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作物杂种优势及其利用


作物杂种优势及其利用 摘要作物杂种优势是重要的生物学现象,有很大的应用价值。介绍了杂种优 势利用简史、利用途径及其固定方法。 关键词杂种优势;遗传机理;预测方法 杂种优势是指 2 个遗传组成不同的亲本杂交产生的 F1 在生活力、生长势、 抗逆性、适应性以及产量、品质等方面超过双亲的现象。杂种优势在许多农作物 和园艺作物上得到广泛的应用, 并获得巨大成功,对推动农业生产做出了重大

贡 献。但长期以来,由于研究方法的限制,杂种优势的遗传机理及预测方法至今尚 未完全探明;且未能对 F1 及其双亲的基因结构和表达差异进行深入研究。近年 来, 众多植物分子生物学技术的不断建立和日臻完善,为人们认识和利用杂种优 势现象提供了保障。 1 杂种优势利用简史 我国早在 1 400 多年前,后魏贾思勰著的《齐民要术》中就记载了马和驴杂 交产生骡的事实,为人类历史上开辟了观察和利用杂种优势的先例。法国 Koireutier 在 1761~1766 年育成了早熟优良的烟草品种间杂种, 并提出了种植烟 草杂交种的建议。以后,MerdeI、Darwin、Beal、Pichey 等分别做了大量研究, 最后 Shull 在 1905~1909 年进行玉米自交系选育与杂种优势的研究中,首次提 出了“杂种优势”这一术语和选育单交种的基本程序, 从理论上和育种模式上为玉 米自交系间的杂种优势利用奠定了基础。到 20 世纪 30 年代,人们已经利用杂交 玉米在生产上取得高产,自此杂种优势在农作物生产上的大规模应用便开始了, 到 1956 年,全美已经普及了玉米杂交种。 玉米杂交种广泛成功应用, 推动了作物杂种优势利用的探索和研究。随着雄 性不育系的选育成功, 创造了自花授粉作物和常异花授粉作物杂种优势利用的条 件,扩大了杂种优势利用的领域,到 20 世纪 50 年代后期,美国已基本普及高粱 杂交种。 我国对玉米杂种优势的研究利用较晚, 20 世纪 50 年代才推广品种间杂交种, 60 年代推广双交种,70 年代推广单交种。杂交高粱始于 20 世纪 50 年代后期, 育成并推广了一批高粱杂交种, 现在高粱杂交种全世界已普及。我国有杂交水稻 方面的研究并于 20 世纪 70 年代前期完成籼型和粳型三系配套, 开创了自花授粉 作物杂种优势利用的先例,处于国际领先地位。 目前,除玉米、高粱、水稻外,许多蔬菜作物均广泛利用 F1 代杂种优势并 取得了显著的增产效果,许多生物学家对杂种优势的机理及预测研究倍感兴趣。 2 杂种优势的利用途径 要利用作物杂种优势, 必须具备 3 个条件:一要有纯度高的优良亲本品种或 自交系;二要有强优势的杂交组合;三是繁殖与制种工序简单易行,种子生产成 本低。 2.1 人工去雄杂交制种 对于雌雄同株异花的作物如玉米,花器较大的作物如棉花、瓜类,种子繁殖 系数大而用种量少的作物如烟草、番茄等,都可以采用人工去雄、授粉的方法生 产大量杂交种子。 2.2 化学去雄制杂交种 选用一些内吸性的化学药剂,在花粉发育前的适当时期,用适当浓度的溶液 喷洒植株,可以抑制花粉的正常发育过程,使花粉败育,达到杀雄的目的。但化 学去雄还存在一些问题,如作物植株间、花朵间小孢子发育的不同步性、各种气 候因素对药的效果影响,难以保证化学去雄的稳定性。 2.3 利用自交不亲合性 同一植株上机能正常的雌、 雄两性器官和配子, 因受自交不亲合基因的控制, 不能进行正常交配。自交不亲合性广泛存在于十字花科、禾本科、豆科、茄科等 许多植物中,而在十字花科中自交不亲合性尤为普遍。早在 20 世纪

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