第十章 雄性不育及其杂种品种的选育

教学的基本要求 （1）理解并掌握雄性不育的概念及遗传原理； （2）掌握质核互作雄性不育不育系、保持系和恢复系的选育、杂种品种的选配方法； （3）了解核雄性不育杂种品种的选育和利用方法。

教学基本内容 第一节 雄性不育的遗传 一、质核互作雄性不育的遗传 二、核雄性不育的遗传 第二节 雄性不育的生物学特性 一、雄性不育的形态差异 二、雄性不育的细胞学特征 三、雄性不育的生理生化特性 第三节 核质互作雄性不育杂种品种的选育 一、不育系和保持系的选育 二、恢复系的选育 三、杂种品种的选育 第四节 核雄性不育杂种品种的选育 一、核不育种质的获得及鉴定 二、光温敏核不育杂种品种的选育

雄性不育（male-sterility）是指不能产生有功能的雄性配子而失去生殖功能的特性。雄性不育性在植物界普遍存在，据Kaul报道：已经在43个科、162个属、617个物种及种间杂种中发现了雄性不育，其中包括玉米、水稻、小麦、高粱、油菜、棉花等主要农作物。

1763年Kölreuter就在一些植物中观察到花药败育的现象，以后Gartner（1844）、Herbert（1847）、Darwin（1890）先后在一些植物中观察到有规律地发生雄蕊败育的现象。

1893年Darwin将这种类型的不育性归结为植物雌雄异株的进化，这种雌雄异株使自花授粉植物物种可以自由地进行杂交授粉。Bateson（1908）指出：雄性不育性不是简单地随机发生的偶然事件，而是一种遗传上的调节体系。

Kaul（1991）指出：雄性不育代表了一种良好的遗传机制，这种机制拓宽了高等作物中的基因库和细胞质基础，并增加了高等作物的遗传适应性，还通过对环境的遗传适应性拓宽了植物栖息地和生态范围。

雄性不育可以作为重要工具用于各种作物的杂交育种和杂种优势利用，特别是自花授粉作物和常异花授粉作物的杂种优势利用，更是把雄性不育作为最重要的途径。

当杂交母本获得了雄性不育性，就可以免除大面积制种时的去雄劳动，降低种子生产成本，提高杂种种子质量，获得更大的经济效益。

第一节 雄性不育的遗传

遗传的雄性不育分为质核互作不育（cytoplasmic-nucleic male sterility）和核不育（nucleic male sterility）两种类型。

一、质核互作雄性不育的遗传 （一）质核互作雄性不育的遗传解释 质核互作雄性不育又称为细胞质雄性不育（CMS），简称质不育，这种不育性是由细胞质基因和细胞核基因共同控制的。

在细胞质中含有雄性不育的遗传因子S即不育细胞质或雄性可育的遗传因子N即可育细胞质；在细胞核中含有雄花育性恢复的显性基因R或雄性不育的隐性基因r，两种细胞质与三种细胞核组成六种遗传类型：

------------------------------------------------------ 细 胞 核 纯合显性 杂合显性 纯合隐性 细胞质 （R R） （R r） （r r） --------------------------------------------------------------- 可育细胞质N N（R R） N（R r） N（r r） 不育细胞质S S（R R） S（R r） S（r r） ----------------------------------------------------------------------

在上述六种遗传结构中: 遗传结构为N（R R）和S（R R）的是纯合的雄性不育恢复系； 具N（r r）遗传结构的是雄性不育保持系； 具S（r r）遗传结构的是雄性不育系。

具N（R r）或S（R r）是遗传结构为杂合的雄性不育恢复系，但在杂交制种中一般使用纯合的雄性不育恢复系。

（1）、S（r r）×N（r r）→S（r r）即F1全部表现为雄性不育，说明N（r r）具有保持雄性不育性在世代中稳定遗传传递的能力，因而将N（r r）基因型的品种和品系称为雄性不育保持系（maintain line）简称保持系（B）

（2）、S（r r）×N（R R）或S（r r）×S（R R）→S（R r）即F1全部表现为雄性可育，说明基因型为N（R R）或S（RR）能使不育性得到恢复，具有N（R R）或S（RR）基因型的品种或品系称为雄性不育恢复系（restorer line）简称恢复系（R）。

（3）、S（r r）×S（R r）或 S（r r）×N（R r）→S（R r）和S（r r），即F1表现为育性分离，说明基因型为S（R r）和N（R r）具有杂合的恢复能力，从N（R r）的自交后代中可选育出纯合的保持系[N（rr）]和纯合的恢复系[N（RR）]，而从S（Rr）的自交后代中可选育出不育系S（rr）和基因型纯合的恢复系S（RR）。

质核互作雄性不育的一大特点是能实现不育系、保持系和恢复系配套，并能通过“三系法”将杂种优势应用于生产。

（二）多种核质基因对应的遗传 同一植物内可以有多种质核不育类型，这些不育类型虽然同属核质互作型，但是由于细胞质不育基因和核基因的来源和性质不同，在表现型特征和恢复性反应上往往表现出明显的差异。

例如：玉米中100多种不同来源的质核型不育系，根据其恢复性反应的差别，可分为T、C、S三组，用不同的自交系进行测定，发现有些自交系对三组都能恢复，有些只能恢复其中的一组或二组，有的全部不能恢复。这说明每种不育类型都需要某一特定的恢复基因来恢复，反映出恢复基因有专效性和对应性。

玉米不育类型反应出的多样性和对应性表现在细胞质中和染色体上分别有许多个与雄性不育有关的对应位点。

细胞质中存在多个可育基因：N1、N2、…Nn 它们不育性的基因便对应为：S1、S 2、…Sn 核内相对的不育基因分别为：r1、 r2、… rn 核内相对的可育基因对应为：R1、R 2、…Rn

核内的育性基因总是与细胞质的育性基因发生对应互作，不同的质核对应互作有不同的遗传基础和育性表现，它们之间是互相独立、互不干扰的。

（三）孢子体不育和配子体不育的遗传 按照雄性不育花粉败育发生的过程，细胞质雄性不育性可分为配子体不育和孢子体不育两种类型。 （三）孢子体不育和配子体不育的遗传 按照雄性不育花粉败育发生的过程，细胞质雄性不育性可分为配子体不育和孢子体不育两种类型。

1、孢子体不育 孢子体雄性不育的花粉的育性受母体的基因型（孢子体基因型）控制，与花粉（配子体）本身的基因无关。花粉败育发生在孢子体阶段，当母本植株是S（rr）时，花粉全部败育，没有受精能力，而当母本植株可育时，不管基因是纯合还是杂合，全部花粉都是可育的。

因此，孢子体不育的特点是：不育系与恢复系杂交时，所获得的杂种一代，花粉全部正常，结实也全部正常，但杂种二代因不育基因分离重组，将有不育株产生。

当孢子体中带有可育的基因N或R时，不论配子体（花粉）的基因是R或r，这种花粉都是正常可育的。不育系与纯合的恢复系杂交所得到的杂交种F1是正常雄性可育的，F1自交的F2群体中的植株产生3∶1或9∶7或15∶1 的育性（可育∶不育）分离。

2、配子体雄性不育 配子体雄性不育是指不育系的花粉败育发生在雄配子阶段，花粉的育性受配子体本身基因型控制，因此，配子体基因为不育时花粉表现不育，配子体基因为可育时花粉育性表现正常。

因此，配子体不育的特点是：不育系与恢复系杂合所获得的杂种一代，花粉有二类（不育与可育），而且各占1/2。因此，子一代的花粉只有半数左右是正常的，但是它并不影响结实，子一代的结实率全部正常。由于子一代带有不育基因的花粉败育不参加受精，因此子二代配子有两种基因型（RR、Rr）存在，但都结实正常，没有不育株出现。

（四）主基因不育和多基因不育 质核互作型不育既有主基因控制的，也有多基因控制的，所谓主基因不育是指一对或两对核基因与对应的不育细胞质基因决定的不育性，在这种情况下，由一对或两对显性的核基因就能使育性恢复正常，如油菜波里马和陕2A不育系就属于此类。

多基因不育性是指由两对以上的细胞质基因与对应的核基因共同决定的。在这种情况下，有关的基因有较弱的表现型效应，但是它们彼此之间往往有累加效应，因此，当不育系与恢复系杂交时，F1的表现常因恢复系携带的恢复基因多少而表现不同，F2的分离也较为复杂。常常呈从育性较好到接近不育的许多过渡类型，已知小麦T型不育系就属于这种类型。

二、核雄性不育的遗传

(一)核雄性不育的遗传 核雄性不育简称核不育。这种雄性不育受细胞核基因的控制，与细胞质无关。一般核不育基因是隐性的，而正常品种具有的可育基因是显性的，所以可使核不育恢复的品种很多，但是没有保持品种（保持系），不能实现三系配套。

不育系 × 正常品种 不育系 × 杂合品种 （ms ms）↓（Ms Ms） （ms ms）↓（Ms ms） 可育 Ms ms 不育 ms ms 1 ︰ 1可育 Ms ms ↓ 自交 3可育 ︰ 1不育

核不育主要有:单隐性基因、双隐性基因、单显性基因和双显性基因控制四种类型。

单基因控制的不育，其细胞核内含有纯合的不育基因（msms），而在正常品种细胞核内含有纯合的可育基因（MsMs），当不育株与可育株杂交时，F1便恢复育性，F2分离出不育株，一般不育株与可育株的分离比例是1∶3，不育株与F1中的可育株杂交，其杂种后代不育株与可育株的比例呈1∶1，核不育的后代分离比例符合孟德尔定律。

二对隐性基因控制的核不育，不育系与正常可育系杂交，其F2的分离比例可能是15可育∶1不育，也可能呈9∶7的分离。

双隐性基因控制的雄性不育性 如水稻光温敏核不育系，它是由两对主基因控制的：ms1 ph、ms1ph，ms2ph、ms2ph。

（二）显性核雄性不育的遗传 不育性受一对显性基因（MsMs）控制时，用带隐性基因（msms）的可育材料与它杂交，杂种为不育杂合型（Msms），全部植株都是雄性不育的，继续用可育株（msms）与它杂交，杂种是1∶1（可育∶不育）分离。这个群体内同胞交，从不育株上收获的种子种成的群体中，可育株与不育株各占一半。

不育系 （Ms ms）× 可育系ms ms） ↓ 不育 Ms ms 1 ︰ 1可育 ms ms

单显性基因控制的核不育可作为自花授粉作物进行轮回选择的异交工具，但是一般不用于杂种优势利用，因为它不能得到稳定的不育系。如小麦的太谷核不育系。

双显性基因控制的雄性不育性 目前报道的有上海农科院李树林等育成的育性受两对显性基因控制的甘蓝型油菜核不育系23A，两对基因分别为Ms Ms和Rf Rf，其中Rf对Ms有上位抑制作用。

由于核不育系的遗传特点，在理论上尚不能找到自然正常的保持系，在育种实践中还有很多问题没有解决，尽管可以采用一些特殊的遗传方法来保持不育系，但是在应用中还有很大的难度，所以到目前还没有推广使用。

（三）环境诱导核雄性不育的遗传 20世纪70年代以来，我国陆续在水稻、小麦、玉米、大豆等作物中发现了光温敏核不育种质，表现出光温等环境因子诱导雄性不育的现象，近年来，大量研究的结果证实水稻光温诱导雄性不育的特性具有以下特点：

（1）诱导育性转换的主导因子是光和温。根据光温作用可分为三类： 第一类，光照长度是决定育性转换的主要因子，温度只起协调作用，称为光敏型核不育 。这类型包括长光不育、短光可育和短光不育、长光可育两种。

第二类，育性受控于幼穗发育敏感期的温度，光照长度基本不起作用，称为温敏型核不育，这类型包括高温不育低温可育和高温可育低温不育两种。

第三类，难以区分光、温的主次作用，表现型上是一种互作关系，称为光温互作型核不育。

（2）光诱导的敏感期是幼穗发育中的二次枝梗原基至花粉母细胞形成期，对光敏感的部位，也就是调节育性转换的光受体是光敏色素。温诱导的敏感期是幼穗发育的整个时期，特别是花粉母细胞减数分裂前后，即花粉母细胞形成至花粉内容物充实期。对温敏感的部位是生长点的分生细胞。

（3）育性的转换是量变到质变的过程。在不育的光温条件得到满足时，植株的不育率和不育度都可达到100%。在可育的光温条件得到满足时，植株的可育率可达到100%，但是可育度与正常品种稍有差异，只能达到基本正常。

光温对植株各器官的诱导效应表现出局限性，相互之间是不能传导的，有时同一植株因为不同发育时期的穗子接受光温条件不同而表现育性也有差异。

光温诱导雄性不育的遗传研究已获得了以下结果： ①光温诱导雄性不育的遗传受细胞核隐性基因控制，不表现细胞质效应，属于孢子体不育类型。 光温诱导雄性不育的遗传研究已获得了以下结果： ①光温诱导雄性不育的遗传受细胞核隐性基因控制，不表现细胞质效应，属于孢子体不育类型。

②有些种质及部分组合杂交F2和BC1F1群体中，可育株与不育株分别表现为3∶1和1∶1分离，即受一对主效基因控制；另一些种质及部分组合杂交F2和BC1F1群体中，可育株和不育株分别表现15∶1和3∶1分离，即受二对主效基因控制。

③不论是一对主基因或二对主基因控制都认为有微效基因的修饰作用存在。

④在进行了基因的等位性分析后，证实目前水稻的光温敏核不育基因有些等位，有些不等位，最少涉及到5个以上不同位点的基因。

光温诱导雄性不育的发现使核不育材料有可能通过二系法利用杂种优势，它开辟了杂种优势利用的又一重要途径，在理论和实践上都有重要的意义。

利用光温敏核不育特性配制杂种品种，可以免去不育系繁殖的异交过程，免去不育细胞质带来的各种负作用，以及由于恢复源广、配组自由，获得强优势组合的几率大大提高。但是，光温敏核不育系的繁殖、制种过程受到诱导光温条件的制约，这是值得注意的一个特点。

第二节 雄性不育的生物学特性 一、雄性不育的形态差异 第二节 雄性不育的生物学特性   一、雄性不育的形态差异

雄性不育植株在外部形态上与同品种的正常株极为相似，但是在开花后，不育株与可育株之间可以从雄花的形态上加以区别：

正常植株的花药都是黄色肥大饱满的，内含很多成熟花粉，花粉粒充实饱满，形状大小一致，数量多，在适宜条件下能够充分开裂并将花粉散出。

而不育株的花药则色浅瘦小干瘪，内无花粉或无正常花粉，或花粉粒畸形皱缩不规则，无内容物，在适宜条件下，花药不能开裂，也无花粉散出。

除了以上花药和花粉的差异外，还有一些其它的异常形式，如花丝畸形、花药退化等。有一些不育基因因与其它基因连锁或一因多效，使一些明显的农艺性状与不育性并存，极有利不育植株的鉴别。如矮杆籼稻的不育株在抽穗后明显比正常株矮，穗抽不出来，表现有严重的剑叶包裹穗子的现象。

二、雄性不育的细胞学特征 雄性不育的细胞学特征主要反映在花粉败育过程和花药组织结构异常两个方面。 二、雄性不育的细胞学特征   雄性不育的细胞学特征主要反映在花粉败育过程和花药组织结构异常两个方面。

（一）雄性不育的花粉败育特征 被子植物不育系花粉败育的形式和时期是多种多样的。单子叶植物的花粉败育多数达到或接近双核期。双子叶植物花粉败育则多在四分体形成以前的时期。大量研究证明：雄性不育花粉败育的特点因不育的遗传基础不同而不同，其遗传基础的差异决定了花粉败育的形式和时期。

小孢子的形成从花粉母细胞开始，到成熟花粉粒为止，整个过程如下： ⒈花粉母细胞→⒉第一次减数分裂： ⑴前期（细线期→ 偶线期→ 粗线期→ 双线期→ 终变期） ⑵→中期Ⅰ→ ⑶后期Ⅰ→ ⑷末期Ⅰ→ ⑸细胞质分裂→⒊第二次减数分裂： ⑴前期Ⅱ→ ⑵中期Ⅱ→ ⑶后期Ⅱ →⑷末期Ⅱ→ ⑸细胞质分裂）→⒋四分体→⒌单核期：⑴早期 →⑵中期→ ⑶后期→⒍静止期（间期II）→⒎第一次有丝分裂 ：（⑴前期→ ⑵中期→ ⑶后期→ ⑷末期）⒏双核期→⒐第二次有丝分裂：（⑴前期→ ⑵中期→ ⑶后期→ ⑷末期→⒑三核期→⒒成熟花粉粒。

一般来说，不育系花粉的败育和退化，大都发生在以下四个时期：小孢子母细胞形成期、 小孢子母细胞减数分裂期、单核花粉期、二核和三核期。其中前两个时期败育的较少，通常都是在花粉发育时期败育的，尤其以单核花粉期的败育最为普遍。

根据败育时期和形成结构可将花粉败育划分为三种类型。 1、无花粉型 从造孢细胞到花粉母细胞减数分裂形成四分体以前的各个时期，由于细胞进行无丝分裂，原生质块状解体，异形细胞不断分裂成小细胞后消失，四分孢子体保持收缩状态，细胞解体成碎片状最后导致花粉囊中无花粉。

2、单核败育型 通过减数分裂形成的四分体进一步发育形成花粉粒，刚形成的花粉粒是一个单核的细胞，在单核花粉晚期败育的称为单核败育型，它的原生质收缩，核膜消失，核物质与胞质相混逐步解体消失，内容物空缺，变成空壳花粉或胞壁崩缺退化，花粉囊中最后只剩下各种畸形的花粉粒。

3、双核败育型 花粉发育进入双核以后至花粉发育成正常花粉以前败育的称为双核败育型，这时生殖核和营养核逐步解体消失，多成空壳花粉，有些二核期后，生殖核和核仁变小，营养核退化，核膜消失，花粉充满小液泡，甚至有少量淀粉积累，最后在花粉囊中残存一些与正常花粉有别的空壳或小粒花粉。

花粉败育是一个连续过程，与细胞质和细胞核都有关，有些不育系可能只表现在同一时期败育的一种花粉败育型，但有些不育系则可能同时存在不同时期败育的多种花粉败育型。

一般规律显示，孢子体不育遗传型的花粉败育相对较早，多为单核败育型，而配子体不育的花粉败育相对较迟，多为双核型。

以电子显微镜研究玉米、小麦、水稻等作物的花粉败育特征，其结果有一些共同之处，都表现不育花粉比可育花粉的细胞质稀薄，细胞器较少，质体膨胀；线粒体基质发亮，嵴短而少，逐步退化；内质网不发达，核糖体多为聚核糖体，液泡增多等现象。液泡膜内陷而破坏。水解酶功能活跃。超微结构逐步退化解体，导致花粉的败育。

（二）雄性不育花药壁的异常结构 1、绒毡层细胞的异常现象 2、中间层细胞的异常现象 3、花药壁结构的异常及其它 （二）雄性不育花药壁的异常结构 1、绒毡层细胞的异常现象 2、中间层细胞的异常现象 3、花药壁结构的异常及其它

三、雄性不育的生理生化特性   雄性不育系与可育系在生理生化特性上也存在一些不同。总的来说，不育系的生理代谢水平要比可育系低，在这方面的研究涉及物质和能量的代谢、蛋白质、酶、激素的变化等方面。

（一）、物质运输和代谢 （二）、能量代谢 （三）、蛋白质 1、蛋白质代谢强度的差异 2、植物特异蛋白与雄性不育 （四）、氨基酸含量 1、总量 2、氨基酸的变异性

（五）、酶的活性 1、胼胝酶 2、细胞色素氧化酶 3、脱氢酶 4、葡萄糖—6—磷酸脱氢酶 5、磷酸化酶 6、其它酶 7、酶的差异 （六）、内源激素 核酸缺乏、微量元素的缺乏

雄性不育性的花药中，核酸含量的减少，可能归因于酶系统以及核酸合成所需的核苷酸或先驱物的功能不全；大部分雄性不育花药中显示出紊乱的氮—碳代谢，糖、核酸和氨基酸的含量的变化以及酶的活性降低，这些变化并不是雄性不育性基因作用的原因，而是其结果。

第三节 核质互作雄性不育 杂种品种的选育

核质互作雄性不育是通过三系法来利用杂种优势的，这是目前各种农作物利用杂种优势的主要途径。核质互作雄性不育杂种品种又称三系杂交种。

核质互作雄性不育杂种品种的选育包括两个阶段： 第一个阶段是三系选育，也就是选育不育系、保持系和恢复系，用来作配制杂交种的亲本。 核质互作雄性不育杂种品种的选育包括两个阶段： 第一个阶段是三系选育，也就是选育不育系、保持系和恢复系，用来作配制杂交种的亲本。

第二个阶段是杂交种的选育，就是选用不育系和恢复系做亲本配制成杂种进行观察比较，根据试验结果及生产需要确定最佳杂种品种及其亲本组合。

三系的遗传型是高度纯合的，它的选育属于纯系育种范畴，采用纯系育种的各种方法；而杂种品种的遗传型是高度杂合的，它的选配主要是依据杂种优势形成的规律进行的。

一、不育系和保持系的选育

（一）胞质雄性不育材料的获得 获得核质互作雄性不育材料是选育不育系的前提，其途径主要是远缘杂交，或通过自然不育株的转育利用。 （一）胞质雄性不育材料的获得 获得核质互作雄性不育材料是选育不育系的前提，其途径主要是远缘杂交，或通过自然不育株的转育利用。

在自然界寻找的不育株或通过人工诱变产生的不育株大多数都是核不育的。

不育系的选育方法主要有： 1、远缘杂交核置换 不同物种或类型，由于亲缘关系较远，遗传差异较大，质核之间有一定的分化，杂交后代常常会产生不育株，将此不育株做母本与原父本或类似品种回交，后代若能保持不育，则表示此乃质核互作产生的不育，继续回交多代，就可以育成不育系和保持系。现将水稻二九矮不育系的选育过程图示如下：

说明 母 本 父 本 野败 × 二九矮 ↓ 共19株，全不育占90%，高度不育占10%，F1×二九矮 性状不整齐，选全不育的回交 ↓ 共96株，全不育占97.9%，性状有分离 BC1F1×二九矮 选像父本的不育株回交 ↓ 共565株，全不育株占99.5%，性状有分离 BC2F1×二九矮 选像父本的不育株回交 ↓ 共5565株，不育性已稳定，性状已整齐 BC3F1×二九矮（保持系） 完全像父本 ↓ 二九矮不育系 图 水稻二九矮不育系的选育过程

通过种间或类型间杂交获得不育系。即以一个具有雄性不育细胞质（S）和可育核基因（Rf Rf）的物种作母本与另一个具有雄性可育细胞质（N）和雄性不育核基因（rf rf）的物种作父本杂交，将杂交种后代与父本S（rf rf）连续回交，即可得到不育系，如高粱中的3197A不育系，水稻中的野败型不育系等。

在用这种方法培育不育系时，原来作父本的并用来进行连续回交的品种就是所获得的不育系的同型保持系。

2、用带有雄性不育细胞质的不同品种之间杂交选育雄性不育系 在同一个物种中，有的品种的遗传结构是S（Rf Rf），有的品种的遗传结构是N（rf rf），当这两种遗传结构的品种进行杂交时，在其F2代群体中也能分离出雄性不育株。如玉米中的Y 型不育系。

S(RfRf) × N(rfrf) ↓ F1 S(Rfrf) ↓自交 S(RfRf) S(Rfrf) S(rfrf) 不育系

（二）不育系和保持系的选育方法 在育种工作中，不育系的选育通常是通过双亲间的核置换杂交（回交）完成的。就是在现有不育系或不育材料的基础上，为了获得更多的不育系，可用回交转育的方法选育同核异质或同质异核的新不育系。

用父本回交，每回交一代就代换母本一半染色体，通过多代的回交，就可以用父本的染色体代换掉母本的全部染色体。核置换后，作为提供核背景的轮回父本，也就变成了与不育系相应的保持系。在这一过程中，正确的选择可以缩短回交世代，而不正确的选择将会延长这一过程。

连续回交选育不育系的过程，要严格选择性状像父本的不育单株做母本进行成对回交，在低世代回交的株系宜多，每株系的群体可小，随着回交世代的提高，株系逐步减少，但每株系的群体要增大，根据群体整齐度和不育性的表现具体确定群体的大小直至不育系育成。

现有的不育系甲 × 保持系乙 S(rfrf) N(rfrf) ↓ F1 S(rfrf) ×保持系N(rfrf)乙 ↓ ↘ BC1F1 S(rfrf) ×保持系N(rfrf)乙 ↓ ↘ BC2F1 S(rfrf) ×保持系N(rfrf)乙 ↓ ↘ BC3F1 S(rfrf) ×保持系N(rfrf)乙 ↓ ↘ BC4F1 S(rfrf) ×保持系N(rfrf)乙 ↓ ↓ ┊ ┊ ↓ ↓ 不育系乙 同型保持系 乙

杂种一代的各种特性都是由不育系和恢复系的核基因决定的，挑选具有保持能力的各种优良品种转育成新不育系将可丰富不育系的类型，提高选配优良杂交组合的几率，这是一种目标明确，简便易行而又有实用价值的新不育系选育方法。

（三）不育系和保持系的具体要求 雄性不育系必须在大群体下通过鉴定，并达到四点基本要求： （三）不育系和保持系的具体要求 雄性不育系必须在大群体下通过鉴定，并达到四点基本要求：

第一、不育性彻底，不育度和不育率达100%，自交不结实； 第二、不育性能够稳定遗传，不因环境变化和多代回交而改变； 第三、群体的农艺性状整齐一致，与它的保持系相似； 第四、雌性器官发育正常，能接受可育花粉而正常结实。 第五、细胞质不具严重弊病。

①配合力好，具有高产潜力，优良性状多，不良性状少； 在生产上具有应用价值的优良不育系，除了上述四点基本要求外，还要具有： ①配合力好，具有高产潜力，优良性状多，不良性状少； ②恢复面广，可恢复性好； ③具有良好的花器构造和开花习性，异交率高； ④品质好； ⑤抗性好。

保持系是不育系的同核异质体，在相当大的程度上可以说有什么样的保持系就会有什么样的不育系。上述对优良不育系的各种要求，实际上也是对保持系的要求，在选育工作中首先要按照要求来选育保持系，然后再通过保持系传递给不育系。

二、恢复系的选育

（一）恢复基因的发掘 细胞质雄性不育系雄花育性的恢复是由恢复基因控制的，一般而言，恢复基因是与不育基因等位的显性可育基因。 （一）恢复基因的发掘 细胞质雄性不育系雄花育性的恢复是由恢复基因控制的，一般而言，恢复基因是与不育基因等位的显性可育基因。

恢复基因的来源有三个方面： ①从提供不育细胞质的母本品种中提取。细胞质里存在着不育基因的品种，其核中一定存在着恢复基因，因为只有这样才能保证该品种自身的正常繁殖，当用这一品种做母本利用其不育细胞质育成不育系后，也可以通过杂交等方法从其细胞核中将可育基因提取出来育成恢复系。

②从提供不育细胞质的近缘种中测交筛选，恢复基因的存在与不育细胞质的分布频率有关，在不育细胞质分布频率较高的类似品种中进行测交筛选，就有可能发现较多的恢复基因。

③恢复基因是通过亲本传递重组的，凡是用恢复品种作亲本衍生出的各种后代，都有可能成为恢复基因的新供体。

雄性不育的恢复是以杂种一代的花粉育性和结实率为衡量依据的，有恢复谱和恢复力的差异。

恢复谱体现在广谱性和专一性方面，即有的恢复系能恢复多种不同类型的不育系（万能恢复系），但有的恢复系只能恢复一种不育系。

根据杂种结实的程度可以判断出恢复系的恢复力有强弱之分。凡杂种结实率很高而且各种条件下都很稳定，则证明恢复力很强，如果杂种结实率很低或不稳定，则表明恢复力弱。

（二）恢复系的选育方法 1、测交筛选法。 测交筛选就是利用现有的常规品种与不育系进行测交，从中筛选出恢复力强、农艺性状、杂种优势都达到目标要求的品种成为恢复系，这是一种最简单而且有效的方法。

具体方法是:选用一批优良的自交系或品种作父本，与不育系测交，分别采收和种植各测交组合及其父本的种子，如果F1为完全可育的，则该组合的父本就是恢复系。

如果组合F1不仅是雄性可育即恢复的，而且具有强大的杂种优势，综合农艺性状也优良，通过比较试验证明其具有生产利用价值，则就可以对该组合进行扩大繁殖和杂交制种，以用于生产。

在F1开花时，对不能开花散粉或完全不育的组合，用其父本作轮回亲本继续回交5代以上，即可将父本转育成雄性不育系，同时原父本就是该不育系的同型保持系。

2、杂交选育法 杂交选育的方法是目前恢复系选育的主要方法，它可以按照育种者的要求通过基因重组，将优良性状和恢复基因结合在一起，形成更优秀的新恢复系。

杂交选育的基本要点是：按照一般的杂交育种程序，选择适宜的亲本进行杂交，从杂种一代起就根据育种目标和恢复性进行多代的单株选择，在主要性状基本稳定时就用不育系进行边测边选，选育出恢复力强、配合力高和性状优良的新恢复系。

----将恢复基因累加 ----改良恢复系的农艺性状 ----选育出同质恢复系 （2）恢复系×保持系 （3）不育系×恢复系 （1）恢复系×恢复系 ----将恢复基因累加 （2）恢复系×保持系 ----改良恢复系的农艺性状 （3）不育系×恢复系 ----选育出同质恢复系

3、回交转育法 　回交转育法又称定向转育法。对一些农艺性状优良并能配出高产优质杂交种的品种 ，但由于其恢复性不好而不能作为恢复系利用时，可以通过回交转育法将其育成理想的恢复系。

具体方法是：选用一个强恢复系与该品种杂交，以后用该品种连续回交，但在回交过程中要边测边选，即选那些具有恢复基因而又像该品种的单株做目标再回交，当入选单株完全与该品种同型后，可自交二代，让其纯合，就育成了遗传背景与该品种一样的新恢复系。

回交转育法如选用不育细胞质来进行，就是应用具不育细胞质的恢复系S（RR）先与不育系杂交，用它们的杂种S（Rr）再与待转育的优秀品种杂交并回交，就可以免除回交过程中的测恢步骤。因为是以不育细胞质为基础的，凡不具有恢复基因的单株将是不育的，应该淘汰。

4、人工诱变法 利用物理或化学诱变的方法也可以选育出新恢复系 4、人工诱变法 利用物理或化学诱变的方法也可以选育出新恢复系

（三）优良恢复系的选育标准

恢复系必须具备3个条件： ①恢复系是一个群体性状整齐一致结实正常的纯系； ②它能使不育系的不育性完全恢复正常； ③它的恢复性不因世代的增加或环境的改变而变化。

①恢复力强，所配的杂种开花散粉正常、结实率达到常规推广品种，也不因更换同质不育系而影响恢复力； 作为具有生产应用价值的优良恢复系除了上述基本要求外，还必须具备以下优良特性： ①恢复力强，所配的杂种开花散粉正常、结实率达到常规推广品种，也不因更换同质不育系而影响恢复力； ②配合力好，具有高产潜力，优良性状多，缺点容易被克服，能配出理想的强优势组合； ③遗传基础丰富，能与不育系保持有较大的遗传距离； ④株高稍高于不育系，花时长，花粉量大，有利异交结实； ⑤品质好，能配出商品价值高的杂种； ⑥抗性好，能对主要病虫害和不良环境有较好的抗性。

三、三系杂交种的生产利用 质核互作型雄性不育的特点是能够获得“三系”，并通过“三系法”利用杂种优势。三系法配制杂交种品种包括繁殖和制种两个过程，分别在不同的隔离区进行，如图。

不育系繁殖田 杂交制种田 隔离区I（繁殖不育系和保持系） 隔离区II（杂交制种和繁殖恢复系） 不育系 × 保持系 不育系 ×　 恢复系 S（rf rf） N（rf rf） S（rf rf）　S或N（Rf Rf）  （自交与姊妹交）   （自交与姊妹交） 不育系 保持系 杂交种 恢复系 S（rf rf） N（rf rf） S（Rf rf） S或N（Rf Rf） 图 三系法利用杂种优势示意图

繁殖田由不育系和保持系组成，主要目的是繁殖不育系种子，供下一年繁殖和杂交制种用。制种田由不育系和恢复系组成，主要目的是获得商品杂种种子供大田生产应用。