杂交水稻的三系法和两系法的育种方法
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袁隆平不断探索的例子
袁隆平是我国杂交水稻的缔造者,他不断探索,为我国农业事业做出了巨大贡献。
以下是他不断探索的10个例子:
1. 探索杂交水稻的育种方法:袁隆平通过多年的实验和研究,创造性地利用两行杂交和三系杂交等方法,成功研发出高产、优质、抗逆性强的杂交水稻品种。
2. 探索利用化学肥料与有机肥料相结合的施肥方法:袁隆平认为单纯地使用化学肥料会破坏土壤结构,导致土地退化,因此他开始尝试使用有机肥料与化学肥料相结合的施肥方法,取得了明显的效果。
3. 探索利用水稻机械化收割技术:袁隆平提出了利用水稻收割机进行收割的方法,解决了以往人工收割效率低下的问题。
4. 探索水稻栽培的适宜环境:袁隆平认为水稻栽培的适宜环境应该是酸性土壤、高温多雨的地区,因此他开始尝试在这样的环境下种植水稻,并取得了不错的收成。
5. 探索利用微生物控制水稻病虫害的方法:袁隆平开始研究利用微生物对水稻病虫害进行控制的方法,取得了很好的效果。
6. 探索水稻品种间的交配:袁隆平利用水稻品种间的交配,创造性地培育出多个具有高产、抗逆性强的水稻品种。
7. 探索水稻的光合作用:袁隆平开始研究水稻的光合作用,探索如何增加水稻光合作用的效率。
8. 探索水稻的生长周期:袁隆平研究了水稻的生长周期,探索如何利用不同的生长周期来选择适宜的收割时机。
9. 探索水稻的灌溉方式:袁隆平开始研究利用滴灌、喷灌等灌溉方式,以提高水稻产量。
10. 探索水稻的养分吸收机制:袁隆平开始研究水稻的养分吸收机制,探索如何优化水稻养分的吸收效率,从而提高产量。
袁隆平的不断探索,为我国农业事业带来了巨大的贡献,他的科学精神和创新思维也将继续激励我们前进。
杂交水稻的三系法和两系法的育种方法杂交水稻是指通过人工控制杂交,获得优良的水稻杂种,以进一步提高水稻的产量和品质。
在杂交水稻育种中,常用的两种方法是三系法和两系法。
本文将介绍这两种方法的基本原理和操作步骤。
一、三系法三系法是指将杂交水稻的亲本分为三个系列,分别为A系、B系和R系。
其中,A系和B系各有一个亲本,在其基础上通过经过特殊处理的R系进行杂交。
具体的育种步骤如下:1. 选择优良的个体作为杂交水稻的亲本。
通常情况下,A系和B系的亲本分别被称为父本和母本。
这些亲本应当具有高产量、优质、抗病虫害等良好的性状。
2. 利用无性繁殖方法,大量繁殖选定的父本和母本。
3. 将A系和B系的亲本进行特殊处理,使其不育,这样它们就无法繁殖。
这个特殊处理的过程称为不育系的培养。
4. 培养产生的不育系R系,其能与父本、母本进行杂交,但由于其自身不育,只能作为杂交的辅助。
5. 在适当的时间和条件下,将父本与R系杂交,得到A系。
同样地,将母本与R系杂交,得到B系。
6. 将A系和B系进行杂交,获得的杂交后代即为杂交水稻种子。
通过三系法杂交育种,可以有效避免非杂交水稻自交而产生的问题,提高杂交水稻的产量和品质。
二、两系法两系法是指将杂交水稻的亲本分为两个系列,分别为A系和B系。
与三系法不同的是,两系法并不使用不育系R系,而是通过化学杀草剂使其中一个亲本失去繁殖能力。
具体的育种步骤如下:1. 选择高产量、优质、抗病虫害等良好性状的父本和母本作为两系法的亲本。
2. 利用无性繁殖方法大量繁殖选定的两个亲本。
3. 使用化学杀草剂处理其中一个亲本,使其失去繁殖能力。
这个处理过程称为化学不育系的培养。
4. 在适当的时间和条件下,将另一个亲本与化学不育系杂交。
5. 通过两系法杂交获得的杂交后代即为杂交水稻种子。
两系法相对于三系法来说操作上更加简单,但也容易出现自交和杂交后代纯合性不高的问题。
综上所述,杂交水稻的三系法和两系法都是有效的育种方法,它们通过人工控制杂交获得优良杂种,提高水稻的产量和品质。
三系法杂交水稻和两系法杂交水稻育种的具体过程首先,选取高产、抗病虫害等优良性状的亲本。
一般在三系法杂交水稻育种中,选取作为亲本的三个系别分别为A系、B系和Rf系。
A系是产生雄性核不育线的系别,其特点是通过细胞质雄性不育基因控制产生不育花粉,使其与普通稻属于两性花植物的特点不同。
B系是产生进一步不育F1杂种的系别,也称为不育系别。
其特点是通过核基因控制不育性状,将该不育性状转移到杂交后代中的F1代中。
Rf系是恢复系别,其特点是通过核基因恢复细胞质不育的雌雄不育杂交后代恢复成可育的杂交后代。
Rf系具有恢复不育性状的基因。
然后,利用杂交技术将A系和B系进行杂交,产生A/BF1代。
由于A系和B系具有不育性状,A/BF1代也是不育的。
接下来,将不育的A/BF1代与Rf系进行再次杂交,产生A/B/RfF2代。
在A/B/RfF2代中,具有Rf系恢复基因的个体为可育的,不具备恢复基因的个体仍然为不育的。
在A/B/RfF2代中,选取具有良好性状的个体进行自交,获得A/B/RfF3代。
F3代植株中有很少的不育个体,并且具有A系和B系的杂种优势。
然后,从A/B/RfF3代中,根据自家配合法原则,选择杂交亲本的组合,进行优选与鉴定,选择出优异的稳定性状的天然不育株系,形成不育系。
最后,将通过该育成不育系的种子与商业品种或优良自交系杂交,得到新的杂交优良组合。
而两系法杂交水稻育种的具体过程如下:首先,选取两个不育系别(父本),一个高育性系别(母本)。
然后,进行杂交,把不育系别(父本)和高育性系别(母本)进行人工授粉,形成杂交后代。
接下来,种植杂交后代,进行选择和筛选,根据产量、品质等性状选择优异个体作为丰产型。
然后,连续自交选择,对筛选出的优异个体进行连续自交数代,以稳定其性状。
最后,通过连续自交选择得到的稳定性状的自交系,与商业品种或优良自交系进行杂交,得到新的杂交优良组合。
总结起来,三系法杂交水稻和两系法杂交水稻育种的具体过程均遵循着杂交、选择、连续自交选择以及杂交得到新的组合等基本流程,在育种过程中不断选拔和筛选具有优良性状的个体,并进行稳定和改良,最终获得优良的杂交品种。
1. 三系杂交稻确定了有生产潜力的杂交组配后,利用传统的三系法生产杂交稻,需要持有三种材料,即不育系,保持系和恢复系。
三系法生产杂交稻示意图对于细胞质基因突变造成的胞质型雄性不育,不育系自身不能自交结实(花粉败育),因此不能传代,只有与保持系杂交(保持系有正常花粉),才能结出种子。
正因为不育系的不育特性是细胞质基因突变造成的,花粉基本不携带细胞质基因,细胞质基因常通过母本的胚珠传递给后代,所以即使保持系提供了正常花粉,胞质型不育系母本上结出的种子仍然是不育系。
保持系与不育系生出的仍然是不育系,这样的种子农民种了去长出的水稻仍然不育,是收不到粮食的。
只有恢复系与不育系杂交生出来的种子才是可育的,可以作为商品种子出售。
不育特性随母系遗传,保持系虽然自己有花粉是正常可育的,但是不含有育性恢复基因,不能恢复母系遗传下来的不育特性;恢复系正常可育并且含有育性恢复基因,育性恢复基因是核基因,随花粉遗传,但是能够回复细胞质基因突变产生的不育特性,杂交出来的种子F1是正常可育的。
不育系与保持系通常是姊妹系,也就是近等基因系,不同的基因是细胞质中控制育性的基因。
这样,不育系作母本与保持系作父本生出来的还是不育系,保持系自己结的种子还是保持系,恢复系自己结的种子还是恢复系,这就实现了种质资源的保存。
制种田中,恢复系与不育系种在一起,隔行种植,收获时只收不育系结的种子,就都是杂种F1了。
不育系的利用降低了人工去雄的生产成本,简化了制种难度,增加了制种量和制种速度,加速了杂交种子的推广。
野败型细胞质雄性不育CMS-WA是细胞质基因和核基因互作导致花粉败育类型,属于孢子体雄性不育。
可以通过回交的方法保留细胞质基因组而交换核基因组,达到培育不育系的目的。
除CMS-WA外,我国水稻育种学家还创制出不同细胞质来源的核质互作雄性不育系。
周开达先生等用西非品种冈比亚卡与朝阳1号、雅安早等杂交和回交,育成冈型不育系冈12朝阳1号A和冈22雅安早A;同时,周开达先生等从Dissi D52/37//矮脚南特群体中选出不育株,育成D型不育系意大利A。
一、引言杂交水稻是现代农业科技的重大成就之一。
1964年,袁隆平受一株具有显著杂种优势的天然杂交水稻的启发,率先在籼稻中开展雄性不育的研究,并于1966年首次报道“水稻的雄性不育性”,提出雄性不育系、保持系和恢复系“三系”配套利用水稻杂种优势的育种设想,开启了中国杂交水稻研究的序幕。
之后,相继研究成功了三系法和两系法杂交水稻并大面积推广应用,不仅为我国粮食安全作出了重大贡献,而且为水稻等自花授粉作物具有杂种优势提供了有力佐证。
中国杂交水稻经过50多年的创新发展,成为了世界农业发展史上一道靓丽的风景线。
本文客观、系统、全面地回顾并解读了杂交水稻发展历程中的重大事件,可作为一部杂交水稻发展简史呈现给读者。
二、杂交水稻概述杂交水稻分为三系法、两系法和一系法三个战略发展阶段,朝着应用方法由繁到简、效率越来越高、优势水平由品种间到亚种间,甚至远缘杂种优势越来越强的方向发展。
三系法是通过细胞核质互作雄性不育系、雄性不育保持系和雄性不育恢复系的“三系”配套实现杂种优势利用的方法。
雄性不育系为生产大量杂交种子提供物质基础,保持系用于繁殖不育系,恢复系用于给不育系授粉来生产雄性恢复且有杂种优势的杂交水稻种子[图1(a)]。
中国三系法杂交水稻于1973年成功实现“三系”配套,是水稻杂种优势利用的经典方法。
“三系法籼型杂交水稻”于1981年获中国国家技术发明奖特等奖。
图1 三系法(a)和两系法(b)杂交水稻示意图两系法是指只需不育系和恢复系进行杂种优势利用的方法,最为成功的方法首推光温敏核雄性不育(photo-thermo-sensitive genic male-sterile, PTGMS)系。
光温敏核雄性不育系在长日照高温下表现雄性不育,在短日照低温下表现可育,在不育期内制种,在可育期内自交繁殖不育系,同时不需要保持系[图1(b)]。
两系法杂交水稻是中国独创的农业科技成果,于1995年研究成功,当前年种植面积占杂交水稻品种的50%以上。
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杂交水稻育种的三系法、二系法和一系法咱说这杂交水稻育种啊,那可真是个技术活儿。
就像我见过的那些育种专家,个个都是行家里手。
就拿我们那实验室的小张来说吧,平时看着文质彬彬的,戴着副眼镜,透着股书卷气。
可一开始啊,他对育种技术还真不太熟,实验做得磕磕绊绊的。
我就琢磨着,得给大家讲讲这三系法、二系法和一系法。
首先呢,三系法是最传统的。
就像那老式的手工艺,讲究的是细致和耐心。
三系法需要用到雄性不育系、保持系和恢复系。
就像那三足鼎立,缺一不可。
我就跟大家说:“这三系法啊,就像咱们做饭,得有主料、辅料和调料,缺了哪个都不行。
”大家听着,点头如捣蒜。
接着呢,咱得说说二系法。
这二系法啊,比三系法简单些,就像那简化版的菜谱。
它只需要雄性不育系和恢复系。
二系法的关键在于环境敏感性,得看天吃饭。
我就跟大家打比方:“这二系法啊,就像那种季节限定的水果,得看准时机才能收获。
”大家听了,恍然大悟。
最后呢,是一系法。
这一系法啊,算是最前沿的技术了。
就像那高科技的智能设备,操作起来得心应手。
一系法通过基因编辑技术,直接培育出雄性不育的水稻品种。
我就跟大家说:“这就像那自动驾驶的汽车,省去了不少麻烦。
”大家听了,眼睛都亮了。
这育种技术的提升啊,还得有点激励措施。
光让人家埋头苦干,没点好处谁乐意啊?我就跟实验室的负责人商量,设了个奖励机制。
每个月要是谁在育种技术上有突破,就给他发个小奖金。
这奖金虽不多,但也是个心意。
大家一听有奖金,那积极性一下子就上来了。
就像一群小麻雀看到了谷粒似的,眼睛都放光了。
还有啊,得营造个好的氛围。
实验室里不能总是死气沉沉的。
我就组织大家一起搞点活动,什么育种知识竞赛啦,技术分享会啦。
大家在活动里既能学到东西,又能放松放松。
这比赛的时候啊,那气氛可热烈了。
大家你争我抢的,喊叫声、欢呼声在实验室里回荡。
获胜的人那脸上笑得跟朵花似的,没获胜的也不气馁,都在那儿说下次一定行。
咱这杂交水稻育种技术的提升,就得从各个方面入手,三系法、二系法、一系法,一个都不能少。
三系法杂交水稻三系法杂交水稻一、概念。
杂种优势是生物界的普遍现象,利用杂种优势来提高农作物的产量和品质是现代农业科学的主要成就之一。
选用两个在遗传上有一定差异,同时它们的优良性状又能互补的水稻品种,进行杂交,生产具有杂种优势的第一代杂交种,用于生产,这就是杂交水稻。
水稻具有明显的杂种优势现象,主要表现在生长旺盛,根系发达,穗大粒多,抗逆性强等方面,因此,利用水稻的杂种优势以大幅度提高水稻产量一直是育种家梦寐以求的愿望。
但是,水稻属自花授粉植物,雌雄蕊着生在同一朵颖花里,由于颖花很小,而且每朵花只结一粒种子,因此很难用人工去雄杂交的方法来生产大量的第一代杂变种子,所以长期以来水稻的杂种优势未能得到应用。
三系是指雄性不育系、保持系和恢复系。
要想利用水稻的杂种优势,首先必须解决大量生产第一代杂交种子的难题,解决这个问题的有效途径首推培育一种特殊的水稻品种,叫做雄性不育系。
1.雄性不育系。
雄性不育系是一种雄性退化(主要是花粉退化)但雌蕊正常的母水稻,由于花粉无生活力,不能自花授粉结实,只有依靠外来的花粉才能受精结实。
因此,借助这种母水稻(雄性不育系),作为遗传工具,通过人工辅助授粉的办法,就能大量生产杂交种子。
2.保持系。
这是一种正常的水稻品种,它有一种特殊的功能,即用它的花粉授给不育系后,所产生后代,仍然是雄性不育的。
因此,借助保持系,雄性不育系就能一代一代地繁殖下去。
如果没有保持系,不育系就会绝种。
3.恢复系。
这也是一种正常的水稻品种,它的特殊功能是用它的花粉授给不育系后,所产生的杂交种雄性恢复正常,能自交结实,如果该杂交种有优势的话,就可用于生产。
由此可见,要利用水稻的杂种优势,必须做到三系配套,不育系为生产大量的杂交种子提供了可能性,借助保持系来繁殖不育系,用恢复系给不育系授粉来生产性恢复且有优势的杂交稻种子供大田生产用。
保持系与恢复系的自交种子则可继续作为保持系和恢复系用。
二、三系法杂交稻育种的历史。
杂交水稻的三系法和两系法的育种方法
杂交水稻要在大面积生产上应用,首先必须解决年年获得大量杂种第一代种子的问题。
由于水稻是雌雄蕊同花的作物,花器小,每朵花只结一粒种子,要用人工去雄杂交来获得大量杂交种子是很困难的。
目前生产上应用的杂交稻种子大量是通过三系法来实现的,也有的是通过两系法生产出来的。
三系法即培育和生产杂交水稻必须做到雄性不育系(简称不育系)、雄性不育保持系(简称保持系)和雄性不育恢复系相配套。
这是行之有效的经典方法,是我国推广杂交水稻三十年历史普遍采用的方法,目前仍然大量使用。
由于三系法的育种程序和生产环节较复杂,以致选育新组合的周期长、效率低、推广环节多、速度慢,同时种子成本高、价格贵。
雄性不育系水稻外表上与普通水稻没有多少区别,雌蕊正常,具有受精能力。
但雄性发育不正常,套袋自交不结实。
这样的品系称为雄性不育系。
雄性不育系主要用于生产杂交种子,因此,一个优良的不育系应当是不育性稳定,不因多代回交或环境条件的改变,特别是温度的改变而发生育性变化。
二是可恢复性良好。
三是便于制种繁殖。
使雄性不育系的不育特性能一代一代保持下去的品系,称为雄性不育保持系。
要求花药发达,花粉量多,以利提高繁殖产量。
使雄性不育系恢复可育的品种系,称为雄性不育恢复系。
生产上有利用价值的恢复系要求具备:恢复能力强,杂种结实率80%以上;优良性状多,配合力强,优势明显;便于制种。
不育系与保持系杂交获得不育系种子,少部分用于继续繁殖,大部分用于制杂交种供大田生产使用,不育系与恢复系杂交获得杂交种用于大田生产。
保持系、恢复系的自交种仍可作保持系、恢复系。
两系法杂交稻育种是我国独创的以光温敏核不育性的利用为主要内容的高技术,是继三系法杂交水稻之后水稻遗传育种上的又一重大科技创新。
与三系法杂交水稻相比,两系法杂交水稻具有显著的优越性:一是不育系与恢复系配组自由,选育邮优良组合的几率增大;二是不育系一系两用,在长日高温条件下(夏季)可用于制种,在短日低温条件下(春、秋)可用于自身的繁殖,不需要借助保持系(两系由此而来)。
因此能简化繁殖,制种程序,降低种子生产成本;三是由于光温敏不育性核基因遗传与细胞质无关,可克服三系法不育系中细胞质的负效应;四是能紧跟常规稻的选育步伐,开辟籼粳亚种间杂种优势新领域,使水稻产量在现有杂交水稻基础上实现更高产目标。