细胞质遗传-植物雄性不育（普通遗传学课件）

《遗传学》雄性不育的分类一、雄性不育的分类

细胞质不育型：细胞质基因控制雄性不育

细胞核不育型：核内染色体上基因所决定

质核互作不育型：细胞质基因和核基因互作控制二、雄性不育的遗传特点（一）质不育型目前已在270多种植物中发现细胞质雄性不育现象。IRRI用远缘杂交培育的雄性不育系IR66707A和IR69700A均具有异种细胞质源，其细胞质完全不同于目前所有的水稻雄性不育系。细胞质型不育系的不育性容易被保持而不易被恢复。（二）核不育型1.概念是一种由核内染色体上基因所决定的雄性不育类型。如：可育基因Ms

不育基因ms。这种核不育变异在稻、麦、玉米、谷子、番茄和洋葱等许多作物中都已发现。2.遗传特点败育过程发生于花粉母细胞的减数分裂期间，不能形成正常花粉。故败育十分彻底，可育株与不育株有明显界限。遗传研究表明：多数核不育型均受简单的一对隐性基因(msms)所控制，纯合体(msms)表现为雄性不育。这种不育性能被相对显性基因Ms所恢复，杂合体(Msms)后代呈简单的孟德尔式的分离。msms

MsMs

Msms

MsMsMsmsmsms3∶1用普通遗传学的方法不能使整个群体保持这种不育性，这是核不育型的一个重要特征。这种核不育的利用有很大的限制，因为无保持系。目前发现的光、温敏核不育材料提供了一种解决上述问题的可能性：水稻的光敏核不育材料：长日照条件下为不育(＞14h，制种)；短日照条件下为可育(＜13.75，繁种)。水稻的温敏核不育材料：＞28℃，不育；＜23-24℃育性转为正常。水稻－高蛋白温敏核不育系1290S1973年，石明松在晚粳农垦58中发现“湖北光敏核不育水稻－“农垦58S”，核不育系的利用受到极大的关注。“农垦58S”在长日照条件下为不育，短日照下为可育,这样可将不育系和保持系合而为一

提出了生产杂交种子的“二系法”。1.概念由细胞质基因和核基因互作控制的不育类型，简称质核型。2.表现特点花粉的败育多发生在减数分裂以后的雄配子形成期。（三）核质互作型存在：胞质不育基因为S；胞质可育基因为N；核不育基因r；核可育基因R，能够恢复不育株育性。当细胞质、细胞核都存在不育基因时，个体才表现不育S（rr）。当细胞质、细胞核中有一方是可育基因时个体就表现可育——S（R_）、Ｎ（R_）、Ｎ（rr）。3.核质互作型的遗传特点其中：N(rr)个体具有保持母本不育性在世代中稳定的能力，称为保持系(B)。S(rr)个体由于能够被N(rr)个体所保持，其后代全部为稳定不育的个体，称为不育系(A)。S(rr)×N(RR)或S(RR)

S(Rr)中，F1全部正常可育。N(RR)或S(RR)个体具有恢复育性的能力，称为恢复系(R)。

S(rr)×N(rr)

→

S(rr)F1表现不育→三、雄性的育性相关基因组成RRSN(RR)雄性可育N(Rr)雄性可育N(rr)雄性可育RRNS(RR)雄性可育S(Rr)雄性可育S(rr)雄性不育RrNrrNRrSrrSrrN保持系N(rr)保持系：基因型为N(rr)的品种，既能使母本结实，又使后代保持了不育特性，因此叫做雄性不育保持系（简称保持系）。恢复系N(RR)恢复系：基因型为N(RR)的品种，能够使雄性不育系的后代恢复可育性，因此叫做雄性不育恢复系（简称恢复系）。RRN《遗传学》雄性不育的概念雄蕊发育不正常，不能产生有正常功能的花粉，但它的雌蕊发育正常，能接受正常花粉而受精结实。一、植物雄性不育在细胞质基因决定的许多性状中，与农业生产关系最密切的是植物的雄性不育性。具有可遗传的雄性不育性状的同种植株群体叫做雄性不育系。在植物界普遍存在，已知涉及18个科的110多种植物。如水稻、玉米、高梁、大小麦、甜菜、油菜等。其中水稻、油菜、玉米雄性不育性已用于大田生产之中。二、雄性不育系不同植物的花器构造不同，不育株的特征也不同。同是一种作物，雄性不育性的类型不同，则表现出的性状特征也有差异。三、雄性不育性的外在特征雄性不育正常正常雄性不育《遗传学》三系配套一、雄性不育性的利用质核型不育性由于细胞质基因育核基因间的互作，故即可以找到保持系不育性得到保持、也可找到相应恢复系育性得到恢复，实现三系配套。不育系A：S(rr)保持系B：N(rr)恢复系R：S(RR)或N(RR)同时解决不育系繁种和杂种种子生产的问题。→→→（一）不育系的繁殖不育系S（rfrf）×保持系N（rfrf）♀♂S（rf）rfS（rfrf）不育（不育系）rfrfSNXSrfrfrfrf（二）保持系的繁殖保持系N（rfrf）保持系N（rfrf）rfrfNrfrfN（三）恢复系的繁殖恢复系S（RfRf）或N（RfRf）恢复系S（RfRf）或N（RfRf）RfRfSRfRfNRfRfSRfRfN（四）杂种F1的生产不育系S（rfrf）X恢复系N（RfRf）或S（RfRf）

♀RfS（Rfrf）可育（杂种F1）S（rf）♂rfrfSRfRfSRfRfNRfrfN核质互作不育性遗传示意图（一）小麦三系两田杂交制种体系二、三系配套应用实例恢复系不育系小麦不育系（右）和保持系（左）的花药

油菜制种田不育系回交穗结实籽粒不育系自交穗与回交穗比较不育系自交穗不育系回交穗（二）水稻三系杂种优势的利用1973年:实现水稻三系配套、并成功的应用于大田生产。1981年:获得国家第一个特等发明奖，以第一个农业技术专利转让美国。1997年:杂交稻种植面积为25987.5万亩(1732.5万顷)，约占水稻种植面积的62.84%，总产12236.34万吨，单产468.67公斤/亩(7.03吨/公顷)，比全国水稻平均产量增11.17%。水稻专家——袁隆平（三）油菜三系杂种优势的利用

1972年，傅廷栋等发现“波里马”油菜细胞质雄性不育；1980年，李殿荣等发现“陕2A”油菜细胞质雄性不育1992年，我国杂种油菜种植面积已近1.33×106hm2，约占油菜总面积20％。思考1.看下图识别不育系自交穗与回交穗。2.比较雄性不育系自交与回交结实情况。《遗传学》杂种优势一、杂种优势的概念两个不同基因型的亲本杂交所产生的杂种一代其植株性状的表现比双亲优越的现象，称为杂种优势。杂种优势是普遍存在的生物学现象，有很大的商业应用价值。广泛地表现在各个方面，在表型上，主要表现在产量、器官体积、生长速度、成熟期、抗逆性等方面。紧型凑高产玉米杂交种黔单10号是贵州省旱粮研究所育成。2000年通过贵州省农作物品种审定委员会审定通过，审定编号为黔品审210号。2000年全国农作物品种审定委员会审定。审定编号为国审玉20000015。主要特性高产、稳产、耐密。江苏省农科院蔬菜研究所最新育成的杂交一代新品种。有限生长类型，早熟种，植株长势旺盛，坐果能力强。果实圆形，果面光滑，粉红色，平均单果重18克左右，果实整齐一致，品种极佳。抗枯萎病，TOMV等病害。优势只表现在F1，而F2自交后会出现性状分离。F1杂种优势表现具有以下几个特点：杂种优势是生物界既普遍又复杂的一种现象；杂交亲本间的遗传差异愈大，杂种优势愈明显；杂交亲本愈纯，后代杂种优势愈明显；杂种优势的大小与环境条件的作用也有密切的关系。二、杂种优势表现的特点根据性状遗传的基本规律，F2群体内必将出现性状的分离和重组。因此，F2与F1相比较，生长势、生活力、抗逆性和产量等方面都显著地表现下降，即所谓衰退现象。在杂种优势利用上，F2一般不再利用，必须重新配制杂种，才能满足生产需要。三、F2群体杂种优势衰退四、杂种优势产生的原因显性假说（1910年A.B.Bruce等提出，1917年D.F.Jones及补充发展）：显性基因有利，隐性基因有害。自交使隐性基因得以表达，出现自交衰退。超显性假说（1908年G.H.Schull提出，1918年E.M.Eas