第三节 远缘杂交育种 通常通常将植物分类学上用于不同种、属或亲缘关系更远的将植物分类学上用于不同种、属或亲缘关系更远的植物类型间所进行的杂交，称为植物类型间所进行的杂交，称为远缘杂交远缘杂交。 种间杂交种间杂交，如普通小麦，如普通小麦硬粒小麦、陆地棉硬粒小麦、陆地棉海岛棉、海岛棉、甘蓝型油菜甘蓝型油菜白菜型油菜等；白菜型油菜等； 属间杂交属间杂交，如玉米，如玉米高梁、普通小麦高梁、普通小麦山羊草或偃麦草山羊草或偃麦草等。等。 也有不同科、纲植物间杂交的报道。也有不同科、纲植物间杂交的报道。 种内不同类型或亚种间的杂交称为亚远缘杂交，如籼稻种内不同类型或亚种间的杂交称为亚远缘杂交，如籼稻粳稻等。粳稻等。 一 远缘杂交育种的作用（一）培育新品种和种质系（一）培育新品种和种质系 1 1、远缘杂交在一定程度上打破了物种、远缘杂交在一定程度上打破了物种间的界限，人为地促进不同物种的基因渐间的界限，人为地促进不同物种的基因渐渗和交流，从而把不同生物类型各自所具渗和交流，从而把不同生物类型各自所具有的独特性状，程度不同地结合于一个共有的独特性状，程度不同地结合于一个共同的杂种个体中，创造出新的品种。这是同的杂种个体中，创造出新的品种。这是农作物品种改良的重要途径之一。农作物品种改良的重要途径之一。 2 2、当一个种内各品种间存在不可弥补的缺、当一个种内各品种间存在不可弥补的缺点或现有品种资源无法满足日新月异的育点或现有品种资源无法满足日新月异的育种目标要求时，引入异属、异种的有利基种目标要求时，引入异属、异种的有利基因，可培育出具有优异性状的新品种，尤因，可培育出具有优异性状的新品种，尤其是在培育高产、优质、早熟和高度抗逆其是在培育高产、优质、早熟和高度抗逆等突破性品种时，更具有重要作用。等突破性品种时，更具有重要作用。（二）创造新作物类型二）创造新作物类型 通过导入不同种、属的染色体组，可通过导入不同种、属的染色体组，可以创造新作物类型和新的物种。以创造新作物类型和新的物种。 人类最早利用远缘杂交创造新物种的人类最早利用远缘杂交创造新物种的例子是用野生的心叶烟草例子是用野生的心叶烟草(2n=24(2n=24，GG)GG)与普与普通烟草通烟草(2n=48(2n=48，TTSS)TTSS)杂交，杂交，F1F1加倍后，创加倍后，创造了结合两个亲本染色体组的异源六倍体造了结合两个亲本染色体组的异源六倍体新种新种(2n=72(2n=72，TTSSGG)TTSSGG)。利用利用远缘杂交创造出具有生产意义的新远缘杂交创造出具有生产意义的新物物 种并予以新属名种并予以新属名 范例：小黑麦范例：小黑麦的育成的育成。 人工人工创造的小黑麦有二种创造的小黑麦有二种类型类型 1 1、普通、普通小麦小麦(2n=42 ,AABBDD)与黑麦与黑麦(2n=14 ,RR)杂交，经染色体加倍的杂交，经染色体加倍的AABBDDRRAABBDDRR八倍体八倍体小黑麦小黑麦 2 2、由、由硬粒小麦与黑麦杂交，经染色体加倍而成的硬粒小麦与黑麦杂交，经染色体加倍而成的AABBRRAABBRR六倍体小黑麦六倍体小黑麦。 尽管尽管二者的面粉品质有一定差异，前者同普通二者的面粉品质有一定差异，前者同普通小麦，后者更接近于硬粒小麦，但这二类小黑麦均小麦，后者更接近于硬粒小麦，但这二类小黑麦均具有小麦的丰产性，又具有黑麦的抗逆性，已在许具有小麦的丰产性，又具有黑麦的抗逆性，已在许多国家推广，取得良好的社会经济效益。多国家推广，取得良好的社会经济效益。（三）创造异染色体系（三）创造异染色体系远缘杂交通常引入全套的异源染色体组，因此往往带来不良性状。远缘杂交通常引入全套的异源染色体组，因此往往带来不良性状。导入或置换某个异源染色体或染色体片段，创造异附加系、异替换系、易位导入或置换某个异源染色体或染色体片段，创造异附加系、异替换系、易位系等，更好地利用异源物种的有利性状，改良现有品种。系等，更好地利用异源物种的有利性状，改良现有品种。（1）异附加系异附加系：在某物种染色体组的基础上，增加数量不等的异源染色体。：在某物种染色体组的基础上，增加数量不等的异源染色体。为非整倍体。为非整倍体。 单体附加系：附加一条外源染色体的个体。单体附加系：附加一条外源染色体的个体。 二体附加系：附加一对外源染色体的个体。二体附加系：附加一对外源染色体的个体。 双单体附加系：附加二条不同的染色体。双单体附加系：附加二条不同的染色体。 特点：染色体数目不稳定，容易恢复到二倍体特点：染色体数目不稳定，容易恢复到二倍体 育性减退育性减退 异源染色体可能伴有不良性状异源染色体可能伴有不良性状 不能用于生产，但可用于创造异替换系和易位系不能用于生产，但可用于创造异替换系和易位系 普通小麦与其它很多不同属物种培育出附加系普通小麦与其它很多不同属物种培育出附加系 陆地棉附加系陆地棉附加系（2）异置换系异置换系：物种的一对或几对染色体被另一物种的染色体所取代：物种的一对或几对染色体被另一物种的染色体所取代 来源：由附加系（来源：由附加系（2n+1）与单体（）与单体（2n-1）杂交再自交得到）杂交再自交得到 染色体的代换通常在部分同源染色体间进行染色体的代换通常在部分同源染色体间进行 （如普通小麦的（如普通小麦的4D与长穗偃麦草的与长穗偃麦草的 4E） （部分同源染色体在基因剂量、位置、（部分同源染色体在基因剂量、位置、DNA序列有很大差异，序列有很大差异， 差异程度因不同染色体而异，它们在功能上有一定补偿能力）差异程度因不同染色体而异，它们在功能上有一定补偿能力） 特性：染色体数目未变特性：染色体数目未变 细胞学和遗传学上都比相应的附加系稳定细胞学和遗传学上都比相应的附加系稳定 有时可在生产上直接利用有时可在生产上直接利用 （3）易位系易位系：某物种的一段染色体与其它物种的染色体段发生交换。：某物种的一段染色体与其它物种的染色体段发生交换。 来源：异置换系、异附加系与栽培品种杂交、回交产生来源：异置换系、异附加系与栽培品种杂交、回交产生 （同源染色体配对，外源染色体与对应的染色体均呈单价体，（同源染色体配对，外源染色体与对应的染色体均呈单价体， 可以发生部分同源配对、交换，形成易位系）；可以发生部分同源配对、交换，形成易位系）； 辐射诱变、组织培养，增加染色体的遗传交换，提高易位频率辐射诱变、组织培养，增加染色体的遗传交换，提高易位频率 特点：导入有用基因的染色体片段、排除不利基因的染色体片段特点：导入有用基因的染色体片段、排除不利基因的染色体片段 细胞学和遗传学特性更稳定更平衡细胞学和遗传学特性更稳定更平衡 可直接应用于生产可直接应用于生产（四）诱导（四）诱导单倍体单倍体 虽虽远缘花粉在异种母本上常不能正常受精，远缘花粉在异种母本上常不能正常受精，但有时能刺激母本的卵细胞自行分裂，诱导孤雌但有时能刺激母本的卵细胞自行分裂，诱导孤雌生殖，产生母本单倍体生殖，产生母本单倍体。 如如GuptaGupta等等(1973)(1973)用香味烟草与心叶烟草杂交，用香味烟草与心叶烟草杂交，获得了烟草单倍体等。此外，亲缘关系较远的两获得了烟草单倍体等。此外，亲缘关系较远的两个亲本因细胞分裂周期不同等原因，其杂种会排个亲本因细胞分裂周期不同等原因，其杂种会排除亲本之一的染色体，产生单倍体植株。目前，除亲本之一的染色体，产生单倍体植株。目前，通过远缘杂交已在通过远缘杂交已在2121个物种中成功地诱导出孤雌个物种中成功地诱导出孤雌生殖的单倍体。所以，远缘杂交也是倍性育种的生殖的单倍体。所以，远缘杂交也是倍性育种的重要手段之一。重要手段之一。（五）利用（五）利用杂种优势杂种优势 物种之间细胞质有一定分化，如果将一个物种之间细胞质有一定分化，如果将一个具有不育细胞质具有不育细胞质S(RfRf)S(RfRf)的物种和一个具有核的物种和一个具有核不育基因而细胞质可育的物种不育基因而细胞质可育的物种F(rfrf)F(rfrf)进行杂进行杂交，并连续回交，进行核置换，便可将不育的交，并连续回交，进行核置换，便可将不育的细胞质和不育核基因结合在一起，获得质核互细胞质和不育核基因结合在一起，获得质核互作的雄性不育系作的雄性不育系S(rfrf)S(rfrf)。 如如高粱不育系高粱不育系3197A3197A、小麦、小麦T T型不育系、水型不育系、水稻的稻的“野败野败”和具有哈克尼西棉胞质的棉花雄和具有哈克尼西棉胞质的棉花雄性不育系等，都是通过这种方法育成的。性不育系等，都是通过这种方法育成的。 远缘杂交也可直接利用其杂种优势，远缘杂交也可直接利用其杂种优势，如水稻的籼粳杂交和棉花的陆海杂交等。如水稻的籼粳杂交和棉花的陆海杂交等。 另外，远缘杂交得到的核质杂种，核另外，远缘杂交得到的核质杂种，核基因之间的互作以及核质之间的互作均可基因之间的互作以及核质之间的互作均可产生一定的优势。这种产生一定的优势。这种“双重杂种优势双重杂种优势” 可能是获得高产、优质新品种的一种新途可能是获得高产、优质新品种的一种新途径。径。 （六）（六）研究生物的亲缘关系和进化研究生物的亲缘关系和进化 许多物种是通过天然的远缘杂交演化而来的许多物种是通过天然的远缘杂交演化而来的 如普通小麦（由二粒小麦与山羊草）如普通小麦（由二粒小麦与山羊草） 根根据据远远缘缘杂杂交交的的可可交交配配性性、细细胞胞遗遗传传学学（染染色色体体配配对对）、DNA同同源源性性、性性状状互互补补程程度度等等方方面面的的研研究究，可可判判断断物物种种的的进进化化和和确确定定物物种种间间的的亲亲缘缘关关系系，有有助助于于进进一一步步阐阐明明某某些些物物种种或或类类型型形形成成与与演演变变的的规规律。律。 二、远缘杂交的困难及其克服方法（一）杂交不亲和性（一）杂交不亲和性 植物的受精作用是一个复杂的生理生化过程，植物的受精作用是一个复杂的生理生化过程，在此过程中，花粉粒的萌发、花粉管的生长和雌雄配在此过程中，花粉粒的萌发、花粉管的生长和雌雄配子的结合，常受到内外因素的影响。远缘杂交时，由子的结合，常受到内外因素的影响。远缘杂交时，由于双亲的亲缘关系较远，遗传差异大，染色体数目、于双亲的亲缘关系较远，遗传差异大，染色体数目、结构不同，生理上也常不协调，这些都会影响受精过结构不同，生理上也常不协调，这些都会影响受精过程。程。 远缘杂交常出现花粉不萌发远缘杂交常出现花粉不萌发 花粉管不能伸入柱头花粉管不能伸入柱头 花粉管生长缓慢或破裂花粉管生长缓慢或破裂 花粉管不能达到子房花粉管不能达到子房 雌雄配子不能结合形成合子雌雄配子不能结合形成合子 合子胚不发育，幼苗死亡等现象合子胚不发育，幼苗死亡等现象这就是远缘杂交的不亲和性。这就是远缘杂交的不亲和性。 远缘杂交不亲和性的原因远缘杂交不亲和性的原因 自然界的各种生物类型都是在长期历自然界的各种生物类型都是在长期历史发展过程中所形成的，是一个独立的生史发展过程中所形成的，是一个独立的生存单位。为保持各物种的独立性，一般都存单位。为保持各物种的独立性，一般都存在种间生殖隔离，这是远缘杂交不亲和存在种间生殖隔离，这是远缘杂交不亲和性的关键所在。其具体原因有：性的关键所在。其具体原因有： （1 1）双亲受精因素的差异）双亲受精因素的差异 由于双亲遗传差异大，柱头呼吸酶的由于双亲遗传差异大，柱头呼吸酶的活性、活性、pHpH、柱头分泌的生理活性物质、花、柱头分泌的生理活性物质、花粉和柱头渗透压的差异等生理、生化状况粉和柱头渗透压的差异等生理、生化状况的不同，可阻止外来花粉的萌发、花粉管的不同，可阻止外来花粉的萌发、花粉管的生长和受精作用。的生长和受精作用。 如如当母本柱头的当母本柱头的pHpH较高时，不利于花粉粒较高时，不利于花粉粒中水解酶的中水解酶的活动活动 柱头柱头的呼吸酶活性弱时，花粉粒中的不饱的呼吸酶活性弱时，花粉粒中的不饱和脂肪酸不易被氧和脂肪酸不易被氧化化 柱头柱头上的生长素、维生素等数量少或存在上的生长素、维生素等数量少或存在异质性时，柱头的渗透压太大等均会影响花粉异质性时，柱头的渗透压太大等均会影响花粉在异种柱头上的萌发或花粉管的生长。如普通在异种柱头上的萌发或花粉管的生长。如普通小麦小麦黑麦，因柱头和花粉的渗透压不同，正黑麦，因柱头和花粉的渗透压不同，正交的结实率达交的结实率达6060以上，而反交仅为以上，而反交仅为2 25 5。 双亲双亲花柱异长，也是受精的障碍花柱异长，也是受精的障碍。 Govil(1970 Govil(1970) )报道：亚洲棉报道：亚洲棉X X雷蒙德氏棉时，雷蒙德氏棉时，花粉萌发、花粉管的伸长和受精作用均较正常；花粉萌发、花粉管的伸长和受精作用均较正常；但反交时，父本花粉虽能在母本柱头上萌发，但但反交时，父本花粉虽能在母本柱头上萌发，但花粉管很难达到子房，这主要是雷蒙德氏棉的花花粉管很难达到子房，这主要是雷蒙德氏棉的花柱比亚洲棉长柱比亚洲棉长1 1倍以上，亚洲棉的花粉管在雷蒙德倍以上，亚洲棉的花粉管在雷蒙德氏棉的花柱中，一方面生长缓慢，再加上氏棉的花柱中，一方面生长缓慢，再加上“花柱花柱”太长，等不到进入子房，花柱已经枯萎，因而太长，等不到进入子房，花柱已经枯萎，因而无法受精。无法受精。（2 2）双亲基因组成的差异）双亲基因组成的差异 研究表明，小麦在研究表明，小麦在5B5B和和5A5A染色体上分别染色体上分别载有显性的载有显性的KrlKrl和和Kr2Kr2基因，可阻止小麦与基因，可阻止小麦与黑麦、小麦与球茎大麦的可交配性。但黑麦、小麦与球茎大麦的可交配性。但“中国春中国春”小麦的这两个位点上，分别载有小麦的这两个位点上，分别载有隐性的等位基因隐性的等位基因krlkrl和和kr2kr2，因而易于与黑，因而易于与黑麦和球茎大麦杂交。麦和球茎大麦杂交。 鲍文奎等鲍文奎等(1975)(1975)的遗传分析指出：小的遗传分析指出：小麦与黑麦杂交的可交配性与一系列复等位麦与黑麦杂交的可交配性与一系列复等位基因基因S S、SSSS、SASA、SNSN和和SQSQ有关。它们与黑麦有关。它们与黑麦杂交的难易顺序为：杂交的难易顺序为： SQ SNSASSSSQ SNSASSS。因。因碧玉麦含有碧玉麦含有SQSQ基因，所以很难与黑麦杂交，基因，所以很难与黑麦杂交，结实率在结实率在1 1以下。而以下。而“中国春中国春”之所以容之所以容易与黑麦杂交，是因为它含有易与黑麦杂交，是因为它含有S S基因，结实基因，结实率可达率可达7070以上。以上。 在棉花上发现有致死基因，如双亲的在棉花上发现有致死基因，如双亲的致死基因配套时，杂交就不能成功。致死基因配套时，杂交就不能成功。 如二倍体的戴维逊氏棉与所有异源四如二倍体的戴维逊氏棉与所有异源四倍体种倍体种( (如陆地棉、海岛棉如陆地棉、海岛棉) )杂交时，即使杂交时，即使应用组织培养技术也未成功。其主要原因应用组织培养技术也未成功。其主要原因是戴维逊氏棉具有是戴维逊氏棉具有LeLe2 2davdav致死基因，其他异致死基因，其他异源四倍体种具有源四倍体种具有LeLe1 1、LeLe2 2基因，当基因，当LeLe等位基等位基因与因与LeLe2 2davdav互补时，就可使棉苗致死。互补时，就可使棉苗致死。 ( (二二) )克服远缘杂交不亲和性的方法克服远缘杂交不亲和性的方法 1 1亲本选择与组配亲本选择与组配 同种植物不同的变种或品种，由于其同种植物不同的变种或品种，由于其细胞、遗传、生理等的差异，会影响其接细胞、遗传、生理等的差异，会影响其接受另一种花粉进行受精的能力，即配子间受另一种花粉进行受精的能力，即配子间的亲和力有很大差异。所以，为了提高远的亲和力有很大差异。所以，为了提高远缘杂交的成功率，必须注意亲本的选配。缘杂交的成功率，必须注意亲本的选配。研究和实践表明，在亲本选配上应注意：研究和实践表明，在亲本选配上应注意： (1)(1)以栽培种为母本。以栽培种为母本。 如中国科学院西北植物研究所如中国科学院西北植物研究所(1972)(1972)在小麦在小麦长穗偃麦草时，以小麦为母本者，长穗偃麦草时，以小麦为母本者，结实率最高达结实率最高达7070，而以长穗偃麦草为母，而以长穗偃麦草为母本时，最高结实率也不过本时，最高结实率也不过1010左右。左右。 (2)(2)以染色体数目多的物种作母本。以染色体数目多的物种作母本。 在小麦在小麦黑麦中，米景九黑麦中，米景九(1963)(1963)用小用小麦为母本的麦为母本的5252个组合测定，其平均结实率个组合测定，其平均结实率为为30306 6，最高的达，最高的达9090；而以黑麦为母；而以黑麦为母本的本的8 8个组合平均结实率为个组合平均结实率为7 71 1，最高的，最高的也只有也只有14144 4。甘蓝型油菜。甘蓝型油菜(2n=38)X(2n=38)X白菜白菜型油菜型油菜(2n=20)(2n=20)杂交时，结实率为杂交时，结实率为23236 6，种子发芽率为种子发芽率为6464；反交时，结实率为；反交时，结实率为0 06 6，种子发芽率为，种子发芽率为0 0。(3)(3)以品种间杂种为母本。以品种间杂种为母本。 如中国科学院西北植物研究所如中国科学院西北植物研究所(1972)(1972)以以302302小麦小麦天蓝冰草时，结实率为天蓝冰草时，结实率为2 25 5；以碧玉麦以碧玉麦天蓝冰草时，结实率为天蓝冰草时，结实率为19.2819.28；而以而以(302(302碧玉麦碧玉麦)F1)F1与天蓝冰草杂交的结与天蓝冰草杂交的结实率可达实率可达38387676。 2 2染色体预先加倍法染色体预先加倍法 在用染色体数目不同的亲本杂交时，在用染色体数目不同的亲本杂交时，先将染色体数目少的亲本进行人工加倍后先将染色体数目少的亲本进行人工加倍后再杂交，可提高杂交结实率。再杂交，可提高杂交结实率。 如卵穗山羊草如卵穗山羊草(2n=28)(2n=28)与黑麦与黑麦(2n=14)(2n=14)杂交不易成功。如先将黑麦进行人工加倍，杂交不易成功。如先将黑麦进行人工加倍，再和卵穗山羊草杂交，显著地提高了结实再和卵穗山羊草杂交，显著地提高了结实率。为了提高玉米和鸭茅状摩擦禾属间杂率。为了提高玉米和鸭茅状摩擦禾属间杂交的结实率，也可先将玉米加倍成四倍体，交的结实率，也可先将玉米加倍成四倍体，再和摩擦禾杂交。再和摩擦禾杂交。3.3.桥梁桥梁( (媒介媒介) )法法 如果两个种直接杂交有困难时，可先通过如果两个种直接杂交有困难时，可先通过第三者作为桥梁，以亲本之一与桥梁品种杂交，第三者作为桥梁，以亲本之一与桥梁品种杂交，将其杂种进行染色体加倍后，再和另一亲本进将其杂种进行染色体加倍后，再和另一亲本进行杂交。行杂交。 如普通小麦和小伞山羊草难以直接杂交，如普通小麦和小伞山羊草难以直接杂交，于是先用二粒小麦作为桥梁与小伞山羊草杂交，于是先用二粒小麦作为桥梁与小伞山羊草杂交，将其将其F1F1加倍后，再与加倍后，再与“中国春中国春”品种杂交，并品种杂交，并经回交、射线处理和选择，培育出了具有小伞经回交、射线处理和选择，培育出了具有小伞山羊草抗叶锈基因的山羊草抗叶锈基因的“中国春中国春”品种。品种。4 4采用特殊的授粉方法采用特殊的授粉方法 (1)(1)用混合花粉授粉。用混合花粉授粉。 异种花粉中加入少量的母本花粉异种花粉中加入少量的母本花粉( (甚至死花粉甚至死花粉) )或多种花粉，不仅可以解除母本柱头上分泌的、抑或多种花粉，不仅可以解除母本柱头上分泌的、抑制异种花粉萌发的某些物质，创造有利的生理环境。制异种花粉萌发的某些物质，创造有利的生理环境。 由于多种花粉的混合，使雌性器官难以识别不由于多种花粉的混合，使雌性器官难以识别不同花粉中的蛋白质而接受原属于不亲和的花粉而受同花粉中的蛋白质而接受原属于不亲和的花粉而受精精 。 Pranh Pranh等等(1976)(1976)指出在亚洲棉指出在亚洲棉X X陆地棉时，用陆地棉时，用1515的母本花粉和的母本花粉和8585的父本花粉混合授粉，可克服的父本花粉混合授粉，可克服其不亲和性。其不亲和性。(2)(2)重复授粉重复授粉 处在不同发育时期的同一母本柱头，其成熟处在不同发育时期的同一母本柱头，其成熟度和生理状况都有差异。所以，在不同发育时期度和生理状况都有差异。所以，在不同发育时期进行重复授粉，可能遇到最有利于受精的条件，进行重复授粉，可能遇到最有利于受精的条件，而提高受精结实率。而提高受精结实率。 中国科学院西北植物研究所中国科学院西北植物研究所(1960)(1960)在用在用302302小麦和长穗偃麦草、天蓝偃麦草杂交时，授粉一小麦和长穗偃麦草、天蓝偃麦草杂交时，授粉一次的结实率分别为次的结实率分别为0 01313和和3030，2 2；授粉二次；授粉二次的结实率分别提高到的结实率分别提高到37374 4和和51514 4。 (3)(3)提前或延迟授粉提前或延迟授粉 未成熟和过熟的母本柱头对花粉的识未成熟和过熟的母本柱头对花粉的识别或选择能力最低。所以，在开花前别或选择能力最低。所以，在开花前1 15d5d或延迟到开花后数天授粉，可提高结实率。或延迟到开花后数天授粉，可提高结实率。 如在小麦如在小麦黑麦中，给幼龄柱头授粉黑麦中，给幼龄柱头授粉的结实率的结实率(44(440606) )，明显的高于给适龄，明显的高于给适龄柱头授粉的柱头授粉的(30(300606) )。此外，在红三叶。此外，在红三叶草、烟草、甘蓝上也有类似实例。草、烟草、甘蓝上也有类似实例。 (4)(4)射线处理法射线处理法 山川邦夫山川邦夫(1971)(1971)选用选用射线辐照花粉或柱射线辐照花粉或柱头，可有效地克服番茄的栽培种和野生种间杂头，可有效地克服番茄的栽培种和野生种间杂交的不亲和性。如用处理花粉授粉进行杂交，交的不亲和性。如用处理花粉授粉进行杂交，可获得可获得1 18 8的杂种；而用未经处理的花粉进的杂种；而用未经处理的花粉进行授粉，只获得行授粉，只获得0 01919的杂种。对用紫外线照的杂种。对用紫外线照射已去雄的开颖小麦穗后，再用燕麦的新鲜花射已去雄的开颖小麦穗后，再用燕麦的新鲜花粉授粉，也能获得较高的杂交成功率。粉授粉，也能获得较高的杂交成功率。 5 5外源激素处理外源激素处理 雌、雄性器官中某些生理活性物质雌、雄性器官中某些生理活性物质( (如如生长素、维生素等生长素、维生素等) )含量的多少，也常会影含量的多少，也常会影响受精过程。因此，在花器上补施某些植响受精过程。因此，在花器上补施某些植物激素如赤霉素物激素如赤霉素(GA3)(GA3)等，有可能促进异种等，有可能促进异种花粉的受精过程及杂种胚的分化和发育。花粉的受精过程及杂种胚的分化和发育。 胡启德等胡启德等(1987)(1987)用用“中国春中国春”和和FortunatoFortunato小麦品种与球茎大麦杂交时，从小麦品种与球茎大麦杂交时，从授粉后第二天开始，连续授粉后第二天开始，连续3d3d，每天，每天3 3次对授次对授粉穗喷粉穗喷75mg75mgmlml的的GA3GA3溶液，其平均结实率溶液，其平均结实率分别比不喷的提高分别比不喷的提高20207575和和28282828。 6 6植物组织培养植物组织培养 随着组织培养等生物技术的不断发展，已随着组织培养等生物技术的不断发展，已创造出一些可用来克服远缘杂交不亲和性的方创造出一些可用来克服远缘杂交不亲和性的方法。法。 (1)(1)柱头手术柱头手术 把母本花柱切短，使花粉管便于达到胚囊把母本花柱切短，使花粉管便于达到胚囊 切取已由父本花粉授粉、花粉刚发芽前父切取已由父本花粉授粉、花粉刚发芽前父本柱头的上端部分，移植到母本柱头上，帮助本柱头的上端部分，移植到母本柱头上，帮助精核进入胚囊。精核进入胚囊。(2)(2)子房受精子房受精 将花柱切除后，把父本花粉直接撒在将花柱切除后，把父本花粉直接撒在子房顶端的切面上，或将花粉的悬浮液注子房顶端的切面上，或将花粉的悬浮液注入子房，这样可使花粉管不需要通过柱头入子房，这样可使花粉管不需要通过柱头和花柱而直接使胚珠受精。和花柱而直接使胚珠受精。(3)(3)试管受精试管受精 就是先将未受精的胚珠从子房中剥出，就是先将未受精的胚珠从子房中剥出，在试管内进行培养，成熟后授以父本花粉在试管内进行培养，成熟后授以父本花粉或已萌发伸长的花粉管。此法已在烟草属、或已萌发伸长的花粉管。此法已在烟草属、石竹属、芸薹属、矮牵牛属等植物的远缘石竹属、芸薹属、矮牵牛属等植物的远缘杂交中获得成功。杂交中获得成功。(4)(4)体细胞融合体细胞融合 当有性的远缘杂交不能进行时，可利用当有性的远缘杂交不能进行时，可利用体细胞杂交法来获得种、属间杂种。体细胞杂交法来获得种、属间杂种。 Tour(1976) Tour(1976)通过粉蓝烟草和朗氏烟草原通过粉蓝烟草和朗氏烟草原生质体融合，获得了种间杂种。生质体融合，获得了种间杂种。 黄美娟黄美娟(1984)(1984)将普通烟草和矮牵牛叶肉将普通烟草和矮牵牛叶肉原生质体，经原生质体，经PEG(PEG(聚乙二醇聚乙二醇) )融合剂处理后，融合剂处理后，进行人工培养，获得了属间体细胞杂种。进行人工培养，获得了属间体细胞杂种。 体细胞融合培育远缘杂种 三、三、杂种夭亡、不育及其克服方法杂种夭亡、不育及其克服方法 （一）杂种夭亡和不育的表现（一）杂种夭亡和不育的表现 即即使使雌雌雄雄配配子子结结合合，完完成成受受精精形形成成合合子子，但但合合子子往往往往不不能能进进一一步步发发育育成成正正常常、完整的胚，后代不能完成正常的生活史，即杂种的夭亡。完整的胚，后代不能完成正常的生活史，即杂种的夭亡。具体表现：具体表现：不正常、不完整的胚和种子不正常、不完整的胚和种子（1 1）幼胚不能发育或中途停止发育；幼胚不能发育或中途停止发育；（2 2）幼胚畸形、不完整；幼胚畸形、不完整；（3 3）没有胚乳或极少胚乳，不能给胚提供营养；没有胚乳或极少胚乳，不能给胚提供营养；（4 4）胚和胚乳间形成离层，妨碍了营养物质从胚乳进入胚；胚和胚乳间形成离层，妨碍了营养物质从胚乳进入胚； 杂种夭亡杂种夭亡（5）胚和母体不协调，形成皱缩的种子，不能发芽或发芽后死亡；）胚和母体不协调，形成皱缩的种子，不能发芽或发芽后死亡；不正常的后代不正常的后代 （1 1） F F1 1不同发育时期出现生育停滞或死亡；不同发育时期出现生育停滞或死亡； （2）生育失调，营养体虽生长繁茂，但不能形成生殖器官；）生育失调，营养体虽生长繁茂，但不能形成生殖器官； （3 3）F F1 1植株的生殖器官异常，不能产生有活力雌、雄配子。植株的生殖器官异常，不能产生有活力雌、雄配子。 杂种不育杂种不育（二）杂种夭亡、不育的原因（二）杂种夭亡、不育的原因 (1)(1)核质互作不平衡。核质互作不平衡。 这是因为将一个物种的核物质导入到这是因为将一个物种的核物质导入到另一物种的细胞质中后，由于核质不协调，另一物种的细胞质中后，由于核质不协调，可能引起雄性不育或影响杂种后代生长发可能引起雄性不育或影响杂种后代生长发育所需物质的合成和供应，进而影响其生育所需物质的合成和供应，进而影响其生长发育。长发育。 (2)(2)染色体不平衡染色体不平衡 由于双亲的染色体组、染色体数目、结构、由于双亲的染色体组、染色体数目、结构、性质等的差异，在减数分裂时不能进行同源染色性质等的差异，在减数分裂时不能进行同源染色体的配对、分离，因而不能形成有正常功能的配体的配对、分离，因而不能形成有正常功能的配子而出现不育。子而出现不育。 如普通小麦如普通小麦(AABBDD(AABBDD，n=21)n=21)和二粒系小麦和二粒系小麦(AABB,n=14)(AABB,n=14)杂交时，杂交时，FlFl为具有为具有3535个染色体的个染色体的5 5倍倍体。在减数分裂时，属于体。在减数分裂时，属于A A、B B染色体组的染色体组的2828个染个染色体能联会，出现色体能联会，出现1414个二价体；而来自普通小麦个二价体；而来自普通小麦的的D D染色体组，只能形成染色体组，只能形成7 7个单价体。当二价体分个单价体。当二价体分开到子细胞中去时，开到子细胞中去时，7 7个单价体便随机分配到子细个单价体便随机分配到子细胞中，形成胞中，形成14142121个染色体的各种类型的配子。个染色体的各种类型的配子。 (3)(3)基因不平衡基因不平衡 由于不同亲本染色体上所携带的基因或基因由于不同亲本染色体上所携带的基因或基因剂量的差异，影响个体生长发育所需物质的合成。剂量的差异，影响个体生长发育所需物质的合成。 不同物种的不同物种的DNADNA分子大小，核苷酸的排列顺序分子大小，核苷酸的排列顺序和结构、和结构、DNADNA分子所携带的遗传信息所反映的代谢分子所携带的遗传信息所反映的代谢及其调控功能等的差异，彼此间很难协调地共处及其调控功能等的差异，彼此间很难协调地共处于一个细胞中。于一个细胞中。 当异源当异源DNADNA进入后，往往被细胞中各种内切酶进入后，往往被细胞中各种内切酶所裂解或排斥，导致遗传功能紊乱，不能合成适所裂解或排斥，导致遗传功能紊乱，不能合成适量的物质和形成有正常功能的配子，因而使杂种量的物质和形成有正常功能的配子，因而使杂种夭亡和不育。夭亡和不育。 (4)(4)组织不协调组织不协调 胚、胚乳及母体组织胚、胚乳及母体组织( (珠心、珠被等珠心、珠被等) )间的生间的生理代谢失调或发育不良，也会导致胚乳败育及杂理代谢失调或发育不良，也会导致胚乳败育及杂种幼胚夭亡。种幼胚夭亡。 胚和胚乳在发育上有极敏感的平衡关系，胚胚和胚乳在发育上有极敏感的平衡关系，胚的正常发育必须由胚乳供应所需营养，如没有胚的正常发育必须由胚乳供应所需营养，如没有胚乳或胚乳发育不全，幼胚发育便中途停顿或解体。乳或胚乳发育不全，幼胚发育便中途停顿或解体。如普通大麦如普通大麦黑麦的新生胚乳分裂不足黑麦的新生胚乳分裂不足2020个细胞个细胞时，就不能继续进行，幼胚随即衰退。时，就不能继续进行，幼胚随即衰退。( (三三) )杂种夭亡、不育的克服方法杂种夭亡、不育的克服方法 1 1幼胚的离体培养幼胚的离体培养 胚胎学的研究表明：远缘杂交难以获得杂交胚胎学的研究表明：远缘杂交难以获得杂交种子的原因之一是在受精后，由于胚乳败育、解种子的原因之一是在受精后，由于胚乳败育、解体，胚和胚乳不协调，杂种胚得不到足够的营养体，胚和胚乳不协调，杂种胚得不到足够的营养而发育受阻。因此，将杂种幼胚进行人工离体培而发育受阻。因此，将杂种幼胚进行人工离体培养，以调整杂种胚发育的外界条件，改善杂种胚、养，以调整杂种胚发育的外界条件，改善杂种胚、胚乳和母体组织间的生理不协调性，可获得杂种胚乳和母体组织间的生理不协调性，可获得杂种并大大提高结实率。并大大提高结实率。2 2杂种染色体加倍法杂种染色体加倍法 当远缘杂交的双亲染色体组或染色体数目不当远缘杂交的双亲染色体组或染色体数目不同而缺少同源性，致使同而缺少同源性，致使F1F1在减数分裂时，染色体在减数分裂时，染色体不能联会或很少联会，不能形成具有生活力的配不能联会或很少联会，不能形成具有生活力的配子而造成不育时，通过杂种染色体加倍获得双二子而造成不育时，通过杂种染色体加倍获得双二倍体，便可有效地恢复其育性。倍体，便可有效地恢复其育性。 目前，此法已在小麦目前，此法已在小麦黑麦、小麦黑麦、小麦冰草、冰草、小麦小麦滨草、黑麦滨草、黑麦冰草、烟草的四倍体栽培种冰草、烟草的四倍体栽培种二倍体野生种、花生的栽培种二倍体野生种、花生的栽培种多年生野生种、多年生野生种、四倍体栽培棉四倍体栽培棉二倍体栽培棉、栽培棉二倍体栽培棉、栽培棉野生棉、野生棉、甘蓝甘蓝白菜、黑芥白菜、黑芥白菜、甘蓝白菜、甘蓝黑芥等的远缘黑芥等的远缘杂交获得了可育的杂种后代。杂交获得了可育的杂种后代。 3 3回交法回交法 染色体数目不同的远缘杂交所得的杂种，其产生的染色体数目不同的远缘杂交所得的杂种，其产生的雌、雄配子并不都是完全不育的。其中有些雌配子可接雌、雄配子并不都是完全不育的。其中有些雌配子可接受正常花粉受精结实，或能产生有生活力的少数花粉。受正常花粉受精结实，或能产生有生活力的少数花粉。所以用亲本之一对杂种回交，可获得少量杂种种子。所以用亲本之一对杂种回交，可获得少量杂种种子。 如小麦如小麦冰草，冰草，F1F1全不育，用普通小麦回交后，其全不育，用普通小麦回交后，其结实率可达结实率可达65654 4。由于不同回交亲本对提高杂种结。由于不同回交亲本对提高杂种结实率有很大差异，所以回交所用亲本不应局限于与原来实率有很大差异，所以回交所用亲本不应局限于与原来亲本相同的变种或品种。当栽培种与野生种杂交时，一亲本相同的变种或品种。当栽培种与野生种杂交时，一般以栽培种作回交亲本。般以栽培种作回交亲本。 4 4延长杂种的生育期延长杂种的生育期 远缘杂种的育性有时也受外界条件的影响，远缘杂种的育性有时也受外界条件的影响，延长杂种生育期，可促使其生理机能逐步趋向协延长杂种生育期，可促使其生理机能逐步趋向协调，生殖机能及育性得到一定程度的恢复。调，生殖机能及育性得到一定程度的恢复。 如中国科学院西北植物研究所如中国科学院西北植物研究所(1972)(1972)在小麦在小麦与长穗偃麦草杂交、黑龙江省农业科学院与长穗偃麦草杂交、黑龙江省农业科学院(1979)(1979)在小麦与天蓝偃麦草杂交中均发现杂种结实率随在小麦与天蓝偃麦草杂交中均发现杂种结实率随栽培年限的延长而提高。栽培年限的延长而提高。 可利用某些作物的多年生习性、采用无性繁可利用某些作物的多年生习性、采用无性繁殖法，或人工控制温、光条件等来延长杂种的生殖法，或人工控制温、光条件等来延长杂种的生育期，逐步恢复杂种的育性。育期，逐步恢复杂种的育性。 5 5其他方法其他方法 利用利用嫁接法嫁接法克服远缘杂种夭亡和不育性。克服远缘杂种夭亡和不育性。 如把不育的马铃薯杂种嫁接在可育的植株上，如把不育的马铃薯杂种嫁接在可育的植株上，能提高杂种的育性。能提高杂种的育性。 有毒物质香豆素含量高的白香草木樨和含量有毒物质香豆素含量高的白香草木樨和含量低的细齿草木樨杂交时，低的细齿草木樨杂交时，FlFl均为白苗，随后死亡，均为白苗，随后死亡，当把当把F1F1嫁接到母本或黄香草木樨植株上时，获得嫁接到母本或黄香草木樨植株上时，获得成活的成活的FlFl植株，再与母本回交时，育成了香豆素植株，再与母本回交时，育成了香豆素含量低的新品种。含量低的新品种。四、杂种后代的分离四、杂种后代的分离 ( (一一) )远缘杂种后代性状分离的特点远缘杂种后代性状分离的特点 与品种间杂交相比，其分离特点有：与品种间杂交相比，其分离特点有： 1 1分离规律不强分离规律不强 种内杂交时，很多质量性状的分离，基本上种内杂交时，很多质量性状的分离，基本上都符合一定的比例，上下代之间一般也有规律可都符合一定的比例，上下代之间一般也有规律可循。循。 但远缘杂交时，来自双亲的异源染色体缺乏但远缘杂交时，来自双亲的异源染色体缺乏同源性，导致减数分裂过程紊乱，形成具有不同同源性，导致减数分裂过程紊乱，形成具有不同染色体数目和质量的各种配子。因此，其后代具染色体数目和质量的各种配子。因此，其后代具有极复杂的遗传特性，性状分离复杂且无规律，有极复杂的遗传特性，性状分离复杂且无规律，上下代之间的性状关系也难于预测和估算。上下代之间的性状关系也难于预测和估算。 2 2分离类型丰富，并有向两亲分化的倾向分离类型丰富，并有向两亲分化的倾向 远缘杂交后代，不仅会分离出各种中间类型，而且远缘杂交后代，不仅会分离出各种中间类型，而且还出现大量的亲本类型、亲本祖先类型、超亲类型以及还出现大量的亲本类型、亲本祖先类型、超亲类型以及某些特殊类型等，变异极其丰富。某些特殊类型等，变异极其丰富。 如普通小麦如普通小麦X X天兰偃麦草，后代分离出偃麦草类型、天兰偃麦草，后代分离出偃麦草类型、偃小类型、小偃类型、小麦类型等。各个性状的变异幅偃小类型、小偃类型、小麦类型等。各个性状的变异幅度也很大，如出现从极早熟到极晚熟、从白壳到褐壳、度也很大，如出现从极早熟到极晚熟、从白壳到褐壳、从高株到矮株、从纺锤穗型到棍棒穗型的诸多类型。从高株到矮株、从纺锤穗型到棍棒穗型的诸多类型。 在甘蓝型油菜在甘蓝型油菜白菜型油菜的白菜型油菜的FlFl中，有的倾向于母中，有的倾向于母本，有的倾向于父本，还有中间类型和出现花叶、白花、本，有的倾向于父本，还有中间类型和出现花叶、白花、长角果、复果、矮株、黄籽、不育株等特殊类型。长角果、复果、矮株、黄籽、不育株等特殊类型。 随着随着杂种世代的演进，杂种后代还有向双亲类型杂种世代的演进，杂种后代还有向双亲类型分化的倾向分化的倾向。 因为因为在杂种后代中，生长健壮的个体往往是与亲在杂种后代中，生长健壮的个体往往是与亲本性状相似的；而中间类型不易稳定，容易在后代中本性状相似的；而中间类型不易稳定，容易在后代中消失，故有回复亲本的趋势消失，故有回复亲本的趋势。 如如普通小麦普通小麦(AABBDD) (AABBDD) 二粒系小麦二粒系小麦(AABB)(AABB)时，其时，其F1F1为为AABBDAABBD。F1F1以后，以后，D D染色体组不是趋于全部消失，染色体组不是趋于全部消失，便是趋向于二倍化便是趋向于二倍化(DD)(DD)；中间类型常因遗传上不稳定，；中间类型常因遗传上不稳定，生长不良或不育性高而被淘汰，只有接近亲本染色体生长不良或不育性高而被淘汰，只有接近亲本染色体数数(2n=42(2n=42或或2n=28)2n=28)的个体，才能保留下来。的个体，才能保留下来。 3 3分离世代长、稳定慢分离世代长、稳定慢 远缘杂种的性状分离并不完全出现在远缘杂种的性状分离并不完全出现在F2F2，有的要在，有的要在F3F3或更高世代才有明显表现。或更高世代才有明显表现。 同时，在某些远缘杂交中，由于杂种同时，在某些远缘杂交中，由于杂种染色体消失、无融合生殖、染色体自然加染色体消失、无融合生殖、染色体自然加倍等原因，常出现母本或父本的单倍体、倍等原因，常出现母本或父本的单倍体、二倍体或多倍体；在整倍体的杂种后代中，二倍体或多倍体；在整倍体的杂种后代中，还会出现非整倍体。这样，性状分离会延还会出现非整倍体。这样，性状分离会延续多代而不易稳定。续多代而不易稳定。 ( (二二) )远缘杂种后代分离的控制远缘杂种后代分离的控制 1 1FlFl染色体加倍染色体加倍 用秋水仙素对用秋水仙素对F1F1染色体加倍，形成双二倍体，不染色体加倍，形成双二倍体，不仅可提高杂种的可育性，而且也可获得不分离的纯合材仅可提高杂种的可育性，而且也可获得不分离的纯合材料。再经加工，可选育出某些双二倍体的新类型。料。再经加工，可选育出某些双二倍体的新类型。 但加倍后所获得的稳定性是相对的，因为这些双二但加倍后所获得的稳定性是相对的，因为这些双二倍体的外部性状虽比较稳定一致，但就细胞学而言，这倍体的外部性状虽比较稳定一致，但就细胞学而言，这些整倍体植株也并非完全稳定，还可从中分离出非整倍些整倍体植株也并非完全稳定，还可从中分离出非整倍体。利用这些非整倍体可育成异染色体系，作为育种的体。利用这些非整倍体可育成异染色体系，作为育种的原始材料。原始材料。2 2回交回交 回交既可克服杂种的不育性，也可控制其回交既可克服杂种的不育性，也可控制其性状分离。性状分离。 如在栽培种如在栽培种野生种时，野生种时，F1F1往往是野生种往往是野生种的性状占优势，后代分离强烈。如果用不同的的性状占优势，后代分离强烈。如果用不同的栽培品种与栽培品种与F1F1连续回交和自交，便可克服野生连续回交和自交，便可克服野生种的某些不利性状，分离出具有野生种的某些种的某些不利性状，分离出具有野生种的某些优良性状并较稳定的栽培类型。优良性状并较稳定的栽培类型。3 3诱导单倍体诱导单倍体 远缘杂种远缘杂种F1F1的花粉虽大多数是不育的，的花粉虽大多数是不育的，但也有少数花粉是有生活力的，如将但也有少数花粉是有生活力的，如将F1F1花粉进花粉进行离体培养产生单倍体，再人工加倍为纯合二行离体培养产生单倍体，再人工加倍为纯合二倍体后，便可获得性状稳定的新类型。倍体后，便可获得性状稳定的新类型。 这一技术途径可以克服远缘杂种的性状分这一技术途径可以克服远缘杂种的性状分离，迅速获得稳定的新类型。已成功的例子有离，迅速获得稳定的新类型。已成功的例子有小麦与天兰冰草的八倍体新种，以及羊茅和黑小麦与天兰冰草的八倍体新种，以及羊茅和黑麦草的远缘杂种后代等。麦草的远缘杂种后代等。 4 4诱导染色体易位诱导染色体易位 利用理化因素处理远缘杂种，诱导双亲的染利用理化因素处理远缘杂种，诱导双亲的染色体发生易位，把仅仅带有目标基因的染色体节色体发生易位，把仅仅带有目标基因的染色体节段相互转移，这样既可避免杂种向两极分化，又段相互转移，这样既可避免杂种向两极分化，又可获得兼具双亲性状的杂种。可获得兼具双亲性状的杂种。 如在小麦与小伞山羊草、冰草、黑麦等的杂如在小麦与小伞山羊草、冰草、黑麦等的杂交中，应用此法已获得了性状稳定的新类型或新交中，应用此法已获得了性状稳定的新类型或新品种，其中突出的例子是小伞山羊草抗叶锈基因品种，其中突出的例子是小伞山羊草抗叶锈基因的转育。的转育。 ( (三三) )远缘杂种育种技术远缘杂种育种技术 1 1杂种早代应有较大的群体杂种早代应有较大的群体 由于远缘杂种后代性状分离的时间长，由于远缘杂种后代性状分离的时间长，出现的变异类型多，且不育性高，后代中常出现的变异类型多，且不育性高，后代中常出现畸形株出现畸形株( (如黄苗、矮株等如黄苗、矮株等) )，种子出苗力，种子出苗力低，甚至植株还会中途夭折，所以杂种早代低，甚至植株还会中途夭折，所以杂种早代(F2(F2、F3)F3)应有较大的群体，这样才有可能选应有较大的群体，这样才有可能选出频率很低的优良基因组合的个体。出频率很低的优良基因组合的个体。 2 2放宽早代选择的标准放宽早代选择的标准 远缘杂种的早期世代一般有结实率低、种子远缘杂种的早期世代一般有结实率低、种子不饱满或生育期长等缺点。但这些缺点通过一定不饱满或生育期长等缺点。但这些缺点通过一定世代的选育可逐渐克服。世代的选育可逐渐克服。 如在南特号如在南特号嘉笠的籼粳杂交中，嘉笠的籼粳杂交中，F1F1结实率结实率仅为仅为13135 5，经连续选择到，经连续选择到F4F4时，结实率提高到时，结实率提高到51515 579799 9，有些，有些F1F1植株的相对结实率可植株的相对结实率可达达100100。所以，早代个体只要具有某些可取的经。所以，早代个体只要具有某些可取的经济性状，便不应淘汰。由于远缘杂种后代的明显济性状，便不应淘汰。由于远缘杂种后代的明显分离不一定局限于分离不一定局限于F2F2，所以早代不要轻易淘汰组，所以早代不要轻易淘汰组合。合。 3 3灵活地应用选择方法灵活地应用选择方法 由于远缘杂种的分离时间长、范围大，后代由于远缘杂种的分离时间长、范围大，后代要求有较大的群体，这样便难以采用系谱法。因要求有较大的群体，这样便难以采用系谱法。因此，必须根据育种目标和所用亲本材料，采用不此，必须根据育种目标和所用亲本材料，采用不同的选择方法。同的选择方法。 在在F1F1一般可不选单株而按组合混选、混播，一般可不选单株而按组合混选、混播，待以后出现明显分离时再选单株。如果要把不同待以后出现明显分离时再选单株。如果要把不同种或亚种的一些优良性状和适应性组合起来，培种或亚种的一些优良性状和适应性组合起来，培育出生产力和适应性都较好的品系时，可采用混育出生产力和适应性都较好的品系时，可采用混合种植法。如要改进某一推广品种的个别性状，合种植法。如要改进某一推广品种的个别性状，而该性状是受显性基因控制、遗传率高时，就可而该性状是受显性基因控制、遗传率高时，就可采用回交法。采用回交法。