富鉻、優質黑小麥特異種質培育方法
2023-12-09 05:58:56
專利名稱：富鉻、優質黑小麥特異種質培育方法
技術領域：
本發明涉及一種富鉻、優質黑小麥特異種質培育方法，屬農業研究領域。
背景技術：
隨著人們生活水平的提高，勞動強度顯著下降和飲食習慣的改變，糖尿病的發病率迅速上升，並呈現出年輕化的趨勢，對生命健康造成了嚴重的威脅。1980年以前，我國的糖尿病發病率僅有總人口的0.3％，現在據國內最新統計，我國的糖尿病發病率達到4％以上。我國有糖尿病患者約4000萬人。糖尿病是現代疾病中的第二殺手，其對人體的危害僅次於癌症。
日前在第11屆雀巢國際保健營養專題研討上，全球各地的專家對糖尿病和代謝綜合症的營養治療的主題進行討論交流，一致認為，營養對糖尿病治療作用應該引起重視。80％的時候需要對飲食、鍛鍊加以控制。
據報導，有機鉻是人體必需的微量元素，在肌體的糖代謝和脂代謝中發揮特殊作用。有機鉻元素(三價鉻)具有激活胰島素、使食用的糖的利用率高或轉化多和控制血糖升高的作用。有機鉻(三價鉻)是對人體有益的元素，而無機鉻(六價鉻)是有毒的。人體對無機鉻的吸收利用率極低，不到1％；人體對有機鉻的利用率可達10-25％。鉻在天然食品中的含量較低，均以三價的形式存在。
黑色食品以高營養著稱，因此，許多科研工作者進行了黑小麥微量元素的研究。趙秀英(1991)研究表明藍粒麥的蛋白質和胺基酸含量均高於小偃6號，脂溶性維生素為小偃6號的2倍，並含有21種礦物質。據化驗漯93-1黑粒麥蛋白質含量高達17.1％，胺基酸含量總合達15.2％，鐵、鈣、鉀、磷等微量元素含量比普通小麥分別高81％、132.3％、72.4％和33.6％。並含有0.5PPM的碘，是其它普通小麥品種所沒有的。河北省糧油作物研究所小麥資源課題研究證明，黑粒小麥中Ca、Cu、Fe、Mn、Zn的含量高於普通小麥，隨著顏色的加深含量增加。但對黑小麥有機鉻元素含量的研究屬於空白。
早在19世紀，埃賽俄比亞就發現了紫粒小麥。80年代，中國科學院西北植物所利用普通小麥和長穗偃麥草或天藍偃麥草雜交育成了藍粒小麥、藍1和藍2等多個藍粒異代換系。河北農科院也育成了D87089等三個藍粒異代換系(4D與4E代換)。1993年河南省利用小偃麥雜交後代進行復交，培育出優質黑小麥新品系漯93-1。陝西省也育成了92-1優質藍黑粒小麥。山西孫善澄培育出了黑小麥76，漯河農科所培育出了漯珍一號。但其產量性狀均不太理想，並且由於其屬於弱冬或春性，不能在華北冬麥區大面積應用。
雜交育種的研究至今已有百年的歷史，在這個過程中除了雜交理論、組配方式以外，雜交技術本身也不斷取得新的進展。同時育種家也在探索新的途徑，近年來，應用較多的育種新技術有輻射育種、單倍體育種、轉基因技術等，但育種家只是對這些技術的單一應用，把常規育種、遠緣雜交、生物技術中的一些方法綜合運用到育種中往往學科跨度大，育種家很少應用。
發明內容
本發明所要解決的技術問題在於避免現有技術中的不足，而提出一種富鉻、優質黑小麥特異種質培育方法，該培育方法是把利用新材料和將常規育種、單倍體育種、慢照射、遠緣雜交和幼胚拯救及室內快速加代技術有機結合，同時對輻射方法進行了改進，採用對後代活力旺盛的愈傷組織進行慢輻射技術，減少了大劑量輻射造成的生物損傷，增大了變異，提高了優選的機率，培育出高產、適應範圍較廣的、富含有機鉻、適合糖尿病患者食用的黑小麥新種質。
本發明所提供的技術方案是一種富鉻、優質黑小麥特異種質培育方法，該方法按以下步驟進行(1)用澳大利亞黑小麥種質14928作母本，以新品系95-5031作父本進行雜交；(2)用14928/95-5031雜交F1作母本，四倍體硬粒小麥190268作父本進行雜交，雜交當代進行幼胚拯救。當年秋天，對再生植株進行田間移栽。第二年收穫F1代種子後，進行室內加代，從次年F3代中選出半冬性、中熟的F3株系，即新株系矮8。該株系幼苗半匍匐，分櫱力中等，長方型穗，整齊度好，長芒，子粒硬質、紫色，株高65-70釐米，抗倒伏；(3)利用優質黑粒小麥漯珍1號做母本，新株系矮8做父本進行雜交，然後對其雜交的F1代進行花葯培養，取其活力旺盛的愈傷組織，用Co60低劑量長時間照射處理，再生植株加倍後移栽到大田；(4)對上述步驟(3)大田中的黑小麥植株進行單株選擇，選擇抗寒性好、分櫱力強、株高中等，抗病、穗大、主莖優勢不明顯的優良單株，這些優良單株秋天播種，然後進行株系選擇，從中選育出一批抗寒性好、矮稈，畝穗數中等，抗病、穗大、穗層整齊的綜合農藝性狀好的黑小麥新品系。通過農業部穀物品質監督檢驗測試中心測試不同黑小麥品系的微量元素鉻，從鉻元素變幅為0.4696-1.916mg/kg中篩選出富鉻(1.916mg/kg)黑小麥冀紫439。該品系大穗、矮杆抗倒伏、畝穗數中等，整齊一致，產量較高，綜合農藝性狀好。
步驟(1)中所述的母本為新引進的地理遠緣材料澳大利亞優質黑小麥種質14928。
步驟(2)中所述的父本為遠緣材料四倍體硬粒小麥190268。
步驟(2)中所述的用14928/95-5031雜交的F1作母本，四倍體硬粒小麥作父本進行遠緣雜交，然後F0進行幼胚拯救克服遠緣雜交後代不育。後代進行室內加代，加速自交純化，縮短創新周期。從F3代中選出的新株系矮8作為下一步雜交的父本。
步驟(3)中所述的用慢照射技術(Co60對愈傷組織進行低劑量長時間照射處理，其中低劑量是指Co60 500rad/小時，長時間是指照射時間為24小時)。該技術，採用對後代活力旺盛的愈傷組織進行慢輻射，減少了大劑量輻射造成的生物損傷，增大了變異，提高了優選的機率。
步驟(4)中所述的，通過農業部穀物品質監督檢驗測試中心測試不同黑小麥品系的微量元素鉻，從鉻元素變幅為0.4696-1.916mg/kg的品系中篩選出富鉻(1.916mg/kg)黑小麥冀紫439。該品系不僅鉻含量高，而且大穗、矮杆抗倒、產量較高，綜合農藝性狀好於目前推廣的黑小麥品種。
本發明有如下優點(1)所用材料具有新穎性國內黑小麥育種親本選擇範圍小，遺傳背景較窄，組配後不易選出超親的優質親本。而本發明人對來源於11個國家的60餘份黑粒小麥進行了籽粒品質和微量元素分析，從中找出微量元素含量高、稀有的、澳大利亞黑粒小麥種質作為親本。同時應用了遠緣材料四倍體優質硬粒小麥作親本，遺傳背景豐富，易選出超親的優異種質。
(2)所採用的方法的新穎性本發明利用了常規育種、花葯培養、遠緣雜交、幼胚拯救、慢照射相結合的方法，使多個有益基因聚合，並且出現超親現象。利用愈傷組織+慢照射(低劑量長時間照射)技術結合，該技術，採用對後代活力旺盛的愈傷組織進行慢照射，低劑量照射減少了大劑量輻射造成的生物損傷，利用活力旺盛的愈傷組織作照射受體增大了遺傳變異，提高了優選的機率。
(3)選育出的品系的獨特性選育出的冀紫439鉻含量為1.916mg/kg，是普通小麥近4倍。經過試驗證明該品系生產的產品是糖尿病人理想的營養保健食品，國內外未見報導。以下是利用不同的作物進行了降糖試驗據5個II型糖尿病人食用半年後觀察發現，每頓飯食用優質黑小麥(冀紫439)麵粉150g，飯後2小時血糖增加3.2mmol/L。而吃普通麵粉150g，血糖增加9mmol/L。吃大米150g，血糖增加6mmol/L，所以優質富鉻黑小麥解決了糖尿病人的飲食困難。
具體實施方式
本發明富鉻、優質黑小麥特異種質培育方法，該方法如下(1)發明人搜集了來源於國家荷蘭、美國、澳大利亞、衣索比亞等11個國家的60餘份藍、紫粒小麥(統稱黑粒小麥)遺傳資源，通過微機查詢GRIPI小麥資源資料庫等途徑，追溯了這些種質的籽粒色素基因來源，並將其來源歸為6類偃麥草、栽培二粒小麥、黑麥、中國春麥、硬粒小麥和地方品種。對色素基因來源於6種不同遺傳背景的黑粒小麥種質資源材料進行了籽粒品質和微量元素分析。發現有些種質銅、鐵、錳、鋅、硒和鉻含量高於普通白粒小麥，例如CGN.04230鐵的含量較高，D87089子粒中錳的含量高，AUS 6504銅、鋅含量高，澳大利亞黑小麥種質14928微量元素含量中等，綜合農藝性狀較好，用它作為下一步雜交的母本。
(2)以新品系95-5031作父本與新引進的地理遠緣材料澳大利亞黑小麥種質14928作母本進行雜交。
其中，新品系95-5031可按如下方法得到首先利用勞夫林10作母本，矮稈早作父本，選出矮稈品系78-4070-12；然後利用石4414作母本，78-4070-12作父本雜交，選育出矮稈、大穗4615新品系；再利用津0-0-4作母本，運78-4作父本進行雜交，F1代再與新品系4615進行雜交，選育出矮稈、高產新品系895-72；最後利用895-72作母本，萊州953作父本雜交，選育出矮稈、大穗、大粒新品系95-5031。
(3)用14928/95-5031雜交F1作母本，遠緣材料四倍體硬粒小麥190268作父本進行雜交，雜交當代進行F0幼胚拯救克服遠緣雜交後代不育，當年秋天，對再生植株進行田間移栽，第二年收穫F1代種子後，進行室內加代加速自交純化，縮短創新周期。從次年F3代中選出半冬性、中熟的F3株系，即新株系矮8作為下一步雜交的父本。該株系幼苗半匍匐，分櫱力中等，長方型穗，整齊度好，長芒，子粒硬質、紫色，株高65-70釐米，抗倒伏；雜交當代進行幼胚培養，田間移栽，收穫F1代種子後，當年室內加代，從次年F3代中選出新株系矮8。
新株系矮8屬半冬性中熟品種，幼苗半匍匐，凍害4-，分櫱力中等。穗長方型，整齊度好，長芒，淺紫粒色，硬質。穗粒數37個左右，千粒重35.0克，容重801克/升。株高65釐米，抗倒伏，6月12日左右成熟。
幼胚培養的具體過程是授粉後14天取種子，用70％酒精消毒30秒，再用0.1％氯化汞浸泡15-20分鐘，無菌水衝洗4次，在無菌操作臺上將種胚剝出，接種到誘導培養基上。愈傷組織組織長出10天左右繼代一次，產生的綠色再生體轉移到分化培養基上再生植株。
其中，誘導與繼代培養基MS+2，4-D 2mg/L+NAA 0.2mg/l+KT 0.2mg/L+蔗糖30g/L；分化培養基MS+NAA 0.4mg/l+KT 0.6mg/L+蔗糖30g/L；培養條件均為PH5.6-5.8，20-25℃，光10-12小時/天。
(4)第1年本發明人利用優質黑粒小麥漯珍1號做母本，新株系矮8做父本進行雜交，第2年對其雜交的F1代進行花葯培養，愈傷組織長出15天後，用Co 60低劑量慢照射處理，即用Co 60 500rad/小時的劑量，照射24小時，減少了大劑量輻射造成的生物損傷，增大了變異，提高了優選的機率，所獲得的再生植株加倍後秋天移栽到大田。
第3年，對其進行單株選擇，選擇抗寒性好、分櫱力強、株高中等，抗病、穗大、主莖優勢不明顯的優良單株，第4年進行株系選擇，以抗寒性好、矮稈，畝穗數中等，抗病、穗大、穗層整齊為標準，從中選育出一批綜合農藝性狀好的黑小麥新品系。第5年通過農業部穀物品質監督檢驗測試中心測試不同黑小麥品系的微量元素鉻，從鉻元素變幅為0.4696-1.916mg/kg的品系中篩選出富鉻黑小麥冀紫439，其鉻含量為1.916mg/kg，普通小麥一般為0.4mg/kg，是普通小麥的4倍，該品系的特徵特性均能穩定的遺傳。該品系不僅鉻含量高，而且大穗、矮杆抗倒、產量較高，綜合農藝性狀好於目前推廣的黑小麥品種。
本發明人選育出了新品系439，產量較高，適宜在冀中南中高肥力的地區種植，種植範圍較廣，可以大面積推廣。而且其麵粉適合糖尿病患者食用。
權利要求
1.一種富鉻、優質黑小麥特異種質培育方法，該方法按以下步驟進行(1)用澳大利亞黑小麥種質14928作母本，以新品系95-5031作父本進行雜交；(2)用14928/95-5031雜交F1作母本，四倍體硬粒小麥190268作父本進行雜交，雜交當代進行F0幼胚拯救克服遠緣雜交後代不育，當年秋天，對再生植株進行田間移栽，第二年收穫F1代種子後，進行室內加代加速自交純化，從次年F3代中選出半冬性、中熟的F3株系，即新株系矮8；該株系幼苗半匍匐，分櫱力中等，長方型穗，整齊度好，長芒，子粒硬質、紫色，株高65-70釐米，抗倒伏；(3)利用優質黑粒小麥漯珍1號做母本，所述新株系矮8做父本進行雜交，然後對其雜交的F1代進行花葯培養，用慢照射技術處理其活力旺盛的愈傷組織，減少生物損傷，促進有益變異，再生植株加倍後移栽到大田；其中，所述慢照射是指用Co60低劑量長時間照射；(4)對上述步驟(3)大田中的黑小麥植株進行單株選擇，選擇抗寒性好、分櫱力強、株高中等，抗病、穗大、主莖優勢不明顯的優良單株，這些優良單株秋天播種，第二年進行株系選擇，從中選育出一批抗寒性好、矮稈，畝穗數中等，抗病、穗大、穗層整齊的綜合農藝性狀好的黑小麥新品系，通過測試不同黑小麥品系的微量元素鉻，從中篩選出富鉻黑小麥品系，即黑小麥冀紫439，該品系大穗、矮杆抗倒伏、畝穗數中等，整齊一致，產量較高，綜合農藝性狀好。
2.根據權利要求1所述的富鉻、優質黑小麥特異種質培育方法，其特徵在於步驟(3)中所述的用Co60低劑量長時間照射，其中低劑量是指Co60 500rad/小時，長時間是指照射時間為24小時。
3.根據權利要求1所述的富鉻、優質黑小麥特異種質培育方法，其特徵在於步驟(4)中所述的通過測試不同黑小麥品系的微量元素鉻，從中篩選出富鉻黑小麥品系，是從鉻元素變幅為0.4696-1.916mg/kg的品系中篩選出富鉻1.916mg/kg的黑小麥品系。
全文摘要
本發明公開一種富鉻黑小麥特異種質培育方法用澳大利亞黑小麥14928作母本，95－5031作父本進行雜交；用雜交F1作母本，四倍體硬粒小麥190268作父本進行雜交，經過F0幼胚拯救，後代室內加代，從F3代中選出新株系矮8；用漯珍1號做母本，新株系矮8做父本進行雜交，對其雜交的F1代進行花葯培養，用慢照射技術處理其愈傷組織，再生植株移栽到大田；從後代中選育出黑小麥新品系，再從中篩選出富鉻黑小麥冀紫439。本發明方法把常規育種、單倍體育種、慢照射、遠緣雜交幼胚拯救等方法有機結合起來，對輻射方法進行改進，培育出高產、適應範圍較廣的、富含有機鉻、適合糖尿病患者食用的、性狀遺傳穩定的黑小麥新種質。
文檔編號A01H1/04GK101049083SQ20061007292
公開日2007年10月10日 申請日期2006年4月3日 優先權日2006年4月3日
發明者李杏普, 蘭素缺, 劉玉平, 李立會, 候紅軍 申請人:河北省農林科學院糧油作物研究所