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1、1产生杂种优势的个体，一般在生长势、株高、花茎、成熟期、抗病虫、抗不良的环境的能力等方面超过亲本。第1页/共195页21.2 表现形式杂种优势通常以杂种一代某一性状超越双亲相应性状平均值（中亲值Mp）的百分率表示，称平均优势。平均优势（%）=（F1-双亲平均值）/双亲平均值100%超过较好百分率亲本值的百分率称超亲优势。超亲优势（%）=（F1 较好亲本值）/较好亲本值100%超过对照品种值百分率称超标优势。超标优势（%）=（F1 对照品种值）/对照品种值100%第2页/共195页3负向杂种优势：在观赏植物中，也存在着负向杂种优势利用，即杂种一代某一性状负于双亲相应性状平均值的百分率。有些性状要
2、求正向优势，如花茎大、抗逆性强；有些性状要求负向优势，如植株矮等。当F1等于双亲的平均值时，杂种优势等于零。当F1大于中亲值时，为正向优势。当F1小于中亲值时，为负向优势。第3页/共195页4杂种优势的强度时随着杂种世代的前进而迅速降低的，不会固定，自交后优势便再度减弱，乃至消失变劣，因此杂种优势利用的主要是F1，即在大面积生产上应用的主要是杂种第一代。第4页/共195页52 优势育种与重组育种的异同相同点 需要选配亲本，进行有性杂交不同点重组育种（先杂后纯）先进行亲本的杂交，然后使杂种后代纯化成为定型的（重要性状基本上不再分离的）品种用于生产。优势育种（先纯后杂）则先使亲本自交纯化，然后使纯
3、化的自交系杂交获得杂种F1用于生产。第5页/共195页6由于优势育种在生产上每年都用一代杂种播种，不能用F1留种，因而需要专设亲本繁殖区和制种田。第6页/共195页73 简史植物上的杂种优势是18世纪中期发现的。德国学者Koelreuter于1776年首先描述了烟草、石竹、紫茉莉、曼陀罗等属的不同种间的杂种优势。1849年Gartner在他研究的80个属的700种植物中同样发现了杂种优势。孟德尔Mendel在1866年发表的“植物杂交试验”论文中，也指出植株高矮不同的豌豆品种间杂交，子一代表现了明显的杂种优势。1876年达尔文Darwin在所著“植物界异花授粉和自花授粉的效果”一书中总结了30
4、个科52个属57个种及许多变种和品种间杂交自交结果，提出了杂交有益和自交有害的结论。第7页/共195页8在农作物上研究杂种优势首推玉米。1880年Beal首先根据玉米的杂交效益提出生产上可利用品种间杂种一代。1914年沙尔Shall首先提出杂种优势术语，对推动杂种优势研究起了重要作用。1917年琼斯建议在玉米上利用自交系间杂交的双交种。关于杂种优势的遗传解释，1910年Bruce首先提出显性假说，1918年East提出超显性假说。第8页/共195页9观赏植物杂种优势利用研究始于20世纪30年代，1930年日本利用杂种优势培育成矮牵牛杂种一代。到20世纪70年代观赏植物杂种优势利用已较普遍。到8
5、0年代利用一代杂种的花卉有矮牵牛、瓜叶菊、万寿菊、金鱼草、天竺葵、霍香蓟、秋海棠、蒲包花、仙客来、报春花、半支莲、三色堇、百日草、石竹、鸡冠花、羽衣甘蓝、紫罗兰等。日本、荷兰、意大利、美国等国家培育出大量一代杂种，并已普遍栽培应用，特别是在一二年生花卉制种上。如金鱼草F1、矮牵牛F1等。中国20年代引种栽培一代杂种花卉，80年代开始在矮牵牛、瓜叶菊、羽衣甘蓝制种。90年代农业部农丰公司与日本阪田公司合作，先后在山东崂山、河北香河、云南昆明、辽宁沈阳和大连等地建立三色堇、瓜叶菊、金鱼草、雏菊、矮牵牛等20多个品种的制种基地，是当今中国乃至亚洲最大的制种基地。第9页/共195页104 影响一代杂种
6、利用价值的因素 主要在于杂种种子的生产成本、去雄和授粉所需劳力。自花授粉花卉不仅要去雄，而且要人工授粉，要花很多劳力，使F1 利用方面受到一定的限制。异花授粉花卉可省去人工授粉手续，但去雄很费劳力，所以有些单花节籽少的异花授粉的花卉必须找到节省去雄人力的方法，才能使F1 应用于生产。（自交不亲和、雄性不育）第10页/共195页11第二节 杂种优势的遗传理论机理基因的显性作用超显性作用拟超显性作用生活力假说和遗传平衡假说第11页/共195页12基因的显性作用显性基因有利于个体生长发育，隐性基因不利于生长发育。杂种优势来源于等位基因间的显性效益，杂交使某些有利显性基因掩盖了等位的不利隐性基因。因而
7、在杂种一代非等位基因的显性效益累积起来，使杂种获得多于任何一个亲本的有利显性基因，而表现出杂种优势。第12页/共195页13n n各隐性纯合基因对性状发育的作用为各隐性纯合基因对性状发育的作用为1 1，各显性纯合和杂合基因的作用，各显性纯合和杂合基因的作用为为2 2。n n由此可见，由于显性基因的作用，由此可见，由于显性基因的作用，F F1 1比双亲表现了显著的优势。比双亲表现了显著的优势。例如：第13页/共195页14超显性作用认为杂合性可引起某些生理刺激。杂种优势来源于双亲基因型的异质结合所引起的基因间的互作。等位基因间没有显隐性的关系。第14页/共195页15n n各等位基因无显隐性的关
8、系，各等位基因无显隐性的关系，a a1 1a a1 1、b b1 1b b1 1等为同质等位基因时的生长等为同质等位基因时的生长量为量为1 1个单位，而个单位，而a a1 1a a2 2、b b1 1b b2 2等为异质基因时的生长量为等为异质基因时的生长量为2 2个单位。这个单位。这两个自交系杂交产生的杂种优势可表示如下：两个自交系杂交产生的杂种优势可表示如下：n n可见由于异质基因的互作，可见由于异质基因的互作，F F1 1的杂种优势可以显著地超过双亲。的杂种优势可以显著地超过双亲。第15页/共195页16拟超显性作用认为二个等位基因A1和A2不是真正的等位基因，而是在染色体上位置紧密连锁
9、的基因，表现有相互的生理功能，可用A1a2/a1A2表示，交换值极小，只有在极大杂种后代群体中，才会出现A1A2/A1A2个体。第16页/共195页17生活力假说和遗传平衡假说认为线粒体、叶绿体和核基因组均参与了植物杂种优势的形成过程，杂种优势是由于杂种一代在DNA复制、RNA转录和蛋白质转译量的增加，是由于遗传信息量和核糖体DNA重复数的增加，是由于杂种组织中各种酶和调控元件工作效率的提高所致。第17页/共195页18第三节 选育一代杂种的一般程序自交系的概念 一个单株经过连续数代的自交和严格的选择，而产生的性状整齐一致，基因型纯合，遗传性稳定的后代系统。优良自交系的评价标准配合力高、整齐度
10、高抗病性好、抗逆性强综合园艺性状好第18页/共195页191 选育优良自交系1.1 系谱选择法1.1.1 选择优良的品种或杂交种作为育成优良自交系的基础材料从品种比较试验比较好的品种中选择在初步进行品种间配合力试验的基础上选择品种或杂种数不超过10个第19页/共195页201.1.2 选择优良的单株进行自交（对于严格自交不亲和的植物，采用不同株间近交）性状杂交一致的品种（杂交种），通常选3-5株。性状差异大的品种，先按各种有价值差异分级，每组选3-5株。第20页/共195页211.1.3 逐代系间淘汰选择和选株自交自交一般进行4-6代系内自由授粉第21页/共195页221.1.4 自交系比较第
11、22页/共195页231.2 轮回选择法系谱选择法只能根据自身的直观经济性状进行选择。选择得到的自交系，与其它亲本配组的杂种后代的表现并不知道。通过轮回选择法培育的自交系不仅可保证自身经济性状优良，而且可提高自交系的配合力。第23页/共195页241.2.1 一般配合力轮回选择第一代：自交和测交 在基础材料中选择百余株至数百株自交，同时，作为父本与测验种进行测交。测验种是测交用共同亲本，宜选用杂合型群体如自然授粉品种、双交种等。测交种子分别单独收获贮存。第二代：测交种比较和自交种贮存 每个测交组合播种一个小区，设3-4次重复，按随机区组设计排列。比较测交组合性状的优劣，选出10%最优测交组合。
12、测交组合的父本自交种子在这一代不播种而是保留在室内干燥条件下，用于下一代播种。第24页/共195页25第三代：组配杂交种 把当选的优良测交组合的相应父本自交种子分区播种。用半轮配法配成n(n-1)/2个单交种（n指亲本数）或用等量种子在隔离区内繁殖，合成改良群体。如果经过这一轮选择尚未达到要求，则第三代的合成改良群体作基础材料，按上述方法进行第二轮或更多轮的选择。第25页/共195页26从上述轮回选择的程序来看，选择的依据不是自交植株本身的直观经济性状，而是它与基因型处于杂合状态的测交后代的表现。因此，可以反映该自交植株的一般配合力。第26页/共195页271.2.2 特殊配合力轮回选择此法要
13、求用基因型纯合的自交系或纯育品种作测验种。其它方面与一般配合力轮回选择完全一样。如果经过轮回选择得到的自交系，个体间差异仍较大，可以从中选优良单株自交一至多代。第27页/共195页282 配合力的概念、测定方法及意义2.1 概念配合力是指品种间相互杂交的相对结合能力。分为一般配合力和特殊配合力。一般配合力(general combining ability 简称gca)是指一个自交系在一系列杂交组合中杂种后代某一性状的平均表现。特殊配合力(specific combining ability 简称sca)是指某特定组合某个性状观测值与双亲的一般配合力所预测的值之差。第28页/共195页292.
14、2 配合力测定方法表为4个父本和5个母本所配20个的小区平均产量 gca(B)=9.1-8.8=0.2 gca(I)=8.7-8.9=-0.2 sca(BI)=8.8-gca(B)-gca(I)-u=8.8-0.2-(-0.2)-8.9=-0.1 u表示群体的总平均。A B C DA B C D x xi i x xi i-u (gca)-u (gca)E E F F G G H H I I9.2 8.9 9.0 8.59.2 8.9 9.0 8.58.4 9.1 8.7 8.28.4 9.1 8.7 8.29.0 9.4 9.6 8.89.0 9.4 9.6 8.89.1 9.3 9.2 8
15、.89.1 9.3 9.2 8.88.8 8.8 9.0 8.28.8 8.8 9.0 8.28.98.98.68.69.2 9.2 9.19.18.78.70.00.0-0.3-0.30.30.30.20.2-0.2-0.2平均平均gcagca8.9 9.1 9.1 8.58.9 9.1 9.1 8.50.0 0.2 0.2 -0.40.0 0.2 0.2 -0.48.98.9 _第29页/共195页302.3 配合力分析的意义 亲本本身的表现固然与F1的表现有关，但用它来预测F1的表现很不准确。因为决定F1的杂种优势的非加性效应，只有在基因型处于杂合状态才能表现出来。正因为如此，有些亲本本
16、身表现好，其F1的表现不一定很好。相反，有些F1的优势强，而它的两个亲本表现并不是最好的。因此自交系选育出来后，要进行配合力分析。配合力分析是优势育种中必不可少的步骤之一。第30页/共195页31当gca和sca都高时，宜采取优势育种当gca高，sca低时，宜采用常规杂交育种当gca低，sca高时，宜采取优势育种当gca和sca都低时，淘汰第31页/共195页322.4 配合力分析方法粗略分析 选一个测验种分别与要分析的材料杂交。这种分析结果不大准确，只有当材料很多时，才采用这种方法。第32页/共195页33精确分析不完全双列杂交法（参试材料分成两部分，一部分作父本，另一部分作母本。适合于雄性
17、不育材料配组测定配合力）完全双列杂交法（轮配法）：参试材料都要作父母本参与杂交。包括正交、反交和自交组合，适于自交系少的；包括正交和反交组合，适于自交系稳定的；包括正交与自交组合；仅包括正交组合，最常用，也叫半轮配法。第33页/共195页343 自交系间配组方式的确定 配组方式是指杂交组合父母本的确定和参与配组的亲本数。单交种：用两个自交系配成的杂种一代。是目前用得最多的一种配组方式。特点：基因型杂合程度最高；株间一致性强；制种程序简单。但种子的产量低，成本高。第34页/共195页35双交种：是由四个自交系先配成两个单交种，再由单交种配成用于生产的一代杂种。特点：降低种子成本。与单交种相比一致
18、性差，程序复杂，一般不采用。第35页/共195页36三交种：用两个自交系杂交做母本，与第三个自交系杂交产生一代杂种的方式。特点：降低杂种种子生产成本。杂种优势和群体的整齐度不及单交种。第36页/共195页37综合品种：将多个配合力高的异花授粉或自由授粉植物亲本在隔离区内任其自由传粉所得到的品种。特点：适应性更强，但整齐度较差。在生产中表现不太稳定。第37页/共195页38第四节 杂种种子的生产 1 天然杂交制种法 2 人工去雄制种法 3 化学去雄制种法 4 利用苗期标志性状制种 5 利用雌性系 6 利用迟配系制种 7 利用雄性不育系制种 8 利用自交不亲合系制种第38页/共195页391 天然
19、杂交制种法 让自交系天然杂交，一般无人采用。混播法间行种植间株种植第39页/共195页402 人工去雄制种法仅限于去雄特别容易的。对于某些雌雄异株或同株异花授粉花卉和雌雄同花花卉。第40页/共195页413 化学去雄制种法选用杀雄剂时应注意：处理后仅杀伤雄配子，而不影响雌蕊的正常发育。处理后不会引起遗传性变异。价格便宜，处理方法简便，效果稳定。对人畜无害。第41页/共195页424 利用苗期标志性状制种仅用于母本有隐性性状，F1和父本都具有显性性状的。第42页/共195页435利用单性株制种 选育单性株系作为母本生产杂交种子，可使去雄工作降至最低限度，从而减少制种成本。利用雌性系利用雌株系第4
20、3页/共195页446 利用迟配系制种 同基因型的花粉管伸长速度比异基因型的速度慢，这样的系统叫迟配系。（例如：白菜，不用去雄）第44页/共195页457 利用雄性不育系制种 在两性花植物中，利用可遗传的雄性器官退化或丧失功能的纯系为母本，在隔离区内与相应父本按一定比例间隔种植，在不育系上采收杂种种子。第45页/共195页46利用雄性不育系制种必须解决两个问题：为了保持和繁殖不育系，需育成一个相应的能育系，即雄性不育保持系，它与不育系杂交后杂种一代仍然保持不育。对于以果实或种子为产品的作物，还应育成另一种能育系，它与不育系杂交后能使杂种一代的育性恢复正常，称为雄性不育恢复系。第46页/共195
21、页47 根据植物雄性器官的形态及功能的表现，可分为：雄蕊退化 花粉败育 功能不育从遗传特性上，雄性不育可分为：细胞质雄性不育 细胞核雄性不育 核质互作雄性不育雄性不育的类型第47页/共195页488 利用自交不亲和系制种概念：利用某些两性花植物中，虽花器正常但自交结实严重不良的遗传特点，育成稳定的自交系，用其作亲本，双亲隔行种植，所得正反交种子均为一代杂种。第48页/共195页49遗传机制对立因子学说：认为自交不亲和是受同一基因位点上的一系列复等位基因所控制。当雌雄器官具有相同的S基因时，交配不亲和，S基因不同时，交配亲和。自交不亲和的遗传机制分为两种：配子体型：取决于花粉和花柱中的基因孢子体
22、型：取决于孢子体基因型第49页/共195页50第50页/共195页51优良自交不亲和系标准花期自交及系内株间交配高度不亲和，而且相当稳定，不受环境条件和株龄花龄等因素的影响蕾期授粉自交结实率高胚珠和花粉的生活力正常自交多代生活力衰退不明显经济性状优良配合力强第51页/共195页52自交不亲和系的选育方法：单株连续自交选择法亲和指数=花期自交平均每花结子数/花期混合花粉异交平均每花结子数自交不亲和系的原种，主要采用蕾期授粉法繁殖。第52页/共195页53第五节 制种管理及应注意事项第53页/共195页54选址：土壤肥沃，地势平坦，肥力均匀，有排灌条件的地方。制种区要安全隔离。制种区内，父母本要分
23、行相间播种。播种时间必须使父母本花期相遇。采用先进的栽培管理措施。对制种区的父母本要认真去杂去劣。采用相应的去雄授粉方法，做到去雄及时、干净、授粉良好。对不饱满的子房要及时掰掉。成熟种子要及时采收。第54页/共195页55第六章 辐射育种概述辐射育种的特点射线的种类及其特征辐射量和单位辐射育种机理辐射材料的选择辐射剂量的选择辐射处理的主要方法辐射后代的选育第55页/共195页56辐射育种：是利用电离辐射，使观赏植物遗传物质发生突变，从中选择培育新品种的方法。第56页/共195页571 概述1927年有人用X射线处理果蝇，发现其后代的突变频率要比自然突变大的多。与此同时，这个新发现也在应用X射线
24、进行大麦辐射诱变的实验中得到了证实。1936年，德莫尔Demol用X射线处理郁金香，经过10多年时间育成了“法腊迪”突变品种。第57页/共195页5850年代用辐射育种育成的有百合、葱兰、香石竹、唐菖蒲、菊花、杜鹃花、仙客来。60年代育成的有大丽菊13个品种、菊花11、好望角苣苔5、扶桑5、蔷薇2、杜鹃花2、香石竹1，共计40个突变品种。70年代，由于辐射技术改进，活体不定芽技术，离体培养技术的发展和应用，辐射诱变品种激增至196个，80年代238个。第58页/共195页59据联合国粮农组织和国际原子能机构的统计，1977-1980年全世界辐射成功的植物215种，其中花卉128个种，占59.5
25、%。截止1988年12月，全球已育成了30种观赏植物的突变品种379个，其中以菊花最多（162个），其他依次为大丽菊、月季、秋海棠、六出花、香石竹、杜鹃花等，这些品种先后作为商品推广。第59页/共195页60我国辐射育种从1956年开始，1958年建立了有关的机构，现在全国22个省已建立钴源60余个。开展观赏植物辐射育种，自80年代以来有较大发展。据1993年不完全统计，已在菊花、月季、美人蕉、荷花、叶子花、唐菖蒲等6种植物上，育成63个突变品种，其中以月季花和菊花最多（各为18个）。第60页/共195页612 辐射育种的特点提高突变频率，扩大突变谱；能改变品种单一不良性状，而保持其它优良性状
26、不变；增强抗逆性，改进品质；辐射后代分离少，稳定快，育种年限短；能克服远缘杂交的不结实性；辐射突变方向是不定的，目前很难人为地控制它；有益突变率还比较低，有时发生逆突变，恢复原来的性状。第61页/共195页623 射线的种类及其特征电磁波辐射（电离辐射）射线射线激光粒子辐射（非电离辐射）射线射线中子紫外光第62页/共195页63射线是一种高能电磁波，波长很短。穿透力强，射程远，一次可以照射很多种子，而且剂量比较均匀。一般常用的射线是放射性同位素60Co产生的，其射线能量大，半衰期短。第63页/共195页64射线 在辐射育种中，射线分急性照射、亚急性照射和慢性照射。急性照射：用较高照射量率在几分
27、钟至几小时照射完毕。慢性照射：用低照射量率在几天或整个生长期内长期照射。亚急性照射：照射时间介于上述两者之间。第64页/共195页65钴照射室照射室由控制室、迷路和照射室3部分构成。第65页/共195页66控制室内有辐射源的提升装置、升降控制装置、安全报警装置、剂量监测装置、电视监测装置、在控制台上还设有各种信号显示，保证操作人员对现场运行情况的了解，以保证辐照质量和安全。迷路是控制室和照射室之间的通道。为了保证控制室内剂量在允许范围内，迷路至少应有3个拐弯，以使射线经多次散射而降低能量。一般迷路为S 型、C型或L型。在照射室内有一贮源井，分干井和水井两种。井的深度根据辐照源的强度而定。源在使
28、用时通过提升装置升起，平时贮藏在井中。当源贮存在井中时，照射室内的剂量应在允许水平，以保证工作人员的安全。在源室内还有一在源室内还有一照射台照射台，照射时可，照射时可将材料放在照射台上，根据照射的将材料放在照射台上，根据照射的要求可把材料放在钴源的不同距离要求可把材料放在钴源的不同距离的同心圆上。的同心圆上。第66页/共195页674 辐射量和单位照射量：表示X或射线辐照时，在空气中产生电离大小的物理量。其单位为伦琴（R）。照射量率：表示单位时间内的照射量的增量。单位伦琴/分（R/min）。吸收剂量：单位质量物质吸收任何致电离辐射的平均能量。单位是戈瑞（Gy）。吸收剂量率：单位时间吸收剂量的增
29、量。单位为戈瑞/秒（Gy/s）。第67页/共195页685 辐射育种机理电离射线对机体的作用直接作用：在每个细胞内都有一定的对辐射作用特别敏感的区域。这个区域很小，只有当射线落在该细胞的靶上时，才能引起损伤作用。靶子的大小不同，因此不同的细胞和有机体的敏感性不同，靶大的敏感，靶小的不敏感。间接作用：射线作用于水，水被电离和激发产生自由基，再作用于生物大分子，从而导致突变的发生。第68页/共195页69辐射对遗传物质的作用辐射对染色体的作用 利用射线处理细胞，可使染色体断裂的频率大大增加。产生缺失、重复、倒位和易位等结构变异。由于染色体结构的改变，造成基因在染色体上线性顺序发生变化，从而引起有关
30、性状的变异。电离发生对DNA的作用 经X射线处理后的DNA分子，发现有核酸碱基的化学变化。第69页/共195页706 辐射材料的选择应选用综合性状好的品种。选杂合的材料辐照。在花色辐射育种中，选粉色花辐照突变谱宽，突变率高。选易产生不定芽的材料辐照。第70页/共195页717 辐射剂量的选择辐射剂量的选择是辐射育种成功的关键之一。我们要选择的适宜剂量应是突变率最高的剂量。辐射损伤程度能间接反应剂量与突变率之间的关系，在剂量选定中，人们往往用辐射损伤程度来做指标，常用的损伤指标有：幼苗高度或根长种子活力指数田间成活率育性第71页/共195页72植物对辐射的敏感性科、属、种的敏感性差异品种间敏感性
31、差异比种间小不同发育阶段的辐射敏感性有很大差异不同器官组织以及不同分裂时期细胞的敏感性不同其它因子：辐射时周围气体成分，含水量、温度也影响植物的辐射敏感性。第72页/共195页73适宜剂量的选择半致死剂量：在剂量选择上常用LD50，即辐射后50%植株成活所需的剂量值。VID50：即辐射后种子活力指数比对照下降50%所需剂量。目前，人们一般主张使用LD50作为育种剂量，但近年也有使用更低剂量的趋势，有人提出以60-75%的存活率作为适宜剂量的指标。第73页/共195页74累积照射（重复照射）即对照射过一次的植物材料，在下一代或以后连续几代进行照射。有资料表明，这是一个积累和扩大变异的方法。第74
32、页/共195页758 辐射处理的主要方法外照射：是指被照射的种子、球茎、鳞茎、块茎、插穗、花粉、植株所受的辐射来自外部的某一辐射源。此方法简便安全，可大量处理，所以广为采用。内照射：是指辐射源被引进到受照射的植物体的内部。目前常用于内照射的有32P、36S、14C等放射性元素的化合物。内照射具有剂量低、持续时间长、多数植物可在生育阶段进行处理等优点。第75页/共195页76内照射的处理方法：浸泡法：将放射性同位素配制成溶液，浸泡种子或枝条，使放射性元素渗入材料内部。处理种子时浸种前先行种子吸水量试验，以确定放射性溶液用量，使种子吸胀时能将溶液吸干。第76页/共195页77注射或涂抹法：用放射性
33、同位素溶液注射入枝、干、芽、花序内，或涂抹于枝、芽、叶片表面及枝、干刻伤处，由吸收而进入体内。第77页/共195页78饲喂法（施肥法）：将放射性同位素施入土壤中或试管苗的培养基中，利用根系的吸收作用而进入体内。或用14CO2被叶片吸收，借助光合作用形成产物，进行体内照射，药液应配加适当的湿润展布剂。第78页/共195页799 辐射后代的选育种子辐射后代的选育无性繁殖器官辐射处理后的选育第79页/共195页80第七章 化学诱变育种化学诱变育种的特点化学诱变剂的种类化学诱变处理的主要方法诱变后代的选育第80页/共195页81概念利用化学诱变剂诱发园林植物产生遗传变异，以选育新品种的技术。第81页/
34、共195页82发展简史1901年荷兰植物学家德弗里斯Devries发现野生拉马克月见草具有惊人遗传变异。在他所著的突变论中首先提出“突变”概念。摩尔根Morgan 1910年发现红色复眼果蝇中有白色复眼果蝇的突变。1943年约克斯Oehlkcers用氨基甲酸乙酯诱发月见草、百合及风铃草产生染色体畸变。1947年奥尔巴赫Auerbach用氮芥诱发了果蝇的突变。第82页/共195页831957年绥贝利用乙基脲烷诱变，育成了缺少苦味素的野木樨品系。1959年弗里兹提出基因突变的碱基置换理论，认为突变是由于DNA中一对碱基的改变。1961年克里克等提出移码突变理论，认为在碱基序列中增加或减少一个或几个
35、碱基能造成移码突变。在花卉中有用甲基磺酸乙脂EMS2.5%诱导麝香石竹的花色突变。1978年美国用甲基磺酸乙脂EMS 4%处理紫薇一小时，获得叶小而厚，花小，茎粗壮，抗白粉病耐干旱的突变；有用化学诱变育成大花、多花、矮秆的金鱼草突变体。第83页/共195页841 化学诱变育种的特点操作方法简便易行；专一性强；化学诱变剂可提高突变频率，扩大突变范围；多基因点突变，且有迟发效应；诱变后代的稳定过程较短，可缩短育种年限。第84页/共195页852 化学诱变剂的种类300多种，有特殊诱变效果的约30多种。烷化剂类核酸碱基类似物吖啶类（嵌入剂）无机类化合物简单有机类化合物异种DNA生物碱第85页/共19
36、5页863 化学诱变机理碱基类似物的诱变机制 碱基替换化学诱变机制 碱基替换、颠换嵌入剂 移码突变第86页/共195页874 化学诱变剂处理的主要方法诱变处理的方法 有浸渍法、涂抹法、滴液法、注入法、熏蒸法、施入培养液法等。通常用诱变剂浸泡种子或枝条、鳞茎、块茎、块根，使诱变剂吸入组织内部，产生诱变作用。第87页/共195页88诱变处理的步骤预处理：诱变处理前，先用水浸泡种子，使其敏感性提高。药液处理：药液的溶解度、处理的时间、处理时的温度、pH值、诱变材料的组织结构、生长特性等，都会影响诱变效果。后处理：处理后植物材料应马上漂洗，防止残留药效造成进一步生理损伤。经处理的种子应马上播种，否则应
37、在0-4度下短期贮藏，使细胞代谢处于休止状态，避免损伤增加。第88页/共195页89诱变剂量的选择不同花卉或同一花卉不同品种以及同一品种的不同器官对诱变适宜剂量都不相同。诱变剂的浓度与处理的时间成正比，一般高浓度短时间，低浓度长时间，通常用的浓度0.005%-0.05%，处理时间1-24小时。第89页/共195页90诱变处理应注意的问题安全问题：诱变剂都有程度不同的毒性，有的如烷化剂是潜在的致癌剂，因此在处理时避免与皮肤接触或吸入它的气体，一般多在具有通风管密闭超净台上戴乳胶手套进行操作。处理后要用流水冲洗：时间10-30分钟，防止残存诱变剂损伤。播种前防止种子风干，以免提高种子诱变浓度，造成
38、损害。第90页/共195页915 诱变后代的选育第91页/共195页92第八章 多倍体育种多倍体的特点多倍体的种类人工诱导多倍体的方法多倍体的鉴定多倍体育种在理论和实践上的意义第92页/共195页93概念选育细胞核中具有3套以上染色体优良新品种的方法，称为多倍体育种。第93页/共195页94发展简史Demol（1923）将正常的风信子的鳞茎，用低温处理而得到三倍体新种。Belling曾发现在温度剧烈变化下，引起颚花属染色体数目的变异，使芽的染色体加倍，在1925年提出了用高温诱导的意见。Sax将鸭趾草科的紫万年青放在19度左右的温室中2-3日，再置于36度高温下处理1日，然后再放回普通室温中。
39、检查其花粉也发现一些二倍体花粉粒和少数四倍体花粉粒。第94页/共195页951938年Dermen以同样的材料证明了Sax的实验。他将常温（18-28度）下生长的紫万年青以不同的五种温度处理：低温；高温；先低温后高温；先高温后低温；低温和高温反复交替。发现染色体加倍的巨大花粉粒。1937年美国布勒克斯里（Blakeslee）与艾乌芮（Avery）应用秋水仙碱处理植物的种子，获得了45%以上的同源多倍体。从此开创了多倍体育种的新时代。至1980年，世界各地用实验方法获得多倍体植物共达1000多种。在兰、百合、金鱼草、萱草等花卉取得优良成果。第95页/共195页961 多倍体的特点巨大性可孕性低适
40、应性强有机合成速率增强可克服远缘杂交不育性第96页/共195页97巨大性随着染色体加倍，细胞核和细胞变大，因而组织器官也多变大，一般茎粗、叶宽厚、色深、花大、色艳、果实大、种子大而少。如3X山杨比2X高生长量增加11%，直径粗生长增加10%。4X百合比2X百合大2/3。4X萱草比2X花大、花瓣厚、花色鲜艳等。例外，香雪球、决明多倍体表现矮小。第97页/共195页98可孕性低三倍体的性细胞在减数分裂中，染色体分配不均匀，以致形成非整倍的配子，所以表现无籽或种子皱缩，如无籽香蕉、无籽葡萄、无籽西瓜、无籽柑橘、无球悬铃木等。例外，风信子三倍体品种表现高度可孕性。第98页/共195页99适应性强由于核
41、体积增大表现耐辐射耐紫外光、耐寒、耐旱等特性。如多倍体杜鹃和醉鱼草多分布在我国西南山区，而二倍体只分布在平原；14X的报春在极地生长；8X的画眉草分布在极端干旱的沙漠地带等。第99页/共195页100有机合成速率增强由于多倍体染色体数量增多，有多套基因，新陈代谢旺盛，酶活性加倍，从而提高蛋白质、碳水化合物、维生素、植物碱、丹宁物质等的合成速率。如多倍体甜菜，产糖量提高；四倍体番茄的维生素C含量比二倍体高一倍。多倍体花卉花大香味浓等。四倍体的紫罗兰、桂竹香芳香性强，蜜腺多，三倍体的杜鹃花花期特别长。第100页/共195页101可克服远缘杂交不育性如英国的邱园报春系多花报春与轮花报春的杂交种，后代
42、不孕，检查染色体为2n=18。到1950年在一株杂种花枝上结了饱满种子，检查染色体为四倍体4n=36，恢复了可孕性，并且性状稳定。第101页/共195页1022 多倍体的种类同源多倍体：细胞中包含的染色体组其来源相同。异源多倍体：细胞中包含的染色体组来源不同。非整倍体：细胞中染色体数目有零头的多倍体。第102页/共195页103第103页/共195页1043 人工诱导多倍体的方法物理法射线异常温度高速离心力高温处理化学法秋水仙素（常用）水合三氯乙醛富民隆第104页/共195页1053.1 诱导多倍体材料的选择染色体倍数较低的植物染色体数目较少的植物异花授粉植物通常能利用根、茎或叶进行无性繁殖的
43、植物从远缘杂交所得的不孕杂种从不同品种间杂交所得的杂种或杂种后代第105页/共195页1063.2 秋水仙素的浓度一般有效浓度为0.0006%1.6%，以0.20.4%的水溶液浓度效果较好。浓度大小随不同植物和同一植物不同组织而异。所以处理时要预先进行试验，找出某种植物或某种组织的最适浓度。第106页/共195页1073.3 处理时间处理时间的长短，随着植物种类的不同、生长的快慢以及使用的秋水仙素浓度而异。浓度大而处理时间短的效果大于浓度小而处理时间长的。一般以不少于24小时或处理细胞分裂12个周期为原则。如果处理时间过长，那么染色体增加可能不是一倍而是多倍。第107页/共195页1083.4
44、 处理的方法浸渍法：适合于处理种子、枝条、盆栽小苗的茎端生长点。滴液法：用滴管将秋水仙素水溶液滴在幼苗顶芽或大苗的侧芽处。毛细管法：多用于大植株上芽的处理。涂抹法：秋水仙素乳剂涂抹在芽上或梢端，隔一段时间再将乳剂洗去。套罩法：将新梢顶芽套上一个胶囊，内盛0.6%的琼脂加适量秋水仙素。注射法：将秋水仙素溶液注入芽中。复合处理：第108页/共195页1093.5 处理注意事项幼苗生长点的处理愈早愈好注意培育、管理处理期间，在一定限度内，温度愈高，成功的可能性愈大处理的数量宜适当多些，以便选择有利变异处理后须用清水冲洗，避免残留药迹配制和使用时，要注意安全第109页/共195页1104 多倍体的鉴定
45、直接鉴定（通过染色体压片）间接鉴定（根据多倍体形态和生理特征判断，其中以气孔的大小和花粉粒的体积最为可靠）第110页/共195页1115 多倍体后代的选育无性繁殖有性繁殖第111页/共195页1126 多倍体育种在理论和实践上的意义多倍体在植物进化上具有重要意义；多倍体是克服远缘杂交当代的不孕性和远缘杂种的不结实性的一个重要方法。第112页/共195页113第九章 单倍体育种单倍体概述单倍体植物在育种上的意义花粉培养的发育途径用花药诱导单倍体植株的方法染色体加倍小植株的移栽与培育第113页/共195页114利用植物仅有一套染色体组之配子体而形成纯系的育种技术称单倍体育种。第114页/共195页
46、1151 单倍体概述特点：有一套完整的染色体，基本性状与二倍体植株相似，只是发育程度较差，株高、叶片、花朵等都比二倍体稍小，生长稍弱，只能开花而不结实。所以单倍体植株不能传播后代。孤雄生殖：不经过受精作用，直接从花粉培养成单倍体植株的过程。孤雌生殖：使卵细胞不经过受精作用直接分化成单倍体植株的过程。第115页/共195页1162 单倍体植物在育种上的意义利用单倍体植物克服杂种分离，缩短育种年限 常规的杂交育种方法，要花费6-7年甚至8-9年的时间，才能育出一个较稳定的新品种。而从杂种后代的花粉培育成单倍体植物再使其加倍成二倍体植物，得到纯合的二倍体，能够很快获得稳定的新品种。一般3-5年就可，
47、大大缩短了育种的年限。第116页/共195页117快速获得异花授粉植物的自交系在花卉杂交优势利用中，为了获得自交系，按照常规的自交方法，需要耗费大量时间和人力，进行连续多年的套袋去雄和人工杂交，手续十分繁琐。一般要5-6年时间，才能获得自交系。如果采用花药培养产生单倍体植物的方法，经过染色体加倍，只要1年时间，就可获得与多代自交效果相同的纯系。第117页/共195页118单倍体植物的辐射诱变和化学诱变用人工诱变法培育一个新品种，一般也要4年以上时间。采用辐射或化学药剂直接处理花粉或单倍体植株当代就可以表现出性状的变异，加速选育过程，没有所谓显性掩盖隐性的问题，好的单倍体突变一经选出，即可加倍处
48、理，变成纯合的二倍体。因此人工诱变和单倍体育种相结合，可快速简便地获得新品种。第118页/共195页119克服远缘杂种不孕性与不易稳定的现象远缘杂交，由于亲缘关系较远，后代不易结实。即使结实也极不易获得稳定的后代，分离代数比品种间杂种要长得多。在远缘杂交的花粉中，有少数花粉具有生活力，如果从这少数花粉中培养出单倍体植株，然后再使染色体加倍，变成二倍体植株，就可以从中选出新类型，并获得稳定的后代。第119页/共195页120第120页/共195页121单倍体育种在园林植物上的应用价值园林植物中有许多杂交起源的种类，它们的遗传基础十分复杂，种子后代的分离现象突出，一般不能用种子保持其品种特点。只能
49、用扦插、嫁接、分株等方法推广繁殖。如果把含有丰富遗传内容的月季花粉，直接培养成单倍体植物，再加倍成纯合的二倍体植物，就可能涌现出丰富多彩的新的月季类型。同时，用这种方法获得的品种，不但可用营养繁殖而且可用种子繁殖来保持其品种特性。第121页/共195页1223 花粉培养的发育途径植物细胞的全能性有两个方面的含义：一是植物的每个细胞都有潜在发育成完整植株的能力；二是植株的每个细胞都含有该物种的全部遗传信息。花粉虽然是一个配子体，但在离体培养条件下，它偏离正常发育方向，而转向孢子体发育的途径。第122页/共195页123被子植物花药离体培养的花粉发育过程，大致可以分为两种方式：n n花粉粒花粉粒
50、多细胞的花粉粒多细胞的花粉粒 胚胚状体状体 根、芽根、芽n n花粉花粉 愈伤组织愈伤组织 单倍体植株单倍体植株n n大部分植物的花药培养都属于后一种类大部分植物的花药培养都属于后一种类型。型。第123页/共195页124l培养材料采集用单核后期的花粉进行培养，较易取得成功。确定花粉发育时期，一般通过染色压片镜检决定，染色剂不同，染色效果不一样。并找出小孢子发育时期与花药外形的相关性，以便选取外植体。接种时应选择多数花药处于单核期。恶劣天气如高温低温亦对花药发育带来影响，所以取材时最好选择天气较好时进行。如接种材料需到外地采集或要经过长途运输，需注意保湿和材料的干净，避免污染，如不能马上接种，应