第四章 常规
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第四章 常规 杂交育种. 有性杂交与有性杂交育种. 基因型不同的类型间配子结合产生杂种 , 谓之 有性杂交 。它是生物遗传变异的重要来源。杂交的遗传学基础是基因重组 , 通过有性杂交途径获得新品种叫 有性杂交育种 ( sexual cross breeding ) 。. 有性杂交育种. 广义上讲, 有性杂交育种 应包括: 常规 杂交育种 —— 常规(品)种 优势 杂交育种 —— 杂交种 营养系 杂交育种 —— 营养系品种

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第四章 常规 杂交育种

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第四章 常规杂交育种


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有性杂交与有性杂交育种

  • 基因型不同的类型间配子结合产生杂种, 谓之有性杂交。它是生物遗传变异的重要来源。杂交的遗传学基础是基因重组,

  • 通过有性杂交途径获得新品种叫有性杂交育种(sexual cross breeding)。


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有性杂交育种

  • 广义上讲,有性杂交育种应包括:

    • 常规杂交育种 ——常规(品)种

    • 优势杂交育种 ——杂交种

    • 营养系杂交育种——营养系品种

  • 这些育种途径在亲本的利用、遗传机制、方法技术等方面有较大差异。故在不加说明时,杂交育种(狭义)一般指的是常规杂交育种。


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    第四章 常规杂交育种

    第一节 常规杂交育种的概念和意义

    第二节 常规杂交育种的杂交方式

    第三节 杂交亲本选择与选配

    第四节 有性杂交技术

    第五节 杂种后代的处理


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    第一节 常规杂交育种的概念和意义

    • 一、常规杂交育种( cross breeding)

    • 1.概念:通过人工杂交, 把分散于不同亲本上的优良性状组合到杂种中, 对其后代进行多代培育选择, 获得基因型纯合的新品种的育种途径。

    • 常规杂交育种也称做重组育种、杂交育种、组合育种等。


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    亲本

    3

    亲本

    4

    亲本

    2

    亲本

    5

    亲本

    1

    亲本

    n

    注: 代表各亲本所具的不同优良性状

    杂交育种的基本概念

    选择培育

    杂种

    新品种


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    2.杂交育种分类

    根据进行杂交的亲本间亲缘关系的远近,又可区分为近缘杂交和远缘杂交两大类。

    • 近缘杂交:是指不存在杂交障碍的同一物种内品种间或类型间的杂交。它用于选育新品种。

    • 远缘杂交:不同种或不同属间的杂交。它可用于选育新品种,主要用于创造更丰富的变异类型。


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    3. 杂交的作用

    性状重组

    基因互作产生新性状

    积累基因产生积加作用

    • 遗传物质重组

    • 物种进化

    • 品种改良创始性途径


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    二.常规杂交育种的意义

    • 1、实现基因重组,综合双亲优良性状,获得优良变异类型。

    • 2、改善基因间的互作关系,产生新性状。例:花卉中,黄色花与红色花杂交,可选出橙色花。

    • 3、打破不利基因的连锁关系。

    • 例:番茄抗病基因与黄化基因的连锁。


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    杂交育种的遗传学原理

    • 基因分离规律

    • 基因自由组合规律

    • 基因连锁互换规律

    • 细胞质遗传规律

    • 数量性状遗传


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    杂交育种的育种学原理

    1、综合双亲的优良性状


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    ×

    杂交育种的育种学原理

    2、产生超亲性状


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    (AAbb)

    (aaBB)

    杂交育种的育种学原理

    3、产生新的性状

    ×

    (AABB)


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    第二节 常规杂交育种的杂交方式

    • 一、两亲杂交:参加杂交的原始亲本只有两个。

    • 1. 单交(single cross) :又叫成对杂交,两个亲本,杂交一次。

    • A × B 示 A 为母本 ,B 为 父本。

    • 单交有正反交之分。 正反交是相对而言的。 如 A × B 叫正交, 则 B × A 为反交。

    • 单交的方法简便, 变异较易控制, 在常规杂交育种中普遍采用。


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    一、两亲杂交:

    A X B

    单交:

    当两个亲本优缺点能互补时,性状总体基本上能符合育种目标时,应尽可能采取单杂交,因单交只需杂交一次即可完成,杂交及后代选择的规模不需很大。


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    一、两亲杂交:

    • 成对杂交的特点

    • 亲本明确;

    • 便于重复;

    • 综合性状少,稳定快。


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    一、两亲杂交:

    2.回交

    两亲本杂交后代与原两亲本之一进行杂交,称为回交。一般在第一次杂交时选具有优良特性的品种作母本,而在以后各次回交时作父本(轮回亲本)。

    如大花型的麝香石竹与花色丰富的中国石竹杂交, 因 F1 花型不够大, 就与麝香石竹进行回交, 取得了花型较大的回交后代。


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    一、两亲杂交:


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    一、两亲杂交:

    3.多父本混合授粉(自由授粉)

    以一个以上的父本品种花粉混合授给一个母本品种的方式,称为多父本混合授粉。

    去雄后任其自由授粉实质上也是多父本混合授粉。这种授粉方式虽然有时父本不清楚,但比较简单易行,而且后代分离类型比较丰富,有利于选择。


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    一、两亲杂交:

    多父本混合授粉的特点

    • 简便易行;

    • 花粉来源广泛, 后代变异丰富;

    • 利用父本一个明显性状筛除假杂种.


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    (AXB)X C

    (AXB)X (CXD)

    二、多亲杂交:

    即在两个以上亲本之间进行杂交,一般先配成单交,然后根据单交的缺点再选配另一单交组合或亲本,以使多个亲本的优缺点能互相弥补。亦称复合杂交。


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    二、多亲杂交:

    1.添加杂交:多个亲本逐个参与杂交。


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    沈农2号番茄的选育


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    二、多亲杂交:

    • 英国野生菊(1/8)×英国栽培菊(1/8)×德国雏菊(1/4)×日本雏菊(1/2)

    • “沙斯塔”雏菊

    • (大花、纯白、高度重瓣)


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    二、多亲杂交:

    • 2.合成杂交:参加杂交的亲本先两两配成单交种,然后将单交种杂交。


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    ×

    ×

    P2

    P4

    F1

    F1

    ×

    F1

    双交杂种

    • 合成杂交

    P1

    P3

    单交种1

    单交种2

    特点:杂种群体的遗传基础丰富,亲本的核遗传组成均等

    需要增加某个亲本的性状:P1=P3


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    ×

    ×

    P2

    P4

    F1

    F1

    ×

    F1

    双交杂种

    P1

    P1

    P1

    P1

    P1

    P1

    单交种2

    单交种1

    增加了亲本P1的性状


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    多亲杂交的优点

    • 多亲杂交与两亲杂交相比, 最大的优点是将分散于多数亲本上的优良性状综合于杂种中, 丰富了杂种的遗传基础, 增加了变异类型, 为选育出适应性强, 综合经济性状优良的品种, 提供了更多的机会。


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    常用的多亲杂交


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    二、多亲杂交:

    • 复合杂交配合方式

    • 综合性状好的亲本最后杂交

    • 含主要目标性状的亲本最后杂交


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    第三节 杂交亲本选择与选配

    • 亲本选择、选配得当,可以较多获得符合选育目标的变异类型,从而提高育种效率,事半功倍。

    • 亲本选择与选配过程要考虑诸多因素,如育种目标要求、亲本性状遗传规律等,实际工作过程中应遵循一定原则。


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    (一)亲本的选择

    • 1.亲本选择的意义根据育种目标, 选用亲本是杂种后代性状形成的基础, 亲本选用得如何直接影响到杂交育种的效果。如果亲本选得不好, 则降低育种效率, 或难以实现预期目标。因此, 必须认真选择最符合要求的原始材 料作亲本。


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    (一)亲本的选择

    2. 亲本选择原则

    1)从大量原始材料中精选亲本;

    2)亲本应具有尽可能多的优良性状;

    3)明确亲本的目标性状,突出重点;

    4)重视选用地方品种:商品性好、适应性强;

    5)先考虑数量性状;

    6)亲本的一般配合力要高;

    7)优先考虑具有稀有可贵性状的材料做亲本。


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    第三节 杂交亲本选择与选配

    • (二)亲本的选配

    • 1、亲本的选配的意义

    •   亲本的选配是指从入选的亲本中选用哪些亲本配组杂交。多亲杂交时, 应确定采取添加杂交还是合成杂交。合成杂交时, 应确定哪两个亲本先配成单交种, 然后再用它们配组杂交。亲本选配得当, 可以提高育种效率。


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    2. 杂交亲本选配的原则

    1)父母本性状互补;

    2)选用不同生态类型组配,双亲来源在地理上较远 ;

    3) 用经济性状优良,遗传差异大的亲本组配;

    4)以具有较多优良性状的亲本作母本;

    5)考虑繁殖器官的能育性与结实性、开花期。

    例如:选择结实性强的种类做母本,而以花粉正常、开花期长的做父本,以保证获得种子。


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    父母本性状互补

    • 一是不同性状的互补

      如选育早熟抗病的黄瓜品种,一个亲本具有早熟性,另一亲本具有抗病性。

    • 同一性状的不同单位性状的互补

      如选育番茄的早熟品种,利用二个早熟亲本配组,一个亲本现蕾开花早,另一亲本表现为果实生长发育快、转色快。


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    (三)回交、多亲杂交亲本选配的特点

    • 1. 回交的亲本选配特点

    • (1)轮回亲本的综合性状优良; (2)非轮回亲本的目标性状很突出; (3)要求非轮回亲本的目标性状不要与不良性状紧密连锁或一因多效; (4)为了保持轮回亲本综合优良性状在回交后代中的强度, 防止多代近交导致生活力衰退, 可选用同类型的其它品种作轮回亲本( 改良回交 )。


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    (三)回交、多亲杂交亲本选配的特点

    • 2. 多亲杂交的亲本选配特点(1)添加杂交中先参加杂交的亲本对后代的影响较小, 因此应使优良性状多的亲本及性状的遗传力低的亲本较晚地参加杂交。 (2) 隐性目标性状在杂结合状态时无法根据表型进行选择, 通常须通过自交或互交, 使隐性目标性状不致在添加杂交过程中丢失。


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    第四节 有性杂交技术

    一、杂交前的准备

    1.杂交育种计划的制定和准备工作

    制定杂交育种计划应包括:杂交组合、杂交方式的选择,亲本开花授粉生物学特性的了解,调节花期的措施,亲本种源的选择,杂交数量和日程安排,克服杂交不孕性的措施和人力、物品、经济预算等。


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    2. 花部构造和开花习性

    杂交亲本确定后,要了解花部构造,开花习性和传粉特点等,以便采取有效措施确保杂交成功。


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    花部构造

    雌雄蕊同熟;

    雌蕊早熟;

    雄蕊早熟;

    柱头异长;

    雌雄蕊不等长.

    • 两性花

    • 单性花

    雌雄同株

    雌雄异株


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    开花习性

    • 传粉方式

    • 虫媒花

    • 风媒花

    • 授粉特性

    • 自花授粉;

    • 异花授粉;

    • 常异花授粉.


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    二. 花期调整与花粉处置

    • 花期调整

      开花时间的不一致,造成杂交工作的困难。

      • 调节播种期;

      • 植株调整;

      • 温度、光照处理;

      • 肥水处理:N、P、K及微肥,水分调控;

      • 植物生长调节剂处理.


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    • 花粉的收集

      在杂交时可采取以散粉的花朵,直接授于母本柱头上,但不能保证花粉的纯洁。

      最好预先套袋,以免掺杂其它花粉。

      也可摘取即将开放的大花蕾,在室内阴干,花药开裂后收取花粉。


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    不同植物的花粉寿命

    • 如苹果、松、雪松、银杏等的花粉在一般冰箱和干燥器中保存一年以上仍有较高的发芽率。百合花粉在 0.5 ℃、 35% 相对湿度的条件下贮藏 194 天后仍有很高萌发率。

    • 郁金香花粉在20℃、90%相对湿度下, 贮藏10天后, 萌发率便由45% 降至15%; 萝卜花粉在自然条件下可保持 3 天的生活力; 唐昌蒲花粉在室温下2 天就失去发芽力; 黄瓜花粉在自然条件下4-5小时后便丧失生活力。


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    • 花粉的贮藏

      • 花粉贮藏的意义:

      • 花粉贮藏的原理:

      • 低温(0-5 ℃)、黑暗和干燥条件

      • 花粉贮藏的方法:


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    花粉的贮藏

    花粉采集阴干 除净杂物 分装在小瓶(小瓶的1/5) 封瓶(用双层纱布) 贴上标签(注明花粉品种和采集日期) 小瓶置于干燥器(无水氯化钙做干燥剂) 干燥器放于冰箱内(0~2℃) 或把小瓶放入盛有石灰的箱子内,置于阴凉、干燥、黑暗处。


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    • 花粉生活力的测定

    • 杂交法

    • 培养法

    • 染色法:


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    三、杂交技术


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    1. 母株和花朵的选择

    • 根据育种目标的的要求,选择生长健壮,发育良好的作为母株;

    • 去雄的花朵以选择植株的中上部和向阳的花为好;

    • 每枝保留的花朵数一般以3-5朵为宜。


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    1. 母株和花朵的选择

    • 在杂交前还要选择健壮的花枝和花蕾、花朵, 以保证杂交种子充实饱满。

    • 十字花科和伞形科植物应选主枝和一级侧枝上的花朵杂交。百合科植物以选上、中部花杂交为宜。番茄以第二花序上的第 1-3 朵花较好。葫芦科植物以第 2-3 朵雌花杂交才能结出充实饱满的果实和种子。豆科植物以下部花序上的花杂交为好。菊科植物以周围的花适合。


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    2. 去雄

    • 去雄是除去母本的花粉来源, 主要是防止自交。对于两性花, 除严格自交不亲和和雄性不育材料外, 在花药开裂前必须去雄。

    • 要求:

      • 防止伤及雌蕊;

      • 及时、彻底;

      • 防止污染。


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    3. 套袋隔离

    • 隔离的目的是防止外源花粉的混入。父本和母本都需要隔离。

    • 作用:

    • 防止非计划授粉;

    • 保护雌蕊,防止昆虫等伤害;

    • 标记植株。


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    4.授粉、标记和登录

    • 1.授粉  授粉是将花粉传播到柱头上的操作过程。少量授粉可直接将正在散粉的父本雄蕊碰触母本柱头, 也可用镊子挑取花粉直接涂抹到母本柱头上。 如果授粉量大或用专门贮备的花粉授粉, 则需要授粉工具。授粉工具包括橡皮头, 海绵头, 毛笔, 蜂棒等。


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    4.授粉、标记和登录

    2. 标记  为了防止收获杂交种子时发生差错, 对套袋授粉的花枝必须挂牌标记。标记牌上标明父母本及其株号, 授粉花数和授粉日期, 以便以后核对。3. 登录  除对杂交组合、花数、日期等有关杂交的情况进行挂牌标记外 , 还应该登记在记录本上, 以供以后分析总结, 同时, 也可防止遗漏。


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    5.授粉后的管理

    • 1)为防止套袋不严、脱落或破损, 保证结果准确可靠, 杂交后的头几天内应注意检查, 以便及时采取补救措施。

    • 2)应及时摘袋, 加强母本种株的管理, 如提供良好的肥水条件, 及时摘除没有杂交的花果等, 保证杂交果实发育良好。

    • 3)对易倒伏的种株, 还应该在种株旁插竹竿, 将种株扎缚在竹竿上。

    • 4)还要注意防治病虫害、鸟害和鼠害等。


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    5.授粉后的管理

    • 栽培管理

    • 杂种种子的保护

    • 杂种种子的采收


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    6. 室内切枝杂交

    • 枝条的采取和修剪;

    • 水培和管理;

    • 去雄、隔离和授粉;

    • 果实发育期管理和种子采收.


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    有 性 杂 交 技 术 流 程

    制定计划

    准备器具

    亲本株的培育与选择

    隔离和去雄

    花粉的制备

    授粉、标记和登录

    授粉后的管理


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    第五节 杂种后代的处理

    • 一、杂种的培育

    •   杂种的培育应遵循下列原则:

    • 1.根据不同作物的需要, 提供杂种生长所需的条件, 使杂种能够正常发育, 以供选择;

    • 2.培育条件均匀一致, 减少由于环境对杂种植株的影响而产生的差异, 以便正确选择;

    • 3.创造使目标性状的遗传差异能充分表现的培育条件。如抗病育种中要有意识地创造发病条件。


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    第五节 杂种后代的处理

    • 二、杂种的选择

    • 1.系谱法

    • 2.混合—单株选择法

    • 3.单子传代法


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    1、系谱法

    系谱法也称基因选择法,也就是多次单株选择法,是按上下代的遗传亲缘关系进行选择的方法,它是杂种后代最常用的杂交后代选择方法。

    选择程序与多次单株选择法完全相同。


    F 1 f 1

    杂交F1后代的选择:F1按组合播种;一般不进行株选,只淘汰假杂种和个别明显不良的植株。淘汰不良组合,优良组合按组合混合收获种子。

    C×B

    D×A

    ♂♂♂♂♂♂♂♂♂

    ♂♂♂♂♂♂♂♂♂

    ♂♂♂♂♂♂♂♂♂♂

    淘汰

    淘汰

    A×D

    B×D

    A×B


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    F1表现整齐一致


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    杂交F2代选择

    F2种子按组合分区播种;组合间的比较,淘汰不良组合;优良组合中选留优良单株,优良单株进行隔离自交,并分单株留种。

    #

    #

    #

    #

    #

    #

    B×D

    A×D

    淘汰

    优株1

    淘汰

    优株2

    F2主要针对质量性状和遗传力高的性状进行选择。一般来说,入选的株系要多些,每一株系内的株数可少些。

    A×B


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    F2的分离。

    可看到株高、抗病性、穗形、叶色等都有分离。


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    图6-5 小麦F1性状与F2分离


    5730162

    F3的选择标准

    仍以质量性状为主,并开始对数量性状尤其是遗传力高的数量性状进行选择。

    首先比较株系间的优劣,在当选的株系中选择优良的单株。如要淘汰的株系内确实有个别优株,也可当选。当选的优良单株自交单独采种。

    F3入选的系统应多一些,每个当选的系统选留的单株可少一些(每系统入送6-10株),以防漏选优良系统。


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    F3系统


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    F4的选择标准

    来自F3同一系统的(即同属于F2一个单株的后代)不同F4系统为一系统群(sib line),同一系群内系统间互为姐妹系(sib line)。

    F4是对产量等遗传力低的数量性状进行系统间比较选择的世代,因此,必须有重复 。

    F4应首先比较系统群的优劣,在当选系统群内,选择优良系统,再从当选系统中选择优良单株,单株自交采种。

    整齐、稳定、优良系统的去劣混收,升级鉴定。


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    F4系统群


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    F5的选择标准

    F5及以后世代是对数量性状选择为主的世代。

    首先比较系统群的优劣,从优良系统群内选出优良系统混合留种,升级鉴定。

    F5还未稳定的材料需继续单株选择,直至选出整齐一致的系统为止 。


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    种植规模

    F1:每组合30~50株

    F2:几百株到上千株(确定方法见后)

    F3:每一系统种植几十株

    F4:每小区种60株左右

    F5:每小区种60株左右


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    鉴定圃,每一小区为一品系。


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    品比试验


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    • 系谱法的优点

    • 系谱清楚,便于比较。

    • 定向选择,积累变异。能选出可遗传变异;

    • 有效淘汰劣变基因。

    • 系谱法的缺点

    • 占用较多的土地;工作程序也比较繁杂。

    • 费工、费时需要较长的时间。

    • 因淘汰许多株系,可能会丢失一些有效基因。


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    P

    P1

    P2

    F1

    F2

    F3

    F4

    F5

    F6

    F7

    区域试验

    生产试验

    2.混合-单株选择法

    适用于自花授粉植物


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    混合-单株选择法

    优点:1、分离世代群体大,不会丢失优良基因型;

    2、选择效率高;

    3、易获得对生物有利的性状;

    4、适于多系杂种的选择;

    5、可能得到育种目标以外的优良类型。

    缺点:1、人工选择与自然选择目标不一致的性状易丢失;

    2、未选择,存在许多不良基因类型;

    3、杂种后代要求大群体;

    4、高代选择工作量大;

    5、亲缘关系无法考证。


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    P

    P1

    P2

    F1

    F2

    F3

    F4

    F5

    F6

    选优系,升级鉴定

    3.单 子 传 代 法

    适用于自花授粉植物


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    3.单子传代法

    与混合法比较:

      优点:1、适于株行距大的作物和保护地加代;

    2、F2个体繁殖机会均等,规模易控制;

    与系谱法比较:

      优点:1、减少了F3、F4分系种植和选择的工作量;

    2、保证了高世代选留单株较多时,仍有大量

    性状差异

          较大的纯育株系供比较选择;


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    三、优良杂种的鉴定

    • 形态学分析

    • 细胞学鉴定

    • 生理指标的测定

    • DNA鉴定


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    四、常规杂交育种的一般程序

    1.育种目标的制定

    2.种质资源(圃)的调查、收集

    3.亲本圃(杂交圃)

    4.杂种圃(选择圃)

    5.品系鉴定圃(品种比较预备试验圃)

    6.品种比较圃

    7.区域试验和生产试验


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    思考题:

    简述杂交亲本选配的一般原则.

    杂交育种后代选择方法.

    杂交育种的程序。


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