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第10章 雄性不育

第10章 雄性不育

因此,孢子体不育的特点是:不 育系与恢复系杂交时,所获得的杂种 一代,花粉全部正常,结实也全部正 常,但杂种二代因不育基因分离重组, 将有不育株产生。
当孢子体中带有可育的细胞质基因N 或核Rf时,不论配子体(花粉)的基因是 Rf或rf,这种花粉都是正常可育的。不育 系与纯合的恢复系杂交所得到的杂交种F1 是正常雄性可育的,F1自交的F2群体中的 植株产生3∶1或9∶7或15∶1 的育性 (可育∶不育)分离。
第一季高不育系混合种子自交种子有标记无标记恢复系具有显性标记杂交苗用于大田用于制种高不育系利用杂种优势示意图90二核不育系的选育和利用1核不育系的选育将适宜做不育系的品种进行诱变处理在其后代群体中可获得核不育株核不育株经与原品种杂交杂种表现可育收获其种子种植成群体单株间将会出现不育和可育的分离该群体自由授粉在不育株上收获种子后代又呈现不育和可育分离几代后分离比例将稳定为11
(1)诱导育性转换的主导因子是光和 温。根据光温作用可分为三类:
第一类,光照长度是决定育性转换的 主要因子,温度只起协调作用,称为光敏 型核不育 。这类型包括长光不育、短光可 育和短光不育、长光可育两种。
第二类,育性受控于幼穗发育敏 感期的温度,光照长度基本不起作用, 称为温敏型核不育,这类型包括高温 不育低温可育和高温可育低温不育两 种。
2、配子体雄性不育
配子体雄性不育是指不育系花粉的育 性受配子体本身基因型控制的这一类型的 雄性不育,配子体基因为不育时花粉表现 不育,配子体基因为可育时花粉育性表现 正常。
因此,配子体不育的特点是:不育系与恢复 系杂合所获得的杂种一代,花粉有二类(不育与 可育),而且各占1/2。即子一代的花粉只有半 数左右是正常的,但是它并不影响结实,子一代 的结实率全部正常。由于子一代带有不育基因的 花粉败育不参加受精,因此子二代配子有两种基 因型(Rf Rf、Rf rf)存在,但都结实正常,没 有不育株出现。

水稻不育系、保持系和恢复系

水稻不育系、保持系和恢复系

水稻不育系、保持系和恢复系早在1926年J· W·琼期就报道了水稻的杂种优势现象。

但是由于水稻是自花授粉作物,花器小且雌雄同花,靠人工去雄生产大量的杂交种是不可能的。

难怪有人曾一度认定,即使水稻有了强优势的亲本组合,也没有办法大量生产杂交种。

20年代未有人发现了水稻雄性不育现象,后经多年的研究,人们了解了水稻雄性不育的某些规律。

从50年代末到60 年代末,日本学者先后培育出了水稻的细胞质与细胞核互作所导致的不育类型,继而实现了水稻不育系、保持系和恢复系的“三系”配套,为水稻杂交种的生产开创了一条道路。

1958年日本学者胜尾清用中国的野生稻为母本与日本粳稻藤坂5号杂交,结果发现野生稻的细胞质可使杂种的雄花败育(花粉没有授精能力),为了获得纯合稳定的不育材料,他让野生稻与藤坂5号的杂种后代始终接受藤坂5号的花粉——这种杂种与其亲本之一的杂交称做回交。

如此回交几代之后,杂种除了细胞质来自原母本野生稻(杂种的细胞质由母本提供),其细胞核基因几乎都来自藤坂5号,遗传特性也几乎完全象藤坂5号,只是由于其细胞质来自野生稻,花粉不能正常发育,这便育成了藤坂5号雄性不育系。

与此同时藤坂5号便是该不育系的保持系,因为它与该不育系的杂交后代可以保持雄花不育性。

与之相反,另外一些品种与此不育系杂交的Fl代其雄花可能“恢复”可育,并可以自交结实,我们称这些品种为该不育系的恢复系。

如果不育系与恢复系匹配合适,便可以生产出具有强大优势的F1代杂种用于农业生产。

所遗憾的是,日本尽管在60年代末就实现了粳稻三系配套,但终因杂种优势不明显而未能应用于生产。

1964年我国湖南的袁隆平在洞庭早籼等品种中发现了一批天然不育材料,并提出了通过选育“三系”利用水稻杂种优势的设想,当时只是苦于找不到理想的保持系。

197O年他的合作者李必湖在海南省的野生稻群落中发观了一雄花败育株(简称野败),为水稻三系法制种提供了宝贵的种质资源。

雄性不育系

雄性不育系

雄性不育系:是一种雄性退化(主要是花粉退化)但雌蕊正常的母水稻,由于花粉无力生活,不能自花授粉结实,只有依靠外来花粉才能受精结实。

因此,借助这种母水稻作为遗传工具,通过人工辅助授粉的办法,就能大量生产杂交种子。

保持系:是一种正常的水稻品种,它的特殊功能是用它的花粉授给不育系后,所产生后代,仍然是雄性不育的。

因此,借助保持系,不育系就能一代一代地繁殖下去。

恢复系:是一种正常的水稻品种,它的特殊功能是用它的花粉授给不育系所产生的杂交种雄性恢复正常,能自交结实,如果该杂交种有优势的话,就可用于生产。

三系杂交水稻:是指雄性不育系、保持系和恢复系三系配套育种,不育系为生产大量杂交种子提供了可能性,借助保持系来繁殖不育系,用恢复系给不育系授粉来生产雄性恢复且有优势的杂交稻。

两系杂交稻:一种命名为光温敏不育系的水稻,其育性转换与日照长短和温度高低有密切关系,在长日高温条件下,它表现雄性不育;在短日平温条件下,恢复雄性可育。

利用光温敏不育系发展杂交水稻,在夏季长日照下可用来与恢复系制种,在秋季或在海南春季可以繁殖自身,不再需要借助保持系来繁殖不育系,因此用光温敏不育系配制的杂交稻叫做两系杂交稻。

超级杂交稻:水稻超高产育种,是近20多年来不少国家和研究单位的重点项目。

日本率先于1981年开展了水稻超高产育种,计划在15年内把水稻的产量提高50%。

国际水稻研究所1989年启动了“超级稻”育种计划,要求2000年育成产量比当时最高品种高20%-25%的超级稻。

但他们的计划至今未实现。

我国农业部于1996年立项中国超级稻育种计划,其中一季杂交稻的产量指标为,第一期(1996-2000年)亩产700公斤,第二期(2001-2005年)亩产800公斤。

三系杂交水稻三系杂交水稻是水稻育种和推广的一个巨大成就,所谓三系是:(1)雄性不育系。

雌蕊发育正常,而雄蕊的发育退化或败育,不能自花授粉结实。

(2)保持系。

雌雄蕊发育正常,将其花粉授予雄性不育系的雌蕊,不仅可结成对种子,而且播种后仍可获得雄性不育植株。

水稻雄性不育系的分类

水稻雄性不育系的分类

水稻3 种CMS 花粉1%碘-碘化钾染色表型 A: WA-CMS; B: HL-CMS; C: BT-CMS
图片引自黄文超(2012)
我国常用水稻不育系的分类
——朱英国(2016)
我国常用水稻不育系的分类
根据前面的两种分类方法,可以将我国300多种不育系 按照三系不育系和两系不育系,再分成孢子体不育和配 子体不育两大类。
按不育细胞质和不育核基因的来源和性质分类
根据目前研究的结果,大面 积应用的温敏不育系在幼穗分化 的特定时段日平均气温24℃左右 为分界线。 温度高于此分界线表现为雄 性不育,可以用来作杂交稻制种 的母本不育系,低于此分界线表 现雄性可育,可以自交繁殖,自 交的后代仍是温敏不育系。
按不育细胞质和不育核基因的来源和性质分类 核不育两用系的评价 温敏不育系可以一系两用,其不育基因为隐性,理论上凡不具有温敏不育基因的品种都是 它的恢复系,选择正常恢复度的亲本一般要比选择三系恢复系来的方便。 温敏不育系的繁殖不需要保持系,只要选择适宜地区和适宜的季节,繁殖产量可以达到较 高的水平,而且简化了技术和操作的环节。 目前核不育两用系在长江中下游地区占有一定的面积,主要是安徽、湖北、湖南、江西单 季杂交中稻区。两系杂交稻推广组合的产量和米质总体来说优于三系杂交稻。 在西南和华南地区由于受光热资源或复种要求的限制,核不育两用系还不具有应用的优势, 至今两系杂交稻约占全国杂交稻总面积的20%。
—— 陆作楣(2014)
按不育细胞质和不育核基因的来源和性质分类
核不育两用系 核不育两用系(dual-purpose genic male sterile line ,用S表示)是 指不育系的育性由细胞核不育基因控制,而与细胞质无关,这些不育基因可 能来自基因突变,而且有多个非等位基因。 目前水稻的核不育两用系基本上是温度敏感型不育系,也就是不育系可 育和不育多由气温高低所控制,但生育期较长的迟熟类型还会部分甚至全部 受日照长度所制约。

第二章 水稻雄性不育理论

第二章  水稻雄性不育理论

⑷.可将各种杂交组合归纳为以下三种情况 ①.S(rr)×N(rr) S(rr)× S(rr)中 表现不育。 S(rr)中,F1表现不育。
其中:N(rr)个体具有保持母本不育性在世代中稳定的能力, 其中:N(rr)个体具有保持母本不育性在世代中稳定的能力, 个体具有保持母本不育性在世代中稳定的能力 保持系(B) 称为保持系(B)。 称为保持系(B)。 S(rr)个体由于能够被N(rr)个体所保持, S(rr)个体由于能够被N(rr)个体所保持,其后代全部为 个体由于能够被N(rr)个体所保持 稳定不育的个体,称为不育系(A)。 不育系(A) 稳定不育的个体,称为不育系(A)。 ②.S(rr)×N(RR)或S(RR) S(rr)×N(RR)或 S(Rr)中 全部正常可育。 S(Rr)中,F1全部正常可育。
转录 Rf-1
S12564 Tsp5091 C1361 Mwol
RNA: 2.7kb
RNA: 2.8kb
Protein: ORF79
育性恢复
Chr10
花粉败育
Kadowaki et al.,1990; Akagi et al., 1994; Komori et al., 2004; Wang et al., 2006
表现型
孢子发生型 功能型 结构型
生理不育型 核不育型 质不育型 质核互作型
遗传型
生态不育型
水 稻 雄 性 不 育 分 类
按花粉发育的形态分 无花药型、无花粉型 按遗传特点分
按恢保关系分
野败型 红莲型 包台型
碘败型 圆败型 染败型
孢子体不育 配子体不育
双核败育型
• 进入双核期以后,生殖核和营养核先后 解体而败育。这种类型以红莲型不育系 为代表。由于双核期败育的花粉呈圆形, 所以又称圆败型。

33-水稻雄性不育系的分类

33-水稻雄性不育系的分类

按不育细胞质和不育核基因的来源和性质分类
核质互作型不育系的评价
我国应用核质互作型不育系已有40年历史,而且一直在杂交稻中 占主导地位,近年都在80%的水平上。 以野败型为代表的核质互作型不育系花粉败育完全、不育性高而 稳定、柱头外露率30%~40%甚至更高。除抽穗期略有推迟和存 在一定程度包颈现象外,至今还没有真正发现其他方面的负效应。 由于不育性受两对主效核基因和不育细胞质共同控制,遗传稳定 性良好,国内外大部分籼稻品种都具有不育性的保持能力。 恢复基因虽然有较强的地域性分布,但在育种过程中容易测定和 导入。
减数分裂正常
图片引自毛玉姝(2012)
按不育发生的阶段分类
单核期前后败育
图片引自毛玉姝(2012)
按不育发生的阶段分类
2、配子体不育 雄性不育受配子体的支配。不育系花粉败育从二核期开始,这时花粉细胞壁进一步发育接近正常,细 胞核里由于双核中营养核的作用,细胞内有了淀粉积累,碘—碘化钾的染色反应呈现阳性,表现为圆形红 褐色至深褐色的败育花粉,称为染败。
按不育细胞质和不育核基因的来源和性质分类
根据目前研究的结果,大面 积应用的温敏不育系在幼穗分化 的特定时段日平均气温24℃左右 为分界线。 温度高于此分界线表现为雄 性不育,可以用来作杂交稻制种 的母本不育系,低于此分界线表 现雄性可育,可以自交繁殖,自 交的后代仍是温敏不育系。
按不育细胞质和不育核基因的来源和性质分类 核不育两用系的评价 温敏不育系可以一系两用,其不育基因为隐性,理论上凡不具有温敏不育基因的品种都是 它的恢复系,选择正常恢复度的亲本一般要比选择三系恢复系来的方便。 温敏不育系的繁殖不需要保持系,只要选择适宜地区和适宜的季节,繁殖产量可以达到较 高的水平,而且简化了技术和操作的环节。 目前核不育两用系在长江中下游地区占有一定的面积,主要是安徽、湖北、湖南、江西单 季杂交中稻区。两系杂交稻推广组合的产量和米质总体来说优于三系杂交稻。 在西南和华南地区由于受光热资源或复种要求的限制,核不育两用系还不具有应用的优势, 至今两系杂交稻约占全国杂交稻总面积的20%。

杂交水稻制种的基本原理及主要技术措施ppt课件

杂交水稻制种的基本原理及主要技术措施ppt课件
• 不同的不育系育性转换的温光模式差异较大,一般
22.5—24.0℃,光照13h左右;
• 两系不育系敏感点漂移; • 两系不育系割茬再生的敏感性问题。
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两系杂交水稻的亲本关系示意图



不育系S

短 日

表现可育,自花授粉繁殖后 代,后代保持温光敏感特性


不育系S X 恢复系R

不育系表现不育,接收恢复
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杂交水稻制种的主要技术措施
1、基地选择、地点、时间 2、制种隔离 3、播差期、父本分期播种 4、合理的行比 5、花遇检查及调整 6、育性监控 7、割叶、“920”应用 8、赶花粉 9、去杂保纯 10、其他管理措施:水、肥、药
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一、基地、地点、时间选择
1、抽穗扬花期天气及气候风险; 2、两系杂交稻制种不育系育性转换的气候风险。
位,其次是调整花遇、增加活性; ⑴、一般每亩总用量15-20克,不同组合差异较大;
⑵、正常见穗5-10%至见穗30%,不宜过早过迟; ⑶、分2-3次,“前轻、中重、后补”,父本适当加量
,保证父本穗位高于母本15-20cm.
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八、赶花粉
1、全过程中每天3-4次,有粉赶到无粉; 2、开花时间不同亲本、天气有差异; 3、原则上前期看母不看父,中后期看父不看母; 3、每次间隔20-30分钟; 4、阴雨天。
• 杂交稻(人为或自然的不同品种杂交)的基因是杂 合的,杂交稻再生长,产生的后代基因分离,长势 长相混杂、所以杂交稻不能留种再种。
2
基本知识
• 生物界存在杂种优势,两个遗传背景不同的品种杂 交后代有生长优势;
• 两个水稻品种要实现大规模杂交,必须有一个品种 雄性功能丧失而雌性功能正常[雄性不育系(母本 )],由另一个品种(雌、雄性功能均正常)帮助其 授粉受精让其产生后代。

杂交水稻的三系及其相互关系ppt实用资料

杂交水稻的三系及其相互关系ppt实用资料
种子生产与经营专业教学资源库
杂交水稻的三系及其相互关系
主讲:李益锋 @湖南生物机电职业技术职院
目录 CONTENTS
一 杂交水稻的三系 二 三系的相互关系
花时较晚,开花时间较集中
杂交水稻的三系 雌雄蕊发育正常,能自交结实,具有对水稻雄性不育的恢复基因、授粉给不育系产生的杂种一代能正常结实并具有杂种优势的水稻品
保持系
不育系
杂交制种
×
恢复系
不育系
保持系
杂交种
大田 三系法杂交水稻亲本繁殖和制种示意图
恢复系
谢谢观看
Thank you for watching
开花习性
花时早,开花时节短而集 中
花时较分散
较强
花时较晚,开花时间较集 中
花药形态
体积较大,饱满,金黄色
瘦小,乳白、淡黄色或水 浸状
体积较大,饱满,金黄色
花粉
圆球形,对碘-碘化钾溶 不规则,对碘-碘化钾溶 圆球形,对碘-碘化钾溶
液呈蓝黑色
液不染色
液呈蓝黑色
结实 自交结实
自交不结实
自交结实
杂交水稻的三系
关系:(R对mra呈in显t性en,a核nc可e育li基ne因oRf可C以M抑S制li质ne不s育),基用因BS的表表示达。
雌雄蕊发育正常,能自交结实,具有与其对应不育系相同的细胞核基因,主要农艺性状与对应不育系一致,授粉给对应不育系产生的
后代仍然保持雄性不育特征的水稻品种,为三系雄性不育保持系(maintenance line of CMS lines),用B表示。
雌雄蕊发育正常,能自交结实,具有与其对应不育系相同的细胞核基因,主要农艺性状与对应不育系一致,授粉给对应不育系产生的

雄性不育ppt课件

雄性不育ppt课件

药隔维管束的异常。比较可育株和不育株的药 隔维管束,发现不育株的维管束和维管束鞘均发生 形态、结构及生理上的异常。如在单核或双核花粉 期,不育株的韧皮部与木质部分化不好,薄壁细胞 皱缩,维管束鞘细胞排列紊乱、退化。此外,还发 现不育系植株维管束异常的程度与花粉败育的程度 成正相关。
Ⅰ、结构型雄性不育 这种类型的不 育性归结于结构上 的异常,既可能是雄性 器官不存在、或没有形成、或形成不良, 以至于小孢子发生组织的发育异常或不能 发生、或小孢子不能正常发生;
Ⅱ、孢子发生型雄性不育 在这种类型中,雄蕊 虽然发育了,但是孢原组织不能形成或形成畸形、或 孢原组织虽然发育正常,但是小孢子的发生或雄配子 体的发育受阻,以至于花粉不能形成、或花粉畸形、 或于成熟前败育,因而完全没有花粉、或成熟无功能 的、极端干瘪的花粉。孢原细胞的败育既可能发生在 减数分裂前,也可能发生在减数分裂期间或减数分裂 后,因此,这种类型主要包括有丝分裂前的、有丝分 裂中或有丝分裂后的突变体。
则的雄蕊的发育或雄蕊转化为其他的花器, 或发育不全或瘤状的或缺少小孢子发生组织。 这些都包括在结构性的雄性不育中。
从花粉发育过程分析,不育系花粉败育 或退化大致分为五个时期:即造孢细胞至花 粉母细胞增殖时期、减数分裂期、单孢花粉 期(或单核晚期)、二核及三核花粉期。雄蕊组 织结构异常表现在花药壁、中间层和绒毡层 细胞异常及花丝与药隔维管束结构异常。
根据细胞核与细胞质基因组的组成, 作为遗传类型的分类的证据,雄性不育 性可分为:细胞核型、细胞质型和核-质 互作型三种类型,在这三种类型中,表 现型可以是上面三种类型中的任一种类 型。
Ⅰ、细胞核型雄性不育(g-mst) 不育性受细胞核基因所控制,这些基因
不受细胞质类型的影响,因而不育性的遗传 型和表现型完全是孟德尔式的遗传,在大多 数情况下,这种不育性是受隐性基因所控制 的。

第二章 水稻雄性不育理论ppt课件

第二章  水稻雄性不育理论ppt课件

⑶.以不育个体S(rr)为母本,分别与五种可育型杂交 ♀ ♂ F1
S(rr)不育×N(RR)可育
S(rr)不育×N(rr)可育 S(rr)不育×N(Rr)可育 S(rr)不育×S(RR)可育 S(rr)不育×S(Rr)可育
S(Rr)可育
S(rr)不育 S(Rr)可育+S(rr)不育 S(Rr)可育 S(Rr)可育+S(rr)不育
不育水稻-农垦58S”。
“农垦58S”在长日照条件下为不育,短日照下
为可育
将不育系和保持系合二为一
提出生
产杂交种子的“二系法”。
光敏核不育系 短日可育 长日不育

恢复系


×

光敏核不育系
F1杂交种
恢复系
雄性不育的三种类型——质不育
目前已在270多种植物中发现有细胞质雄性不育现象。
IRRI运用远缘杂交培育的雄性不育系IR66707A (Oryza perennis细胞质,1995) 和IR69700A (Oryza
生理不育型 核不育型 质不育型 质核互作型
温度 光周期 酶代谢平衡 其他生化物质
气候 生物 土壤 地文
遗传型
生态不育型
水 稻 雄 性 不 育 分 类
按花粉发育的形态分 无花药型、无花粉型 按遗传特点分
按恢保关系分
野败型 红莲型 包台型
碘败型 圆败型 染败型
↓⊗
MsMs 3 Msms ∶ msms 1
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(<13.75h,繁种)。 ﹡水稻温敏核不育材料: >28℃,不育; <23-24℃育性转为正常。

热点专题13 水稻不育系-2023年高考生物临考热点梳理课件

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3/4
F1(MADmm、mm)产生的可育精子只有m,但是F1产生的卵细胞有1/4MADm1/4m0、1/2m,故随机交配后代中雄性不育个体的比子)
雄性可育
雄性不育
雄性不育
雄性不育
从图中可以看出,F1自由交配,雄性不育占据3/4
考点3:以遗传工程雄性不育系为遗传工具
看清楚MADmm中,MAD与m是位于同一条染色体上,还是不同
(1)基因型为mm的个体在育种过程中作为_______________(父本、母本),该个体与育性正常的非转基因个体杂交,子代可能出现的因型为___________________。 (2)上图所示的转基因个体自交得到______,请写出遗传图解。
考点二:以细胞核雄性不育系为工具的二系杂交水稻
资料3:研究者培育出光温敏型雄性不育系,其育性受一对隐性核基因(ee)控制而与细胞质无关。该品系水稻在长日照、高于临界温度(23oC)时表现为雄性不育;而在短日照、低于临界温度时表现为雄性可育。思考:依据以上资料,请提出获得杂交种子用于大田生产和保持雄性不育的合理方案。
蓝色
根据种子颜色辨别
母本MADmm产生MADm和m的两种卵细胞,父本MADmm只能产生m一种精子后代形成的受精卵即F1为MADmm(雄性可育):mm(雄性不育)=1:1 蓝色 无色
S(RR) S(Rr) S(rr) N(RR) N(Rr) N(rr)
N(RR)或者S(RR)
N(rr)
恢复系
保持系
S(rr)
不育系
三系是指恢复系——N(RR)或S(RR)、保持系——N(rr)和不育系。恢复系和保持系可以通过自交得以保持。
注意:细胞质雄性不育∶表现为母体遗传、花粉败育和雌穗正常。可以被显性核恢复基因恢复育性。
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