植物雄性不育性在作物杂交优势育种中的应用

植物雄性不育性在作物杂交优势育种中的应用学生：赵坤 江汉大学文理学院生物与环境工程学部指导老师：吴春红 江汉大学文理学院生物与环境工程学部摘要植物雄性不育是高等植物的一种普遍现象，是植物杂种优势利用的工具，具有重要的生产利用价值植物雄性不育可从自然突变中发现，也可通过远缘杂交、人工诱变、细胞工程和基因工程等方法来创造植物雄性不育系的选育则可通过远缘杂交和回交转育，回交转育和保持类型品种、品系间杂交选育为了保证杂交种的强大杂种优势，杂交制种技术是关键，因此，在杂交种制种过程中，应选择严密的隔离区，确定适宜的父母本播期及行比，严格去杂去劣，及时去雄及人工辅助授粉，适时收获、晾晒及储藏本文从遗传学、细胞学、分子生物学以及生物化学等其他交叉学科领域对植物雄性不育现象以及其在作物杂交育种中的应用进行了综述雄性不育系选育是杂种优势利用的基础性研究工作，本文主要分为细胞核雄性不育在作物育种上的利用和核质互作雄性不育基本原理在育种工作中的指导作用两个方面进行综述本论文是为了使阅读本论文的读者可以清晰明确的了解植物雄性不育现象及其在作物杂交育种中的应用和发展研究的现状关键词植物雄性不育； 杂交优势育种； 制种技术 AbstractPlant male sterility of higher plants, is a kind of common phenomenon heterosis use tool plant, and has important production use value. Plant male sterility from natural mutations can be found in distant hybridization, also can pass, artificially induced, cell engineering and gene engineering method to create. Plant breeding of male sterile lines may be through distant hybridization and back into the elite commercial, back into the elite commercial and keep type variety, hybridization between strain breeding. In order to guarantee the strong hybrid heterosis, hybrid breeding technology is the key, therefore, in hybrid varieties breeding process, should choose strict quarantine, determine suitable sowing dates and do the parents than, strictly to go bad, timely QuXiong noise and the artificial auxiliary pollination, timely harvest, drying and storage.This article from genetics, cytology, molecular biology and biochemistry and other interdisciplinary field to plant male sterility in its crops phenomena, and the application of hybrid breeding are reviewed. Breeding is of male sterile lines of heterosis use fundamental research work, this paper mainly divided into nuclei in crop breeding male sterility the use and nuclear qualitative interactions male sterility in breeding of basic principle of the guiding role of the two were reviewed. This essay is to make reading this thesis readers can clear understanding of male sterile phenomena and plant in crops the application and development of cross breeding present situation of the research.Key wordsPlant male sterility; Heterosis breeding; Breeding technology目 录绪 论 11植物雄性不育产生的原因及其类型分析 11.1植物雄性不育产生的原因 11.1.1属间杂交引起的雄性不育 11.1.2种间杂交引起的雄性不育 21.1.3种内杂交引起的雄性不育 21.1.4自然突变引起的雄性不育 21.2植物雄性不育的类型 31.2.1细胞核雄性不育 31.2.2细胞质雄性不育 42植物雄性不育性在作物杂交优势育种中的应用 52.1植物雄性不育的诱导方法 52.1.1化学方法 52.1.2物理方法 52.1.3分子生物学方法 62.2杂种优势利用的基本原理 62.3细胞核雄性不育在作物育种上的利用 62.4核质互作雄性不育基本原理在育种工作中的指导作用 102.5杂交制种技术 142.5.1隔离区选择 142.5.2制种技术 143讨论 15致谢 16参考文献 17绪 论植物雄性不育是指植物雄性生殖器官不能产生正常功能的雄配子——花粉的现象，如植物花药中无花粉、花粉败育和不裂药等均属雄性不育。

在高等植物中，雄性不育是一种普遍现象，早在1763年德国学者 Kulrcute 就观察到植物雄性不育现象，达尔文(1890)对植物雄性不育现象作了报道，以后Correns(1904) 、Bateson (1908) 、Rhoades (1933) 、Owen (1940) 、Stephens(1954) 、木原均(1951) 、袁隆平(1964)等分别在欧洲夏季薄荷、甜菜、烟草、玉米、高粱、小麦、水稻等作物中发现雄性不育并开展系统研究Kaul (1988)在“高等植物雄性不育”专著中，综述了2 989 篇论文，报道了植物43个科162个属617个物种中有雄性不育现象，其中单子叶植物禾本科、双子叶植物茄科、豆科和十字花科中的植物雄性不育现象引起了人们的重视，这些植物具有重要的经济价值发现雄性不育株可以培育成不育系，利用不育系生产杂交种子，为增加农作物产量、改进品质、增加抗性和适应性提供优异种源[1]本论文的主要目的就是归纳总结了近年来国内外先进的植物雄性不育杂交育种技术在实际中的应用旨使读者通过对本论文的阅读可以清晰明确的了解到植物雄性不育系的选育方法，在作物杂交优势育种中的应用及其发展研究的现状与展望。

1植物雄性不育产生的原因及其类型分析1.1植物雄性不育产生的原因 植物雄性不育早在1763年Kolreuter就观察到了，Darwin 1890年也作过报道，以后在石竹科（Caryophyllacease）,百合科（Liliacease）、石楠属（Photinia lindl）和其它属中发现雄性不育，据Edwardson 1970年统计，已在80多种高等植物中发现了具有细胞质遗传的雄性不育品系[2]加上细胞核控制的以及近十多年发现的新不育系，其品类就更多了1.1.1属间杂交引起的雄性不育Wettstein在 1924年发现:Physcomitrella patens×Physcomitrium eurystomum所产生的孢子几乎完全不育，孢子即使发芽不久也会死掉随后在立碗藓属（Physcomitrium）×葫芦藓属（Funaria），山羊草属（Aegilops）×小麦属（Triticum） ，小麦属 Μ 黑麦属(Secale)等属间杂交中发现雄性不育现象[3]1.1.2种间杂交引起的雄性不育Lehmann和Schwemmle于1972年首先在柳叶莱属（Epilopbium）种间杂交中发现:E.parviflorum和E.roseum之间的正反交后代有雄性和雌性不育现象。

Skalinska（1928）在耧斗莱属（Aquilegia）中报道:普通耧斗莱（A.vulgaris）×黄花耧斗莱（Achrysantha）的杂种后代中有50%的雄性不育株以后在山羊草属（Aegilops）[4]、泻根属(Bryonia)、亚麻属（Linum）[3]、烟草属（Nicotiana）、月见草属（Oenothera）、茄属(Solanum)等10多个属中观察到种间杂交雄性不育现象1.1.3种内杂交引起的雄性不育种内杂交产生雄性不育的报道,多出现在亚种的杂交中,而且作为父本或母本的亚种有所要求Michaelis（1939）没有看到柳叶莱（E.hirsutum）的5个亚种的正反交F1群体有何差别,但他发现:当最初一次杂交的母本是亚种“吉森”(Giessen)或“维也纳”(Vienna)时,F2中就会出现带有崎形花的雄性不育株有人让亚麻(Linum usitatissimum)的高茎亚种与甸甸亚种杂交,当甸甸亚种被用作最初一次杂交的母本时,其F2分离出了雄性不育株(Bateson和Gairdner，1921)美国肯塔基州、田纳西州和印第安纳州曾栽种的杂交玉米不能很好地结实，据调查某些杂交玉米 出现雄性不育。

曾在葱属（Allium）[3]、稻属（Oryza）、高粱属（Sorghum）等属中也发现种内杂交雄性不育现象许多人认为这种雄性不育现象是由于细胞核和细胞质相互作用的结果[5]1.1.4自然突变引起的雄性不育单基因控制的雄性核不育多是自然突变而来的Rhoades（1931）第一次在玉米（Zea mays）观察到雄性不育的细胞质遗传[6]；Jones和Emsweller（1937）报道了洋葱的一个雄性不育例子，后经研究发现它们可能是自然突变而成Lindstrom（1933）在茄属中用镭源照射番茄发现在几个突变体中有雄性和雌性不育的个体[3]，从而为雄性不育的自然发生提供了实验证据1.2物雄性不育的类型Sears把雄性不育分为核不育、质不育和核质互作不育三种类型，即“三型学说” [7]；Edwardson等人在玉米T型不育系筛选到恢复系之后，把质不育和核质互作不育合并，提出了“二型学说” [2]；Kihara根据对小麦—山羊草核质杂种育性的研究，提出“一个核基因对等于一个细胞质单位”的理论，即“一型学说” [8]随着与细胞质不育基因特异作用的核基因的发现，已经证实，细胞质雄性不育仅仅是核质互作雄性不育的一个短暂的过程，不能被认为一种雄性不育类型，因此，从不育性的基因型组成角度上划分，植物雄性不育有核质互作雄性不育和细胞核雄性不育2种类型[9]。

1.2.1细胞核雄性不育细胞核雄性不育是自然界中最常见的雄性不育现象，人们已在玉米、棉花、粟(Setaria i-talica)、水稻、小麦、大麦、油菜、番茄、大白莱和洋葱等许多作物上发现或诱导出雄性不育类型其中有受隐性基因（ms）控制的，有受显性基因（Ms）控制的仅以棉花为例，国外已鉴定出了ms1，ms2，ms3，Ms4，ms5 ms6，Ms7，ms8 ms9，Ms10，Ms11，Ms12，10个雄性不育系[10] [11]；国内已正式鉴定出了msc1，msc2，msc3，Msc4，Msc5，Msc6[12] [13] [14] [15]，msc7（阆A）[16]，msc7（张天真等1989年也建议把81A雄性不育基因符号定为msc7）[17]8个核雄性不育系但是隐性核不育材料必须具有标记性状才能有效地用于杂种生产在这方面，张天真等报道过一个用芽黄标记性状的棉花雄性不育系；Watts（1962）诱导了一个具有多效性的西瓜隐性基因突变，突变纯合体不仅雄性不育，而且叶片无毛，把这些品种用于杂交生产可大大减少育种工作的困难到目前为止，世界上已在10种作物中发现17例显性核不育材料，分别是：棉花5例[14] [18] [19] [20]、小麦2例、水稻1例、粟1例、油菜2例、大白菜1例、马铃薯1例、莴苣2例、亚麻1例、红胡麻草1例[21]，其中有单基因控制的，也有基因互作的。

单基因控制的显性核不育：它通常是基因突变的产物，由于显性基因突变的频率很低，所以这种材料很难发现其中最有说服力的是FS-6和太谷核不育小麦FS-6是美国人Sasakuma等利用EMS处理粗山羊草与普通小麦的属间杂交种而诱导的显性雄性不育突变，其显性不育单基因Ms23被定位在5A染色体短臂上[22]太谷核不育小麦是我国高忠丽在山西省太谷县小麦品系“223”的繁殖田发现的很多科学工作者经过近20年的努力，对其起源、细胞和遗传等进行了一系列的研究，并取得了丰硕的成果它的显性不育基因（Tal）被定位在4D染色体的短臂上，已经把它转育到许多小麦品种中，使作物品种的优良基因得到更好地开发和利用Tal基因已于1986年在国际作物基因登记署入册，国际编号为Ms2[23]1987年，在国内、外出版了《太谷核不育小麦》中、英文版论文集，英文版已经被编成荷兰Elsevier出版公司《作物科学之发展》丛书的第9集，这是中国农业专著首次被选入外国丛书[21]基因互作型显性核不育：基因互作型显性核不育是由显性不育基因和恢复其育性的显性上位基因共同控制的当二者同时存在时表现可育，而显性不育基因单独存在时则表现雄性不育。

显性上位基因只对不育基因起作用，仅携带显性上位基因的材料也是正常可育的我国发现的显性核不育谷子是基因互作型显性核不育的典型事例赤峰显性核不育谷子是在澳大利亚谷×土鲁番谷的杂交后代中发现的，该不育材料授以澳大利亚谷及其衍生系181-5的花粉，其F1代全为正常可育的植株，这说明澳大利亚谷携带有恢复育性的显性上位基因研究表明，显性不育基因也是来自于澳大利亚谷[21]对显性上位基因的研究，有利于该类作物育性的恢复并加以利用至于隐性基因控制雄性不育的报道也较多，仅在棉花中，“洞庭一号A”（“洞A”）无“62—1A”、“车A”不育系、“阆A”不育系等皆是由隐性基因控制的[19]棉花“洞A”不育系已在较大面积上以“两系法”应用，取得了很好的经济、社会效益另在水稻光敏核不育中也有报道1.2.2细胞质雄性不育雄性不育性由核不育基因和细胞质不育基因相互作用而产生的，为了与核雄性不育对应，称为细胞质雄性不育(Cytopla smic male sterility，CMS)细胞质雄性不育主要是由于在细胞质中存在着一些遗传物质，如线粒体DNA（mtDNA）和叶绿体DNA（ctDNA）等，由于在受精过程中雄配子的细胞质一般不可能参与受精，进入卵细胞质内，这样子代中一些遗传性状只与母本性状相关，加上一些自然或人为条件的影响会导致一些雄性不育现象。

但是细胞质中的大部分生理生化变化皆受到细胞核的控制，所以细胞质雄性不育的内容常指核质共同作用导致雄性不育的情况现有的研究结果表明，植物CMS是核不育基因与质不育基因互作的结果，不育性受核质基因的共同控制Pring等[24]认为负责调控雄性可育性基因起初位于细胞器 DNA 上，但在有些植物进化过程中，这些基因被转移至核基因组位点上当雄性可育性丧失的细胞质转移至缺乏雄性可育基因的核背景时，就会产生雄性不育，并认为同时存在于细胞器和细胞核基因组中的多余遗传信息不会产生任何负效应2.植物雄性不育性在作物杂交优势育种中的应用2.1植物雄性不育的诱导方法随着杂种优势利用的深入，人们期待着获得更多的雄性不育株，而由自然条件造成植物雄性不育的情况较少，且很难发现，所以人们常采用诱导方法获得雄性不育株诱导植物雄性不育从本世纪六十年代就开始了，科学家们根据各自的实验手段总结出了能引起雄性不育的诱变剂有：秋水仙素、乙烯亚胺、N一亚硝基甲基尿素、链霉素、硫酸二乙醋、γ一射线和快中子等2.1.1化学方法此法开展得较早Петров等在1969年用链霉素处理玉米幼苗诱导出了细胞质雄性不育株Долгих曾先后在1969，1972年用N一亚硝基甲基尿素溶液处理高粱幼苗，也获得了一定数量的不育株。

Крупнов在1973年利用乙烯亚胺（0.001%水溶液）和甲基硫酸乙醋（0.05%水溶液）处理小麦种子，研究诱导雄性不育的可能性这些方法皆获得了一定的成功2.1.2物理方法随着辐射遗传学的发展，科学工作者们采用各种电离辐射进行育种研究，诱发雄性不育并加以培育和利用，取得了较大的经济效益Shimotsuma（1968）用372Gyγ射线处理西瓜旭大和品种干种子，花粉育性普遍降低[25]；王鸣等于1968年用60Coγ射线辐射西瓜原始易位系及某些优良品种，诱发染色体相互易位，获得了许多具有部分不育的“复易位”（“多互换”）系，育成了几个少籽西瓜新品系，其中有些品系还具有高产、优质、早熟及耐贮藏的特性另外，Hensz（1978），周育彬（1988）分别用热中子、快中子成功地诱导了雄性不育[25]2.1.3分子生物学方法近年来，随着分子生物学的发展和对花粉发育过程中基因表达的特点，花药和小抱子特异性基因的分离以及特异性基因 5’侧翼调节序列的研究都有了较大的进展[26] [27] [28]，为人工诱导植物雄性不育提供了广阔的前景Moffatt等[29]用2，6－二氨基嘌呤筛选出3株腺吟磷酸核糖核酸基转移酶(Adenine phosphoribos transferase，APRT)缺陷型拟南芥菜（Arabidopsis thaliana）突变体，成功地诱导了雄性不育；Mariani等将TA29 5＇侧1.5kb的片段分别与人工合成的RNase-T1基因（Aspergillus oryzae gene）和来源于解淀粉芽抱杆菌（bacillus amylolique faciens）的核糖核酸酶（Barnase）基因构建成的嵌合基因（统称为TA 29-Naase），转入烟草和油菜中，成功地诱导了这两种作物的雄性不育。

2.2杂交优势育种利用的基本原理杂种优势的概念：遗传组成不同的个体间交配，其杂种一代（F1）在营养生长、生殖生长或适应性等方面比亲本和以后世代具有优势的象，我们称之为杂种优势最简单的表示方法就是P﹤F1﹥F2[30]杂种优势从农业生产的角度来看，往往最终归结到产量的高低上，因此F1的产量不仅要高于亲本，而且还要超过当时、当地的推广品种杂种优势主要表现在产量、器官体积、生长速度、成熟时期、抗逆力等方面，同时还表现在化学成份（如蛋白质、脂肪、激素、维生素、核酸等）生理生化过程、代谢活动水平、代谢产物的运转及利用，以及酶体系的 活性等内部特性方面2.3细胞核雄性不育在作物育种中的应用核型雄性不育系是指由细胞核基因控制的雄性不育系，一般都是天然突变的，有的是隐性不育，有的是显性不育迄今为止在高粱上已发现8个核型雄性不育系1964年，湖南黔阳农业学校在水稻胜利籼中发现天然不育株，之后，又在籼稻洞庭早稻籼、南特号、粳稻早粳4号等品种中发现了天然不育株1981年，石明松在农垦58中发现了核不育株，称为光敏核不育系1966年，Chowdhury在萝卜型油菜黄萨逊中发现了天然不育株20世纪50年代，美国在棉花中先后发现7个核型不育系。

1972年，山西省太谷县高忠丽在小麦大田中发现了1棵天然不育株，后经鉴定为显性核不育在一般情况下，只有核质互作雄性不育才能“三系”配套，在生产上利用杂种优势，细胞核雄性不育是不能直接用于配制杂交种，在生产上加以利用的但是，利用核质互作雄性不育，往往存在着一种潜在的遗传上的脆弱性，一旦发生某种会导致此种细胞质感染的病原菌生理小种，就可能使具有此种细胞质的杂交种全部感染某种病害[31]另一方面，对于隐性细胞核雄性不育材料，任何纯合可育材料对它都是恢复的因此，从利用杂种优势的角度看，核不育可以扩大材料的应用范围，从而有可能选出性状更为优良的杂交种从常规育种来看，一些自花授粉、常异花授粉作物试图仿效玉米采用轮回选择改良玉米自交系的方法来提高育种水平，但因雌雄同花，去雄的工作量太大而难以实现如果借助细胞核雄性不育，就有可能达到这一目的由于细胞核雄性不育在作物育种工作中有许多优点，因此国内外都在开展各种利用方式的研究，有些己取得成功的经验 ①“两系”法 早在60年代，我国一些农业科研单位就在水稻、谷子等作物上发现了核型高度雄性不育材料，并摸索出结合标志性状利用“两系”法来生产杂交种种子所谓核型高度雄性不育材料，是指细胞核控制的雄性不育，但不育度和不育株率不能达到100%，一般为90%～95% 。

因此它套袋自交可以有少量结实，而自交结实的种子后代仍表现为高度雄性不育可以利用这一特点，在隔离区内让它和父本相间种植以配制杂交种用这一方法生产的杂交种种子中会有少量自交的假杂种，但配上标志性状的利用，就能收到良好的效果所谓标志性状，是利用父母本之间在某一性状（应在苗期表现）的显隐性关系以 区别真假杂种例如，利用具有显性性状的材料作父本，具有相应隐性性状的核不育材料作母本，生产上种植的F1如具有显性标志即为真杂种；如具有母本的相应隐性性状就是假杂种，是自交产生的后代，应通过间苗拔除这样在生产上留下了真杂种，就可以保证杂种优势的利用如果父母本之间不具备这种相对应的显隐性性状，我们应采取回交法将这种标志性状转移到亲本上去由于水稻是育苗移栽的，在秧田中即可把真假杂种区分，因此不必单设繁殖区，只需一个制种隔离区即可我们在秧田中将真杂种选出栽插于大田，剩下的假杂种就是核型高度雄性不育材料，可用于制种区作母本②光敏核不育 这种核不育材料是由石明松于1973年在湖北沔阳沙湖原种场作一季晚稻栽培的农垦58大田中发现并开始研究的它在长日照下可诱导雄性不育，而在短日照下则诱导雄性可育武汉大学生物系遗传研究室的研究结果表明，在武汉自然日照下，9月3日以前抽穗的光敏材料均表现不育，而9月8日以后抽穗的材料则表现可育。

正因为光敏核不育水稻的育性转换是稳定的，所以可以一系两用亦即在武汉，它在整个8月份长光照条件下抽穗的均表现为雄性不育，可以和父本相间种植用于制种；反之，在9月中旬以后短日照条件下抽穗的，正常花粉达70%以上，可以自交繁殖因此在生产上应用比“三系”简单，易于掌握这是我国继杂交水稻“三系”育种突破之后的又一重大发现福建省农科院稻麦所杨聚宝等利用光敏核不育材料培育的二亚1、2号已在福建示范 1750亩，普遍获得成功据后来研究，光敏核不育材料的育性转换不仅受光照的影响，同时还受温度的影响，所以目前多称它为光（温）敏核不育材料③双杂合体的利用 这是70年代以来，美国在玉米上应用细胞遗传技术利用细胞核雄性不育的一种方法在自然界或通过辐射诱变都有可能产生一种染色体相互易位的材料（见图1），这种易位材料在减数分裂后可能形成四种染色体结构的配子，即6和9、69和96、6和96、69和9在这四种配子中，6和9、69和96的花粉粒是正常的，约占花粉总数的一半；而6和96由于缺失节段较长，所以花粉是败育的，约占花粉总数的四分之一；至于69和9也缺失一个节段，但比较短，所以可以形成一种淀粉粒不完全饱满、体积较小的“次正常”花粉。

69和9在授粉过程中常争不过正常花粉，但是卵却是正常的，一旦和正常花粉（6和9）相结合就会形成6、69和9、9这样一种染色体结构的重复缺失体（第6染色体缺失一段，而第9染色体重复一段）如果雄性不育墓因（ms）的显性等位基因（＋）和相应的染色体缺失的断点紧密连锁，不会因发生交换而转移到正常的同源染色体上去，这样就形成了与雄性不育的显性等位基因（＋）相连锁的重复缺失体（见图2）由于它的正常染色体和重复缺失是杂合的可育基因与不育基因也是杂合的，所以称它为双杂合体这种双杂合体可以形成两种雌雄配子，即6和9、69和9由于6和9的花粉是正常的，并带有不育基因（ms），所以授在核不育雌穗上，其后代将是纯合不育的，雄性不育得到了保持；而另一种雄配子69和9虽然带有雄性不育的显性等位基因（＋）但因花粉是次正常的，在授粉过程中竞争不过 6和9，所以不起作用雌配子也有6和9、69和9两种，它们都是正常的当它们接受6和9这种花粉，就形成了两种后代，一种是6、6和9、9，也就是纯合的核不育；而另一种是6、69和9、9，也就是双杂合体，所以说双杂合体可以得到繁殖从理论上讲，二者呈1：1分离，实际上核不育将多于双杂合体。

在果穗上这两种籽粒可以区别，核不育的籽粒是正常的，而双杂合体的籽粒则秕小这种双杂合体实际上起着细胞核雄性不育保持系的作用，所不同的是保持系的后代全部是保持系，而双杂合体的自交后代中却只有一部分是双杂合体，需要选秕小的籽粒留种目前我国已引进了玉米双杂合体，正在开展这方面的研究④用于轮回选择轮回选择最先是从异花授粉的玉米用于改良自交系开始实行的由于一些由多对基因控制的数量性状或目标性状和一些不利性状相连锁，采用传统的育种方法改进效果往往不明显，故采用轮回选择，以把许多品种（品系）的优良性状聚合到一个选种材料上去自花授粉作物和常异花授粉作物由于复合杂交的工作量很大，不利用细胞核雄性不育材料就几乎不可能实现在轮回选择中，无论是显性细胞核雄性不育（如太谷核不育小麦，其雄性不育基因命名为Ta1），还是隐性细胞核雄性不育（如高梁中的ms1、ms2……ms7），均可加以利用，而且利用的途径基本相似其程序大致包括a．选择亲本亲本数目以20～40个为宜，它们应包括育种目标所要求的全部基因b．组合雄性不育基因即将中选亲本和细胞核雄性不育材料杂交、分离（显性核不育材料不需这个过程）、回交……即可得到和亲本相似又具有细胞核雄性不育基因的材料。

c．随机交配上述种子经一次自交（显性核不育材料可不行自交），然后取等量种子混合播于隔离区内，对不育株要作标记，任其自由授粉收获时只收取不育株上的种子，每次收获的量要不少于90%的不育株，并再取等量种子混合，重复上述过程二三次，随机交配过程就算完成对于一些明显不符合育种目标的植株（如晚熟、高秆等），应在开花前拔除，以免在群体中扩散对随机交配群体进行选择就是轮回选择，选择的方法简繁不一，改良的效果也不相同比较简单的是混合集团选择法，即根据目测选择表现型符合育种目标的优良单株，将其种子等量混合组成新的群体，供下一轮选择用这种方法对遗传力高的性状效果较好2.4核质互作雄性不育基本原理在育种工作中的指导作用随着核质互作雄性不育理论被广大育种工作者逐步掌握, “三系”育种也得到了改进和发展核质互生雄性不育的选育方法主要有：远缘杂交、回交转育法；回交转育法；保持类型品种或品系间杂交选育不育系等①“保×保”、“恢×恢”、“保×恢”、“恢×保”我们知道，保持系或保持类型材料的基因型是 F（msms），恢复系的基因型是SF（MsMs）因此，“F（msms）×F（msms）”的后代就必然是F（msms），而“SF（msms）×SF（msms）”的后代也必然是SF（MsMs）。

掌握这一点，就可以将存在于两个不同保持材料（或恢复材料）上的优点，通过杂交育种的方法集合到一个材料上，从而改进杂交种亲本（保持系—通过和不育系回交转育就成为不育系、恢复系）的性状，最后也就可能达到改进杂交种性状的目的但这种“保×保”、 “恢×恢”也有例外的情况，像高粱A1型雄性不育是由两对核基因控制的，它的恢复系核内基因型有三种，即（Ms1Ms1Ms2Ms2）、（Ms1Ms1ms2ms2）和（ms1ms1Ms2Ms2）因此，当“恢×恢”遇到“F（Ms1Ms1ms2ms2）×SF（ms1ms1Ms2Ms2）”或“F（ms1ms1Ms2Ms2）×SF（Ms1Ms1ms2ms2）”时，后代就有可能分离得到F（ms1ms1ms2ms2），也就是“恢×恢”的后代出现了保持系山西省大同市良种场就曾在康拜因60和三尺三两个高粱恢复系的杂交后代中分离得到了保持系，并进一步转育成大同8号不育系至于“保×恢”，即“F（msms）×SF（MsMs）”，它的纯合后代有两种，即保持系F（msms）和恢复系SF（MsMs）；“恢×保”就是“SF（MsMs）×F（msms）”它的纯合后代中肯定可以有恢复类型SF（MsMs）。

另一种情况将由母体恢复系的细胞质决定，如果时不育的S，后代就有可能出现不育株S（msms）；如果母体细胞质是可育的F，后代就有可能出现保持类型F（msms）②玉米保持系转育恢复系的方法对于玉米T型不育系来说，保持类型材料较多，恢复类型材料较少因此，当两个保持类型材料杂交后产生的F1表现较好，可以直接用于生产，而我们又准备利用不育化制种时，就存在将父本转育成恢复系的问题人们常用的方法是以任一不育系为母本、任一恢复系为父本进行杂交，F1是可育的然后以F1为母本、要转育的保持材料为父本再进行杂交，后代将出现雄性可育和雄性不育的分离我们选雄性可育的为母本，再以要转育的保持材料为轮回亲本与之回交，后代又将出现雄性可育和雄性不育的分离，我们继续选雄性可育株为母本和轮回亲本回交，这样连续回交五六代，回交后代将逐步与轮回亲本相似，然后再选雄性可育株自交两次，其中雄性全部可育的株行就是转育成的恢复系这一转育过程的原理，可用图3表示（假设要转育的保持材料为甲自交系）图3：保持类型材料甲自交系转育为恢复系的示意图③不育系转育同型恢复系的方法上面介绍的在雌雄异花的玉米上所采用的转育恢复系的方法，要用于雌雄同花的自花授粉或常异花授粉作物就比较困难了，因为在每一个杂交、回交世代都需要进行繁重的去雄杂交工作。

为了解决这一问题，根据核质互作雄性不育的原理，可以采用将需要转育为恢复系的不育系作轮回亲本，任一恢复系作非轮 回亲本，经过杂交 、回交和自交，即可转育成恢复系这一转育程序见图4（假设要转育为恢复系的不育系为甲A）目前，在一些作物 的不育系中，混杂有一种和不育系十分相似的散粉杂株它们不是保持系，因为它们的花粉授在不育系上，F1表现部分散粉或完全散粉，所以我们称它为同型散粉杂株它实际上也是以不育系为轮回亲本、恢复系为非轮回亲本所形成的后代，和介绍的不育系转育同型恢复系的过程完全一样 由于轮回亲本是不育系，这种天然杂交、回交十分容易发生，而一旦发生又很难根除因此，繁殖不育系必须严格隔离，严格去杂，套袋提纯，定期更新繁殖田的种子图4：不育系转育为同型恢复系程序示意图④保持类型材料转育不育系同时转育恢复系的方案当某一保持类型材料尚未转育为不育系，我们就不能采用上述不育系转育恢复系的方法，而要先将保持材料转育成不育系，然后再转育为恢复系，所需世代也比较长为了加快育种进程，也可以将转育不育系和转育恢复系结合起来同时进行这一过程是先将要转育的保持类型材料F（msms）和任一不育系S（msms）杂交，F1是不育的，我们既让它与保持材料继续回交，同时取任一恢复系的花粉授给不育株，开始恢复系的转育工作。

从转育不育系来看，轮回亲本是保持材料，最终不育株将与保持材料同型而成为不育系从转育恢复系来看，轮回亲本是不育株，一旦不育株与保持材料同型，所转育的恢复材料也将和不育株相近一般地说，只要加强选择，再增加一二个世代即可同型，然后自交两代使可育基因纯合，转育就告完成这一转育程序见图5（假设要转育的保持材料为甲）图5：保持类型材料转育不育系同时转育榷复系示意图⑤恢复类型材料转育同型保持系（不育系）的设计当两个恢复材料杂交，如果F1为一优良杂交种，就有必要将其中的母本转育为保持系，并进而转育成不育系，才能“三系”配套，利用不育化制种，在生产上应用杂交种这一转育工作从理论上讲是可行的，对玉米这样的雌雄异花作物难度也不大，但对于雌雄同花的水稻、高粱等作物则需要进行大量的人工去雄杂交和测交工作，因此困难较大但是，有时为了解决某一特定组合而需要进行这种转育，还是可行的例如水稻化杀强优势杂交种赣化2号（IR-24×献党1号）需要“三系”配套，就有必要将其母本IR-24〔野败型雄性不育恢复系，基因型是SF（MsMs）〕转育成保持系，然后再转育成不育系这一转育工作是任选一保持系F（msms）作母本，IR-24作父本进行杂交，然后再用IR-24回交，所得BC1的育性基因型有F（Msms）和F（MsMs）两种，它们的育性表现型相同，都正常散粉，所以只能将它们和不育系测交，根据测交种的育性表现予以区分。

我们可以一方面测交，另一方面再和IR-24回交，凡BC1育性基因型为F（MsMs）的，其测交F1将全部可育，那么和它相应的BC2要全部淘汰；如BC1育性基因型为F（Msms），其测交F1将部分可育、部分不育我们就需要将它们相应的BC2作母本，再用IR-24与之回交，同时再和不育系测交，以鉴定需连续进行数代，待回交后代和IR-24相似时为止再通过和不育系测交，选出育性基因型为F（Msms）的后代，然后再经自交和测交，即可选出保持类型F（msms）的IR-24[32]2.5杂交制种技术加一段说明文字2.5.1隔离区的选择隔离区选择包括地块的选择和隔离的选择地块要选择土壤肥沃、地势平坦、肥力均匀、灌排方便、旱涝保收的地块，以保证制种田的产种量为了保证杂交种种子的纯度，防止非父本的花粉进入隔离区，必须有足够的隔离隔离的方法有4种①空间隔离要求在制种田周围一定范围内不种非父本品种一般，异交或常异交作物制种田要求的空间隔离距离为300～400 m，不育系繁育田 500 m以上，原种要在1 000 m以上根据当地授粉季节常见风向可作适当调整，迎风面延长距离，背风面缩短距离②时间隔离在无霜期比较长的地区,如空间隔离有一定困难，可以采取时间隔离。

时间隔离就是生产田与制种田的播期错开,以使其开花期错开③自然屏障隔离自然屏障隔离是一种经济有效的方法，利用村庄、水库、大坝、树林、山峰、高地等自然屏障隔离④高秆作物隔离在无山区、高地的地方，空间隔离又有一定的困难的时候，可采取高秆作物隔离，制种田要求隔离200行以上，不育系繁殖田要求300行以上2.5.2制种技术制种技术包括确定父母本的播期和行比、去杂去劣、去雄及人工辅助授粉、收获、晾晒及储藏等四个步骤①确定父母本的播期和行比确定好父母本的播期以使父母本花期相遇良好，这是杂交制种的关键一般确定父母本播期的原则是使父母本同期开花，或母本比父本早开花1～2 d若父母本花期相同，可同期或母本浸种后同播；若母本比父本早开花2～3 d ，也可同播如父母本花期相差较大，则应错期播种②去杂去劣去杂去劣是保证杂交种子质量的基础，对父母本都要去杂去劣首先，结合间定苗拔除优势苗、劣势苗、异型苗、异色苗和病虫苗其次，在拔节至抽雄期，双亲中杂株表现最为明显，应彻底拔除，保证父、母本均匀一致另外，在收获脱粒前，根据母本穗部性状将异型穗、异色穗和异轴穗捡除③去雄及人工辅助授粉去雄是保证种子质量的关键，必须认真对待。

对玉米而言要求不管什么品种，采取摸苞带叶去雄，在母本的雄穗手摸成包状、未见雄穗花尖时，带1～3片叶把雄穗去掉，将抽掉的雄穗带出地外深埋人工辅助授粉是提高结实率、增加产种量的基础上午10 :00前可用竹杆摇晃父本，使其花粉扩大散粉面积，以利受精结籽，增加产量授粉结束后应及时割除父本，这样不仅能够避免父本混到杂交种中，而且还能减轻病害，增加通风透光，利用光合作用，提高产量④收获、晾晒及储藏为防止种子发生冻害、霉烂、发芽率降低，种子成熟后及时收获、晾晒为了保证种子纯度，父母本应分期收获，一般先收父本后收母本，也有先收的情况下[1]3讨论近十多年来，人们在植物雄性不育的理论研究和实践等方面都取得了较大的进展但是植物雄性不育的原因是很复杂的，除了上面提到的之外，在自然界中可能还存在着其它因素导致植物雄性不育一些不育因素只在少数植物中发现，可能在其它植物中也存在这样的情况，比如温敏型雄性不育只在高粱中见到，光敏型雄性不育只在水稻中发现在所发现的一些因素中，可能还存在几个因素共同控制雄性不育的情况，不育基因在作物品种之间的转移等等，这些都有待于进一步研究植物雄性不育和杂种优势利用已经在农业生产中发挥了巨大的作用，随着植物雄性不育和杂种优势利用基础理论和应用方面的深人研究，必将给人们带来更大的物质财富。

致谢在论文完成之际，我要特别感谢我的指导老师吴春红老师的热情关怀和悉心指导在我撰写论文的过程中，吴老师倾注了大量的心血和汗水，无论是在论文的选题、构思和资料的收集方面，还是在论文的研究方法以及成文定稿方面，我都得到了吴老师悉心细致的教诲和无私的帮助，特别是她广博的学识、和蔼的性格、严谨治学的工作作风使我终生受益，在此表示真诚地感谢和深深的谢意在论文的写作过程中，也得到了许多老师和同学的宝贵建议，在此一并致以诚挚的谢意另外，我还要特别感谢江汉大学文理学院生物与环境工程学部的全体老师在大学四年里对我学习与生活上的指导和帮助 最后，向在百忙中抽出时间对本文进行评审并提出宝贵意见的各位老师表示衷心地感谢！参考文献[1] 王林生，李毓珍，马晓玉.植物雄性不育系的选育与杂交制种技术.安徽农业科学[J]， 2006，34（11）：2362 - 2363，2402.[2] Edwardson，J．Bot．Rev，1970，36：341－401．[3] 刘正金.雄性不育的原因及类型分析.四川师范学院学报[J].1993，14（4）：296—305.[4] Kihara，H．Cytologia，1951，（16）：177．[5] 汤泽生，刘正金，苏智先.植物雄性不育类型的分析.生物多样性[J]，1994，2（4）：220-227．[6] Rhoades，M．Science，1931,73：30．[7] Sears，ER．U．S，Dept．Agr．Yearbook，1947，245－255．[8] Kihara，H．Proc．3Int，Wheat Gen．Symp，125－134．[9] 李泽福，夏加发，唐光勇．植物雄性不育类型及其遗传机制的研究进展．安徽农业科学[J]，2000，28（6）：742－746．[10] Endrizzi，J．E et al．Advance in genetics，1985，23：271－375． [11] Turcotte，E．L．et al．Crop Sci，1985，25：688－690．[12] 汤泽生，杜素琼，王祖秀等．棉花“洞A_3”雄性不育小孢子败育的细胞学观察．南充师院学报（自）[J]，1982，2：23－27．[13] 汤泽生，张莲英，徐晓玲等．新海棉雄性不育系花粉败育的细胞学研究．中国棉花[J],1983，8（4）：7－9．[14] 杨亚东．几个棉花不育系的遗传分析．遗传[J]，1982，4（1）：18－20．[15] 黄观武，张东铭，李中泉等．棉花隐性核基因雄性不育在杂交种中的应用．中国农业科学[J]，1981，14（1）：5－11．[16] 汤泽生，王祖秀，张中华．棉花阆A雄性不育的细胞学研究．南充师院学报（自）[J]，1988，1：12－14．[17] 张天真，潘家驹，冯福祯．一个有芽黄标记性状的棉花雄性不育系的遗传鉴定．中国农业科学[J]，1989，22（4）：17－21．[18] 王祖秀，汤泽生．棉花湘远A41和A42小孢子败育的细胞学研究．四川师范学院学报（自）[J]，1992，13（1）：14－18．[19] 汤泽生．棉花雄性不育论文集[M],1989，成都：四川科技出版社，P．1－18．[20] 谭昌质．棉花“洞A_3”雄性不育材料的发现及遗传研究．南充师院学报（自）[J]，1982，2：17－22．[21] 刘秉华．作物显性雄性不育基因起源的探讨及应用途径分析．大自然探索[J]，1991，10（3）：31－36．[22] Sasakuma，T．et al．Crop Sci，1978．18：850－853．[23] Mclntosh，R．A．Proc．7 Int．Wheat Genetics Symp，1988，2：1291．[24] Pring D R, and et al . Unique DNA associated with mitochondria in the S- Type cytoplasm of male steri le maize.Proc.Na tl.Ac ad. Sci . ,USA, 1977, 74( 2) : 2904- 2908．[25] 赵孔南等．植物辐射遗传育种研究进展[M]，1990，北京：原子能出版社，66－67．[26] Hanson D D，et al．Plant Cell．1989，1：173－179．[27] Twell D，et al．，Development．1990，109：705－713．[28] Twell D，et al．，Gene and Development．1991，5：496－507．[29] Moffatt B，et al．，Plant Physiol．1988，86：1150－1154．[30] 钱章强.植物雄性不育和杂种优势的利用Ⅴ.种子科技[J]，1993（5）：40-41.[31] 钱章强.植物雄性不育和杂种优势的利用Ⅳ.种子科技[J]，1993（4）：43-44.[32] 钱章强.植物雄性不育和杂种优势的利用Ⅲ.种子科技1993（3）：43-45.。