第一章 常规杂交育种.docx

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第一章常规杂交育种

第一章常规杂交育种（CrossBreeding）

本章主要教学内容

杂交育种的原理和意义

杂交亲本的选择和选配

杂交方式和技术

杂交后代的选择和培育

第一节常规杂交育种的意义（SignificantofCrossBreeding）

杂交育种的基本概念（Definitions）

杂交（Cross）：

遗传类型不同的生物体相互交配或结合而产生杂种的过程。

有性杂交（Sexualcross）

无性杂交（Asexualcross）；

远缘杂交（Distantcross）

种内杂交（Cultivarcross）.

常规杂交育种：

按育种目标选择选配亲本，通过人工杂交的方法将亲本的优良性状集于杂交后代，再通过对杂交后代进行自交分离，选择出符合目标要求的，遗传性稳定一致的优良新品种。

常规杂交育种也称做重组育种、有性杂交育种、组合育种。

杂交育种的遗传学原理

v基因的自由分离和重组规律

Mendel’sPrincipleofSegregation:

Pairsofallelessegregate（separate）duringgameteformation.Uponfertilization,theallelesarepairedupagain.

v基因连锁互换规律

MORGAN’SLAWS：

Genesoccurinalinearorderonchromosomes

Linkedgenesareonthesamechromosome

Genescanbeexchangedbetweenchromosomesduringmeiosis

v细胞质遗传规律（Cytoplasmgenetic）

v数量性状遗传（Quantitativetraitgenetic）

常规杂交育种的意义

1、实现基因重组，获得变异类型。

Realizingtherecombinationofgenesandobtainingvariation.

将分属于不同品种、控制不同性状的优良基因随机组合，形成各种不同的基因组合，再通过定向选择育成集双亲优良性状于一体的新品种。

2、打破不利基因的连锁关系。

Separatingthelinkeddisadvantageousgeneswiththeadvantageousgenesonthesamechromosome.

例：

番茄抗病基因与黄化基因的连锁。

3、改善基因间的互作关系，产生新性状。

Changingtheinteractionofgenesandproducingthenewtrait.

4、综合双亲优良性状（产生超亲性状）。

Integratingtheadvantageoustraitsoftheparentsintothehybrid.

例：

节间长、单节结荚多的甜豌豆品种与节间短的品种杂交后代，通过自交选育出节间短、单节结荚多的新品种。

第二节亲本的选择和选配（Selectionandmatingofparent）

亲本的选择：

指根据育种目标选用具有优良性状的品种类型作为杂交亲本。

亲本的选配：

指从入选的亲本中选用哪些亲本杂交，怎样杂交。

一、亲本的选择原则

1.广泛搜集符合育种目标原始材料，精选亲本

2.亲本应尽可能具有较多的优良性状

3.明确亲本的目标性状，分清目标性状的主次

4.重视选用地方品种

5.亲本的一般配合力要高

二、亲本的选配的原则

1.父母本性状互补

2.选用不同类型或不同地理起源的亲本相配

3.以具有较多优良性状的亲本作母本

4.亲本之一的性状应符合育种目标（Why）

5.用一般配合力要高的亲本配组

第三节杂交方式和技术

1、单交（singlecross）

最简单的杂交方式，两个亲本的杂交方式，又称成对杂交。

Incaseofsingle-crosshybrid,onlytwoparentsaretaken.

2、多亲杂交（multiplecross）

参加杂交的亲本是3个或3个以上的杂交叫多亲杂交，又称复合杂交或复交。

根据亲本参加杂交的次序不同可分为添加杂交和合成杂交。

添加杂交多个亲本逐个参与的杂交。

[（A×B）×C]×D…

合成杂交:

参加杂交的亲本先两两配成单交种，两个单交种再杂交。

（A×B）×（C×D）…

特点：

杂种群体的遗传基础丰富，亲本的核遗传组成均等

3.回交（Backcross）

杂交一代及以后各世代与亲本之一再进行杂交。

Backcrossingisaformofrecurrenthybridizationbywhichadesirablealleleforacharacterissubstitutedforanalternative,undesirableallele

Traitofinterestshouldbesimplyinheritedandeasilyphenotyped

BackcrossBreedingMethod

Generallythismethodispracticedfordiseases,insects,orstress-resistancebreedingprogramsofvegetablecrops.

ThebackcrossmethodisbasedontheprincipleofquickandefficienttransferofagenebyrepeatedbackcrossandthenselectioninF2andsubsequentsegregatinggenerations.

Withcontinuousbackcrossingwiththerecurrentparent,thecharacteristicsoftherecurrentparentsaretransferredinthebackcrosspopulationandthispopulationbecomeshomozygous,liketherecurrentparent.

轮回亲本（recurrentparent）：

在回交过程中多次参与杂交的亲本。

RecurrentparentistheparenttowhichtheF1andsubsequentgenerationsarecrossed.

Generally,therecurrentparentisahigh-yielding,recommendedvarietybutlacksonedesirabletrait.Thismaybesusceptibilitytodisease,insect,orstressconditions.

Recurrentparentshouldbeahighlyacceptablegenotype（e.g.existingcommercialcultivarorinbredline）

非轮回亲本（nonrecurrent/donorparent）：

在回交过程中只参加一次杂交的亲本，也叫做“供体”。

•Donorparentdonatesthedesirableallelebutdoesnotenterintothebackcross.

Thenonrecurrentparentismostlylowyielding,butpossessesadesiredtraitwhichtherecurrentparentlacks.Inmostofthecases,wildspeciesareusedasnonrecurrentparents.

ThebestBCdonorparentwillpossessthedesiredtraitbutwillnotbeseriouslydeficientinothertraits.

BackcrossBreedingMethod

Recoveryoftherecurrentparentgenotypefollowsthispattern:

%recurrent%donor

F15050

BC17525

BC287.512.5

BC393.756.25

BC496.8753.125

BCm1-（1/2）m+1（1/2）m+1

LineImprovementthroughBackcrossMethod

Fourbackcrossestorecipientwithselectionfordesiredtrait

FinishwithselfingorDHtoisolatehomozygousline

二、有性杂交技术（Hybridizationtechniques）

•Forhybridization,raisingofcrop,equipmentrequired,preparationoffemaleflowers,andpollinationaretheimportantaspects.Avegetablebreedershouldhaveaworkingknowledgeofvegetablecropproduction.

•A制定杂交计划；

•B了解育种对象的开花生物学习性；

•C必要的生产资料购置；

•D杂交工具准备。

•Apairoffine-tippedforceps,aspear-pointedneedle,apairofscissors,amagnifyinglens,asmallvialofalcohol,tasselbags,crossingorpollinationbags,ahandstapler,labeltags,electricpollencollector,pollencarrier,andapronarethecommonfacilitiesrequiredinhybridizationprograms.

（一）亲本株的培育和选择

1.种株培育的三项基本要求是：

生长健壮、典型性及无病虫危害。

Beforestartingemasculation,itshouldbeensuredthatalltheplantsofthebreedinglinearetruetothetype.

2.采取各种措施调整亲本花期，使之相遇。

Inordertowidenthehybridizationperiod,multipledatesofplantingmaybeadopted.

3.选择杂交用花应根据不同园艺植物选择适当开花节位或花序，选留数量适中，健壮饱满的花蕾。

Thepropersizeofthebudselectedforemasculationdecidestoagreatextentthesuccessofhybridization.Usuallybudsabouttoopenorduetoopenthefollowingdayareselected.Generally,lowerbudsarebetterthantheterminalbudsforhybridization.

（二）隔离措施

防止非目的性杂交，应采取适当的隔离措施。

通常用半透明羊皮纸或硫酸纸进行花序或单花套袋隔离。

（三）父本花粉采集、贮存和生活力检验Collecting,storageandtestingofpollen

父本花粉应从隔离条件下，亲本株当天盛开花朵上取得。

也可在花前一天取回父本花蕾，取出花药干燥后取粉。

Eitherpolleniscollectedfromtheflowerortheflowerisusedassuchforpollination.Incloudyweatherandatlowtemperature,Pollencollectionisneededforlaterpollination.

（四）母本花去雄授粉（Emasculation）

两性花园艺植物的母本在授粉前必须去除雄蕊以防自交。

去雄可在开花前一天下午进行。

授粉可在去雄后马上进行，也可在第二天开花后进行。

（五）杂交标记与登记

杂交后的花应挂牌标记。

并建立有性杂交登记表。

（六）杂交后的管理

检查纸袋等隔离物；

及时去除隔离物；

加强母本种株的栽培管理。

（七）杂交种子的收获和贮存

1.及时采收；

2.收获过程中严格防止不同杂交组合的错乱和混杂；

3.种子脱落后晒干，装于纸袋内，袋外写明组合名称，袋内放入相应的标签；

4.种子贮存于低温、干燥、防虫、防鼠的条件下。

第四节杂交后代的选择培育

杂交后代的选择

系谱法（pedigreemethod）

混合法（massorbulkselection）

单子传代法（singleseeddescentmethod）

一、系谱选择法的基本程序

1、杂种一代（F1）

以组合为小区种植，每小区30-50株。

F1一般不做选择，按组合混收留种。

2、杂种二代（F2）

将每组合混收的种子按小区种植。

根据目标性状控制基因对数多少计算F2群体大小。

人选的目标株应单株自交留种。

若一对显性基因自交后代出现目标性状的比例为3/4，一对隐性基因自交后代出现目标性状的比例为1/4，则：

具有r对隐性基因，d对显性基因的目标个体在F2出现的比率

（1/4）r×（3/4）d------p

当选出目标株的几率为a时，出现1株目标个体所需种植的株数要满足

（1—p）n〈1—a

则种植株数n≥log（1—a）/log（1—p）

当r和d都为3,选出目标株的几率a为95%

n=log（1—0.95）/log[1—（1/4）3×（3/4）3=451.39（株）

当条件允许时，一般按1000—2000种植

PhaseI:

CreatingInitialVariation

Grow50to100F1plantsinabulkplot

Grow2000to3000F2plants.Selectandharvestplantsorspikesthatseemtocombinedesiredparentalcharacteristics.

3.杂种三代F3：

按F2人选的单株后代（株系）为小区分别播种，每小区50株。

10个小区设一ck，淘汰不良株系，优系中选优株自交，单株留种。

系内高度一致者可升级鉴定。

4.从F4以后，均重复F3工作，优系中选优株自交直致系内纯合一致。

PhaseII:

PedigreeMethod

F3toF5generation:

•Growprogenyrowswithseedharvestedfromsuperiorplantsharvestedinthepreviousgeneration

•Select3to5ofthebestplantswithintheserows

•25to50familiesmayberetainedattheendoftheF5generation

•Identityofplantandrowismaintainedandsuperiortraitsoftheplantsarerecorded

5.品种比较试验

条件一致、三次重复、设置对照（ck），保护行。

人选最佳品系。

6.区域试验（多点试验）

在与品比试验方法相似的基础上，按不同地区多点设置。

一般由省或省级以上品种审定委员会安派，相应级别种子管理部门组织实施。

7.品种审定。

PhaseIII:

PedigreeMethod

F6

•Growfamiliesof1plantinrows

•Selectedseedlotsaredesignatedexperimentallines（EL）

F7

•GrowELtogetherwithadaptedlinesinapreliminaryfieldtrial

F8toF10

•Yieldtrialsarecontinuedattwoorthreeenvironments

F11toF12

•Increaseseedanddistributethenewcultivar

PedigreeMethod

•Mainobjectiveistoisolatesuperior,recombinant,homozygouslines

•SelectionisperformedfromtheF2generationonward

•Responsetoearlygenerationselectionofquantitativetraitsmaybelowbecauseofheterozygosity

PedigreeMethodAdvantages

1.Eliminatesunpromisingmaterialatearlystages

2.Multi-yearrecordsallowgoodoverviewofinheritanceandmoreeffectiveselectionthroughtrialsindifferentenvironments

3.Multiplefamilies（fromdifferentF2individuals）aremaintainedyieldingdifferentgenecombinationswithcommonphenotype

PedigreeMethodDisadvantages

1.Labor,timeandresourceintensive;usuallymustcompromisebetween#crossesandpopulationsizes;

2.Verydependentonskillofbreederinrecognizingpromisingmaterial;

3.Notveryeffectivewithlowh2traits;

4.Slow;canusuallyputthroughonlyonegenerationperyear,andtherightenvironmentalconditionsmustbeathandforaccurateselection.

二、混合法（bulkmethod）

混合法的工作要点

在杂种分离世代，按组合混合种植，除淘汰明显的劣株和杂株外，一般不加选择，直到杂种后代纯合百分率达到80％以上时（约在F5~F8）或在有利于选择时（如病害流行或某种逆境条件如旱害、冻害严重年份）才进行个体（如单株或单穗）选择，下一代种成系统（株系或穗系），然后选拔优良系统升入比较试验。

MassSelectionorBulkMethod

•Aprocedureforinbreedingasegregatingpopulationuntiladesiredlevelofhomozygosityisreached

•Seedusedtogroweachselfedgenerationisasampleoftheseedharvestedinbulkfromthepreviousgeneration.

•SeedsharvestedintheF1throughF4generationsarebulkedwithoutselection

•Selectionisdelayeduntiladvancedgenerations（F5-F8）whenmostsegregationhasstopped.

•Shortterm,timeandlaborsavingpracticalbreedingprocedureforthemanagementofsegregatinggenerationstoattainasufficientlevelofhomozygositypriortoinitiationofindividualplantselection

BulkMethodAdvantages

–Lessrecordkeepingthanpedigreemethod

–Inexpensive

–Easytohandlemorecrosses

–Naturalselectionisprimarilyforcompetitiveability

–Largenumbersofgenotypescanbemaintained

–Canbecarriedonformanyyearswithlittleeffortbythebreeder

BulkMethodDisadvantages

–Lessefficientthanpedigreemethodonhighlyheritabletraits（becausecanpurgeundesirablephenotypesinearlygenerationsofpedigreemethod）

–Notusefulinselectingplanttypesatacompetitivedisadvantage（dwarftypes）

–Finalgenotypesmaybeabletowithstandenvir