钻天杨＋旱柳）。混合授粉方式一般是在克服远缘杂交困难时采用，所混合的花粉多为异属异种花粉。泡桐、刺槐、榆树等在同一朵花中有雌蕊和雄蕊，属两性花；松、侧柏、落叶松、杉木、柳杉等树种的雌雄花分别着生在同一植株上，为雌雄同株异花.银杏、杨、柳、水曲柳等雌雄花分别着生在不同植株上，属雌雄异株。对两性花，杂交前需先去雄蕊，这既费事，又易损伤组织、影响杂交成功。树木授粉方式主要分为风媒和虫媒两种。森林树种大部分为风媒花。按花粉的来源与母本的亲缘关系，可分为自花授粉和异花授粉。2、花粉的采集

（1）树上采集

凡花粉量多，而且撒粉期较长者，如松、杉、油茶等树种可采用此方法。（2）摘下花枝收集

有些树种的花，撒粉的延续期较短，花粉容易飞散，又不便于上树收集，如杨、榆、板栗、核桃等，可直接采集即将散粉的花穗，铺在纸上阴干，使花药开裂，花粉散出，收集花粉。（3）培养花枝收集

凡开花撒粉时间较短的树种，如杨、榆、柏树、水杉等树种，可在雄花开花前剪下花枝水培。3、花粉的储藏和运输

花粉寿命的长短因树种和储藏条件不同而异，一般风媒花花粉的生活力，在干燥、冷凉的室温下可保持1－2个星期。杉木、云杉、柳杉、松树的花粉储藏在适当的温度和湿度下，可以保存数年。杉木的花粉在低温下保持17年之久。杨树、柳树花粉一般只能保存1周左右。把收集好的花粉装在玻璃皿中，不加盖，放置在盛有氯化钙或硅胶的干燥器中进行干燥，12－24小时后即可密封储藏。多数针叶树种最适宜储藏的含水量为8－10％以下。

一般花粉可在0－5度的温度下储藏，也可储藏在－20度的冰箱中。采用低温储藏时，温度应逐渐升降许多风媒传粉树种的花粉，当干燥到含水量适于储藏时，可以放入小玻璃瓶中邮寄。少量的花粉可用光洁的半透明纸包好，放在信封内邮寄。有些树种可以剪取花枝寄运。4、花粉生活力测定

（1）直接测定法

把花粉直接授到同种植物的雌蕊柱头上。（2）活体检验法

把花粉直接授到同种植物的雌蕊头上,作切片观察花粉管萌发情况（3）培养基法

（4）染色法

四、杂交技术

有性杂交是在人为控制父本的条件下进行的授粉，所以称做控制授粉(controlledpollination)控制授粉主要包括去雄、套袋隔离、授粉、去袋等步骤。控制授粉分树上杂交和切枝杂交。1、树上杂交

（1）去雄（2）套袋隔离（3）授粉(4）去袋2、室内切枝杂交

（1）枝条的采取和修剪（2）培养（3）去雄、隔离和授粉（4）果实发育期管理

3、杂交技术要点

（1）要熟悉杂交树种的开花结实习性，了解花器官的构造，能识别雌雄植株和雌雄花芽。（2）了解花粉的采集、寿命和贮藏方法，熟悉花粉生活力测定方法。（3）隔离袋的大小要适合树种的开花习性；隔离袋和授粉工具原则上只能供一个杂交组合使用。如需再次利用，一定要消毒干净。（4）去雄要彻底，但不能损伤其他花组织；套袋要及时。（5）树上杂交宜在无风的清晨授粉，要防止隔离袋的破损。室内杂交，视条件可隔离而不套袋；套袋授粉前，要防止空气中飘浮花粉的污染。（6）杂交中应设对照，以检验污染、自交的程度。（7）做好标记和登记，杂交组合要在树上或枝条上挂标签，并对各项工作做详细记录。第四节远缘杂交

在杂交育种中，将不同的种、属或亲缘关系更远的两个亲本进行杂交，称之为远缘杂交(distanthybridization)。通过远缘杂交，可以获得品种间杂交所得不到的变异类型，由远缘杂交所产生的杂种，叫做远缘杂种(distanthybrid)。一、远缘杂交的特点

1．远缘杂交的不亲和性2．远缘杂种的不育性3．远缘杂种后代分离的广泛性和不规则性二、远缘杂交不亲和现象及其原因

1．地理上的隔离2．季节上的限制3．传播媒介的不同4．柱头与花粉形状不同5．花粉不发芽，花粉管生长受阻6．杂种不成活7．杂种不孕三、常见树种杂交可配性

白杨派：分成两组，即白杨组，包括银白杨、新疆杨、毛白杨和灰杨；山杨组，包括河北杨、山杨、响叶杨。大叶杨派：大叶杨、椅杨。青杨派：小叶杨、青杨、川杨、滇杨、香杨、苦杨、大青杨。黑杨派：欧洲黑杨、美杨（钻天杨）、箭干杨、美洲黑杨、欧美杨。胡杨派：包括胡杨、粉叶杨等。杨属同派不同种间杂交容易，而派间杂交有难有易胡杨派：包括胡杨,乔木，树皮淡黄色，基部条裂，苗期叶披针形，成年树木卵圆形或三角状卵圆形。主要分布于内蒙西部、甘肃、青海、宁夏、新疆等。以新疆最为普遍。为干旱大陆性气候下乡土树种。喜光、抗热、耐大气干旱、抗盐碱、抗风沙。种子繁殖，插条难以成活。青杨派：叶片卵圆形，基部楔形或圆形，叶柄圆柱形，表面有沟槽。我国有约43种，多为优良造林树种。主要包括小叶杨、大青杨、青杨、辽杨、香杨、川杨、密叶杨等，主要分布于东北或西北高寒地区。白杨派：叶掌状裂或具有粗锯齿，叶病上部侧扁，多数叶背具绒毛。我国约有10种，多为重要造林树种。主要包括毛白杨、银白杨、新疆杨、欧洲山杨、山杨、河北杨等。毛白杨主要分布于华北、西北、东北包括辽宁、内蒙、河北、山西、河南、陕西、江苏、宁夏、北京、天津等10多各省，大约100万平方公里范围内分布，是我国特有乡土树种。形成许多类型和优良无性系，如易县毛白杨、窄冠毛白杨、截叶毛白杨等。银白杨、新疆杨、河北杨等主要分布于西北。山杨分布高山，主要是次生林。黑杨派：叶片棱形，三角形，基部有腺点。叶柄细长，侧扁。主要包括加杨、黑杨、钻天杨、箭杆杨等，分布于北方广大地区。黑杨派中的代表种是欧洲黑杨(P.nigraL.)和美洲黑杨(P.deltoidesBartr)，前者分布于欧亚大陆，在我国新疆有分布，后者分布于美洲东部。欧洲和杨和美洲黑杨的杂交种很多，成为重要的造林树种。我国引种栽培的欧美杨无性系也很多。

大叶杨派：叶大、基部常心型。分布于湖北、四川、云南、西藏等地区。目前常用的杨树品种，纯种应用的很少，主要应用的是杂种或优良类型、无性系等。杂种主要是派内杂种或派间杂种，与纯种相比，具有速生、材质优良、抗逆性强等优良特性。杂种综合了亲本双方的优良特性，具有较强的杂种优势。我国杨树栽培主要集中在华北、华中、东北和西北等广大平原地区，约占全国造林总面积的20％，栽植面积已居世界杨树造林面积的首位。黑杨派与白杨派杂交，杂交可配性一般比黑杨与青杨间杂交可配性低，配合力也较差。以黑杨派为母本时，可配性与配合力较好，如加杨×毛白杨。用白杨派作母本时，杂交困难，即使得到种子，杂种往往也表现不良。但用白杨派杂种为母本与黑杨派种或杂种杂交，效果较好。青杨派与黑杨派杂交可配性很高，配合力也好。如小叶杨×黑杨；小叶杨×钻天杨；钻天杨×小叶杨；钻天杨×青杨。胡杨派与其他各派杂交一般可配性较低，配合力也较差。青杨派与白杨派间杂交可配性与一般配合力也较差。白杨×青杨困难；青杨×白杨容易。派内不同种间杂交，可配率为78％；乔木柳间杂交可配率较高，为78％；柳属含有500多种。属内也分成不同派。柳树亲缘远近对杂交可配性影响显著。种内杂交可配性高，可配率平均达89％。不同派间杂交，平均可配率为64％；乔木柳和灌木柳间杂交可配率为50％灌木柳间杂交可配率为51％。1、正确选择亲本和组合3、采用混合花粉和蒙导花粉授粉

四、克服杂交不可配方法

2．免疫抑制素4、用DNA导入法，授粉时在柱头上加上目的树种的DNA，通过花粉管导入胚囊。

5、胚培养

第五节杂种的培育和选择

一、杂种的培育方法

杂种培育的原则是采取各种栽培措施以达到拥有最多杂种苗的目的，杂种群体越大，选择具备所需性状的杂种的可能性也越大。其次，要保证培育条件的一致性。条件一致才有可能进行客观的评定和选择。注意防止混淆。

杂种种子的加工、贮藏、播种和育苗，在原则上是和常规育苗相同。但由于杂种种子数量少，组合多、可比性要求高，工作需特别仔细。

从杂交种子培育成苗的整个过程中，都应为杂种提供良好的培育条件，以使杂种很好地生长发育，性状特性得以充分表现，并保持培养条件的一致性，为正确选择提供依据。

1．选择应贯穿于杂种培育的全过程。

即从种子开始，历经成苗，幼树，开花结果，直到确定的优良单株形成为新品种所经历过的各个阶段，都要根据育种目标进行选择。2．侧重综合性状，结合重点性状进行选择。

3．直接选择与间接选择相结合。4．经常观察与集中鉴定相结合。

二、杂种选择的方法

三、区域化栽培试验

1．选择区域化栽培试验点2．按照田间试验设计布置试验3．制定繁殖推广技术措施四、人工杂种的利用1．有性杂交和无性繁殖相结合，充分利用杂种优势能够无性繁殖的树种，经杂交取得优良杂种后，可通过扦插、嫁接等无性繁殖方法投入生产。如杨树杂种的繁殖。2、利用优势组合的亲本建立杂交种子园生产杂交种子应用于生产。

如日本落叶松×欧洲落叶松已利用这种形式3、利用人工控制授粉法大量制种

4、利用杂种第一代衍生的各种种子

包括F1×F1、F1与亲本的回交等方式获得的种子。第六节杨树杂交育种程序

一、育种群体及育种群体的改良

首先是汇集研究基因资源。

意大利欧洲黑杨与美洲黑杨育种群体的创造与改良程序是：首先广泛搜集和选择欧洲和杨与美洲黑杨的种源和优良单株，建立标本园。从这些原始材料中，通过研究分别从欧洲黑杨与美洲黑杨中，各选出120株雌株和雄株，组成原始育种群体。分别进行种内控制授粉。通过后代测定，从中选出40株雌株与雄株，组成改良的育种群体。然后，又从中分别进行种内控制授粉，通过后代测定，进行家系和家系内选择，在各选