誰能解釋一下雜交水稻的原理？

熱心網(wǎng)友：選用兩個在遺傳上有一定差異，同時它們的優(yōu)良性狀又能互補的水稻品種，進行雜交，生產(chǎn)具有雜種優(yōu)勢的第一代雜交種，用于生產(chǎn)，這就是雜交水稻。 雜種優(yōu)勢是生物界普遍現(xiàn)象，利用雜種優(yōu)勢提高農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)的主要成就之一。[編輯本段]【歷史發(fā)展】袁隆平1971 年2月調(diào)到湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院專門從事雜交水稻研究工作。為加強和協(xié)調(diào)雜交水稻的科學(xué)研究，1984年6月成立了全國性的雜交水稻專門研究機構(gòu)－－湖南雜交水稻研究中心，后又成立國家雜交水稻工程技術(shù)研究中心，均由袁隆平任中心主任至今。1995年他當選為中國工程院院士。 被稱為雜交水稻之父。 1960年袁隆平從一些學(xué)報上獲悉雜交高粱、雜交玉米、無籽西瓜等，都已廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外生產(chǎn)中。這使袁隆平認識到：遺傳學(xué)家孟德爾、摩爾根及其追隨者們提出的基因分離、自由組合和連鎖互換等規(guī)律對作物育種有著非常重要的意義。于是，袁隆平跳出了無性雜交學(xué)說圈，開始進行水稻的有性雜交試驗。 1960年7月，他在早稻常規(guī)品種試驗田里，發(fā)現(xiàn)了一株與眾不同的水稻植株。第二年春天，他把這株變異株的種子播到試驗田里，結(jié)果證明了上年發(fā)現(xiàn)的那個“鶴立雞群”的稻株，是地地道道的“天然雜交稻”。他想：既然自然界客觀存在著“天然雜交稻”，只要我們能探索其中的規(guī)律與奧秘，就一定可以按照我們的要求，培育出人工雜交稻來，從而利用其雜交優(yōu)勢，提高水稻的產(chǎn)量。這樣，袁隆平從實踐及推理中突破了水稻為自花傳粉植物而無雜種優(yōu)勢的傳統(tǒng)觀念的束縛。于是，袁隆平立即把精力轉(zhuǎn)到培育人工雜交水稻這一嶄新課題上來。 在1964年到1965年兩年的水稻開花季節(jié)里，他和助手們每天頭頂烈日，腳踩爛泥，低頭彎腰，終于在稻田里找到了6株天然雄性不育的植株。經(jīng)過兩個春秋的觀察試驗，對水稻雄性不育材料有了較豐富的認識，他根據(jù)所積累的科學(xué)數(shù)據(jù)，撰寫成了論文《水稻的雄性不孕性》，發(fā)表在《科學(xué)通報》上。這是國內(nèi)第一次論述水稻雄性不育性的論文，不僅詳盡敘述水稻雄性不育株的特點，并就當時發(fā)現(xiàn)的材料區(qū)分為無花粉、花粉敗育和部分雄性不育三種類型。從1964年發(fā)現(xiàn)“天然雄性不育株” 算起，袁隆平和助手們整整花了6年時間，先后用1000多個品種，做了3000多個雜交組合，仍然沒有培育出不育株率和不育度都達到100％的不育系來。袁隆平總結(jié)了6年來的經(jīng)驗教訓(xùn)，并根據(jù)自己觀察到的不育現(xiàn)象，認識到必須跳出栽培稻的小圈子，重新選用親本材料，提出利用“遠緣的野生稻與栽培稻雜交”的新設(shè)想。在這一思想指導(dǎo)下，袁隆平帶領(lǐng)助手李必湖于1970年11月23日在海南島的普通野生稻群落中，發(fā)現(xiàn)一株雄花敗育株，并用廣場矮、京引66等品種測交，發(fā)現(xiàn)其對野敗不育株有保持能力，這就為培育水稻不育系和隨后的“三系”配套打開了突破口，給雜交稻研究帶來了新的轉(zhuǎn)機。 是將“野敗”這一珍貴材料封閉起來，自己關(guān)起門來研究，還是發(fā)動更多的科技人員協(xié)作攻關(guān)呢？在這個重大的原則問題上，袁隆平毫不含糊、毫無保留地及時向全國育種專家和技術(shù)人員通報了他們的最新發(fā)現(xiàn)，并慷慨地把歷盡艱辛才發(fā)現(xiàn)的“野敗”奉獻出來，分送給有關(guān)單位進行研究，協(xié)作攻克“三系”配套關(guān)。 1972年，農(nóng)業(yè)部把雜交稻列為全國重點科研項目，組成了全國范圍的攻關(guān)協(xié)作網(wǎng)。1973年，廣大科技人員在突破“不育系”和“保持系”的基礎(chǔ)上，選用1000多個品種進行測交篩選，找到了1000多個具有恢復(fù)能力的品種。張先程、袁隆平等率先找到了一批以IR24為代表的優(yōu)勢強、花粉量大、恢復(fù)度在90％以上的“恢復(fù)系”。 1973年10月，袁隆平發(fā)表了題為《利用野敗選育三系的進展》的論文，正式宣告我國秈型雜交水稻“三系”配套成功。這是我國水稻育種的一個重大突破。緊接著，他和同事們又相繼攻克了雜種“優(yōu)勢關(guān)”和“制種關(guān)”，為水稻雜種優(yōu)勢利用鋪平了道路。其實，袁隆平早有此慮。早在1986年，就在其論文《雜交水稻的育種戰(zhàn)略》中提出將雜交稻的育種從選育方法上分為三系法、兩系法和一系法三個發(fā)展階段，即育種程序朝著由繁至簡且效率越來越高的方向發(fā)展；從雜種優(yōu)勢水平的利用上分為品種間、亞種間和遠緣雜種優(yōu)勢的利用三個發(fā)展階段，即優(yōu)勢利用朝著越來越強的方向發(fā)展。根據(jù)這一設(shè)想，雜交水稻每進入一個新階段都是一次新突破，都將把水稻產(chǎn)量推向一個更高的水平。1995年8月，袁隆平鄭重宣布：我國歷經(jīng)9年的兩系法雜交水稻研究已取得突破性進展，可以在生產(chǎn)上大面積推廣。正如袁隆平在育種戰(zhàn)略上所設(shè)想的，兩系法雜交水稻確實表現(xiàn)出更好的增產(chǎn)效果，普遍比同期的三系雜交稻每公頃增產(chǎn)750－1500公斤，且米質(zhì)有了較大的提高。至今，在生產(chǎn)示范中，全國已累計種植兩系雜交水稻1800余萬畝。目前，國家“863”計劃已將培矮系列組合作為兩系法雜交水稻先鋒組合，加大力度在全國推廣。 1998年8月，袁隆平又向新的制高點發(fā)起沖擊。他向朱總理提出選育超級雜交水稻的研究課題。朱總理聞訊后非常高興，當即劃撥1000萬元予以支持。袁隆平為此深受鼓舞。在海南三亞農(nóng)場基地，袁隆平率領(lǐng)著一支由全國十多個省、區(qū)成員單位參加的協(xié)作攻關(guān)大軍，日夜奮戰(zhàn)，攻克了兩系法雜交水稻難關(guān)。經(jīng)過近一年的艱苦努力，超級雜交稻在小面積試種獲得成功，畝產(chǎn)達到800公斤，并在西南農(nóng)業(yè)大學(xué)等地引種成功。目前，超級雜交稻正走向大面積試種推廣中。[編輯本段]【相關(guān)術(shù)語】 雄性不育系：是一種雄性退化（主要是花粉退化）但雌蕊正常的母水稻，由于花粉無力生活，不能自花授粉結(jié)實，只有依靠外來花粉才能受精結(jié)實。因此，借助這種母水稻作為遺傳工具，通過人工輔助授粉的辦法，就能大量生產(chǎn)雜交種子。 保持系：是一種正常的水稻品種，它的特殊功能是用它的花粉授給不育系后，所產(chǎn)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。 恢復(fù)系：是一種正常的水稻品種，它的特殊功能是用它的花粉授給不育系所產(chǎn)生的雜交種雄性恢復(fù)正常，能自交結(jié)實，如果該雜交種有優(yōu)勢的話，就可用于生產(chǎn)。 三系雜交水稻：是指雄性不育系、保持系和恢復(fù)系三系配套育種，不育系為生產(chǎn)大量雜交種子提供了可能性，借助保持系來繁殖不育系，用恢復(fù)系給不育系授粉來生產(chǎn)雄性恢復(fù)且有優(yōu)勢的雜交稻。 兩系雜交稻：一種命名為光溫敏不育系的水稻，其育性轉(zhuǎn)換與日照長短和溫度高低有密切關(guān)系，在長日高溫條件下，它表現(xiàn)雄性不育；在短日平溫條件下，恢復(fù)雄性可育。利用光溫敏不育系發(fā)展雜交水稻，在夏季長日照下可用來與恢復(fù)系制種，在秋季或在海南春季可以繁殖自身，不再需要借助保持系來繁殖不育系，因此用光溫敏不育系配制的雜交稻叫做兩系雜交稻。 超級雜交稻：水稻超高產(chǎn)育種，是近20多年來不少國家和研究單位的重點項目。日本率先于1981年開展了水稻超高產(chǎn)育種，計劃在15年內(nèi)把水稻的產(chǎn)量提高50%。國際水稻研究所1989年啟動了“超級稻”育種計劃，要求2000年育成產(chǎn)量比當時最高品種高20%－25%的超級稻。但他們的計劃至今未實現(xiàn)。我國農(nóng)業(yè)部于1996年立項中國超級稻育種計劃，其中一季雜交稻的產(chǎn)量指標為，第一期（1996－2000年）畝產(chǎn)700公斤，第二期（2001－2005年）畝產(chǎn)800公斤。[編輯本段]【超級雜交稻育種技術(shù)路線】 （1）兩系、三系并舉，形態(tài)改良與亞種間雜種優(yōu)勢利用相結(jié)合。 （2）針對長江中下游地區(qū)，構(gòu)建具“高冠層、矮穗層、重心低、庫大而勻、高度抗倒”的優(yōu)良株型的雜交稻組合；針對西南一季稻區(qū)，選育亞種間重穗型雜交稻組合。 （3）選育具有秈粳混合親緣的親本，利用亞種間雜種優(yōu)勢。 （4）借助生物技術(shù)，利用遠緣有利基因。 （5）針對超級雜交稻的特點，建立與之相適應(yīng)的超高產(chǎn)栽培技術(shù)。[編輯本段]【雜交水稻施肥法】 基施有機肥據(jù)測定，在雜交水稻的總需肥量中，有50%-60%的氮和70%的磷、鉀來自土壤，施肥不足就會過多消耗土壤中的養(yǎng)分而降低肥力，增施有機肥是提高肥力的重要途徑。因此，在雜交水稻生產(chǎn)中有機肥的施用量應(yīng)占全期施肥量的40%。 早施分蘗肥早稻在插秧后5天，晚稻在插秧后3天，即可追施分蘗肥。分蘗肥宜分次施用，第一次畝施尿素6-7.5公斤，隔7天左右，根據(jù)苗情，對生長差的田塊，再畝施尿素4公斤；對施有機肥少和缺鉀的田塊，應(yīng)畝施鉀肥5-7.5公斤。 看苗施穗肥穗肥因施用時間不同，可分為促花肥和?；ǚ省７彩乔捌谑┓蔬m當、苗情較好的，一般應(yīng)以?；ㄔ隽橹攸c，只施?；ǚ?，每畝施尿素2.5公斤左右。如果前期施肥不足，群體苗數(shù)偏少，個體長勢較差，促花肥與?；ǚ识家看蚊慨€施尿素5公斤。雜交水稻對鉀肥需求量大，應(yīng)在曬田復(fù)水后結(jié)合追施氮肥，每畝追施鉀肥2.5公斤左右。 看苗施粒肥抽穗前苗色過淡的田塊，每畝施尿素22.5公斤；齊穗后過早落黃的田塊，每畝施尿素 2.5-3公斤；生長正常的田塊，每畝用5-7.5公斤尿素對水50公斤噴施。由于雜交水稻生長后期對磷、鉀的需求量較大，應(yīng)在始穗前4-6天或齊穗后 2-3天，每畝用磷酸二氫鉀150-200克對水50公斤，對生長差的田塊噴施。 如果你想得到生產(chǎn)用種，你是不可以用雜交種留下來的種子的，水稻尤其不行?？梢钥吹某瞿阌幸欢ǖ纳飳W(xué)和遺傳學(xué)知識。你應(yīng)該知道，雜交種是育種家經(jīng)歷很長時間過不同親本配組雜交，最后選出的優(yōu)勢最強的組合，通?；蜷g有互補作用，比如抗病但不優(yōu)質(zhì)的親本和優(yōu)質(zhì)但不抗病不高產(chǎn)的親本配組雜交有可能出現(xiàn)又抗病又高產(chǎn)品質(zhì)還比較好的雜交種。雜交中自交后會出現(xiàn)基因的分離和重新組合，這樣不同的基因組合在一起可能首先是群體不整齊了，還可能出現(xiàn)感病和低產(chǎn)、劣質(zhì)的類型，這當然不是你所希望的。為什么水稻尤其不能用雜交種的后代做生產(chǎn)種呢？因為目前水稻雜交中都是用雄性不育系做母本，由于核質(zhì)基因互作的關(guān)系，雜交種表現(xiàn)為可育，但自交以后不育性狀純合就可能分離出不育株來，這部分水稻植株不育就不能結(jié)種子，產(chǎn)量當然受影響。這當然不是你所需要的。 當然如果你希望自己培育品種，那是可以從雜交種中分離出優(yōu)良材料的，其實目前很多育種家就是從優(yōu)良雜交種的后代中選育自己所需要的材料的，如你所說不僅可以分離出它的父母，甚至可以得到超乎父母的優(yōu)良材料。但這需要時間、耐心、經(jīng)驗和一點點運氣。 你說比袁隆平在地里瞎找要強，這種說法是錯誤的。袁不是在“瞎找”，是在找他所需要的自然變異（通常變異頻率只有數(shù)十萬分之一），這種變異可能是前所未有的可以帶來革命性改變的新的類型，而不是在通常的材料中可以分離出來的，事實上功夫不負有心人，加上該他走運，果然找到了，而且得到了充分利用，才使我國雜交稻研究能夠居于世界領(lǐng)先地位。 你說“能不能從買來的種子上入手研究出雜交水稻的秘密就算非常難，但那也是有一點資料”。非常正確，從買來的種子上理論上是可以破解雜交種的秘密的。不過需要比較長的時間，因為能夠得到穩(wěn)定的純合體已經(jīng)是5代以后的事情了，這個純合體是不是可以用來做親本材料，也需要育種家的經(jīng)驗和眼光。所以從這一點上看，育種不僅是一門技術(shù)，也是一種藝術(shù)。 這么說吧，雜交種子長出來的稻谷在做種子不好是因為它的性狀不穩(wěn)定，起初親本性狀可能很符合種植要求，但是子代形狀分離后就會產(chǎn)生劣種，因為性狀由基因型和表現(xiàn)性決定，通過雜交我們把純和最優(yōu)性狀集合到一起，但是要用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，要經(jīng)過多代自交篩選，取出雜合子，保留穩(wěn)定性狀。 Ps:（袁隆平當年在地里瞎找），這就是科學(xué)嚴謹性的悲哀吧！[編輯本段]【水稻超高產(chǎn)株型模式】 株高：100厘米 稈高：75厘米 分蘗力：中等 株型：適度緊湊 上三葉：長、直、窄、凹、厚 穗型：下垂 穗數(shù)：270萬/公頃 單穗重：5克左右 收獲指數(shù)：0.55 日產(chǎn)量：100公斤/公頃[編輯本段]【亞種間雜種優(yōu)勢利用】 水稻有秈稻和粳稻兩個亞種。理論上講，亞種間雜交稻可比品種間雜交稻增產(chǎn)30%以上。 目前，已經(jīng)基本解決利用亞種間雜種優(yōu)勢的主要難題，新育成的亞種間超級雜交稻穗大粒多、品質(zhì)優(yōu)良，在生產(chǎn)試驗、示范中比現(xiàn)有的品種間雜交稻增產(chǎn)20%以上。[編輯本段]【袁隆平——世界雜交水稻之父】 中國農(nóng)民說，吃飯靠“兩平”，一靠鄧小平（責任制），二靠袁隆平（雜交稻）。西方世界稱，雜交稻是“東方魔稻”，他的另一個稱號是“中國魔稻”。他的成果不僅在很大程度上解決了中國人的吃飯問題，而且也被認為是解決下個世紀世界性饑餓問題的法寶。國際上甚至把雜交稻當作中國繼四大發(fā)明之后的第五大發(fā)明，譽為“第二次綠色革命”。 袁隆平，1930年9月7日生，中國工程院院士，現(xiàn)任國家雜交水稻工作技術(shù)中心暨湖南雜交水稻研究中心主任、湖南省政協(xié)副主席。中國研究雜交水稻的創(chuàng)始人，世界上成功利用水稻雜交優(yōu)勢的第一人。袁隆平長期從事雜交水稻育種理論研究和制種技術(shù)實踐。 1964年首先提出培育“不育系、保持系、恢復(fù)系”三系法利用水稻雜種優(yōu)勢的設(shè)想并進行科學(xué)實驗。1970年，與其助手李必湖和馮克珊在海南發(fā)現(xiàn)一株花粉敗育的雄性不育野生稻，成為突破“三系”配套的關(guān)鍵。 1972年育成中國第一個大面積應(yīng)用的水稻雄性不育系“二九南一號A”和相應(yīng)的保持系“二九南一號B”，次年育成了第一個大面積推廣的強優(yōu)組合“南優(yōu)二號 ”，并研究出整套制種技術(shù)。1986年提出雜交水稻育種分為“三系法品種間雜種優(yōu)勢利用、兩系法亞種間雜種優(yōu)勢利用到一系法遠緣雜種優(yōu)勢利用”的戰(zhàn)略設(shè)想。被同行們譽為“雜交水稻之父”。 他先后獲得了聯(lián)合國知識產(chǎn)權(quán)組織“杰出發(fā)明家”金質(zhì)獎、聯(lián)合國教科文組織“科學(xué)獎”、英國讓克基金會“讓克獎”、美國費因斯特基金會“拯救世界饑餓獎”、聯(lián)合國糧農(nóng)組織“糧食安全保障獎”、日本“日經(jīng)亞洲大獎”、作物雜種優(yōu)勢利用世界“先驅(qū)科學(xué)家獎”、“日本越光國際水稻獎”等八項國際獎。[編輯本段]【饑餓的啟迪】 1960年，我國發(fā)生了全國性的大饑荒，袁隆平和他的學(xué)生們也同樣面臨著饑餓的威脅。 有一次，他帶著40多名農(nóng)校學(xué)生，到黔陽縣硤州公社秀建大隊參加生產(chǎn)勞動。一天，房東老向冒雨挑著一擔稻谷回來。他告訴袁隆平，這是他從另一個村子換來的稻種。 “為什么要換稻種呢？”袁隆平問。 “那里是高坡敞陽田，谷粒飽滿，產(chǎn)量高。施肥不如勤換種啊?！崩舷蛘f，“去年我們用了從那里換來的稻種，田里的產(chǎn)量提高了，今年就沒有吃國家的返銷糧了。” 面對饑荒，老鄉(xiāng)們不是坐等國家救濟，而是主動想辦法提高產(chǎn)量，袁隆平很受感動。 他從這件事上，得到很大啟發(fā)：改良品種，提高產(chǎn)量，對于戰(zhàn)勝饑餓有重大意義。他想，自己除了教好課，還要在農(nóng)業(yè)科研上做出些成績來，為老鄉(xiāng)們培育出高產(chǎn)量的好種子。[編輯本段]【袁隆平的雜交水稻提高產(chǎn)量的原理】 雜交水稻是通過不同稻種相互雜交產(chǎn)生的，而水稻是自花授粉作物，對配制雜交種子不利。要進行兩個不同稻種雜交，先要把一個品種的雄蕊進行人工去雄或殺死，然后將另一品種的雄蕊花粉授給去雄的品種，這樣才不會出現(xiàn)去雄品種自花授粉的假雜交水稻?？墒牵绻覀冇萌斯し椒ㄔ跀?shù)以萬計的水稻花朵上進行去雄授粉的話，工作量極大，實際并不可能解決生產(chǎn)的大量用種。因此，研究培育出一種水稻做母本，這種母本有特殊的個性，它的雄蕊瘦小退化，花藥干癟畸形。靠自己的花粉不能受精結(jié)籽。 為了不使母本斷絕后代，要給它找兩個對象，這兩個對象的特點各不相同：第一個對象外表極像母本，但有健全的花粉和發(fā)達的柱頭，用它的花粉授給母本后，生產(chǎn)出來的是女兒。長得和母親一模一樣，也是雄蕊瘦小退化，花藥干癟畸形、沒有生育能力的母本：另一個對象外表與母本截然不同，一般要比母本高大，也有健全的花粉和發(fā)達的柱頭，用它的花粉授給母本后，生產(chǎn)出來的是兒子，長得比父、母親都要健壯。這就是我們需要的雜交水稻，一個母本和它的兩個對象，人們根據(jù)它們各自不同特點，分別起了三個名字：母本叫做不育系，兩個對象，一個叫做保持系，另一個叫做恢復(fù)系，簡稱為“三系”。有了“三系”配套，我們就知道在生產(chǎn)上是怎樣配制雜交水稻的了：生產(chǎn)上要種一塊繁殖田和一塊制種田，繁殖田種植不育系和保持系，當它們都開花的時候，保持系花粉借助風力傳送給不育系，不育系得到正常花粉結(jié)實，產(chǎn)生的后代仍然是不育系，達到繁殖不育系目的。我們可以將繁殖來的不育系種子，保留一部分來年繼續(xù)繁殖，另一部分則同恢復(fù)系制種，當制種田的不育系和恢復(fù)系都開花的時后，恢復(fù)系的花粉傳送給不育系，不育系產(chǎn)生的后代，就是提供大田種植的雜交稻種。由于保持系和恢復(fù)系本身的雌雄蕊都正常，各自進行自花授粉，所以各自結(jié)出的種子仍然是保持系和恢復(fù)系的后代。[編輯本段]【同名刊物】 《雜交水稻》是迄今雜交水稻領(lǐng)域內(nèi)唯一對國內(nèi)外公開發(fā)行的專業(yè)技術(shù)刊物，以“促進雜交水稻的開拓研究與開發(fā)研究，使研究成果盡快轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，推動雜交水稻科研和生產(chǎn)的不斷發(fā)展，更好地為我國社會主義現(xiàn)代化建設(shè)服務(wù)”為宗旨，堅持“普及與提高相結(jié)合，側(cè)重于提高”的辦刊方針。刊載內(nèi)容涉及到雜交水稻研究與開發(fā)應(yīng)用的全部環(huán)節(jié)，融學(xué)術(shù)性、技術(shù)性、普及性和信息性于一體，先后辟有專題與綜述、選育選配、繁殖制種、栽培技術(shù)、基礎(chǔ)理論、新組合、譯文、簡報、簡訊、國外動態(tài)、米質(zhì)、學(xué)術(shù)爭鳴、特別報道等欄目。國內(nèi)已發(fā)行到全國有水稻種植的各?。ㄊ小^(qū)），國外已發(fā)行到美國、印度、越南等10多個國家和地區(qū)。讀者對象為農(nóng)業(yè)科技人員、農(nóng)業(yè)院校師生、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和管理人員和知識農(nóng)民等。