杂交水稻的原理

杂交水稻的原理

一、杂交稻的概念
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.
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.
杂交水稻分为三系杂交水稻和两系杂交水稻.
　　二、什么是三系杂交稻
　　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,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雄性恢复且有优势的杂交稻.三系法杂交稻的生产程序,可图示如下：
　　三系法杂交稻的生产程序
　　我国于1964年开始研究杂交水稻,1973年实现了三系配套,1976年开始在大面积生产上推广杂交稻,由于增产效果明显,杂交稻的种植面积迅速扩大,2004年达2.6亿多亩,占全国水稻总面积的59％,占总产量的67％.近几年全国水稻的平均亩产约420公斤,其中杂交水稻为470公斤,常规稻为380公斤,2004年日本水稻平均亩产为445公斤,世界水稻平均亩产为253公斤.
　　三、什么是两系杂交稻
　　上世纪八十年代,湖北一位农业技术员石明松在水稻品种农垦58中发现一株特别的水稻,它在夏季抽穗时表现为雄性不育,在秋季抽穗则表现雄性正常,经过进一步的研究,终于弄明了其育性转换与日照长短和温度高低有密切关系,即在长日高温条件下,它表现雄性不育;在短日平温条件下,恢复雄性可育,并将这种水稻命名为光温敏不育系.
　　利用光温敏不育系发展杂交水稻有两大优越性.第一是免除了保持系,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.两系法在种子生产程序上减少了一个环节,从而降低了种子生产成本.第二是配组自由,选配到优良组合的机率大大高于三系法,大量的试验表明,95％以上的现有水稻品种,都能使两系不育系的育性恢复,而只有不到5％的品种能恢复三系不育系的育性.由此可知,在选择优良组合方面,两系法要比三系法优越得多.
　　两系法杂交稻为我国独创,于1995年研究成功,是作物育种上的重大突破,近年的种植面积在4000万亩左右,一般比三系杂交稻增产5-10％.