谁能解释一下杂交水稻的原理？

谁能解释一下杂交水稻的原理？

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。 杂种优势是生物界普遍现象，利用杂种优势提高农作物产量和品质是现代农业科学的主要成就之一。[编辑本段]【历史发展】 袁隆平1971 年2月调到湖南省农业科学院专门从事杂交水稻研究工作。为加强和协调杂交水稻的科学研究，1984年6月成立了全国性的杂交水稻专门研究机构－－湖南杂交水稻研究中心，后又成立国家杂交水稻工程技术研究中心，均由袁隆平任中心主任至今。1995年他当选为中国工程院院士。 被称为杂交水稻之父。 1960年袁隆平从一些学报上获悉杂交高粱、杂交玉米、无籽西瓜等，都已广泛应用于国内外生产中。这使袁隆平认识到：遗传学家孟德尔、摩尔根及其追随者们提出的基因分离、自由组合和连锁互换等规律对作物育种有着非常重要的意义。于是，袁隆平跳出了无性杂交学说圈，开始进行水稻的有性杂交试验。 1960年7月，他在早稻常规品种试验田里，发现了一株与众不同的水稻植株。第二年春天，他把这株变异株的种子播到试验田里，结果证明了上年发现的那个“鹤立鸡群”的稻株，是地地道道的“天然杂交稻”。他想：既然自然界客观存在着“天然杂交稻”，只要我们能探索其中的规律与奥秘，就一定可以按照我们的要求，培育出人工杂交稻来，从而利用其杂交优势，提高水稻的产量。这样，袁隆平从实践及推理中突破了水稻为自花传粉植物而无杂种优势的传统观念的束缚。于是，袁隆平立即把精力转到培育人工杂交水稻这一崭新课题上来。 在1964年到1965年两年的水稻开花季节里，他和助手们每天头顶烈日，脚踩烂泥，低头弯腰，终于在稻田里找到了6株天然雄性不育的植株。经过两个春秋的观察试验，对水稻雄性不育材料有了较丰富的认识，他根据所积累的科学数据，撰写成了论文《水稻的雄性不孕性》，发表在《科学通报》上。这是国内第一次论述水稻雄性不育性的论文，不仅详尽叙述水稻雄性不育株的特点，并就当时发现的材料区分为无花粉、花粉败育和部分雄性不育三种类型。从1964年发现“天然雄性不育株” 算起，袁隆平和助手们整整花了6年时间，先后用1000多个品种，做了3000多个杂交组合，仍然没有培育出不育株率和不育度都达到100％的不育系来。袁隆平总结了6年来的经验教训，并根据自己观察到的不育现象，认识到必须跳出栽培稻的小圈子，重新选用亲本材料，提出利用“远缘的野生稻与栽培稻杂交”的新设想。在这一思想指导下，袁隆平带领助手李必湖于1970年11月23日在海南岛的普通野生稻群落中，发现一株雄花败育株，并用广场矮、京引66等品种测交，发现其对野败不育株有保持能力，这就为培育水稻不育系和随后的“三系”配套打开了突破口，给杂交稻研究带来了新的转机。 是将“野败”这一珍贵材料封闭起来，自己关起门来研究，还是发动更多的科技人员协作攻关呢？在这个重大的原则问题上，袁隆平毫不含糊、毫无保留地及时向全国育种专家和技术人员通报了他们的最新发现，并慷慨地把历尽艰辛才发现的“野败”奉献出来，分送给有关单位进行研究，协作攻克“三系”配套关。 1972年，农业部把杂交稻列为全国重点科研项目，组成了全国范围的攻关协作网。1973年，广大科技人员在突破“不育系”和“保持系”的基础上，选用1000多个品种进行测交筛选，找到了1000多个具有恢复能力的品种。张先程、袁隆平等率先找到了一批以IR24为代表的优势强、花粉量大、恢复度在90％以上的“恢复系”。 1973年10月，袁隆平发表了题为《利用野败选育三系的进展》的论文，正式宣告我国籼型杂交水稻“三系”配套成功。这是我国水稻育种的一个重大突破。紧接着，他和同事们又相继攻克了杂种“优势关”和“制种关”，为水稻杂种优势利用铺平了道路。 其实，袁隆平早有此虑。早在1986年，就在其论文《杂交水稻的育种战略》中提出将杂交稻的育种从选育方法上分为三系法、两系法和一系法三个发展阶段，即育种程序朝着由繁至简且效率越来越高的方向发展；从杂种优势水平的利用上分为品种间、亚种间和远缘杂种优势的利用三个发展阶段，即优势利用朝着越来越强的方向发展。根据这一设想，杂交水稻每进入一个新阶段都是一次新突破，都将把水稻产量推向一个更高的水平。1995年8月，袁隆平郑重宣布：我国历经9年的两系法杂交水稻研究已取得突破性进展，可以在生产上大面积推广。正如袁隆平在育种战略上所设想的，两系法杂交水稻确实表现出更好的增产效果，普遍比同期的三系杂交稻每公顷增产750－1500公斤，且米质有了较大的提高。至今，在生产示范中，全国已累计种植两系杂交水稻1800余万亩。目前，国家“863”计划已将培矮系列组合作为两系法杂交水稻先锋组合，加大力度在全国推广。 1998年8月，袁隆平又向新的制高点发起冲击。他向朱总理提出选育超级杂交水稻的研究课题。朱总理闻讯后非常高兴，当即划拨1000万元予以支持。袁隆平为此深受鼓舞。在海南三亚农场基地，袁隆平率领着一支由全国十多个省、区成员单位参加的协作攻关大军，日夜奋战，攻克了两系法杂交水稻难关。经过近一年的艰苦努力，超级杂交稻在小面积试种获得成功，亩产达到800公斤，并在西南农业大学等地引种成功。目前，超级杂交稻正走向大面积试种推广中。[编辑本段]【相关术语】 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。[编辑本段]【超级杂交稻育种技术路线】 （1）两系、三系并举，形态改良与亚种间杂种优势利用相结合。 （2）针对长江中下游地区，构建具“高冠层、矮穗层、重心低、库大而匀、高度抗倒”的优良株型的杂交稻组合；针对西南一季稻区，选育亚种间重穗型杂交稻组合。 （3）选育具有籼粳混合亲缘的亲本，利用亚种间杂种优势。 （4）借助生物技术，利用远缘有利基因。 （5）针对超级杂交稻的特点，建立与之相适应的超高产栽培技术。[编辑本段]【杂交水稻施肥法】 基施有机肥据测定，在杂交水稻的总需肥量中，有50%-60%的氮和70%的磷、钾来自土壤，施肥不足就会过多消耗土壤中的养分而降低肥力，增施有机肥是提高肥力的重要途径。因此，在杂交水稻生产中有机肥的施用量应占全期施肥量的40%。 早施分蘖肥早稻在插秧后5天，晚稻在插秧后3天，即可追施分蘖肥。分蘖肥宜分次施用，第一次亩施尿素6-7.5公斤，隔7天左右，根据苗情，对生长差的田块，再亩施尿素4公斤；对施有机肥少和缺钾的田块，应亩施钾肥5-7.5公斤。 看苗施穗肥穗肥因施用时间不同，可分为促花肥和保花肥。凡是前期施肥适当、苗情较好的，一般应以保花增粒为重点，只施保花肥，每亩施尿素2.5公斤左右。如果前期施肥不足，群体苗数偏少，个体长势较差，促花肥与保花肥都要施，每次每亩施尿素5公斤。杂交水稻对钾肥需求量大，应在晒田复水后结合追施氮肥，每亩追施钾肥2.5公斤左右。 看苗施粒肥抽穗前苗色过淡的田块，每亩施尿素22.5公斤；齐穗后过早落黄的田块，每亩施尿素 2.5-3公斤；生长正常的田块，每亩用5-7.5公斤尿素对水50公斤喷施。由于杂交水稻生长后期对磷、钾的需求量较大，应在始穗前4-6天或齐穗后 2-3天，每亩用磷酸二氢钾150-200克对水50公斤，对生长差的田块喷施。 如果你想得到生产用种，你是不可以用杂交种留下来的种子的，水稻尤其不行。可以看的出你有一定的生物学和遗传学知识。你应该知道，杂交种是育种家经历很长时间过不同亲本配组杂交，最后选出的优势最强的组合，通常基因间有互补作用，比如抗病但不优质的亲本和优质但不抗病不高产的亲本配组杂交有可能出现又抗病又高产品质还比较好的杂交种。杂交中自交后会出现基因的分离和重新组合，这样不同的基因组合在一起可能首先是群体不整齐了，还可能出现感病和低产、劣质的类型，这当然不是你所希望的。为什么水稻尤其不能用杂交种的后代做生产种呢？因为目前水稻杂交中都是用雄性不育系做母本，由于核质基因互作的关系，杂交种表现为可育，但自交以后不育性状纯合就可能分离出不育株来，这部分水稻植株不育就不能结种子，产量当然受影响。这当然不是你所需要的。 当然如果你希望自己培育品种，那是可以从杂交种中分离出优良材料的，其实目前很多育种家就是从优良杂交种的后代中选育自己所需要的材料的，如你所说不仅可以分离出它的父母，甚至可以得到超乎父母的优良材料。但这需要时间、耐心、经验和一点点运气。 你说比袁隆平在地里瞎找要强，这种说法是错误的。袁不是在“瞎找”，是在找他所需要的自然变异（通常变异频率只有数十万分之一），这种变异可能是前所未有的可以带来革命性改变的新的类型，而不是在通常的材料中可以分离出来的，事实上功夫不负有心人，加上该他走运，果然找到了，而且得到了充分利用，才使我国杂交稻研究能够居于世界领先地位。 你说“能不能从买来的种子上入手研究出杂交水稻的秘密就算非常难，但那也是有一点资料”。非常正确，从买来的种子上理论上是可以破解杂交种的秘密的。不过需要比较长的时间，因为能够得到稳定的纯合体已经是5代以后的事情了，这个纯合体是不是可以用来做亲本材料，也需要育种家的经验和眼光。所以从这一点上看，育种不仅是一门技术，也是一种艺术。 这么说吧，杂交种子长出来的稻谷在做种子不好是因为它的性状不稳定，起初亲本性状可能很符合种植要求，但是子代形状分离后就会产生劣种，因为性状由基因型和表现性决定，通过杂交我们把纯和最优性状集合到一起，但是要用于农业生产，要经过多代自交筛选，取出杂合子，保留稳定性状。 Ps:（袁隆平当年在地里瞎找），这就是科学严谨性的悲哀吧！[编辑本段]【水稻超高产株型模式】 株高：100厘米 秆高：75厘米 分蘖力：中等 株型：适度紧凑 上三叶：长、直、窄、凹、厚 穗型：下垂 穗数：270万/公顷 单穗重：5克左右 收获指数：0.55 日产量：100公斤/公顷[编辑本段]【亚种间杂种优势利用】 水稻有籼稻和粳稻两个亚种。理论上讲，亚种间杂交稻可比品种间杂交稻增产30%以上。 目前，已经基本解决利用亚种间杂种优势的主要难题，新育成的亚种间超级杂交稻穗大粒多、品质优良，在生产试验、示范中比现有的品种间杂交稻增产20%以上。[编辑本段]【袁隆平——世界杂交水稻之父】 中国农民说，吃饭靠“两平”，一靠邓小平（责任制），二靠袁隆平（杂交稻）。西方世界称，杂交稻是“东方魔稻”，他的另一个称号是“中国魔稻”。他的成果不仅在很大程度上解决了中国人的吃饭问题，而且也被认为是解决下个世纪世界性饥饿问题的法宝。国际上甚至把杂交稻当作中国继四大发明之后的第五大发明，誉为“第二次绿色革命”。 袁隆平，1930年9月7日生，中国工程院院士，现任国家杂交水稻工作技术中心暨湖南杂交水稻研究中心主任、湖南省政协副主席。中国研究杂交水稻的创始人，世界上成功利用水稻杂交优势的第一人。袁隆平长期从事杂交水稻育种理论研究和制种技术实践。 1964年首先提出培育“不育系、保持系、恢复系”三系法利用水稻杂种优势的设想并进行科学实验。1970年，与其助手李必湖和冯克珊在海南发现一株花粉败育的雄性不育野生稻，成为突破“三系”配套的关键。 1972年育成中国第一个大面积应用的水稻雄性不育系“二九南一号A”和相应的保持系“二九南一号B”，次年育成了第一个大面积推广的强优组合“南优二号 ”，并研究出整套制种技术。1986年提出杂交水稻育种分为“三系法品种间杂种优势利用、两系法亚种间杂种优势利用到一系法远缘杂种优势利用”的战略设想。被同行们誉为“杂交水稻之父”。 他先后获得了联合国知识产权组织“杰出发明家”金质奖、联合国教科文组织“科学奖”、英国让克基金会“让克奖”、美国费因斯特基金会“拯救世界饥饿奖”、联合国粮农组织“粮食安全保障奖”、日本“日经亚洲大奖”、作物杂种优势利用世界“先驱科学家奖”、“日本越光国际水稻奖”等八项国际奖。[编辑本段]【饥饿的启迪】 1960年，我国发生了全国性的大饥荒，袁隆平和他的学生们也同样面临着饥饿的威胁。 有一次，他带着40多名农校学生，到黔阳县硖州公社秀建大队参加生产劳动。一天，房东老向冒雨挑着一担稻谷回来。他告诉袁隆平，这是他从另一个村子换来的稻种。 “为什么要换稻种呢？”袁隆平问。 “那里是高坡敞阳田，谷粒饱满，产量高。施肥不如勤换种啊。”老向说，“去年我们用了从那里换来的稻种，田里的产量提高了，今年就没有吃国家的返销粮了。” 面对饥荒，老乡们不是坐等国家救济，而是主动想办法提高产量，袁隆平很受感动。 他从这件事上，得到很大启发：改良品种，提高产量，对于战胜饥饿有重大意义。他想，自己除了教好课，还要在农业科研上做出些成绩来，为老乡们培育出高产量的好种子。[编辑本段]【袁隆平的杂交水稻提高产量的原理】 杂交水稻是通过不同稻种相互杂交产生的，而水稻是自花授粉作物，对配制杂交种子不利。要进行两个不同稻种杂交，先要把一个品种的雄蕊进行人工去雄或杀死，然后将另一品种的雄蕊花粉授给去雄的品种，这样才不会出现去雄品种自花授粉的假杂交水稻。可是，如果我们用人工方法在数以万计的水稻花朵上进行去雄授粉的话，工作量极大，实际并不可能解决生产的大量用种。因此，研究培育出一种水稻做母本，这种母本有特殊的个性，它的雄蕊瘦小退化，花药干瘪畸形。靠自己的花粉不能受精结籽。 为了不使母本断绝后代，要给它找两个对象，这两个对象的特点各不相同：第一个对象外表极像母本，但有健全的花粉和发达的柱头，用它的花粉授给母本后，生产出来的是女儿。长得和母亲一模一样，也是雄蕊瘦小退化，花药干瘪畸形、没有生育能力的母本：另一个对象外表与母本截然不同，一般要比母本高大，也有健全的花粉和发达的柱头，用它的花粉授给母本后，生产出来的是儿子，长得比父、母亲都要健壮。这就是我们需要的杂交水稻，一个母本和它的两个对象，人们根据它们各自不同特点，分别起了三个名字：母本叫做不育系，两个对象，一个叫做保持系，另一个叫做恢复系，简称为“三系”。有了“三系”配套，我们就知道在生产上是怎样配制杂交水稻的了：生产上要种一块繁殖田和一块制种田，繁殖田种植不育系和保持系，当它们都开花的时候，保持系花粉借助风力传送给不育系，不育系得到正常花粉结实，产生的后代仍然是不育系，达到繁殖不育系目的。我们可以将繁殖来的不育系种子，保留一部分来年继续繁殖，另一部分则同恢复系制种，当制种田的不育系和恢复系都开花的时后，恢复系的花粉传送给不育系，不育系产生的后代，就是提供大田种植的杂交稻种。由于保持系和恢复系本身的雌雄蕊都正常，各自进行自花授粉，所以各自结出的种子仍然是保持系和恢复系的后代。[编辑本段]【同名刊物】 《杂交水稻》是迄今杂交水稻领域内唯一对国内外公开发行的专业技术刊物，以“促进杂交水稻的开拓研究与开发研究，使研究成果尽快转化为生产力，推动杂交水稻科研和生产的不断发展，更好地为我国社会主义现代化建设服务”为宗旨，坚持“普及与提高相结合，侧重于提高”的办刊方针。刊载内容涉及到杂交水稻研究与开发应用的全部环节，融学术性、技术性、普及性和信息性于一体，先后辟有专题与综述、选育选配、繁殖制种、栽培技术、基础理论、新组合、译文、简报、简讯、国外动态、米质、学术争鸣、特别报道等栏目。国内已发行到全国有水稻种植的各省（市、区），国外已发行到美国、印度、越南等10多个国家和地区。读者对象为农业科技人员、农业院校师生、农业生产和管理人员和知识农民等。