植物雄性不育原因探究及应用课件

雄性不育性及其在杂种优势中的应⽤第五节雄性不育性及其在杂种优势中的应⽤尽管利⽤杂种优势已成为提⾼农业⽣产效益的主要途径之⼀，但除了像⽟⽶等少数雌雄异株或雌雄同株异花作物外，在未解决⼈⼯去雄的困难以前，难以在⽣产上⼤⾯积推⼴。

⽽解决这⼀困难的有效途径是利⽤植物的雄性不育性。

⽬前⽔稻、⽟⽶、⾼粱、洋葱、油菜等作物已经利⽤雄性不育性进⾏杂交种⼦的⽣产，并产⽣了巨⼤的经济效益和社会效益。

⼀、雄性不育的类别(⼀)细胞质不育不育由细胞质基因控制，⽽与核基因⽆关。

其特征是所有可育品系给不育系授粉，均能保持不育株的不育性，也就是说找不到恢复系。

这对营养体杂优利⽤的植物育种有重要的意义。

如：Ogura萝⼘细胞质不育系。

(⼆) 核不育不育性是由核基因单独控制的(简称GMS)。

1、⼀对隐性核基因控制的雄性不育性蔬菜不育材料⼤都属于此类。

msms 不育，MsMs或Msms可育，共有三种基因型。

msms与MsMs交配后代全部可育；msms与Msms交配后代可育、不育株1：1分离；Msms⾃交后代可育、不育株按3：1分离。

只有⽤Msms作⽗本与msms不育株测交，可以获得50%的雄性不育株和50%的雄性可育株。

由于在⼀个群体⾥，有50%的可育株⽤于保持不育性。

通常称其为“两⽤系”(ABline)或甲型两⽤系。

将其⽤于杂种⼀代制种，则需要拔除50%的可育株。

因此，隐性核不育后代不能得到固定(100%)的不育类型。

2、⼀对显性基因控制的雄性不育性有杂合的不育株Msms、纯合的可育株两种基因型，纯合不育株（MsMs）理论上存在但实际上⽆法获得。

⽤Msms不育株与msms可育株杂交后代是半不育群体，此种两⽤系也叫⼄型两⽤系。

3、由多个核基因控制的雄性不育中的⼀些组合可育成全不育系。

有核基因互作假说和复等位基因假说(曹书142或景书159)。

(三)核质互作雄性不育(简称CMS) 不育性由核基因(msms)和细胞质基因(S)共同控制的，⼜简称为胞质不育型。

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，由于花粉无力生活，不能自花授粉结实，只有依靠外来花粉才能受精结实。

因此，借助这种母水稻作为遗传工具，通过人工辅助授粉的办法，就能大量生产杂交种子。

保持系：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，所产生后代，仍然是雄性不育的。

因此，借助保持系，不育系就能一代一代地繁殖下去。

恢复系：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。

三系杂交水稻：是指雄性不育系、保持系和恢复系三系配套育种，不育系为生产大量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雄性恢复且有优势的杂交稻。

两系杂交稻：一种命名为光温敏不育系的水稻，其育性转换与日照长短和温度高低有密切关系，在长日高温条件下，它表现雄性不育；在短日平温条件下，恢复雄性可育。

利用光温敏不育系发展杂交水稻，在夏季长日照下可用来与恢复系制种，在秋季或在海南春季可以繁殖自身，不再需要借助保持系来繁殖不育系，因此用光温敏不育系配制的杂交稻叫做两系杂交稻。

超级杂交稻：水稻超高产育种，是近20多年来不少国家和研究单位的重点项目。

日本率先于1981年开展了水稻超高产育种，计划在15年内把水稻的产量提高50%。

国际水稻研究所1989年启动了“超级稻”育种计划，要求2000年育成产量比当时最高品种高20%－25%的超级稻。

但他们的计划至今未实现。

我国农业部于1996年立项中国超级稻育种计划，其中一季杂交稻的产量指标为，第一期（1996－2000年）亩产700公斤，第二期（2001－2005年）亩产800公斤。

三系杂交水稻三系杂交水稻是水稻育种和推广的一个巨大成就，所谓三系是：（1）雄性不育系。

雌蕊发育正常，而雄蕊的发育退化或败育，不能自花授粉结实。

（2）保持系。

雌雄蕊发育正常，将其花粉授予雄性不育系的雌蕊，不仅可结成对种子，而且播种后仍可获得雄性不育植株。

植物中雄性不育的分子机理植物是人类生活中不可或缺的一部分，而维持着植物种群的繁衍生息的关键之一便是其繁殖过程。

而生殖过程的正常进行受到很多因素的影响，其中雄性不育便是常见的一种现象。

植物雄性不育对于其繁殖生长显然是不利的，因此研究其产生的分子机理则是十分重要的。

一、雄性不育现象的出现原因首先需要明确的是雄性不育是一种自然现象，并非完全属于植物病理学领域。

在自然界中，雄性不育出现一方面可能是由于植物自身的基因突变引起，另一方面则可能来自环境以及人为干预等方面的影响。

针对不同的因素而言，其对雄性不育的分子机理则会有不同的解释。

二、植物中雄性不育的分子机理在分子机理方面，植物中雄性不育的原因可能包括：1、质粒引起的雄性不育植物内共存着不同来源的质粒，植物细胞中携带的外源性DNA常常来源于植物病原菌或是通过基因工程手段进行的外源DNA引入。

而当这些外源质粒基因组中的不适应性因素与植物内源基因组进行相互作用时，可能会发生一系列的代谢或者分裂等复杂的现象，最终导致雄蕊的育性异常。

这种情况比较常见于转基因杂交的过程中。

2、线粒体引起的雄性不育线粒体（Mitochondria）是植物中的一种位于细胞质内，与常见的核DNA雄性遗传的染色体不同的细胞器，其主要作用是进行细胞能量的供应与管理。

而线粒体内的基因则是由母体遗传，也就是说，受到母本基因影响的后代才能拥有一个健康的线粒体DNA组成。

如果植物某一代中的线粒体DNA产生了突变，对雄蕊花粉的发育和正常排异能力产生影响，可能会导致雄性不育。

3、细胞周期失败引起的雄性不育细胞周期是维持细胞生长和分裂的重要生理基础，每一次细胞周期都需要进行时间规律的调节，以保证基因表达和DNA复制的正确性。

而当细胞周期出现故障时，可能会导致细胞DNA的修复和复制有误，从而导致雄性不育。

举个例子，玉米中的tassel-less1（tls1）突变纤细伸长，不能形成顶端的花穗，由于缺少了正常花穗产生花粉所需的特定细胞周期，导致释放出的花粉不育。