在农业生产上，许多优良品种往往在种植几年以后，由于隔离不严等原因会失去原有的丰产性，使品种退化，产量下降。经过长期的实践，人们发现在生产上使用杂交种，比使用连年种植的优良品种有更显著的增产作用,作物表现出生长整齐、植株健壮、产量高、抗虫抗病能力强等特点，人们称这种现象为杂种优势。
但是,杂种优势往往只表现在两个品种杂交后的第一代上。杂种第一代所结的种子再种下去，长出来的杂种第二二代(F2)就会出现生长不齐、产量下降等现象。因此要保持作物的杂种优势，就必须年年配制第一代杂交种 。
通过杂交的方法生产的杂交种要直接用于大田生产，需要的种子数量很大。这就要求杂交育种工作要简单易行，如果用生产上通常采用的人工去雄方法,在实践中存在着很大的困难。
这是因为对于玉米等雌雄同株异花的作物，人工去雄还比较容易，但是,对于水稻、小麦等雌雄同花，并且花又很小的作物,人工去雄就非常困难了。
如果杂交母本的雄蕊本来就不能产生正常可育的花粉，不就可以省去人工去雄的工作吗?
科学家经过艰苦的努力，终于在自然界中找到了这样的植株，它们的雄蕊发育不正常，不能产生可育的花粉,但是雌蕊正常可育，可以接受其他植株的花粉而产生种子，这种现象在遗传学上称为雄性不育。同种植物中具有可遗传的雄性不育性状的植株群体叫做雄性不育系(简称不育系)。有了雄性不育系，就免去了大量的人工去雄工作，这样既节省了大量的劳动力，又可以保证杂交种的纯度。
植物为什么会发生雄性不育现象呢?
研究表明，小麦、水稻和玉米等作物，它们的雄蕊是否可育，是由细胞核和细胞质中的基因共同决定的(图3-4 )。在细胞核和细胞质中，都含有决定雄蕊是否可育的基因。其中，细胞核的不育基因用r表示，可育基因用R表示，并且R对r为显性;细胞质的不育基因用S表示，可育基因用N表示。在上述四种基因的关系中，细胞核可育基因( R )能够抑制细胞质不育基因(S)的表达，因此，当细胞核可育基因(R )存在时，植株都表现为雄性可育;当细胞质基因为可育基因(N )时，无论细胞核具有可育基因还是不育基因，植株都表现为雄性可育;只有当细胞核不育基因(rr)与细胞质不育基因(S)同时存在时，植株才能表现为雄性不育。
在利用雄性不育系培育杂交种的过程中，首先遇到的是如，何解决雄性不育系的自身留种问题。也就是说，用什么品种作为父本,才能使后代保持雄性不育的特点呢?
从图3-5中可以看出，用基因型为N ( rr)的品种作为父本，与基因型为S(rr)的雄性不育系杂交，杂交后代的基因型就是S( rr),表现为雄性不育。这里，基因型为N (rr)的品种，既能使母本结实，又使后代保持了不育特性，因此叫做雄性不育保持系(简称保持系)。
大田中使用的杂交种应当是雄性可育的，否则就不能够自交结实。那么，用什么品种与雄性不育系杂交才能产生雄性可育的杂交种呢?
从图3-6中可以看出，用基因型为N (RR)的品种作父本，与基因型为S (rr)的雄性不育系杂交，才能使后代恢复可育性。这种能够使雄性不育系的后代恢复可育性的品种，叫做雄性不育恢复系(简称恢复系)。用这样的种子在田间大面积播种，长成的植株既可以通过传粉而结实，又可以在各方面表现出较强的优势。在杂交育种中，雄性不育系、雄性不育保持系和雄性不育恢复系必须配套使用。这就是人们常说的三系配套。
