最新作物杂交育种、单倍体育种所需年限分析

单倍体及单倍体育种中存在的理论问题作者：孔柳泉来源：《教育教学论坛·上旬》2010年第06期摘要:单倍体一般是指由生物产生的配子发育而来的个体,染色体组数是正常生物体的一半。

单倍体育种是现代作物育种中的重要的育种方法之一,利用花药培养等方法诱导产生单倍体,并使其单一的染色体各自加倍成对,成为有活力、能正常结实的纯合体,从而选育出作物新品种的方法。

由于多数的植物是二倍体,此育种方法具有快速获得纯合正常植株的优点。

关键词:单倍体染色体组单倍体育种不育?摇育种年限染色体变异高中生物教材重点介绍了单倍体和单倍体育种及其与其他育种方法的异同。

在涉及该部分知识点时,存在不少理论上的值得讨论的问题。

以下就主要的问题加以讨论:一、单倍体都来自配子发育通常教材中讲到的单倍体是由雄核发育(孤雄生殖)或雌核发育(孤雌生殖)而来,即由配子发育而来。

且雄核发育一般是在人工条件下完成,如花药离体培养得到单倍体。

事实上,自然界中的单倍体还有其他来源。

①自发产生。

该来源与多胚现象常有联系,其中最可能的原因是温度骤变或异种、异属花粉的刺激。

②假受精。

即雌配子经花粉或雄核刺激后未受精而产生的单倍体植株。

③半受精。

雌雄配子都参加胚发生,但不发生核融合,因而产生具父母本来源的嵌合植株。

人工获得单倍体的途径除了最常用的花药和花粉离体培养,还有多种其他的方法。

①利用远缘的异属花粉授粉:刺激柱头,使胚囊中卵细胞发育成种子;②弱化花粉授粉:花粉人工贮藏一段时期后进行授粉,由于花粉萌发能力弱,不能完成正常的受精作用,但可引起卵细胞发育成种子;③化学药剂处理:如用2、4-D、赤霉素、秋水仙素等处理柱头;④用高剂量射线照射过的花粉授粉;⑤异常温度处理、机械刺激子房等;⑥将近缘作物相互授粉,一段时间后将幼胚置于培养基上进行离体培养,在胚胎发育的早期,其中一方的染色体消失,即可获得单倍体植株。

从以上事实可以看出,虽然有些单倍体不是由配子直接发育而来,但几乎都是在胚胎发生的时候由于某种原因丢失了来自雄配子或雌配子的染色体,即单倍体只含有双亲中一方的遗传物质。

杂交育种年限和单倍体育种解析【例题】：某植物品种是纯合体，生产上用种子繁殖，从播种到收获种子历时一年。

现要利用该植物矮杆（aa）、不抗病（bb）和高杆（AA）、抗病（BB）品种，选育矮杆（aa）、抗病（BB）的新品种，两对基因独立遗传。

请设计该植物品种间杂交育种程序和单倍体育种程序。

要求用遗传图解表示并加以简要说明，分析两种育种程序各自所需的年限。

【解析】：杂交育种程序：第一种方案：第一代P AABB×aabb 亲本（P）杂交，收获种子↓第二代F1 AaBb 种植F1代自交，收获种子↓种植F2代，选矮杆第三代F2 A_B_，A_bb，aaB_（1/3aaBB+2/3aaBb），aabb 抗病（aaB_）自交，↓统一收获各株种子统一播种所获种子，第四代F3 aaB_（3/5aaBB + 2/5aaBb），aabb 选矮杆抗病自交，↓统一收获各株种子aaB_，aabb 逐代选矮杆、抗病（aaB_）自交，↓直至后代性状不分离，自交留种第n+2代Fn+1（２n-1）/（２n +1）aaBB + 2/（２n +1）aaBbn＝5时，第7代矮杆抗病（aaB_）植株中纯合体占（2n-1）/（2n+1）＝31/33=93.9％；n＝6时，第8代矮杆抗病（aaB_）植株中纯合体占96.9％。

照此方案，生产上纯合体比例如果达到95%以上才可推广种植，选育植株、果实、种皮性状（如矮杆、抗病）至少需要完成8个世代，历时8年；如果选育种胚性状则只需完成7个世代，至少历时7年。

第二种方案：第一代 P AABB×aabb 亲本（P）杂交，收获种子↓第二代 F1 AaBb 种植F1代自交，收获种子↓第三代F2 A_B_，A_bb，aaB_，aabb 种植F2代，选矮杆、抗病（aaB_）自交，分别收获各株种子1/3aaBB 2/3aaBb↓↓第四代F3 1/3aaBB 1/2 aaB_，1/6aabb 分别播种各株种子，有的全部发育为矮杆、抗病植株（aaBB），自交留种照此方案，如果选育植株、果实、种皮性状（如矮杆、抗病）至少需要完成四个世代，历时四年；如果选育种胚性状只需完成三个世代，至少历时三年。

单倍体及单倍体育种中存在的理论问题摘要:单倍体一般是指由生物产生的配子发育而来的个体,染色体组数是正常生物体的一半。

单倍体育种是现代作物育种中的重要的育种方法之一,利用花药培养等方法诱导产生单倍体,并使其单一的染色体各自加倍成对,成为有活力、能正常结实的纯合体,从而选育出作物新品种的方法。

由于多数的植物是二倍体,此育种方法具有快速获得纯合正常植株的优点。

关键词:单倍体染色体组单倍体育种不育?摇育种年限染色体变异高中生物教材重点介绍了单倍体和单倍体育种及其与其他育种方法的异同。

在涉及该部分知识点时,存在不少理论上的值得讨论的问题。

以下就主要的问题加以讨论:一、单倍体都来自配子发育通常教材中讲到的单倍体是由雄核发育(孤雄生殖)或雌核发育(孤雌生殖)而来,即由配子发育而来。

且雄核发育一般是在人工条件下完成,如花药离体培养得到单倍体。

事实上,自然界中的单倍体还有其他来源。

①自发产生。

该来源与多胚现象常有联系,其中最可能的原因是温度骤变或异种、异属花粉的刺激。

②假受精。

即雌配子经花粉或雄核刺激后未受精而产生的单倍体植株。

③半受精。

雌雄配子都参加胚发生,但不发生核融合,因而产生具父母本来源的嵌合植株。

人工获得单倍体的途径除了最常用的花药和花粉离体培养,还有多种其他的方法。

①利用远缘的异属花粉授粉:刺激柱头,使胚囊中卵细胞发育成种子;②弱化花粉授粉:花粉人工贮藏一段时期后进行授粉,由于花粉萌发能力弱,不能完成正常的受精作用,但可引起卵细胞发育成种子;③化学药剂处理:如用2、4-D、赤霉素、秋水仙素等处理柱头;④用高剂量射线照射过的花粉授粉;⑤异常温度处理、机械刺激子房等;⑥将近缘作物相互授粉,一段时间后将幼胚置于培养基上进行离体培养,在胚胎发育的早期,其中一方的染色体消失,即可获得单倍体植株。

从以上事实可以看出,虽然有些单倍体不是由配子直接发育而来,但几乎都是在胚胎发生的时候由于某种原因丢失了来自雄配子或雌配子的染色体,即单倍体只含有双亲中一方的遗传物质。

浅析杂交育种的育种年限
陈卫良
【期刊名称】《生物学教学》
【年(卷),期】2004(29)11
【摘要】杂交育种又称为常规育种，由于其操作过程简单，又能使不同生物个体
上的优良性状重组到一个个体上，所以在生产实践中被广泛使用。

但它也存在着缺点，即育种年限太长，得到一个能稳定遣传的新品种，一般至少需要8年的时间。

在学生中有很多人只知道其育种年限长，但到底要几年?为什么会这么长?都说不清楚。

教师针对学生这种“知其然，不知其所以然”的情况，有必要对杂交育种年限作一个系统的归纳总结。

【总页数】2页(P55-56)
【作者】陈卫良
【作者单位】浙江省绍兴市高级中学,312000
【正文语种】中文
【中图分类】G4
【相关文献】
1.浅析芝麻杂交育种 [J], 王瑞霞
2.谈杂交育种的年限 [J], 杨涌
3.浅析水稻杂交育种方法及展望 [J], 李婷婷
4.浅析水稻杂交育种方法及发展方向 [J], 朱文辉
5.单倍体育种与杂交育种年限解析 [J], 于国星
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第九章倍性育种植物的倍性育种是植物育种的重要研究内容，主要包括单倍体育种和多倍体育种。

1．单倍体的基因呈单存在，加倍后获得的个体基因型高度纯合。

而常规育种需经多代自交才能获得基因型基本纯合的个体。

因此，单倍体育种可缩短育种的年限。

2．同源多倍体较二倍体具有某些器官增大或代谢产物含量提高的特点，对于以收获营养器官为目的的作物及无性繁殖作物有极好的育种利用价值。

3．人工创造多倍体也可以将野生种与栽培种的遗传物质重组，育成新型作物。

第一节多倍体育种多倍体：是指体细胞中有3个或3个以上染色体组的植物个体。

多倍体广泛存在于植物中。

据估计被子植物中约50％以上是多倍体，禾本科中有75％，豆类中有18％，草类中有的物种80％为多倍体。

蓼科、景天科、蔷薇科、锦葵科、禾本科和鸢尾科中多倍体最多。

自然界存在的多倍体主要是异源多倍体，同源多倍体较少。

一、多倍体的种类、起源及特点自然界的多倍体是由二倍体进化而来的。

二倍体物种的染色体加倍，不同二倍体物种间杂交，染色体自发加倍是多倍体产生的主要来源(图9-1)。

(一)多倍体的来源多倍体的发生可通过二倍体的染色体数目加倍形成，也可经不同种属间杂交，而后经染色体数目加倍形成。

植物体细胞染色体数目加倍主要通过下列三种途径产生。

1．合子染色体数目加倍一般是二倍体产生少数四倍体细胞或四倍体组织。

2．分生组织染色体加倍体细胞在有丝分裂过程中受外界环境的影响而发生异常，染色体正常复制、分裂，但细胞不分裂，导致细胞染色体数目加倍，染色体数目加倍的细胞发育成多倍性组织和器官。

3．不减数配子的受精结合(二)多倍体的类别根据多倍体染色体组的组成特点可将多倍体分为同源多倍体、异源多倍体、同源异源多倍体、节段异源多倍体、异数的(混合的)异源多倍体和倍半二倍体等多种类型。

育种上应用的主要是同源多倍体和异源多倍体。

1．同源多倍体指体细胞中染色体组相同的多倍体，如同源四倍体黑麦(RRRR)。

同源多倍体与二倍体相比，主要有下列两方面的效应：(1) 生物学性状的变化。

《生物变异在生产上的应用》导学案一、学习目标1、理解生物变异的类型，包括可遗传变异和不可遗传变异。

2、掌握基因突变、基因重组和染色体变异的概念、特点及对生物性状的影响。

3、了解生物变异在农业生产、畜牧业生产和医药生产等领域的应用实例。

4、培养运用生物变异知识解决实际生产问题的能力。

二、学习重点1、基因突变、基因重组和染色体变异的特点和意义。

2、生物变异在生产中的应用原理和方法。

三、学习难点1、基因突变和染色体变异的机制。

2、如何综合运用多种生物变异原理进行新品种的选育。

四、知识梳理（一）生物变异的类型1、不可遗传变异不可遗传变异是指由环境因素引起的，遗传物质没有发生改变的变异。

例如，由于光照、温度、水分等环境条件的变化，导致植物的株高、叶色等性状发生改变，但这种改变不会遗传给后代。

2、可遗传变异可遗传变异是指由遗传物质发生改变而引起的变异，包括基因突变、基因重组和染色体变异。

（1）基因突变基因突变是指 DNA 分子中发生碱基对的替换、增添和缺失，而引起的基因结构的改变。

基因突变具有普遍性、随机性、低频性、不定向性和多害少利性等特点。

基因突变是新基因产生的途径，是生物变异的根本来源，为生物进化提供了原始材料。

（2）基因重组基因重组是指在生物体进行有性生殖的过程中，控制不同性状的基因的重新组合。

基因重组包括减数第一次分裂前期同源染色体上的非姐妹染色单体交叉互换，以及减数第一次分裂后期非同源染色体上的非等位基因自由组合。

基因重组能够产生多样化的基因组合，为生物进化提供了丰富的材料。

（3）染色体变异染色体变异包括染色体结构变异和染色体数目变异。

染色体结构变异包括缺失、重复、倒位和易位等；染色体数目变异包括个别染色体的增加或减少，以及以染色体组的形式成倍地增加或减少。

（二）生物变异在生产上的应用1、杂交育种杂交育种是将两个或多个品种的优良性状通过交配集中在一起，再经过选择和培育，获得新品种的方法。

杂交育种的原理是基因重组。

作物品种：人类在一定的生态条件和经济条件下，根据人类的需要所选育的某种作物的一定群体。

自然进化：由自然变异和自然选择演变发展的进化过程。

人工进化：是指由于人类发展生产的需要，人工创造变异并进行人工选择的进化，其中也包括有意识的利用自然变异和自然选择的作用。

自交不亲和性：指具有完全花并可形成正常雌、雄配子，但缺乏自花授粉结实能力的一种自交不育性。

雄性不育性：植株的雌蕊正常而花粉败育，不产生有功能的雄配子的特性称为雄性不育性。

自交系（ inbred line ）: 经过多年、多代连续的人工强制自交和单株选择所形成的基因型纯合的、性状整齐一致的自交后代，主要为异花授粉作物的杂交制种提供亲本。

杂交种品种：它是在严格选择亲本和控制授粉的条件下生产的各类杂交组合的F1植株群体，其基因型是高度杂合的，群体又具有不同程度的同质性，表现出很高的生产力。

群体品种：其基本特点是遗传基础比较复杂，群体内植株的基因型有一定程度的杂合性或异质性。

无性系品种：是由一个无性系或几个遗传上近似的无性系经过营养器官繁殖而成的。

种质资源：具有特定种质或基因, 可供育种及相关研究利用的各种生物类型。

育种目标：是指在一定的自然、栽培和经济条件下，对计划选育的新品种提出应具备的优良特征特性，也就是对育成品种在生物学和经济学性状上的具体要求。

广义引种：指从外地或外国引进新植物、新作物、新品种、品系以及为供研究用的各种遗传资源材料。

生产上的引种：指从外地引进作物新品种，通过适应性试验，直接在本地推广种植。

驯化：人类对植物适应新的地理环境能力的利用和改造。

杂交育种：利用不用基因型的品种或类型杂交，创造变异，并从中进行鉴定选择，培育成符合生产需求的新品种。

组合育种：是将分属于不同品种的，控制不同性状的优良基因随机结合后形成各种不同的基因组合，通过定向选择育成集双亲优势于一体的新品种。

其遗传机理主要是基因重组和互作。

超亲育种：是将双亲中控制同一性状的不同微效基因积累于一个杂种个体中，形成在该性状上超过亲本的类型。

作物杂交育种、单倍体育种所需年限分析育种是一个复杂的过程，一般来说，也是一个漫长的过程。

当然，再复杂再漫长，也是有一定时限的。

不同的育种方法需要的时间不同，即使是同一种育种方法，又会因为物种、性状的不同而存在时限上的差异。

不能一概而论。

下面所做分析均为理论年限分析，而实践过程中，所需时间可能更长。

一、杂交育种——1、一年生作物育种，以玉米为例。

育种目标为双显性性状。

性状表现于植株。

玉米种群中存在高产不抗病（AAbb）、低产抗病(aaBB)两种类型，以此为材料培育高产抗病（AABB）新品种。

P高产、不抗病（AAbb）×低产、抗病(aaBB)↓第一年：杂交F1 高产、抗病（AaBb）自↓交第二年：自交F2 高产抗病（AABB,AaBB,AABb,AaBb）高产不抗病；低产抗病；低产抗病；（淘汰）自↓交第三年：人工选择F3 高产抗病（AABB,AaBB,AABb,AaBb）（按单株分别保存收获的种子）自↓交第四年：分别种植、自交，后代不发生性状分离的高产抗病类型即为所育。

高产抗病（AABB）↓留种（高产抗病新品种）2、一年生作物育种，以玉米为例。

育种目标为双隐性性状，性状表现于植株。

参照例1可知：理论上，第三年就可以得到所育品种。

3、一年生作物育种，以玉米为例。

育种目标为一显一隐性状，性状表现于植株。

参照例1可知：理论上亦需到第四年方能获得所育品种。

二、杂交育种——性状表现于种子4、一年生作物育种，以豌豆为例。

育种目标为双显性性状。

参照例1可知：性状表现于种子时，理论上，双显性性状育种或单显性育种所需时限当比性状表现于植株时节省一年的时间，即三年。

5、一年生作物育种，以豌豆为例。

育种目标为双隐性性性状。

参照例1可知：性状表现于种子时，理论上，双隐性性状育种所需时限为二年。

6、如果是三对以上相对性状的育种，则育种时限会在上述基础上相应地延长。

三、杂交育种——多年生植物如果育种对象为多年生植物，则杂交育种的周期就会更长。

单倍体育种单倍体育种是指体细胞仅含有一套染色体的植物。

在自然环境中，有许多单倍体植物，它们具有独特的生物学特征和遗传特性。

单倍体育种在农业、园艺和科学研究中都具有重要意义。

单倍体育种的特点单倍体植物与双倍体植物相比具有一些独特的特点。

由于它们只包含一套染色体，其基因组结构相对简单，遗传信息相对容易分析。

此外，由于单倍体植物可以通过无性繁殖形成新的个体，这种繁殖方式更为迅速和有效。

单倍体植物的外貌和生长习性也有所不同。

一些单倍体植物可能具有更大的叶片、花朵或果实，生长速度可能更快。

在园艺领域中，人们常常利用这些特点培育新品种，以满足不同需求。

单倍体植物的应用农业在农业生产中，一些单倍体植物被广泛利用。

例如，马铃薯就是一种单倍体植物，其种植面积广泛，成为人们日常膳食中不可或缺的重要作物之一。

单倍体植物还常用于杂交育种。

通过利用单倍体性状的优势，育出更具高产、抗病虫、耐逆性等优良性状的新品种，为农业生产提供了重要支持。

园艺在园艺领域，单倍体植物的应用也十分广泛。

一些观赏植物如报春花、紫罗兰等都是单倍体种类，它们具有丰富多彩的花色和花型，受到园艺爱好者的喜爱。

园艺师们还通过无性繁殖来快速繁衍单倍体植物，可以更快地获得大量同质个体，减少遗传变异，保持良好的品种稳定性。

科学研究单倍体植物在科学研究中也具有重要意义。

由于其基因组的相对简单性，单倍体植物被广泛应用于基因组学和遗传学研究中。

科学家们可以更深入地了解基因组结构和功能，探究生物进化和遗传规律。

单倍体植物也被用于疾病抗性研究等方面，为人类健康和植物保护提供了重要参考和支撑。

结语单倍体育种作为一类特殊的植物群体，在农业、园艺和科学研究中发挥着重要作用。

随着人们对植物遗传资源的深入了解和利用，单倍体植物的研究应用领域也将得到进一步拓展，为促进农业生产、美化环境和推动科学进步做出更多贡献。

自交系的选育年份
自交系的选育年份主要取决于所选用的作物种类和具体的育种目标。

一般来说，自交系的选育过程需要经历多年的育种工作，以确保所选用的自交系能够稳定遗传目标性状并具有较高的遗传纯度。

下面以几种常见的作物为例，说明不同作物的自交系选育年份。

1. 小麦：小麦是世界上主要的粮食作物之一，自交系的选育年份一般需要5-8
年左右。

在小麦育种中，自交系的选育主要包括亲本的选择、自交系的建立和自交系的筛选等步骤。

通过连续自交和选择，可以筛选出稳定的自交系用于杂交育种。

2. 玉米：玉米是重要的经济作物，自交系的选育年份一般需要6-10年。

玉米
自交系的选育过程较为复杂，需要进行多代的自交和选择，以确保所选用的自交系稳定遗传目标性状并具有较高的遗传纯度。

3. 大豆：大豆是重要的油料作物和蛋白质来源，自交系的选育年份一般需要4-
6年。

大豆自交系的选育主要包括亲本的选择、自交系的建立和自交系的筛选等步骤，通过连续的自交和选择，可以获得稳定的自交系用于杂交育种。

总的来说，自交系的选育年份会受到多种因素的影响，包括作物的生长周期、
遗传特性、育种目标等。

通过长期的育种工作，可以获得稳定的自交系用于后续的杂交育种，从而提高作物的产量和品质。

自交系的选育是育种工作的重要环节，需要耐心和细心的育种人员不断努力，以提高作物的育种水平和育种效率。