《远缘杂交育种》PPT课件.ppt

第八章第八章 远缘杂交育种远缘杂交育种10/27/20221第八章第八章 远缘杂交育种远缘杂交育种第一节第一节 远缘杂交的意义和作用远缘杂交的意义和作用 第二节第二节 远缘杂交的困难及其克服的方法远缘杂交的困难及其克服的方法第三节第三节 远缘杂交育种的其他策略远缘杂交育种的其他策略10/27/20222一一.远缘杂交的概念远缘杂交的概念远缘杂交（远缘杂交（wide cross）：）：不同种、属或亲缘关系更不同种、属或亲缘关系更远的植物类型间杂交。远的植物类型间杂交。属间杂交属间杂交（intergeneric hybridization）：玉米：玉米高高粱；水稻粱；水稻玉米；小麦玉米；小麦大麦；小麦大麦；小麦黑麦黑麦第一节第一节 远缘杂交的意义和作用远缘杂交的意义和作用种间杂交种间杂交（interspecific hybridization）：陆地棉：陆地棉海岛棉；普通小麦海岛棉；普通小麦硬粒小麦硬粒小麦亚种间杂交（亚远缘杂交）亚种间杂交（亚远缘杂交）（sub-wide cross）：籼稻籼稻梗稻梗稻10/27/20223二二.远缘杂交的意义和作用远缘杂交的意义和作用1.培育新品种和种质系培育新品种和种质系 普通小麦 小偃麦6号中中4、中、中5等材料具有小麦属内没有的等材料具有小麦属内没有的黄矮病新抗源黄矮病新抗源龙麦龙麦10号被加拿大国家黄矮病鉴定中心列为抗病对照号被加拿大国家黄矮病鉴定中心列为抗病对照 10/27/202242.创造新物种创造新物种完全异源双二倍体完全异源双二倍体：由双亲的全部染色体结合而成：由双亲的全部染色体结合而成 八倍体小黑麦：八倍体小黑麦：AABBDDRR AABBDDRR 六倍体小黑麦：六倍体小黑麦：AABBRR AABBRR 六倍体烟草：野生的心叶烟草（六倍体烟草：野生的心叶烟草（2n=24,GG）与普通与普通烟草（烟草（2n=48,TTSS）（2n=72,TTSSGG）不完全异源双二倍体不完全异源双二倍体：由双亲的一部分染色体组结合而成。：由双亲的一部分染色体组结合而成。八倍体小偃麦：八倍体小偃麦：AABBDDBBEEEEFFFF AABBDDEE小麦与山羊草合成的小山麦；小麦与簇毛麦合成的小簇麦小麦与山羊草合成的小山麦；小麦与簇毛麦合成的小簇麦10/27/20225单体附加系：附加一条外源染色体的个体。单体附加系：附加一条外源染色体的个体。二体附加系：附加一对外源染色体的个二体附加系：附加一对外源染色体的个 双单体附加系：附加二条不同的染色体。双单体附加系：附加二条不同的染色体。特点：染色体数目不稳定，容易恢复到二倍体特点：染色体数目不稳定，容易恢复到二倍体 育性减退育性减退 异源染色体可能伴有不良性状异源染色体可能伴有不良性状 不能用于生产，但可用于创造异替换系和易位系不能用于生产，但可用于创造异替换系和易位系 普通小麦与其它很多不同属物种培育出附加系普通小麦与其它很多不同属物种培育出附加系 陆地棉附加系陆地棉附加系3.创造异染色体体系创造异染色体体系异附加系异附加系：在某物种染色体组的基础上，：在某物种染色体组的基础上，增加一对或两增加一对或两对对其他物种的染色体，形成具有另一物种特性的新类型。其他物种的染色体，形成具有另一物种特性的新类型。10/27/20226附加系染色体鉴定附加系染色体鉴定异附加系细胞学鉴定异附加系细胞学鉴定10/27/20227代换系代换系：某物种的一对和几对染色体，被另一：某物种的一对和几对染色体，被另一物种的一对和几对染色体所物种的一对和几对染色体所取代取代，而形成的新，而形成的新类型类型来来源源：由由附附加加系系（2n+1）与与单单体体（2n-1）杂杂交交再自交得到再自交得到特性：染色体数目未变特性：染色体数目未变 比相应的附加系稳定比相应的附加系稳定 有时可在生产上直接利用有时可在生产上直接利用 10/27/20228易位系易位系：某物种的一段染色体和另一物种相应：某物种的一段染色体和另一物种相应的染色体的染色体片段发生交换片段发生交换，产生的新类型，产生的新类型来源：异置换系、异附加系与栽培品种杂来源：异置换系、异附加系与栽培品种杂交、回交产生交、回交产生特点：导入有用基因的染色体片段、排除特点：导入有用基因的染色体片段、排除不利基因的染色体片段不利基因的染色体片段 细胞学和遗传学特性更稳定更平衡细胞学和遗传学特性更稳定更平衡 可直接应用于生产可直接应用于生产10/27/20229远缘杂交、回交产生易位系远远缘缘杂杂交交、回回交交产产生生易易位位系系10/27/202210易位系鉴定易位系鉴定10/27/202211普通大麦与球茎大麦杂交获得了大麦单倍体；普通大麦与球茎大麦杂交获得了大麦单倍体；普通小麦与球茎大麦杂交获得了小麦单倍体等普通小麦与球茎大麦杂交获得了小麦单倍体等 远缘杂交也是倍性育种的重要手段之一。远缘杂交也是倍性育种的重要手段之一。4、诱导单倍体、诱导单倍体远缘花粉诱导孤雌生殖远缘花粉诱导孤雌生殖远缘杂种产生单倍体远缘杂种产生单倍体10/27/2022125、创造雄性不育的新类型、创造雄性不育的新类型 利用远缘物种的细胞质差异发掘细胞质雄性不育系利用远缘物种的细胞质差异发掘细胞质雄性不育系 如高梁不育系如高梁不育系3197A，小麦，小麦T型不育系，水稻的型不育系，水稻的“野败野败”和棉花哈克尼西胞质雄性不育系等，我国水和棉花哈克尼西胞质雄性不育系等，我国水稻红莲不育系为红芒野生稻稻红莲不育系为红芒野生稻 连塘早育成连塘早育成 6、改变现有品种性状，提高和改进品质、改变现有品种性状，提高和改进品质 利用亚洲棉、瑟伯氏棉和陆地棉三种杂交，所得的利用亚洲棉、瑟伯氏棉和陆地棉三种杂交，所得的三元杂种三元杂种(即即ATH型型)，再与陆地棉品种、品系多次，再与陆地棉品种、品系多次回交后，培育出一系列具有高纤维强度的回交后，培育出一系列具有高纤维强度的PD品种品种和种质系。和种质系。10/27/2022137、利用杂种优势：、利用杂种优势：（1 1）远缘、亚远缘杂交也可直接利用其杂种优势）远缘、亚远缘杂交也可直接利用其杂种优势 如水稻的籼粳杂交和棉花的陆海杂交等。如水稻的籼粳杂交和棉花的陆海杂交等。（2 2）体细胞杂交产生核质杂种）体细胞杂交产生核质杂种两个不同亲本的原生质体融合形成异核体，异核两个不同亲本的原生质体融合形成异核体，异核体再生出细胞壁，在有丝分裂过程中发生核融合体再生出细胞壁，在有丝分裂过程中发生核融合（体细胞杂交）（体细胞杂交）核质杂种（质核来自不同物种），其基因之间的核质杂种（质核来自不同物种），其基因之间的互作以及核质之间的互作均可产生一定的优势。互作以及核质之间的互作均可产生一定的优势。这种这种“双重杂种优势双重杂种优势”，可能是获得高产、优质，可能是获得高产、优质新品种的一种新途径。新品种的一种新途径。10/27/2022148、研究生物的亲缘关系和进化、研究生物的亲缘关系和进化如普通小麦（由二粒小麦与山羊草）如普通小麦（由二粒小麦与山羊草）10/27/202215第二节第二节 远缘杂交的困难远缘杂交的困难 及其克服的方法及其克服的方法一一.远缘杂交不亲和性的原因及克服方法远缘杂交不亲和性的原因及克服方法二二.远缘杂种夭亡、不育原因及克服方法远缘杂种夭亡、不育原因及克服方法三三.远缘杂种后代的分离与选择远缘杂种后代的分离与选择10/27/202216远缘杂交的困难远缘杂交的困难远缘杂交特点（常常遇到的困难）：远缘杂交特点（常常遇到的困难）：1.杂交不易成功（不可交配性、难配性、不亲和性）杂交不易成功（不可交配性、难配性、不亲和性）例：粳稻品种农垦例：粳稻品种农垦58 高粱（四个品种混合花粉），高粱（四个品种混合花粉），共做共做357朵花，只得朵花，只得1粒粒F1种子，杂交成功率种子，杂交成功率0.28%。2.杂种生活力弱，杂种生活力弱，易夭亡易夭亡3.杂种不育或育性很低，（难育性）。杂种不育或育性很低，（难育性）。水稻水稻稗草，稗草，F1结实率结实率 5%。4.杂种后代性状分离范围大，时间长，不易稳定。杂种后代性状分离范围大，时间长，不易稳定。10/27/202217一一.杂交不亲和性的原因及克服的方法杂交不亲和性的原因及克服的方法1.现象：现象：花粉不能在异源种属植物的柱头上萌发。花粉不能在异源种属植物的柱头上萌发。花粉萌发，但花粉管不能伸入柱头。花粉萌发，但花粉管不能伸入柱头。花粉管进入柱头，但生长缓慢，不能到达子房。花粉管进入柱头，但生长缓慢，不能到达子房。花粉管到达子房，雌雄配子不能结合形成合子。花粉管到达子房，雌雄配子不能结合形成合子。配子受精不完全，如精子只和卵子结合而未与极配子受精不完全，如精子只和卵子结合而未与极核结合等。核结合等。10/27/202218 1.花期不遇与花器构造的隔离花期不遇与花器构造的隔离 亚洲棉（短柱头）亚洲棉（短柱头）雷蒙德氏棉（长柱头），正交正常，反交失败雷蒙德氏棉（长柱头），正交正常，反交失败 2.生理差异的隔离生理差异的隔离由于双亲遗传差异大，生理、生化状况的不同，可阻止外来花粉的萌发、由于双亲遗传差异大，生理、生化状况的不同，可阻止外来花粉的萌发、花粉管的生长和受精作用。花粉管的生长和受精作用。3.遗传上的差异遗传上的差异：染色体数目，结构及基因组成的差异都可以导致不染色体数目，结构及基因组成的差异都可以导致不易交配易交配 控制可交配性基因：控制可交配性基因：小麦在小麦在5B 5B 和和5A 5A 染色体上分别载有显性的染色体上分别载有显性的Kr1Kr1和和Kr2Kr2基因，可阻止小麦与黑麦、小麦与球茎大麦的可交配性。基因，可阻止小麦与黑麦、小麦与球茎大麦的可交配性。基因互补的致死基因：基因互补的致死基因：戴维逊氏棉与所有异源四倍体种杂交时，与戴戴维逊氏棉与所有异源四倍体种杂交时，与戴维逊氏棉上的致死基因维逊氏棉上的致死基因LeLe2 2davdav互补互补2.远缘杂交不亲和性的原因远缘杂交不亲和性的原因10/27/202219（1）注意选择亲本，确定适当母本）注意选择亲本，确定适当母本（2）桥梁法）桥梁法(媒介法）媒介法）（3）染色体预先加倍法）染色体预先加倍法（4）采用特殊的授粉方法）采用特殊的授粉方法（5）补施植物激素和某些化学药剂）补施植物激素和某些化学药剂（6）生物技术）生物技术3.克服远缘杂交不亲和的方法克服远缘杂交不亲和的方法10/27/202220（1）注意选择亲本，确定适当母本）注意选择亲本，确定适当母本 在栽培种与野生种杂交时，以栽培种为母本。在栽培种与野生种杂交时，以栽培种为母本。在染色体数目不同时，以数目多的作母本。在染色体数目不同时，以数目多的作母本。以杂种作母本以杂种作母本 广泛测交广泛测交10/27/202221（2）桥梁法）桥梁法(媒介法）和媒介法）和预先无性接近法预先无性接近法 媒介法媒介法 ：如果两个种直接杂交有困难时，可先通如果两个种直接杂交有困难时，可先通过第三者作为桥梁，以亲本之一与桥梁品种杂交，将过第三者作为桥梁，以亲本之一与桥梁品种杂交，将其杂种进行染色体加倍后，再和另一亲本进行杂交。其杂种进行染色体加倍后，再和另一亲本进行杂交。预先无性接近法：预先无性接近法：将不易杂交的一个亲本的营养体将不易杂交的一个亲本的营养体嫁接到另一物种的植株上，使它们彼此的生理状况得嫁接到另一物种的植株上，使它们彼此的生理状况得到接近，然后再进行远缘杂交，易于得到种子到接近，然后再进行远缘杂交，易于得到种子（3）染色体预先加倍法）染色体预先加倍法 在远缘杂交前将亲本染色体加倍，能促进杂交成功。在远缘杂交前将亲本染色体加倍，能促进杂交成功。10/27/202222桥桥梁梁法法远远缘缘杂杂交交桥梁桥梁10/27/202223（4）采用特殊的授粉方法）采用特殊的授粉方法 用混合花粉授粉用混合花粉授粉 重复授粉重复授粉 提前或延迟授粉提前或延迟授粉 射线处理法射线处理法10/27/202224（5）理化因素处理理化因素处理（6）生物技术）生物技术 柱头手术柱头手术 子房受精子房受精 试管受精试管受精 体细胞融合体细胞融合10/27/202225体细胞融合培育远缘杂种体细胞融合培育远缘杂种10/27/202226二二.杂种夭亡、不育的原因及克服的方法杂种夭亡、不育的原因及克服的方法 1.远缘杂种夭亡和不育现象远缘杂种夭亡和不育现象 2.杂种夭亡和不育的原因杂种夭亡和不育的原因 3.克服杂种夭亡和不育的方法克服杂种夭亡和不育的方法10/27/202227 1.远缘杂种夭亡和不育现象远缘杂种夭亡和不育现象（1）受精不完全，不能获得完整的杂交种子。）受精不完全，不能获得完整的杂交种子。幼胚畸形幼胚畸形 幼胚完整，没有胚乳或胚乳很少。幼胚完整，没有胚乳或胚乳很少。胚和胚乳之间形成一层糊粉层细胞，妨碍胚和胚乳之间形成一层糊粉层细胞，妨碍 胚乳的营养物质进入胚。胚乳的营养物质进入胚。杂种夭亡杂种夭亡指受精成功以后，杂种幼胚、种子、幼指受精成功以后，杂种幼胚、种子、幼苗或植株在发育过程中死亡。苗或植株在发育过程中死亡。10/27/202228 1.远缘杂种夭亡和不育现象远缘杂种夭亡和不育现象（2）能得到皱缩的种子，但不发芽和发芽）能得到皱缩的种子，但不发芽和发芽 后不同发育时期夭亡。后不同发育时期夭亡。（3）能长成植株，但不能受精结实，获得）能长成植株，但不能受精结实，获得 杂种后代。杂种后代。不能形成结实器官不能形成结实器官 形成结实器官，不产生有生活力的形成结实器官，不产生有生活力的 雌雄配子，即配子不育。雌雄配子，即配子不育。10/27/2022292.杂种夭亡和不育的原因杂种夭亡和不育的原因1.1.质核互作不平衡质核互作不平衡2.2.2.2.染色体不平衡染色体不平衡3.3.3.3.基因不平衡基因不平衡 4.4.4 4、组织不协调、组织不协调 10/27/2022303.克服杂种夭亡和不育的方法克服杂种夭亡和不育的方法（1）利用化学药剂处理，促进幼胚发育利用化学药剂处理，促进幼胚发育（2）幼胚离体培养）幼胚离体培养（3）杂种染色体加倍法）杂种染色体加倍法（4）回交）回交（5）延长杂种的生育期）延长杂种的生育期（6）利用特殊基因）利用特殊基因（7）嫁接嫁接（8）广泛测交广泛测交 10/27/202231三三.远缘杂种后代的分离与选择远缘杂种后代的分离与选择1.远缘杂种后代性状分离的特点远缘杂种后代性状分离的特点2.对远缘杂种后代分离的控制对远缘杂种后代分离的控制3.远缘杂种后代处理的方法与选择特点远缘杂种后代处理的方法与选择特点10/27/2022321.远缘杂种后代性状分离的特点远缘杂种后代性状分离的特点（1）分离强烈、复杂、无规律分离强烈、复杂、无规律（2）分离类型丰富，有向两亲分化的倾向）分离类型丰富，有向两亲分化的倾向（3）分离世代长，稳定慢）分离世代长，稳定慢10/27/2022332.对远缘杂种后代分离的控制对远缘杂种后代分离的控制（1）杂种一代染色体加倍）杂种一代染色体加倍（2）回交）回交（3）诱导杂种产生单倍体）诱导杂种产生单倍体（4）诱导染色体易位）诱导染色体易位10/27/2022343.远缘杂种后代处理方法与选择特点远缘杂种后代处理方法与选择特点（1）F2、F3群体要大群体要大（2）不宜在低世代淘汰组合）不宜在低世代淘汰组合（3）对低世代材料选择标准要宽）对低世代材料选择标准要宽（4）应用回交法或复交法进行再加工）应用回交法或复交法进行再加工10/27/202235第三节第三节 远缘杂交育种的其他策略远缘杂交育种的其他策略（一）品系间杂交技术（一）品系间杂交技术 从同一组合选育出的具有不同目的性状的品系从同一组合选育出的具有不同目的性状的品系进行互交。进行互交。（二）外源染色体导入（二）外源染色体导入（三）染色体片段的转移技术（三）染色体片段的转移技术（四）体细胞杂交技术的应用（四）体细胞杂交技术的应用（五）外源（五）外源DNA的直接导入技术的直接导入技术 10/27/202236思考题1.什么是远缘杂交？举例说明远缘杂交在作物育种中有何特殊作用。2.什么是异代换系、异附加系、易位系？3.远缘杂交会遇到哪些困难？4.产生远缘杂交难配性和难育性的主要原因有哪些？5.克服远缘亲本间不易交配成功的办法主要有哪些？10/27/20223710/27/202238