一種利用花葯培養快速選育新小麥光溫敏不育系的方法

2023-05-29 13:00:06

專利名稱：一種利用花葯培養快速選育新小麥光溫敏不育系的方法
技術領域：
本發明屬於作物科學、作物育種領域，具體地，本發明是一種利用花葯培養 快速選育新小麥光溫敏不育系的方法。
背景技術：
小麥是世界上分布最廣的第一大糧食作物，在我國常年種植面積為4億畝左 右，僅次於水稻居於第二位。小麥作為自花授粉作物，其雜種優勢的利用被認為 是二十一世紀提高小麥產量的重要途徑。多年來，各國一直都在努力尋求開發利 用其雜種優勢的途徑與方法。目前小麥雜種優勢利用主要有三種方法核質互作 雄性不育的利用(三系法)、化學殺雄技術的利用(化殺法)和光溫敏雄性不育的 利用(二系法)。由於二系法制種成本低且恢復源廣泛，較易獲得優勢組合，己成 為小麥雜種優勢利用領域的重要方向。而光溫敏雄性不育系是二系法雜交小麥的 核心和基礎，矮稈、早熟、開穎角度大、育性轉換穩定的優異不育系的創新，對 促進二系法雜交小麥進入大面積生產應用具有重要意義。現有創新小麥光溫敏不育系的主要方法是常規育種中的系譜法，即用需改造的光溫敏不育系與一常規品種雜交，對其自交或回交的後代進行連續7 8代以上的育性和農藝性狀的選擇，最後育成新的不育系。由於一般情況下，小麥一年只 種植一代，利用常規育種方法育成一個穩定的光溫敏不育系至少需要八年的時間， 不僅耗時、耗力，也很大地增加了生產成本。在不育系分離世代的選擇過程中，為保證獲得自交種子，必須將各個分離世 代種植在可育環境下，無法同時進行不育環境下的育性鑑定，就造成在選擇過程中可能丟失某些不育材料，降低了育種效率。在分離世代選擇過程中，由於具有不育性狀的植株在開花期處於開穎授粉狀 態，而且開穎時間較長，如不馬上用雜交袋套住麥穗，會受周圍其它植株花粉的 侵染，產生異交種子，影響了後代的選擇；而把分離世代的單株全部套上雜交袋， 工作量非常巨大，是不現實的，同時也影響了許多性狀的調查。現有常規育種技術不僅育種周期長，而且操作難度大、選擇效率較低。因而， 整個選育小麥光溫敏不育系的育種技術具有許多改進的地方。發明內容為了解決上述現有技術中存在的問題，提出並完成了本發明。 本發明的目的是提供利用花葯培養快速選育新小麥光溫敏不育系的方法。本 發明就是要克服常規技術的育種周期長、操作難度大、育性鑑定和不育後代選擇 無法兼顧的不足，提供一種快速改造小麥光溫敏不育系資源的新方法，使從雜交 到改造成新不育系資源僅需4年時間。根據本發明的利用花葯培養快速選育新小麥光溫敏不育系的方法包括以下步驟1 )使需改造的光溫敏不育系作為母本與作為父本常規小麥品種雜交或反交， 獲得F1雜交種；2) 播種上述獲得的Fl雜交種子或經過一次選擇的F3代種子；3) 在F1或F3植株的小孢子發育到單核中晚期時進行花葯接種，獲得單倍體;4) 對上述由步驟3)獲得的單倍體進行染色體加倍，獲得純合二倍體；以及5) 獲得上述純合二倍體的種子，其中一部分在可育環境中種植以鑑定品種的 農藝性狀並繁殖種子，另一部分在不育環境中種植以鑑定品種的育性，從而選育 出具有所需農藝性狀的小麥光溫敏不育系。其中，在步驟3)中，所述單倍體可以為單倍體愈傷組織。此時，在步驟4)中，通過將所述單倍體愈傷組織移至加倍培養基實現染色體加倍，獲得純合二倍體愈傷組織。當所述純合二倍體愈傷組織分化為綠苗後，在4 6t)下放置2 4個 月後再移栽。或者，在步驟3)中，所述單倍體可以為單倍體花培綠苗。此時，所述獲得的 單倍體花培綠苗在染色體加倍之前，在4 6'C下被放置2 4個月，移栽成活後再 進行染色體加倍。 一方面，在步驟4)中，可以通過自然加倍實現染色體加倍，獲 得純合二倍花培綠苗；另一方面，可以通過人工加倍實現染色體加倍，獲得純合 二倍花培綠苗。根據本發明的方法，優選地，在步驟l)中選擇花培效率高的光溫敏不育系作 為母本；選擇配合力高、中早熟、矮稈多穗或多花型、開顆授粉的小麥常規材料 作父本。本發明的技術方案是選擇配合力高、中早熟、矮稈多穗或多花型、開穎授粉 的小麥常規材料作父本，與擬改造的小麥光溫敏不育系雜交(反交亦可)，獲得雜 交F,代。對其Ft代或經過一次選擇的F3代進行花葯培養，誘導出單倍體花培綠苗， 移栽成活，並採用染色體人工加倍或自然加倍方法使其結實，得到純合二倍體材 料。將此純合二倍體材料同時在可育環境和不育環境下種植，鑑定此材料的育性、 開花習性和農藝性狀，並繁殖種子，達到創造新不育系的目標。根據本發明的方法，其中，將進行花葯培養的F,代或經過一次選擇的F3代需 要適當晚播和低密度種植，保證其花葯正常發育，北京地區要求播種期為10月1 日至8日，提早和推遲均降低花葯培養效果。根據本發明的方法，其中，花葯培養的外植體要生長健壯，個體發育好。一 般要取主莖大櫱的花葯進行培養。接種花葯的花粉粒發育時期為單核中晚期，其 外部形態為小麥孕穗期旗葉下部葉鞘明顯膨大，但葉鞘不能裂開，孕穗處於旗葉 與倒二葉的1/3處和1/2處。剝開葉鞘，麥軸稍有彎曲、穎殼淡黃色的麥穗適合花 藥接種。花葯培養使用三步法，第一步為愈傷組織誘導，使用W14或C17培養基， 在28-30'C暗培養。第二步為綠苗分化，使用大量元素減半的MS培養基，在25-27。C光照培養，光照強度2000勒克司。第三步為壯苗，使用添加了多效唑的壯根培 養基，培養環境與第二步相同。根據本發明的方法，其中，獲得的花培綠苗要低溫越夏。 一般要在無光照4 'C冷藏至移栽合適期前5-7天。根據本發明的方法，其中，花培綠苗移栽及管理包括選擇合適的移栽時期， 一般在白天16-2(TC，晚上5-6。C (北京地區10月中旬)為適宜期。移栽前5-7天 將花培綠苗從冷藏環境中取出，放在自然環境下練苗，花培綠苗會由黃轉綠。移 栽時洗淨花培綠苗根部的培養基，掐去過長的老葉上部，栽入己施好肥的陽畦中， 用手指壓實根的四周。栽完後要及時澆透水，並搭成一個高60公分、寬120公分 的拱型小塑料棚。栽後1星期內要注意保持土壤和空氣的高溼狀態，為防溫度過 高也要及時開啟小塑料棚兩端進行通氣降溫。1星期後可逐步打開整個小塑料棚， 進行正常管理。在入冬前要澆足水，蓋上小塑料棚，直至來年開春。根據本發明的方法，單倍體花培綠苗可通過自然加倍和人工加倍兩個途徑成 為正常二倍體。染色體人工加倍有兩種方法， 一是在培養基內加倍，即當第一步 誘導出愈傷組織後，及時轉移到加倍培養基上培養24小時，再轉移到分化培養基 上正常培養。加倍培養基的成分是在每升分化培養基裡再加入250毫克的秋水仙 鹼。二是在花培綠苗移栽成活後到達分櫱盛期時用萬分之四秋水仙鹼和1.5%二甲 基亞碸在18—2(TC下浸泡花培綠苗的根系至分櫱節，浸泡時間8小時為宜。為防止 在培養過程中已自然加上倍的二倍體花培植株重複加倍，要事先檢測花培綠苗的 葉片氣孔保衛細胞長度來鑑定出二倍體。 一般取花培綠苗第二葉中部表皮作一裝 片進行顯微測量，氣孔保衛細胞長度》64um為二倍體，64《nm為單倍體。檢 出的單倍體植株經加倍處理後要流水衝洗根部半小時，再重新栽入土壤中。根據本發明的方法，其中，所獲得的純合二倍體材料的種子要一分為二，分 別在不育環境和可育環境下種植。在不育環境中重點考察和鑑定育性情況，在可 育環境中重點考察和鑑定農藝性狀並繁殖種子，從而創新出新不育系。本發明利用花培方法創新小麥光溫敏不育系，在四大環節上規範操作適當 晚播和低密度種植，保證F1代的花葯發育正常；通過綜合應用花葯培養技術，提 高綠苗誘導率；通過越夏、選擇合適移栽期、搭小塑料棚和精心管理，提高花培 綠苗的移栽成活率；通過自然加倍、培養基內秋水仙鹼加倍及氣孔保衛細胞長度 檢測與分櫱節秋水仙鹼加倍聯合使用，提高純合二倍體的數量，從而使花培後代 有較大的純合群體，便於對它們進行育性鑑定和選擇，提高了選擇效率。由於可 直接獲得純合株系，相對於常規技術，本發明在育種過程中選擇難度大大降低。由於採用花培方法創新光溫敏不育系，整個周期只需4年，比常規技術縮短了創新周期 4-5年，極大地節省了土地資源、人力資源和生產成本，達到了快速創新的目的。


圖l為本發明的方法的示意圖。
具體實施方式
以下實施例中所使用的品種或種質和培養基均為本領域普通技術人員通過購 買可得的。實施例l(1) 配置雜交組合第一年，以光溫敏核雄性不育系BS20為母本，以矮稈 多穗型的常規品種冀麥36為父本，配置雜交組合，得到F1代種子。(2) 種植Fl代雜交種同年，在北京地區於10月5日播種，播種密度30-45 萬/公頃。(3) 花葯接種第二年春季，當F1代發育到花粉粒單核中晚期時(此時孕 穗處於旗葉與倒二葉的l/3處和l/2處)，取30個主莖或大櫱，在無菌工作檯上剝 開葉鞘，取中部及中下部共IO個小穗的花葯，接種在W14培養基上誘導愈傷組 織，總共接種1120個花葯。(4) 獲得單倍體花培綠苗通過在28-30'C暗培養35天，使花葯W14培養 基上誘導出愈傷組織誘導，將愈傷組織移至大量元素減半的MS培養基，於25-27 'C下光照培養，光照強度2000勒克司，分化出綠苗，然後使用添加了0.3%多效唑 的壯根培養基，繼續培養綠苗，得到綠苗35株。(5) 綠苗越夏將這35株綠苗在無光照4。C冷藏，冷藏至10月10日。(6) 花培綠苗移栽北京地區在IO月中旬移栽，10月10日將花培綠苗從冷 藏環境中取出，放在自然環境下練苗，花培綠苗逐漸由黃轉綠，於IO月15日移 栽。移栽時洗淨花培綠苗根部的培養基，掐去過長的老葉上部，栽入已施好肥的 陽畦中，用手指壓實根的四周，移栽行距和株距為10cm左右。栽完後及時澆透水， 並搭成一個高60公分、寬120公分的拱型小塑料棚。栽後1星期內要注意保持土 壤和空氣的高溼狀態，為防溫度過高也要及時開啟小塑料棚兩端進行通氣降溫。1 個星期後打開整個小塑料棚，進行正常管理。移栽的35株綠苗全部成活。(7) 染色體加倍當年11月10日，在花培綠苗到達分櫱盛期，用萬分之四 秋水仙鹼和1.5%二甲基亞碸在18-20'C下浸泡花培綠苗的根系至分櫱節，浸泡時 間8小時，然後用水洗淨，再栽入土中，共成活27株。在入冬前澆足越冬水，蓋 上小塑料棚，直至來年開春。(8) 加倍植株收穫第三年6月上旬，按單株收穫加倍植株的種子，得到16 個純合的花葯培養H2代種子。(9) 異地育性鑑定將每個純合的H2代種子，分別在不育環境(安徽阜陽) 和可育環境(北京)下種植，每地種植l-2行，每行30粒。下一年(即第四年) 4-6月份，調査每個H2株系的育性表現，得到2份在安徽阜陽高度不育，而北京 基本可育的不育系材料。實施例2以光溫敏核雄性不育系BS20為母本，以矮稈多穗型的常規品種農大3338為 父本，配製雜交組合。花培綠苗的染色體人工加倍是在加倍培養基上直接處理愈傷組織，再轉移到分化培養基上正常培養。其餘步驟同實施例l。實施例3以光溫敏核雄性不育系BS10為母本，以早熟、中矮稈的常規品種濟南16為 父本，配製雜交組合。花培綠苗通過自然加倍直接獲得二倍體植株。其餘步驟同 實施例1。
權利要求
1. 一種利用花葯培養快速選育新小麥光溫敏不育系的方法，其特徵在於，所述方法包括以下步驟1)使需改造的光溫敏不育系作為母本與作為父本常規小麥品種雜交或反交，獲得F1雜交種；2)播種上述獲得的F1雜交種子或經過一次選擇的F3代種子；3)在F1或F3植株的小孢子發育到單核中晚期時進行花葯接種，獲得單倍體；4)對上述由步驟3)獲得的單倍體進行染色體加倍，獲得純合二倍體；以及5)獲得上述純合二倍體的種子，其中一部分在可育環境中種植以鑑定品種的農藝性狀並繁殖種子，同時另一部分在不育環境中種植以鑑定品種的育性，從而選育出具有所需農藝性狀的小麥光溫敏不育系。
2、 如權利要求l所述的方法，其特徵在於，在步驟3)中，所述單倍體為單 倍體愈傷組織。
3、 如權利要求2所述的方法，其特徵在於，在步驟4)中，通過將所述單倍 體愈傷組織移至加倍培養基實現染色體加倍，獲得純合二倍體愈傷組織。
4、 如權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述純合二倍體愈傷組織分化為 綠苗後，在4 6'C下放置2 4個月後再移栽。
5、 如權利要求l所述的方法，其特徵在於，在步驟3)中，所述單倍體為單 倍體花培綠苗。
6、 如權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述獲得的單倍體花培綠苗在染 色體加倍之前，在4 6'C下被放置2 4個月，移栽成活後再進行染色體加倍。
7、 如權利要求6所述的方法，其特徵在於，在步驟4)中，通過自然加倍實 現染色體加倍，獲得純合二倍花培綠苗。
8、 如權利要求6所述的方法，其特徵在於，在步驟4)中，通過人工加倍實 現染色體加倍，獲得純合二倍花培綠苗。
9、 如權利要求l所述的方法，其特徵在於，在步驟l)中選擇花培效率高的 光溫敏不育系作為母本。
10、 如權利要求l所述的方法，其特徵在於，在步驟l)中選擇配合力高、中 早熟、矮稈多穗或多花型、開穎授粉的小麥常規材料作父本。
全文摘要
本發明屬於作物科學、作物育種領域，具體地，本發明提供了一種利用花葯培養快速選育新小麥光溫敏不育系的方法，所述方法包括以下步驟1)使需改造的光溫敏不育系作為母本與作為父本常規小麥品種雜交，獲得F1雜交種；2)播種上述獲得的F1雜交種子或經過一次選擇的F3代種子；3)在F1或F3植株的小孢子發育到單核中晚期時進行花葯接種，獲得單倍體；4)對上述由步驟3)獲得的單倍體進行染色體加倍，獲得純合二倍體；以及5)獲得上述純合二倍體的種子，均分所得的純合二倍體種子，一部分在可育環境中種植以鑑定品種的農藝性狀並繁殖種子，另一部分在不育環境中種植以鑑定品種的育性，從而選育出具有所需農藝性狀的小麥光溫敏不育系。
文檔編號A01H1/06GK101228841SQ20071006294
公開日2008年7月30日 申請日期2007年1月23日 優先權日2007年1月23日
發明者任立平, 劉建平, 葉志傑, 輝 孫, 張風廷, 秦志列, 青 蘇, 趙昌平 申請人:北京市農林科學院