园林植物遗传育种学实验指导书
实验三 有性繁殖园林植物的杂交一代育种计划制定
一、实验目的
通过利用所学杂种优势育种及相关章节的育种知识，制定具体育种计划，加深对所学知识的理解。
二、育种计划制定的依据
优势育种是先使亲本纯化为自交系，然后使纯化的两个自交系杂交获得杂种一代用于生产。当然，亲本也可为品种，但自交系间的F1优于品种间杂交。杂种优势强弱主要决定于亲本自交系或品种的配合力。因此杂种一代的育种实际上包括两个相互关联的育种步骤：一是自交系选育，有些作物还包括不育系、保持系、自交不亲和系等的选育；二是配合力测定，主要进行自变系或品种的配合力测定，筛选优良杂交组合，考虑到F1种子生产的难易，在杂种一代选育过程中应加强对与亲本繁殖和配制杂种有关性状的选择。
(一)亲本的选择和选配
要紧紧围绕育种目标来选择选配亲本。要根据目标性状的遗传规律，注意构成重要经济性状的各目标性状之间的互补和积加，尽量使亲本的优良性状能在F1充分表现出来。亲本的选择选配应从品种开始，然后，在选定亲本品种内选育自交系，这样可以缩小自交系的选育范围，减少以后的工作量。
(二)自交系的选育
优势育种的关键在于选择优良的自变系。自花授粉作物的品种近似自交系，可直接利用基因型纯合的品种作亲本或从品种中经过少数几代选择获得自交系；异花授粉作物应该首先选择优良品种或杂交种强制自交育成纯度很高的自交系。当选定作为亲本的材料是地方品种时，需要采用系谱法，经过连续4～6代的自交、分离、选择，获得性状整齐一致遗传性稳定的纯合自交系，然后再进行杂交组合的选配；当选定的亲本材料已经是一个自交系，但在个别性状上表现不良或不够突出时，就需要对其进行改造。一般可以采用轮回选择法、回交法和多亲聚台改进法来改造和提高自交系的质量。为了加速自交系的选育进度，可采用花粉(药)培养法，培养单倍体植株，然后再使单倍体加倍，获得纯合二倍体。
(三)自交不亲和系的选育
先对初选配合力高的亲本，进行自交不亲和性的测定，选择标准通常是花期自交亲和指数小于0.5或1，蕾期自交系和指数大于5，可用荧光染色快速测定法测定自交不亲和性。初步获得的自交不亲和株系纯度不高，不亲和性不稳定，必须经过多代(一般为4～5代)自交选择。这样选育出来的系统还要测定系内兄妹交的亲和指数，淘汰系内兄妹交亲和指数大于2的系统。常采用以下一些方法：
6
园林植物遗传育种学实验指导书
l.全组混合授将法 把10株的花药等量混合均匀后采粉，授到提供花粉的10株的柱头上，测定亲和指数，优点是比较省工。缺点是如果发现有结实指数超标的组合时，不易判断哪一个或哪几个父本有问题，不便于基因型分析和淘汰选择。
2.轮配法 每一株既作父本叉作母本分别与其他各株交配，包括全部株间组合的正反交和自交。优点是测定结果最可靠，缺点是组合数太多、工作量太。
3.隔离区自然授粉法 把10株栽在一隔离区。任其自由授粉。优点是省工省事，并且测验条件与实际制种条件相似。缺点是要同时测验几个株系时需要几个隔离区，而网室和温室隔离往往使结实指数偏低。
(四)雄性不育系的选育
1.原始不育材料的获得 利用自然变异、人工引变、远缘杂交、自交和品种间杂交、引种等途径获得原始不育材料。
2.核基因雄性不育系选育 下面以一对隐性核基因控制的雄性不育两用系为例介绍选育方法。
(1)选株：依据核不育的特点，应在花期参照花器不育形态选株。同时将入选株花器进行镜检，选留无花粉或花粉粒变形的不育株。
(2)测交得到不育株：应选择几个父本品种测交，以期获得子一代育性分离，比例为半数可育株，半数为不育株。具体做法是用选得的不育株和某些品种测交，同时将测交父本进行自交保存。
(3)测交后代观察：测交一代能育株和不育株比例接近l︰1的组合，应属核质不育类型，择优保存，于下一年进一步将不育株和同系姊妹可育株进行第二次测交，如此继续测交3～5代，获得能育株和不育株分离的比例为1︰l的稳定株系，即为两用系。
3.质核互作雄性不育系的选育
(1)测交及连续回交筛选保持系：以不育株为母本，选用准备作亲本之一的品系内若干可育株作为父本成对杂交，选出F1全为不育株的组合，其母本为不育系，父本为相应的保持系。
随后以保持系自交，同时作为轮回亲本和不育系进行饱和回交，直到不育系和保持系性状一致为止。
(2)人工合成保持系：比较麻烦，只有通过其他途径得不到保持系时，才考虑使用，具体途径请参考《园艺植物育种学》有关雄性不育系选育的章节。
4.雄性不育系的转育 通过上述方法获得了雄性不育系，如其他性状不符合要求或配合力不高时，就需要把雄性不育系的不育性转移到配合力高的系统上去，并要保持原有的优良性状，成为一个新的雄性不育系，这一工作通常采用连续回交和反复选择的方法。具体步骤因作物雄性不育性的遗传类型不同而有部分区别。如甘蓝油菜的质核互作雄性不育系Polima的不育细胞质已被成功地转育白菜中，育成了结球和不结球白菜的质核互作雄性不育系。
7
园林植物遗传育种学实验指导书
(五)配合力测定
杂种优势主要由等位基因间的显性效应和非等位基因间的互作效应造成，杂交组合优势的强弱，主要取决于特殊配合力。在亲本材料的自交纯化、自交不亲和系和雄性不育系选育取得一定进展的基础上，可以通过一般配合力和特殊配合力的测定，确定符合育种目标要求的优良组合，以自交不亲和系或雄性不育系作母本配制杂交种时，配合力的测定采用半轮配法；以自交系配组时，可采用轮配法。
(六)配组方式的确定
1.单交种 是指用两个自交系交配成的杂种一代，主要优点为基因型杂合程度最高，株间一致性强，制种程序简单，是目前常用的一种配组方式。
2.双交种 是由四个自交系先配成两个单交种，再用两个单交种配成用于生产的杂种一代品种。优点是降低杂种种子生产成本，但杂种优势和群体的整齐性不如单交种。
3.三交种 先用两个自交系配成单交种，再用另一个自交系和单交种杂交得到的杂种品种，优点是降低杂种种子生产成本；缺点为杂种优势和群体的整齐度不如单交种。
4.综合品种 将多个配合力高的异花授粉或自由授粉植物亲本在隔离区内任其自由传粉所得到的品种，适应性更强，但整齐度较差。 三、育种计划制定的内容
育种工作者在开始工作之前，应该有一个较为完整的育种计划方案，以免事倍功半。育种计划的制定因育种目标、选育方法、环境、人力和物力条件而异，无固定模式可循。
下面以园林植物作物甘蓝为例，说明甘蓝杂种一代新品种选育计划设计方案的制定以供参考。
(一)确定育种目标及达到的技术经济指标
目前，从甘蓝生产及市场发展趋势分析，今后甘蓝的总需求量不会大量增加，但期望周年均有甘蓝供应，并且要求高品质、小型化。因此，优质抗病丰产是目前及今后一个时期内甘蓝育种的主要目标。
国家“七五”及“八五”攻关项目“甘蓝新品种选育技术研究”专题，具体的育种目标为： 1.品质叶球外观符合当地消费者的要求，叶球帮叶比不高于30%；叶球紧实度0.5以上，球内中心柱长不超过球高的1/2；叶质脆嫩，风味品质优良，无异味；维生索C每100g含量在45mg以上，粗纤维少。
2.抗病性抗病毒病(TuMV)兼抗黑腐病。 3.产量高于同类主栽品种10%。 (二)技术路线及实施方案
1.通过多种途径广泛收集甘蓝种质资源，为项目的实施打下基础，对收集到的资源材料进行整理与观察。在当地甘蓝种植季节，在田间设观察圃地进行栽培，按当地的种植习惯，在同样的栽培管理条件下，对其植物学性状和生物学特性作观察鉴定。观察记录项目有：
8
园林植物遗传育种学实验指导书
(1)植物学性状：株高、开展度、外叶叶形、叶片大小、外叶数、叶色、叶面特征、叶球形状等。
(2)生物学特性：整齐度、抗病性(主要是病毒病、黑腐病等)、产量(包括全株重、叶球重)、净菜率、紧实度、生育期等。
通过观察鉴定从中初步选出基本符合育种目标，并有利用价值的原始材料，进一步自交纯化，选出优良的自交不亲和系。
2.自交不亲和系的选育 甘蓝是典型的异花授粉植物，杂种优势十分明显，加之群体内自交不亲和基因频率较高，通过选择可以得到稳定的自交不亲和系供配制杂种一代之用，因此杂种优势已成为目前甘蓝育种最为主要的育种途径。
甘蓝杂优利用的正常工作程序是先从配合力强的品种中选育经济性状好的自交不亲和系，再用选出的自交不亲和系配成不同的组合，测定其产量及其他经济性状，最后选出最佳组合。但为了缩短育种年限，一般都采取经济性状选择纯化，自交不亲和系选育和配合力测验等工作同时进行的育种程序。在以上程序中，自交不亲和系的选育决定了能否获得理想的亲本，是甘蓝杂种一代选育的关键。
自交不亲和系的选育以选择具有良好经济性状，符合育种目标的地方品种、常规品种或F1品种作为选育自交不亲和系的亲本材料。在S0代进行单株自交，每品种可入选20～30株进行自交不亲和性测定。在严格的隔离条件下，花期自花授粉测定亲和指数，同时在相同植株的不同花枝上进行蕾期自交授粉，以保存种子和测定蕾期亲和指数。对初选出的优良自交不亲和植株，还应连续进行花期和蕾期自交分离、纯化，并严格测定自交不亲和性。每代都注意选择那些自交不亲和性与经济性状综合表现好，抗病性强的植株留种(每系统10株左右)，直到自交不亲和性稳定为止。优良的自交不亲和系除要求系统内所有植株花期自交都不亲和外，还要求同一系统内所有植株在正常花期内相互授粉也表现不亲和。一般在S3、S4代可采用混合花粉授粉法(取四五株花粉混合)或成对法进行花期系内兄妹交测定亲和指数，如测定结果为不亲和，即为自交不亲和系，花期亲和指数(指花期授粉每朵花平均结籽数)以小于0.5或1作为实用标准，蕾期授粉亲和指数一般要求5以上。育成1个优良的自交不亲和系一般四五代。
3.在自交不亲和系选育和经济性状鉴定的同时，对甘蓝材料抗病性进行鉴定 利用危害当地甘蓝的芜菁花叶病毒(TuMV)的代表性毒源及黑腐病菌，进行苗期室内人工接种鉴定，并与田间自然鉴定相结合，筛选出单抗和复合抗性表现较好的抗原材料。
4.对品质进行鉴定 利用感官鉴定法进行甘蓝外观、风味和质地的鉴定；利用理化方法分析帮叶比、叶球紧实度、中心柱长，以及纤维素、维生素C、可溶性固形物的含量等，以筛选出符合要求的优质材料。
5.配合力测定 用筛选出的符合育种目标的自交不亲和系，按照Griffing(1956)完全双列杂交的第四种方案或格子方法制定杂交计划，进行配合力测定，选配优质、多抗(抗TuMV兼抗黑腐病)、丰产的甘蓝杂种一代组合。
9
园林植物遗传育种学实验指导书
6.品种比较试验和区域性试验 将通过上述育种程序和鉴定方法选育出的优良组合，进行品比试验和区域性试验，以确定其在生产上的应用价值和品种的区域适应性，这两项工作可同时进行，选育出符合育种目标的甘蓝杂种一代品种。
7.亲本的扩大繁殖及一代杂种生产 从品比试验的后期开始，就要对表现突出组合的亲本适当扩大繁殖。一方面增加亲本种子数量，另一方面扩大F1种子量。在进行生产试验的同时，研究该组合的杂交制种技术，建立杂交种生产基地，以便新品种迅速推广。
(三)甘蓝杂种一代选育程序
四、实验内容
选择1种有性繁殖的园林作物，根据市场和生产需求，结合该物种的繁殖特性及现有种质资源和品种现状，制定1个杂种一代育种计划。
10