育种学 第6章杂交育种

育种学第6章杂交育种杂交育种是指通过不同基因型个体之间的交配而获得双亲基因重新组合的个体的方法，它是作物育种中应用最普遍、成效最大的方法之一。在育种学的第6章，我们将深入探讨杂交育种的各个方面，包括杂交育种的概念、杂交亲本的选择与选配、杂交方式、杂交后代的处理方法以及杂交育种的程序等内容。杂交育种的概念与意义杂交育种的基本原理是通过有性杂交将分散在不同亲本上的优良性状组合到杂种中，对其后代进行多代培育选择，比较鉴定，以获得遗传性相对稳定、有栽培利用价值的定型新品种。它能够实现基因重组，打破基因连锁，丰富遗传变异类型，为选育优良品种提供了更多的机会。通过杂交，可以将不同亲本的抗病性、抗逆性、高产性、优质性等优良性状整合在一起，培育出符合生产和市场需求的新品种。同时，杂交育种还可以创造新的种质资源，为进一步的育种工作奠定基础。杂交亲本的选择与选配亲本选择的原则1.明确目标性状：要根据育种目标，确定需要改良的主要性状和次要性状。例如，在水稻育种中，如果目标是培育高产、优质、抗病的品种，那么就要选择具有高产潜力、优良品质和抗病能力的亲本。2.广泛搜集种质资源：尽可能多地收集不同来源、不同类型的种质材料，从中筛选出具有目标性状的亲本。这些种质资源可以来自本地品种、外地引进品种、野生近缘种等。3.选择具有优良目标性状的亲本：亲本应具有较多的优良性状，且目标性状突出。例如，在小麦育种中，选择的亲本应具有高产、抗倒伏、抗病等优良性状，同时目标性状如蛋白质含量高要表现突出。4.优先考虑当地推广品种：当地推广品种对本地的生态环境和栽培条件具有较好的适应性，以其作为亲本之一，可以使杂种后代较快地适应本地环境。亲本选配的原则1.双亲优缺点互补：选择的亲本应在主要性状上优缺点能够相互弥补。例如，一个亲本具有高产但抗病性差的特点，另一个亲本具有抗病性强但产量较低的特点，通过杂交可以使后代结合双亲的优点，实现高产抗病。2.选用地理上较远、不同生态类型的亲本杂交：地理上距离较远、生态类型不同的亲本，其遗传基础差异较大，杂交后代的遗传变异范围广，有可能产生更多的优良变异类型。例如，将北方的耐寒品种与南方的耐热品种杂交，可能培育出既耐寒又耐热的新品种。3.选用经济性状优良、遗传传递力强的品种作亲本：经济性状优良的亲本可以为杂种后代提供良好的遗传基础，而遗传传递力强的亲本能够将优良性状稳定地传递给后代。例如，在玉米育种中，选择具有高产、优质、抗逆等优良经济性状且遗传传递力强的自交系作为亲本。4.选用配合力高的亲本：配合力是指一个亲本与其他亲本杂交后，杂种后代在某个性状上表现的好坏程度。选用配合力高的亲本杂交，能够提高杂种后代的杂种优势表现。例如，在水稻杂种优势利用中，选择配合力高的不育系和恢复系进行杂交，可获得高产的杂交水稻组合。杂交方式单交单交是指两个亲本进行一次杂交，用A×B表示。单交方式简单，杂种后代的遗传组成相对简单，群体内个体间的差异主要来源于双亲的基因重组。单交适用于双亲性状互补、遗传差异较小且目标性状相对单一的情况。例如，在小麦育种中，将高产的品种与优质的品种进行单交，以培育高产优质的小麦品种。复交复交是指两个以上的亲本进行两次或两次以上的杂交。常见的复交方式有三交（(A×B)×C）、双交（(A×B)×(C×D)）等。复交可以综合多个亲本的优良性状，但杂种后代的遗传组成较为复杂，分离世代较长。三交适用于需要在两个亲本的基础上再引入第三个亲本的优良性状的情况；双交则可以同时将四个亲本的优良性状结合在一起，适用于目标性状较多、需要丰富遗传基础的育种。例如，在棉花育种中，为了培育高产、优质、抗病、抗虫的品种，可以采用双交的方式，将不同亲本的优良性状整合在一起。回交回交是指杂种后代与亲本之一再进行杂交。用(A×B)×A表示，其中A为轮回亲本，B为非轮回亲本。回交的目的是使杂种后代在保留非轮回亲本的某些优良性状的同时，恢复轮回亲本的优良综合性状。回交常用于改良某一品种的个别不良性状。例如，在果树育种中，当一个品种具有很多优良性状，但存在个别缺点时，可以选择一个具有该优良性状的品种作为非轮回亲本，与该品种进行回交，经过多次回交和选择，使杂种后代既保留了原品种的优良性状，又克服了个别缺点。杂交后代的处理方法系谱法系谱法是杂交育种中最常用的后代处理方法。从杂种第一次分离世代（单交F₂、复交F₁）开始，连续进行单株选择，直到选出性状优良、稳定一致的系统，然后进行产量比较试验。在选择过程中，要详细记录每个单株的系谱，以便了解其遗传背景。系谱法的优点是能够较早地集中优良性状，便于掌握杂种后代的遗传变异情况，但工作量较大，育种年限较长。例如，在大豆育种中，从F₂代开始选择具有高产、抗病、优质等优良性状的单株，分别种植成株行，经过多代选择和鉴定，最终育成优良品种。混合法混合法是在杂种分离世代，按组合混合种植，不进行单株选择，直到杂种后代遗传性基本稳定（一般到F₅-F₆），才进行一次单株选择，然后选拔优良系统进行产量比较试验。混合法的优点是可以保存大量的个体，使杂种后代有更多的机会发生基因重组和性状分离，工作相对简便，但选择的准确性较差，不能及时掌握优良株系的系谱。例如，在小麦育种中，对于一些遗传变异范围较广的杂交组合，可以采用混合法处理，让其在自然选择和人工选择的作用下，逐渐淘汰不良个体，保留优良个体。衍生系统法衍生系统法是在F₂或F₃进行一次单株选择，以后各代按株系混合种植，不再进行单株选择，直到性状稳定后进行产量比较试验。衍生系统法结合了系谱法和混合法的优点，既可以较早地集中优良性状，又可以减少选择的工作量。例如，在水稻育种中，对于一些遗传基础较为复杂的杂交组合，可以采用衍生系统法，在早期进行一次单株选择，确定优良的衍生系统，然后进行混合种植和鉴定。单籽传法单籽传法是在杂种分离世代，每株只选取一粒种子混合播种，直到达到一定的世代（一般到F₅-F₆），再进行单株选择，选拔优良系统进行产量比较试验。单籽传法的优点是可以加速育种进程，缩短育种年限，但选择的准确性相对较低。例如，在油菜育种中，对于一些需要快速获得稳定系的杂交组合，可以采用单籽传法，快速推进世代进程，然后进行选择和鉴定。杂交育种的程序原始材料圃和亲本圃原始材料圃是种植各种育种材料的地方，包括本地品种、外地引进品种、野生近缘种等，其目的是为育种提供丰富的种质资源。亲本圃是种植经过选择确定的杂交亲本的地方，要对亲本进行精心管理，确保其生长健壮，为杂交提供良好的花粉和雌蕊。在原始材料圃和亲本圃中，要对材料进行详细的观察和记载，了解其生物学特性和经济性状。选种圃选种圃是种植杂种后代的地方，根据不同的杂交后代处理方法，进行相应的选择和种植。在选种圃中，要对杂种后代进行严格的选择，根据育种目标，选择具有优良性状的单株或株系。选择的标准要明确，包括产量、品质、抗病性、抗逆性等多个方面。同时，要对选择的材料进行编号和记录，以便跟踪其系谱和遗传变异情况。鉴定圃鉴定圃是对从选种圃中选出的优良株系进行初步产量比较和性状鉴定的地方。每个株系种植一定的面积，设置重复，采用随机区组设计。在鉴定圃中，要对株系的产量、品质、抗病性等性状进行准确的测定和评价，筛选出产量较高、性状优良的株系进入品种比较试验。品种比较试验品种比较试验是对鉴定圃中选出的优良株系进行更精确的产量比较和全面的性状鉴定的地方。试验要设置多个重复，采用随机区组设计，试验年限一般为2-3年。在品种比较试验中，要对参试品种的产量、品质、抗病性、抗逆性等性状进行系统的测定和分析，同时要观察其生育期、植株形态等农艺性状。通过品种比较试验，筛选出产量高、品质优、适应性强的品种参加区域试验和生产试验。区域试验和生产试验区域试验是在不同的生态区域设置多个试验点，对品种比较试验中选出的优良品种进行多点试验，以鉴定其在不同生态条件下的适应性和稳定性。区域试验一般由省级或国家级种子管理部门组织实施，试验年限为2-3年。生产试验是在大面积生产条件下，对区域试验中表现优良的品种进行生产示范，以验证其在生产中的实际表现和应用价值。生产试验的面积较大，一般为几十亩到几百亩，试验年限为1-2年。通过区域试验和生产试验，筛选出适合不同生态区域种植的优良品种，报经品种审定委员会审定后，进行推广应用。杂交育种的注意事项隔离措施在杂交育种过程中，要采取有效的隔离措施，防止外来花粉的污染，保证杂交的纯度。对于自花授粉作物，可以采用纸袋隔离；对于异花授粉作物，除了采用纸袋隔离外，还可以采用网室隔离、空间隔离等方法。环境条件的控制杂交后代的生长发育受到环境条件的影响，要为其提供适宜的土壤、气候、肥料、水分等环境条件，以充分发挥其遗传潜力。同时，要注意观察环境条件对杂种后代性状表现的影响，区分遗传变异和环境变异，提高选择的准确性。多学科知识的综合应用杂交育种涉及到遗传学、植物生理学、植物病理学、昆虫学等多个学科的知识，在育种过程中，要综合运用这些学科的知识，解决育种中遇到的各种问题。例如，利用遗传学知识指导亲本的选择和选配，利用植物病理学知识进行抗病性鉴定等。与其他育种方法相结合杂交育种虽然是一种重要的育种方法，但也有其局限性。在实际育种工作中，要将杂交育种与其他育种方法如诱变育种、生物技术育种等相结合，充分发挥各种育种方法的优势，提高育种效率和育种水平。例如，通过诱变育种可以创造新的变异类型，为杂交育种提供更多的亲本材料；利用生物技术育种可以进行基因工程操作，将有益基因导