雄性不育技术的原理是怎样的?其在农业上的应用效果如何?
生活随笔
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雄性不育技术的原理是怎样的?其在农业上的应用效果如何?
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雄性不育性主要應用在雜種優勢的利用上,雜交母本獲得了雄性不育性,就可以免去大面積繁育制種時的去雄工作,并保證雜交種子的純度。 目前生產上應用推廣的主要是質核互作型雄性不育性。應用這種雄性不育時必須三系配套(三系法),即必須具備雄性不育系(一般稱為不育系)、保持系和恢復系。三系法的一般原理是首先把雜交母本轉育成不育系。例如,希望優良雜交組合(甲′ 乙)利用雄性不育性進行制種,則必須先把母本甲轉育成甲不育系,常用的做法是利用已有的雄性不育材料與甲雜交,然后連續回交若干次,就得到甲不育系。原來雄性正常的甲即成為甲不育系的同型保持系,它除了具有雄性可育的性狀以外,其他性狀完全與甲不育系相同,故又稱同型系,它能為不育系提供花粉,保證不育系的繁殖留種。父本乙必須是恢復系。如果乙原來就帶有恢復基因, 經過測定,就可以直接利用配制雜交種,供大田生產用。否則,也要利用帶有恢復基因的材料,進行轉育工作。轉育的方法與轉育不育系基本相同。 自從1973年我國學者石明松從晚粳品種農墾58中發現“湖北光敏核不育水稻”—“農墾58S”以來,核不育型的利用受到極大關注。“湖北光敏核不育水稻”具有在長日光周期誘導不育、短日光周期誘導可育的特性,因此這種不育水稻可以將不育系和保持系合二為一,為此我國學者提出了利用光敏核不育水稻生產雜交種子的“兩系法”,這種方法目前已在我國水稻生產上大面積推廣應用。
植物雄性不育:雌雄同株植物中,雄蕊發育不正常,不能產生有功能的花粉,但它的雌蕊發育正常,能接受正常花粉而受精結實,并能將雄性不育性遺傳給后代的植物品系。雄性不育一般可分為3種類型。(1)細胞質雄性不育型,簡稱質不育型,表現為細胞質遺傳。(2)細胞核雄性不育型,簡稱核不育型,表現為細胞核遺傳。(3)核-質互作不育型,表現為核-質互作遺傳。應用:因隱性核不育系難以找到有效的保持系,故不能大量產生不育系種子供制種用;但可用雜合可育株給不育株授粉,在正常育性受?1對顯性基因控制的情況下,其子代將按1:1比例分離出純合不育株和雜合可育株。用雜合可育株對不育株授粉,下一代育性分離仍是1:1的比例。采用這種作法可以較大量地繁殖不育株與可育株的混合群體。這種群體內既有不育株又有保持不育性能力的植株,有人因此稱之為兩用系。雜交制種時,必須在開花前剔去母本群體內的可育株,以保證制種的純度。一般栽培品種都可作隱性核不育系的恢復系,因此易于配出強優勢組合。但要在混合群體開花前的短促時間內剔除全部可育株,對于繁殖系數低、用種量大的作物常因十分費工而不易做到。1965年,美國R.T.拉梅奇為解決大麥核不育系種子繁殖的困難,提出利用“平衡三級三體”的遺傳機制:即在正常染色體上具有隱性雄性不育和隱性稃色正常的基因,在額外染色體上有相應的顯性可育基因,并在其附近設法引入一個能使稃殼有色的顯性標志基因,兩者緊密連鎖。額外染色體一般不能由花粉傳遞,只能以30%的比例由雌配子傳給下代。這樣的三級三體自交后將產生二體和三體兩類植株,二體植株具純合的雄性不育基因和正常稃色;三體植株帶有一個顯性可育基因和有色稃殼。通過光電比色裝置對種子稃色進行篩選,可將帶雄性可育基因的有色種子剔除,以繁殖純不育系。這一設想后得到實現,育成了1個大麥雜交種,并在生產上推廣。但后來在推廣繁殖過程中,發現額外染色體通過雄配子的傳遞率比預期的高,上述機制受到干擾,而且雜種優勢不夠強,因而停止應用。對于繁殖系數高、用種量少的作物如番茄等,則可直接應用兩用系作母本,于開花前逐株檢查育性并剔除可育株,授以父本恢復系花粉,產生雜交種子。總之,核不育系由于難以找到保持系,目前在生產上仍不能有效利用。而單基因控制的太谷顯性核不育小麥在沒有作出標志基因之前,只能作為常規育種中開展輪回選擇和回交育種的親本之用。
植物雄性不育:雌雄同株植物中,雄蕊發育不正常,不能產生有功能的花粉,但它的雌蕊發育正常,能接受正常花粉而受精結實,并能將雄性不育性遺傳給后代的植物品系。雄性不育一般可分為3種類型。(1)細胞質雄性不育型,簡稱質不育型,表現為細胞質遺傳。(2)細胞核雄性不育型,簡稱核不育型,表現為細胞核遺傳。(3)核-質互作不育型,表現為核-質互作遺傳。應用:因隱性核不育系難以找到有效的保持系,故不能大量產生不育系種子供制種用;但可用雜合可育株給不育株授粉,在正常育性受?1對顯性基因控制的情況下,其子代將按1:1比例分離出純合不育株和雜合可育株。用雜合可育株對不育株授粉,下一代育性分離仍是1:1的比例。采用這種作法可以較大量地繁殖不育株與可育株的混合群體。這種群體內既有不育株又有保持不育性能力的植株,有人因此稱之為兩用系。雜交制種時,必須在開花前剔去母本群體內的可育株,以保證制種的純度。一般栽培品種都可作隱性核不育系的恢復系,因此易于配出強優勢組合。但要在混合群體開花前的短促時間內剔除全部可育株,對于繁殖系數低、用種量大的作物常因十分費工而不易做到。1965年,美國R.T.拉梅奇為解決大麥核不育系種子繁殖的困難,提出利用“平衡三級三體”的遺傳機制:即在正常染色體上具有隱性雄性不育和隱性稃色正常的基因,在額外染色體上有相應的顯性可育基因,并在其附近設法引入一個能使稃殼有色的顯性標志基因,兩者緊密連鎖。額外染色體一般不能由花粉傳遞,只能以30%的比例由雌配子傳給下代。這樣的三級三體自交后將產生二體和三體兩類植株,二體植株具純合的雄性不育基因和正常稃色;三體植株帶有一個顯性可育基因和有色稃殼。通過光電比色裝置對種子稃色進行篩選,可將帶雄性可育基因的有色種子剔除,以繁殖純不育系。這一設想后得到實現,育成了1個大麥雜交種,并在生產上推廣。但后來在推廣繁殖過程中,發現額外染色體通過雄配子的傳遞率比預期的高,上述機制受到干擾,而且雜種優勢不夠強,因而停止應用。對于繁殖系數高、用種量少的作物如番茄等,則可直接應用兩用系作母本,于開花前逐株檢查育性并剔除可育株,授以父本恢復系花粉,產生雜交種子。總之,核不育系由于難以找到保持系,目前在生產上仍不能有效利用。而單基因控制的太谷顯性核不育小麥在沒有作出標志基因之前,只能作為常規育種中開展輪回選擇和回交育種的親本之用。
總結
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