杂交育种

获得新品种的方法

杂交育种是一种通过人工或自然方式将不同 亲本 的优良 性状 结合起来,培育出新的品种的育种方法。

杂交育种的过程包括选择亲本、杂交、种子生产、选择、后代测试、品系选育以及品种推广。首先,通过选择具有所需性状的亲本,进行人工或自然授粉使它们进行杂交,产生杂种种子。随后,对杂种种子进行选择,保留具有所需性状的个体,并进行后代测试以确认性状的稳定遗传。如果某些后代表现出稳定的优良性状,可以进行品系选育,最终形成一个稳定的、具有一致性性状的新品系。

通过杂交,可以利用 亲本 间的遗传互补效应和 杂种优势 ,提高杂种的适应性、生长速度和产量。杂交育种的成功需要对亲本的遗传背景和 性状 进行精确评估,以确保杂交后的后代符合预期的品质要求。 杂交育种具有诸多优点。通过杂交育种,可以将同一物种内的两个或多个优良性状集中在一个新品种中,同时还能够产生杂种优势,使得新品种比亲本品种更具强劲表现。 然而,这一过程也存在一些缺点。例如,后代可能出现 性状分离 ,这使得杂交作物不适合用于留种。此外,育种过程通常缓慢而复杂。杂交只能在同一物种的不同品种或品系之间进行,或者在同一属的较为相近的物种之间进行,而无法跨越物种进行。由于 交配 结果难以预测,因此需要大量的选种和制种工作来达到预期的效果,有时候后代的表现甚至不如预期。

基本概况

根据育种目标要求,一般应按照下列原则进行:

亲本质量

①亲本应有较多优点和较少缺点,亲本间优缺点力求达到互补。

亲本选择

②亲本中至少有一个是适应当地条件的优良品种,在条件严酷的地区,亲本最好都是适应环境的品种。

遗传力强

③亲本之一的目标 性状 应有足够的遗传强度,并无难以克服的不良性状。

亲本差异

④生态类型、亲缘关系上存在一定差异,或在地理上相距较远。

亲本配合

⑤亲本的一般配合力较好,主要表现在加性效应的配合力高。

杂交育种是培育家畜新品种的主要途径。通过选用具有优良性状的品种、品系以至个体进行杂交,繁殖出符合育种要求的杂种群。在扩大杂种数量的同时要适当进行近交,加强选择,分化和培育出高产而遗传性稳定,并符合选育要求的各小群,综合为新品种。

共同点

所谓杂交育种,一般指种内不同品种间的杂交育种。杂交技术因不同作物特点而异,其共同要点为:调节开花期,通过分期播种、调节温度、光照及施肥管理等措施,使父母本花期相遇;控制授粉,在母本 雌蕊 成熟前进行人工去雄,并套袋隔离,避免自交和天然异交,然后适期授以纯净新鲜 花粉 ,作好标志并套袋隔离和保护。用于杂交的父本和母本分别用P1和P2表示,其代表符号分别为♂和♀;×表示杂交。杂交所得种子种植而成的个体群称杂种一代(子一代),用F1表示。 一级方程式锦标赛 群体内个体间 交配 或自交所得的子代为F2、F3、F4等表示随后各世代。安排 亲本 或杂种成对使之交配的杂交方式有:成对杂交(单交)即两个不同品种或系统间的杂交,两亲可互为父母本(正反交);复合杂交,即几个品种分别先后进行多次杂交。回交是以杂种后代与亲本之一再交配的杂交方式。

基本特点

性质

杂交育种可以将双亲控制不同 性状 的优良性状结合于一体,或将双亲中控制同一性状的不同微效基因积累起来。杂交改变生物的遗传组成,不产生新的基因。

原理

增加 遗传多样性 即不同基因组合的数量,从而产生新的优良性状。

优点

可以将同一物种里两个或多个优良性状集中在一个新品种中,还可以产生 杂种优势 ,获得比 亲本 品种更强或表现更好的新品种。

缺点

杂交后代会出现 性状分离 ,导致杂交作物不适合留种,且育种过程缓慢,过程复杂。

杂交只能在同一物种的不同品种或品系内进行,也可以在同一属的比较近的物种间进行,但不能跨物种进行。

杂交的结果不可预期,需要大量的选种制种工作,后代表现结果较差。

方法

杂交创造的变异材料要进一步加以培育选择,才能选育出符合育种目标的新品种。培育选择的方法主要有系谱法和混合法。系谱法是自杂种分离世代开始连续进行个体选择,并予以编号记载直至选获 性状 表现一致且符合要求的单株后裔(系统),按系统混合收获,进而育成品种。这种方法要求对历代材料所属杂交组合、单株、系统、系统群等均有按亲缘关系的编号和性状记录,使各代育种材料都有 家谱 可查,故称系谱法。典型的混合法是从杂种分离世代F2开始各代都按组合 取样 混合种植,不予选择,直至一定世代才进行一次个体选择,进而选拔优良系统以育成品种。在典型的系谱法和混合法之间又有各种变通方法,主要有:改良系谱法、混合-系谱法、改良混合法、衍生系统法、一粒传法。不同 性状 的遗传力高低不同。在杂种早期世代往往又针对遗传力高的性状进行选择,而对遗传力中等或较低的性状则留待较晚世代进行。选择的可靠性以个体选择最低,系统选择略高,F3或F4衍生系统以及系统群选择为最高。选择的注意力也最高。因此随杂种世代的进展,选择的注意力也从单株进而扩大到系统以至系统群和衍生系统的评定。试验条件一致性对提高选择效果十分重要。为此须设对照区,并采取科学和客观的方法进行鉴定,包括直接鉴定、间接鉴定、自然鉴定或田间鉴定、诱发鉴定或异地鉴定。杂种早代材料多,一般采取感官鉴定。晚代材料少,再作精确的全面鉴定。

作物育种程序在中国一般包括以下环节:原始材料观察、 亲本 圃、选种圃、产量比较试验。杂交育种一般需7~9年时间才可能育成优良品种,现代育种都采取加速世代的做法,结合多点试验、稀播繁殖等措施,尽可能缩短育种年限。

杂交类型

品种内杂交

同一品种不同 生态型 间的杂交。

品种间杂交

(又名种内杂交)

品种间杂交是指两个遗传基础不同的品种间、自交系间、自交不亲和系间或 雄性 不育系与恢复系间的杂交。

种间杂交

(又名属内杂交)

同一属不同物种间的杂交。

渐渗杂交

将一些基因从一个物种转移到另一个物种的 基因组 中被称为“渐渗杂交”  。

同一属或同一科不同属的不同种间的杂交也称为 远缘杂交 。

比如栽培品种和其野生型品种的杂交。

杂交过程

选择父母本

父母本的选择取决于育种的目标和目的。 亲本 植物必须从当地挑选,并被认为是最适合当地条件的。

去雄

这是植物杂交的第二个步骤。自交系材料在正常条件下生长的,需要去雄。去雄就是将雌亲本的 雄蕊 在其开裂并散落 花粉 之前去除。 孤雌生殖 的植物不需要去雄,但双性生殖或自花授粉植物需要去雄。

套袋

套袋是植物杂交的第三个步骤。去雄的 雌花 或 花序 要立即套袋,以避免任何外来花粉对其进行授粉。套袋的制作材料可以是纸、 牛油 纸、 玻璃纸 或细布。最常用的是牛油纸。

两性植物去雄的同时套袋,单性植物的套袋在其 花药 柱头 具有接受性和花药开裂之前进行。 雄花 和雌花要分开套袋,以防止雄花间的污染和雌花间的异花授粉。

授粉或授精

植物里要进行 亲本 自交或人工自花授粉;动物要进行 授精 。使用 纯合子 是关键,以便消除不良 性状 和获得自交系。

标注

去雄后的花朵在套袋后要贴上标签。一般使用约3厘米的圆形标签或约3 x 2厘米的矩形标签,用线系在花或 花序 的基部。标签上要的内容要简洁但必须涵盖以下内容:去雄日期、杂交日期、母本名称后加叉号(x),然后是父本名称。例如,C x D表示C是母本,D是父本。

收获储存F1种子

将杂交后的果荚或穗子收获,并在完全干燥后进行脱粒。将获得的种子随原始标签妥善保存。

培养F1一代

在下一个季节来临时,将储存的种子进行播种,这就是F1代植物。F1代植物是杂交种子的后代,是杂种。

原理意义

以杂交方法培育优良品种或利用 杂种优势 称为杂交育种。杂交可以使生物的 遗传物质 从一个群体转移到另一群体,是增加生物变异性的一个重要方法。不同类型的 亲本 进行杂交可以获得 性状 的重新组合,杂交后代中可能出现双亲优良性状的组合,甚至出现超亲代的优良性状,当然也可能出现双亲的劣势性状组合,或双亲所没有的劣势性状。育种过程就是要在杂交后代众多类型中选留符合育种目标的个体进一步培育,直至获得优良性状稳定的新品种。

由于杂交可以使杂种后代增加变异性和异质性,综合双亲的优良性状,产生某些双亲所没有的新性状,使后代获得较大的遗传改良,出现可利用的 杂种优势 ,并在鱼类的品种改良和生产中发挥出巨大作用,是鱼类育种的基本途径之一。

在杂交育种中应用最为普遍的是品种间杂交(两个或多个品种间的杂交),其次是 远缘杂交 (种间以上的杂交)。中国自70年代以来,在鲤鱼各品种间进行了70多个组合的杂交实验,获得了 丰鲤 、荷元鲤、岳鲤、芙蓉鲤等杂交新品种,成为淡水鱼类中新的养殖对象,已在全国各地推广养殖,获得了明显的经济效益和社会效益。中国淡水鱼类的远缘杂交组合有近百种之多,有较好的效果,曾有过生产性应用的仅有 杂种、 类杂种、鲢 杂种、鲤鲫杂种等少数几个杂交组合后代。由此可见,并非所有的杂交都能创造好品种,只有付出艰辛的探索才能取得理想的结果。

杂种优势

杂种优势是指两个遗传组成不同的 亲本 杂交产生的杂种第一代,在生长势、生活力、繁殖力、抗逆性、产量和品质上比其双亲优越的现象。杂种优势是许多 性状 综合地表现突出,杂种优势的大小,往往取决于双亲性状间的相对差异和相互补充。一般而言,亲缘关系,生态类型和生理特性上差异越大的,双亲间 相对性状 的优缺点能彼此互补的,其杂种优势越强,双亲的纯合程度越高,越能获得整齐一致的杂种优势。

杂种优势往往表现于有经济意义的性状,因而通常将产生和利用杂种优势的杂交称为经济杂交,目前鱼类杂交育种应用得最多的即是经济杂交。经济杂交只利用杂种子一代,因为 杂种优势 在子一代最明显,从子二代开始逐渐衰退,如果再让子二代自交或继续让其各代自由 交配 ,结果将是杂合性逐渐降低,杂种优势趋向衰退甚至消亡。

在 渔业 生产上,杂种优势的利用已经成为提高产量和改进品质的重要措施之一。目前经过国家鉴定并大力推广的杂交品种有:荷元鲤[荷包红鲤(雌)× 华南鲤 (雄)]、 丰鲤 [ 兴国红鲤 (雌)× 散鳞镜鲤 (雄)]、芙蓉鲤[散鳞镜鲤(雌)×兴国红鲤(雄)]、岳鲤[荷包红鲤(雌)×湘江野鲤(雄)]、 中州 鲤[荷包红鲤(雌)× 黄河鲤 (雄)]、 福寿鱼 [莫桑比克 非鲫 (雌)×尼罗非鲫(雄)]。 杂种优势 的利用可以带来巨大的经济效益,如丰鲤不仅生长速度比 亲本 快50%左右,而且具有较高的抗病力和起捕率,目前已推广至全国几十个省、市,产量达2000万公斤以上。又如 莫桑比克 非鲫个体年增长量为140克,每公顷年产量仅2.5吨,而其杂交种 罗非鱼 个体的年增长量达790克,每公斤年产量提高到60吨,而且在体型、肥满度、成活率、耐寒性等方面均获得改良。

育种

选择

1.选择亲本的原则首先要尽可能选用综合 性状 好,优点多,缺点少,优缺点或优良性状能互补的亲本,同时也要注意选用生态类型差异较大、亲缘关系较远的亲本杂交,如 江西省 的荷包红鲤和 云南省 的 华南鲤 。在 亲本 中最好有一个能适应当地条件的品种。要考虑主要的育种目标,选作育种目标的性状至少在亲本之一应十分突出。当确定一个品种为主要改良对象,针对它的缺点进行改造才能收到好的效果,如 草鱼 的抗病性。

组合方式

2.杂交方式亲本确定之后,采用什么杂交组合方式,也关系育种的成败。通常采用的有单杂交、复合杂交、回交等杂交方式。

1)单杂交即两个品种间的杂交(单交)用甲×乙表示,其杂种后代称为单交种,由于简单易行、经济,所以生产上应用最广,一般主要是利用杂种第一代,如 丰鲤 、 罗非鱼 。

2)复合杂交即用两个以上的品种、经两次以上杂交的育种方法。如果单交不能实现育种所期待的 性状 要求时,往往采用复合杂交,其目的在于创造一些具有丰富遗传基础的杂种原始群体,才可能从中选出更优秀的个体。复合杂交可分为三交、双交等。三交是一个单交种与另一品种的再杂交,可表示为(甲×乙)×丙,例如(荷包红鲤× 华南鲤 )× 散鳞镜鲤 一三杂交鲤。双交是两个不同的单交种的杂交,可表示为(甲×乙)×(丙×丁)或(甲×丙)×(乙×丙),例如(蓝非鲫×尼罗非鲫)×( 莫桑比克 非鲫×尼罗非鲫)。

3)回交即杂交后代继续与其 亲本 之一再杂交,以加强杂种世代某一亲本 性状 的育种方法。当育种目的是企图把某一群体乙的一个或几个经济性状引入另一群体甲中去,则可采用回交育种。如 鲮鱼 具有许多优良性状,但不能耐受低温,需要进行遗传改良。可先用耐受低温的 洞庭孟加拉鲮 与鲮杂交,杂交子一代再与鲮回交,回交后代继续同鲮进行多次回交,对回交子代选择的注意力必须集中在抗寒性这个目标性状上,从而最终育成一个具有抗寒性的优良的鲮鱼新品种。

操作和方法

1)杂交前的准备工作首先要熟悉各种鱼类的生殖习性。一方面要了解鱼类自身与生殖有关的 性成熟 季节、生殖季节、卵子的性质、性周期、产卵期、对卵和后代的保护等习性;另一方面要了解鱼类在生殖时期对外界条件的要求,如水温、光照、流速、产卵场的底质、鱼巢、饲料等。其次要调节亲本性成熟年龄,通过分期饲养,创造不同的外界条件等手段,务必使用来杂交的亲本在生殖季节相遇。

2)选择适当的 受精卵 方法进行杂交杂交前期在临近性成熟和生殖季节到来之时,一定要将雌雄两种鱼分池饲养,避免自群 交配 。受精方法则根据具体情况确定,品种间杂交一般采用自然 产卵 受精,不能自然繁殖杂交的采用 人工授精 (具体操作方法见第四章)。

3)记载、挂牌和管理用不同品种(或种)的鱼类进行杂交,必须作记载,记载内容包括 亲本 性状 及有关情况、杂交方式、杂交时间、各期成活率等,以供查阅之用。鱼苗下塘后,试验池需挂牌并登记,写明 授精 日期和父母本的名称。养殖期间应加强管理,尤其应注意避免不同杂交种之间发生混杂。如果不慎将杂种流放至江河、湖泊等天然水域,将造成自然 种群 遗传性混杂这样无可挽回的严重后果,影响自然资源的有效利用。

4)加速育种进程从杂交到新品种育成推广,往往需要经过10个世代的时间,因而加速育种进程很有必要。可采用异地加代,如在 海南岛 建立鱼类育种基地,进行北繁南育,缩短育种时间。也可以进行温室和人工气候室加代,所需育种基地规模不大时,采用此法即能加速育种进程。

5)杂交后代的选择采用个体选择法时,选择一般从子二代开始,因子二代变异范围最大,可望从中选出合意的变异体。到子三代已基本可以判断有无育成品种的希望,到子 五代十国 时,大多数 性状 和家系已相当稳定,定品种可在此进行。采用群体选择法时,一般子 五代 之前不进行个体选择,只进行群体选择并混养。在子五代至子八代开始进行个体选配,建立家系和确定品种。

类型

品种内杂交

同一品种不同 生态型 间的杂交。

品种间杂交(种内杂交)

品种间杂交是指两个遗传基础不同的品种间、自交系间、自交不亲和系间或 雄性 不育系与恢复系间的杂交。

种间杂交(属内杂交)

同一属不同物种间的杂交。

渐渗杂交

将一些基因从一个物种转移到另一个物种的 基因组 中被称为“渐渗杂交”  。

同一属或同一科不同属的不同种间的杂交也称为 远缘杂交 。

比如栽培品种和其野生型品种的杂交。

杂交种子的后代,是杂种。

参考资料

  1. 四川省人民政府办公厅 四川省人民政府 2024-03-20
  2. 转基因技术与传统的杂交育种技术有何异同、优势是什么? 中华人民共和国农业农村部 2024-03-20
  3. 花卉育种之杂交育种 湖南省林业局 2024-03-20
  4. 为什么杂交种子不能留种 科普中国网 2024-03-22