第七章杂种优势利用

1） 1900—1908年：
East & Shull培育 玉米自交系，利用
×
自交系培育单交种。
单交种
2）1910-1915年:农民不愿意进行玉米自交和 杂交，杂交玉米工作未继续进行。
3） 1916-1918年： Jones提出培育 双交种，为杂交 种生产开辟了新 途径。
×
×
单 交
×
单 交
种
种
双交种
第一节 杂种优势利用的简史与现状
一、杂种优势利用的简史 二、农作物杂种优势利用 三、杂种优势的利用成就
杂种优势的概念
杂种优势(heterosis)：两个或几个遗传性 不同的亲本杂交所产生的杂种在生长势、生 活力、抗逆性、繁殖力、适应性、产量、品 质等方面优于其亲本的现象。
一、杂种优势利用的简史
4. 杂种优势指数
杂交种某一性状平均值与双亲同一性状 平均值的比值
杂种优势指数（%）=-----F--1------×100 MP
Hale Waihona Puke Baidu
将杂种优势归为四类：
超亲优势 中亲优势 部分优势 负向中亲优势 负向部分优势 负向超亲优势
F1>HP MP<F1<HP LP<F1<MP F1<LP
二、 杂种优势表现的特点
第十章 杂种优势利用
Chapter 10 The Utilization of Heterosis
第十章 杂种优势利用
第一节 杂种优势利用的简史与现状 第二节 杂种优势表现特征 第三节 作物繁殖方式与杂种优势利用 第四节 自交系的选育 第五节 配合力及其测定 第六节 利用杂种优势的途径和杂交制种技术
1.有关杂种优势利用的记载。
最早有关骡子的记载，在《吕氏春秋· 爱士》：“赵简子有白骡，而甚爱之” 。
有关骡子杂种优势的记载在
1400多年前《齐民要术》中有文 字描述“ …马复驴所生骡者，形 容壮大，弥复胜马…”。
马骡 驴骡
2.蚕的杂种优势利用
1637年《天工开物》中有关 养蚕业杂种势利用的记载： “今寒家有将早雄配晚雌者， 幻出嘉种，此一异也” 。
①自交系的花粉量大，散粉畅 ②自交系自身产量高 ③自交系雌雄花期协调，结实性好
二、自交系选育过程
1.选育自交系的原始材料
①地方品种和推广品种 ②各类杂交种 品种或品种间杂交种选育的自交系—一环系 自交系间杂交种选育的自交系—二环系 ③综合品种和人工合成群体
2. 选育自交系的过程
S0
种植原始材料，选择30至
MP
2. 超亲优势
杂种一代某一性状平均值超过高值亲本同一性 状平均值的百分率
F1-HP 正向超亲优势（%）=-------------×100
HP
负向超亲优势（%）=---F--1---L--P----×100 LP
3. 超标优势
杂种一代某一性状的平均值超过当地推 广品种同一性状值的百分率
超标优势（%）=---F--1---C--K----×100 CK
2. 利用理化因素杀雄制种 物理因素杀雄：温度 化学因素杀雄：GENESIS EK
3.利用标志性状制种 用某一显性或隐性性状作标志，区别真假 杂种，不需要去雄。
具体做法：给父本转育一个苗期出现的显 性标志性状或给母本转育一个苗期出现的 隐性标志性状。间苗时 ，拔掉具有隐性性 状的幼苗。
彭泽1号 × 芽黄
长绒棉4293 正常绿苗
芽黄 正常绿苗 自交 杂交种
4. 利用自交不亲和性制种 自交不亲和系 × 自交亲和系 杂交种
自交不亲和系互为父母本
自交不亲和系 × 自交不亲和系
♀
♀
杂交种
杂交种
（1）自交不亲和系的繁殖方法： ①人工剥蕾授粉 ②花期盐水喷雾 ③利用自交不亲和保持系
自交不亲和系 × 自交不亲和保持系
1. 品种间杂交种 2. 自交系间杂交种 3. 品种-自交系间杂交种 4. 雄性不育杂交种 5. 自交不亲和性杂交种 6. 种间亚种间杂交种
单交种 三交种 双交种 综合杂交种
1. 品种间杂交种
特点：育种程序简单，F1表现不整齐， 杂种优势低于自交系间杂交种。
2. 自交系间杂交种
特点：育种程序复杂，所需时间长，杂交 种生长整齐，优势明显。
三、杂种优势的利用成就
农业的“曼哈顿工程” 世界：据Duvick最近估计，由于推广杂交玉米、
高梁和水稻，每年增产粮食8000万吨，相当于每 年扩大种植面积2800万公顷。
中国：建国50年来，我国杂交玉米占我国玉
米面积的85%，杂交水稻占50%，杂交油菜占 30%，近20年中，利用杂种优势已为我国增产 粮食8亿吨以上。
单交种 性状整齐，增产幅度大， 三交种 产量低于单交种，制种产量高 双交种 产量低于单交种，制种产量高 综合杂交种 连续用多代，不需年年制种
3. 品种-自交系间杂交种（顶交种） 产量和整齐度不如自交系间杂交种
4. 雄性不育杂交种
细胞质雄性不育杂交种：
三系杂交种
水稻 、高粱
中国杂交水稻早期种植情况
年
1976 1980 1985
面积（万亩）
水稻 杂交稻 %
54326 201.6 0.39 50817 7183.1 14.13 47757 12628 26.44
亩产（公斤）
水稻
231.5 275.5 351.9
杂交稻 增产
280.0 48.5 353.1 77.6 431.5 79.6
4）1920-1925年：双交 种Burr-Leammg在新 英格兰推广。
5） 1920—1925：Henry A. Wallace 培育出杂交种 Copper Cross ， 于1924年获得Iowa玉米产量试验金奖。
* 美国玉米杂交种种植情况
1933 Iowa 1% Kansas Texas Kentucky USA 0.1%
自1976年～2000年已经累积增产稻谷3.6亿吨， 相当于扩大了近6000万公顷的水稻种植面积。
第二节 杂种优势表现特征
一、杂种优势的度量 二、杂种优势表现的特点
一、杂种优势的度量
1.平均优势（中亲优势）
杂种一代某一性状的平均值超过双亲同一 性状平均值的百分率
F1-MP 平均优势（%）=-------------×100
3.测定配合力的方法
(1) 共同测验种法： 顶交法 多系测交法
如果被测系少，采取人工套袋杂交的办法。 如果被测系多，采用一父（测验种）多母（被测系） 隔离区法。
第六节 利用杂种优势的途径和杂交制种技术
一、利用杂种优势的途径 二、杂交种的类别 三、杂交制种技术
一、利用杂种优势的途径
1. 人工去雄制种 采用人工去雄制种，作物必须具备三个条件： ①花器较大，易于人工去雄 ②人工杂交一朵花，能得到数量较多的种子 ③种植杂交种时用种量少。
1.杂种优势是普遍的生物现象 2.杂种优势是复杂的生物现象 杂种优势大小主要与以下几个方面有关： ①与作物的种类和繁殖方式有关 ②与亲本性状的差异和纯度有关
3. 杂种优势的表现是多种多样的 营养型 生殖型 适应型
4. F2及以后世代杂种优势衰退
第三节 作物繁殖方式与杂种优势利用
一、利用杂种优势的基本原则 二、不同繁殖方式作物利用杂种优势的特点
总产（亿公斤）
水稻 杂交稻 %
1258.1 1399.1 1680.4
5.9 253.7 18.13 545.8 32.48
中国杂交水稻近年来种植情况
全国杂交水稻种植面积1533.33万公顷，约占水 稻总面积的50%，产量占水稻总产近60%。
4.杂交小麦研究简史
CIMMYT杂交小麦田
1）1934年: 发现小麦具有杂种优势
50株，人工套袋自交
S1
综合性状良好的植株，继
续套袋自交
S2
通过4-6代连续选株自交，就
可以育成自交系。
自交系选育过程应注意：
自交的过程中要对农艺性状进行选择； 在一定时期测定配合力；
自交 自交系选育过程： 选择
配合力测定
三、自交系的改良
在自交系存在个别缺点时，对自交系进 一步改良，多采用回交改良方法。
1938 3%
1942 1947 1959 98%
75% 24% 5% 75%
94.9 %
2 .杂交高梁研究简史
1）1948年：美国Stephens用“矮生黄迈罗”
与“得克萨斯黑壳卡佛尔”作正反交，发现并 育成了质-核互作型的雄性不育系。 2）1953年：已获得了几个康拜因卡佛尔雄性不 育株系（CK60A，即后来繁殖的Tx3197A）。
可育
不育
2）1951年：木原 均将普通小麦的细 胞核导入尾形山羊 草的细胞质中产生 了雄性不育性。
3）1962年：以提莫菲维小麦为与普
通小麦Bison（为轮回亲本）连续回交 获得T型细胞质不育系和保持系。
保持系
4）同年（1962）
利用提莫菲维的恢 复基因育成普通小 麦Marquis恢复系， 实现了三系配套。
熟
×
优 质 晚 熟
早 熟 优 质
种间杂交种
心叶烟草（ Nicotiana glutinosa）
4.杂种优势
孟
豌
概念的提出 德
豆
尔
像
Ｍendel （1865）在豌豆杂交试验中，首 先提出杂种活力（Hybrid vigor）术语。
Shull在1908年:提出杂种优势概念。
二、农作物杂种优势利用
1 .杂交玉米研究简史
一、 利用杂种优势的基本原则
1.选配强优势组合 2.提高两亲的纯合性 3.采用简易的制种技术
二、不同繁殖方式作物利用杂种优势特点
1. 自花授粉作物和常异花授粉作物 ①利用杂种优势的方式主要是品种间杂交 ②去雄困难
2. 异花授粉作物 要经过连续多代自交、分离、选择，育 成纯合的、性状优良的自交系，配制自 交系间杂交种。
• 1906年日本的外山龟太郎提倡在蚕业生产上推广应 用杂交一代（F1），并大面积的应用。
• 我国在本世纪20年代开始普及杂交一代蚕种，现在 我国生产上应用的桑蚕品种均为杂交一代蚕种。
3.烟草的杂 种优势利用
普通烟草（Nicotiana tabacum） 早
德国学者
Kolreuter （1761 -1766）报道烟草 种间杂交种具有 杂种优势
杂交的品种、杂交种、自交系、 不育系、恢复系等称为测验种。 测交种：测交所产生的杂种。
1. 测验种的选择
①根据测定的目的选择测验种 ②测验种本身的配合力最好是中等的 ③测验种与被测系是不同来源的
2. 配合力测定的时期
早代测定 S1-S2 中代测定 S3-S4 晚代测定 S5-S6
S0 S1 S2 S3 S4 ×测验种 S5 测交种 S6
自交不亲和系
（2）自交不亲和系配制杂交种的方式 单交种 自交不亲和系×自交亲和系
单交种
三交种 自交不亲和系A×自交不亲和保持系B
F1×自交亲和系C 三交种
5. 利用雄性不育性制种
（1）细胞质雄性不育性，简称质不育 （2）细胞核雄性不育性，简称核不育
(3) 质核互作雄性不育系
二、 杂交种的类别
3. 无性繁殖作物
进行有性杂交后，从杂种一代中选择优 良单株进行无性繁殖。
第四节 自交系的选育
一、对自交系的基本要求 二、自交系选育过程 三、自交系的改良
自交系：经过多代人工强制自交和 单株选择育成的基因型纯合、性状 相对整齐一致的稳定群体。
一、对自交系的基本要求
1.基因型纯合，表现整齐一致 2.具有较高的一般配合力 3.具有优良的农艺性状 4.与繁殖制种有关的性状优良
第五节 配合力及其测定
一、 配合力的概念 二、 配合力的测定
一、配合力的概念
配合力：亲本对杂种后代某个性状产生 的影响。
一般配合力：某个亲本在一系列杂交组 合中，对杂种后代某个性状产生的平均 影响。
特殊配合力：两个特定亲本杂交，亲本 对杂交种某一性状的影响。
二、配合力的测定
测交：测定亲本配合力的杂交 测验种：在测定配合力时，用来与被测系
不育系 恢复系
5）1974年，第一个
CMS杂交种在生产上 应用(US)
6）1980年开始，化学杀雄剂研究。
乙烯利 WL84811（Shell) SC2053 (Shell) Genesis( Mensanto)
CMS/Rf CHA
简单 经济 有效
解决制种问题的 核心是产生雄性 不育的方法
两系法（光温敏 不育）
3）1954年：育成
3197A不育系，并实 现了三系配套。
矮 秆 杂 交 高 粱
高 秆 杂 交 高 粱
4）20世纪50年代后期
美国已基本上普及了高粱 杂交 种，产量提高了百分 之二十至五十。
3. 杂交水稻研究简史
1）1958年：日本胜尾清育成藤坂5号不育系 2）1966年：日本新城长友，育成65A不育系 3）1966年：袁隆平报道发现雄性不育株 4）1970年：李必湖发现野败不育株 5）1972年：中国，珍汕97A不育系 6）1973年：中国发现IR24恢复系