利用隱性核不育株進(jìn)行燕麥輪回育種的方法
【專利摘要】本發(fā)明屬植物育種【技術(shù)領(lǐng)域】，為解決燕麥傳統(tǒng)雜交方法中存在雜交難度大，工作效率低等問(wèn)題，提供一種利用隱性核不育株進(jìn)行燕麥輪回育種的方法。將不同類型的不育材料作為母本,不同優(yōu)點(diǎn)的品種作為父本,漸進(jìn)式雜交，不斷向基因庫(kù)內(nèi)輸入優(yōu)良基因，可育株自交使優(yōu)良基因重組，形成遺傳基礎(chǔ)豐富的基因庫(kù)作為輪回選擇的基礎(chǔ)群體；基礎(chǔ)群體中通過(guò)多代單株選擇，優(yōu)良性狀穩(wěn)定、育性不分離的可育株系作為具有目標(biāo)性狀的燕麥新品系，性狀仍有缺點(diǎn)的可育株系繼續(xù)與互補(bǔ)性狀的不育株系漸進(jìn)式雜交，使性狀進(jìn)一步改良，組成新一輪的基礎(chǔ)選擇群體。簡(jiǎn)化了雜交技術(shù)程序；結(jié)實(shí)率大大提高；獲得較多的雜交種子，從后代選擇優(yōu)良植株的機(jī)率大大提高。
【專利說(shuō)明】利用隱性核不育株進(jìn)行燕麥輪回育種的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于植物育種【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種利用隱性核不育株進(jìn)行燕麥輪回育種的方法。
【背景技術(shù)】 [0002]燕麥在國(guó)民生活中占據(jù)著重要的地位，是典型的自花授粉作物，目前在燕麥育種上采用的育種方法主要是系統(tǒng)育種、雜交育種(主要是品種間雜交)和回交育種。
[0003]燕麥雜交育種，從1870年賽路斯(Cyrus)、普林格(Pringle)開(kāi)始以來(lái)，經(jīng)過(guò)一百多年之久，至今仍是世界上在育種工作中應(yīng)用最廣泛、效果最顯著的育種途徑。
[0004]我國(guó)燕麥雜交育種開(kāi)始于上個(gè)世紀(jì)60年代，最初只是裸燕麥種內(nèi)不同品種間的雜交，如晉燕4號(hào)等,后來(lái)發(fā)展為皮燕麥與裸燕麥的種間雜交，現(xiàn)在皮、裸燕麥之間的雜交育種，已成為我國(guó)各燕麥育種單位普遍采用的方法。進(jìn)入本世紀(jì)以來(lái)，采用雜交育種育成的燕麥品種呈直線上升。內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院、山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院、河北省張家口農(nóng)業(yè)科學(xué)院、吉林省白城市農(nóng)業(yè)科學(xué)院等單位每年配制的皮、裸燕麥雜交組合，占總雜交組合的90%以上。從皮、裸燕麥雜交后代中選育出一批性狀穩(wěn)定、各有特點(diǎn)的燕麥品種(系)。由此可見(jiàn)雜交育種方法在燕麥育種中的重要作用。
[0005]燕麥常用的雜交方法為:(I)整穗去雄:在用作雜交親本的母本行里，選擇具有母本特征特性的健壯植株，剪去發(fā)育不良及幼嫩的小穗、頂小穗，只留穗子上、中部的5— 7個(gè)小穗。用鑷子將第二朵小花以上的小花全部去掉，只留下小穗基部第一朵發(fā)育健壯的小花，并輕輕撥開(kāi)其內(nèi)外稃，取出3個(gè)花藥。取出花藥后，用鑷子輕輕撥動(dòng)護(hù)穎和內(nèi)外稃，使其恢復(fù)原狀。去雄時(shí)，依次由上而下逐個(gè)小穗進(jìn)行，全穗去雄后，拴上標(biāo)簽，注明母本名稱及去雄日期，以便授粉。(2)花粉的采集與授粉:在用作雜交親本的父本行里，選擇具有父本特征特性的健壯植株，選取剛抽半穗的穗子，從頂部小穗開(kāi)始采集已經(jīng)成熟，但尚未破裂的鮮黃色花藥，把采集到的鮮黃色花藥盛于酒盅或三角紙疊內(nèi)，授粉前，要略加壓力把花藥弄破。授粉時(shí)，先按去雄的方法，把母本小穗花的護(hù)領(lǐng)、內(nèi)外稃用鑷子輕輕撥開(kāi)，然后再用鑷子從酒盅內(nèi)攝取2— 3個(gè)花藥，在羽毛狀柱頭上輕輕擦動(dòng)(注意不要損傷柱頭)，最后把花藥放在柱頭上，用鑷子撥內(nèi)外稃、護(hù)穎，使其恢復(fù)原狀。全穗授粉完畢，在標(biāo)簽上寫(xiě)明父本名稱及授粉時(shí)間、授粉人。
[0006]上述方法在整個(gè)雜交過(guò)程中，去雄、取粉，授粉，需數(shù)次打開(kāi)，兩次閉合小穗的護(hù)穎和內(nèi)外穎。存在的問(wèn)題是:難度大，不易掌握:由于燕麥小花的外穎緊包內(nèi)穎，護(hù)穎緊包外穎，而且護(hù)穎和內(nèi)外穎都為膜質(zhì)狀、較脆，在打開(kāi)內(nèi)外穎進(jìn)行去雄和授粉的過(guò)程中，容易損傷小花；在雜交過(guò)程中易容對(duì)雌蕊造成有一定程度的損傷，故工作效率不高，結(jié)實(shí)率也低。一般裸燕麥品種間雜交結(jié)實(shí)率不超過(guò)10%,裸燕麥與皮燕麥種間雜交、結(jié)實(shí)率在5%以下。
[0007]輪回選擇是為了改良育種材料的遺傳基礎(chǔ)，提高群體平均值，保持群體內(nèi)豐富的遺傳變異，而設(shè)計(jì)的育種選擇程序。比較適合在異花授粉作物上應(yīng)用，而不能廣泛用于自花授粉作物上，主要原因是選擇系間雜交比較困難，且很難獲得大量雜交種，供多重試驗(yàn)評(píng)價(jià)。燕麥不育的發(fā)現(xiàn)在國(guó)外還未見(jiàn)報(bào)道，1994年崔林發(fā)現(xiàn)了我國(guó)首例燕麥雄性不育材料，通過(guò)對(duì)不育特征特性的觀察和細(xì)胞學(xué)鑒定、以及不育性遺傳的研究，確定不育性狀是由一對(duì)隱性核基因控制的遺傳性狀。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明為了解決燕麥傳統(tǒng)雜交方法中存在雜交難度大，工作效率低等問(wèn)題，提供了一種利用隱性核不育株進(jìn)行燕麥輪回育種的方法，具體是利用不同類型的1/2不育群體中的不育株系與可育株系互交重組，建成供輪回選擇的基礎(chǔ)群體，最終設(shè)計(jì)出利用核不育進(jìn)行燕麥輪回育種的方法。
[0009]本發(fā)明是由如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種利用隱性核不育株進(jìn)行燕麥輪回育種的方法，將帶有不育基因的不同類型的材料作為母本，將帶有優(yōu)良基因的可育株作為父本，采用漸進(jìn)式雜交，不斷地向基因庫(kù)內(nèi)輸入優(yōu)良基因，通過(guò)可育株自交，使優(yōu)良基因充分重組，優(yōu)良基因重組體逐步增加，形成遺傳基礎(chǔ)豐富的基因庫(kù)，以此作為輪回選擇的基礎(chǔ)群體；基礎(chǔ)群體中通過(guò)多代單株選擇，優(yōu)良性狀穩(wěn)定、育性不再分離的可育株系作為具有目標(biāo)性狀的燕麥新品系，其余性狀仍有缺點(diǎn)的可育株系繼續(xù)與其互補(bǔ)性狀的不育株系進(jìn)行雜交，使其性狀進(jìn)一步改良，組成新一輪的基礎(chǔ)選擇群體。
[0010]具體選育過(guò)程為:1.輪回選擇基礎(chǔ)群體構(gòu)建:各類型的1/2不育群體，用一群體不育株系作為母本，另一群體的可育株系作為父本與其進(jìn)行雜交，將優(yōu)良基因重組，后代群體中帶有優(yōu)良基因的不育株系作為母本，與帶有其他優(yōu)良性狀的可育株系作為父本繼續(xù)雜交，如此進(jìn)行漸進(jìn) 式雜交，不斷向基因庫(kù)內(nèi)輸入優(yōu)良基因，優(yōu)良基因重組群體中的可育株系自交，性狀充分重組，優(yōu)良基因重組體逐步增加，最終形成遺傳基礎(chǔ)豐富的基因庫(kù)，以此作為輪回選擇的基礎(chǔ)群體；
2.輪回選擇:將構(gòu)建的輪回基礎(chǔ)群體的雜合體種子分為兩份，一份用于繼續(xù)改良輪回基礎(chǔ)群體，將不同優(yōu)良性狀逐步引入輪回群體；另一份用于后代優(yōu)良可育株系的選擇，即具有目標(biāo)性狀的逐步純化與穩(wěn)定。
[0011]所述用于繼續(xù)輪回改良基礎(chǔ)群體的雜合體中不育株系作為母本，選用優(yōu)良性狀較多且遺傳傳遞力強(qiáng)的品種作為父本進(jìn)行漸進(jìn)式雜交，獲得性狀重組的雜交種作為下年度輪回選擇的基礎(chǔ)群體。
[0012]所述用于后代優(yōu)良可育株系的選擇的雜合體中可育株系多次自交和單株選擇，使優(yōu)良性狀逐步穩(wěn)定。
[0013]本發(fā)明所述燕麥雄性不育系于2005年保藏于山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)作物品種資源研究所，保減號(hào)為CAMS系列。
[0014]燕麥屬自花授粉作物，育種工作者為了選出理想的新品種，必需配制大量的雜交組合來(lái)增加后代的選擇機(jī)率，而大量的組合要花費(fèi)大量的人力，據(jù)我們以往的經(jīng)驗(yàn)，一個(gè)熟悉燕麥去雄、授粉的技術(shù)工人每天可完成20株的去雄和授粉，而每株留5-10個(gè)小穗，每個(gè)小穗做I朵花，按10%的結(jié)實(shí)率，20株200個(gè)花可獲得20粒雜交種子，每個(gè)組合要保證獲得100粒種子，需要做100株，每個(gè)組合大約需要5個(gè)工，每個(gè)工大約100元，每個(gè)組合的費(fèi)用為500元。做100個(gè)雜交組合，要500個(gè)以上的人工，費(fèi)用為5萬(wàn)元。而實(shí)際工作中這樣是難以實(shí)施的，一方面很難找到許多熟悉雜交技術(shù)的青年工人，另一方面適宜做雜交工作的時(shí)間只有半月或20多天，時(shí)間短、工作量大、技術(shù)復(fù)雜、質(zhì)量難以保證。利用燕麥核不育進(jìn)行開(kāi)放式雜交授粉，在基礎(chǔ)群體圃內(nèi)只需5個(gè)工就可將可育株全部剔除，費(fèi)用為500元。本發(fā)明用的是雜合體燕麥核不育材料(，除育性分離外，其他性狀也在分離，它和父本的雜交組合數(shù)是以不育株授粉小花數(shù)為計(jì)算單位的，可見(jiàn)組合數(shù)之多真可謂天文數(shù)字了，其后代變異之豐富用常規(guī)方法是很難做到的。所以，采用這種方法既省工、省錢，后代變異又大，選擇效果好。把精力可集中在選擇上，有選種經(jīng)驗(yàn)的人完成這一任務(wù)是較容易的。利用燕麥雄性不育材料對(duì)燕麥進(jìn)行群體改良，實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新育種基礎(chǔ)材料，豐富育種資源，縮短育種年限和達(dá)到育成超常規(guī)品種的目的。
[0015]本發(fā)明所述方法有益效果:簡(jiǎn)化了雜交技術(shù)程序:避免了過(guò)去打開(kāi)、閉合內(nèi)外穎時(shí)對(duì)小花的損傷；結(jié)實(shí)率大大提高:結(jié)實(shí)率較過(guò)去雜交方法大大提高，一般雜交結(jié)實(shí)率可達(dá)50~70%，高者達(dá)80%以上；育種效率提高:可以獲得較多的雜交種子，從后代選擇優(yōu)良植株的機(jī)率大大提聞。
【具體實(shí)施方式】
[0016]1.輪回選擇基礎(chǔ)群體構(gòu)建:不同類型的1/2不育群體，如A群體中的不育株可與B群體的可育株進(jìn)行雜交，同樣B群體的不育株也可以與A群體的可育株進(jìn)行雜交,如之類推，根據(jù)燕麥核不育的遺傳特點(diǎn)，加之不育株開(kāi)花時(shí)穎殼開(kāi)張角度大，完全可靠開(kāi)放授粉得到種子，我們可把帶有不育基因的任何材料做母本，將不同優(yōu)點(diǎn)的品種做父本，采用漸進(jìn)式雜交，不斷地向庫(kù)內(nèi)輸入優(yōu)良基因，通過(guò)自交使之充分重組，使優(yōu)良的基因重組體逐步增加，形成遺傳基礎(chǔ)豐富基因庫(kù)，作為輪回選擇的基礎(chǔ)群體。隨著群體水平的不斷提高，可育株的入選機(jī)率亦逐年增加，從而可源源不斷地選出新品種。利用新型不育材料，采用上述雜交技術(shù)與籽粒性狀優(yōu)良、抗病性強(qiáng)的親本繼續(xù)進(jìn)行漸進(jìn)式雜交，逐漸將有利基因引入同一群體，形成具有高 千粒重、高蛋白質(zhì)、低脂肪、豐產(chǎn)、抗病等性狀的、遺傳基礎(chǔ)豐富的異源基因庫(kù)，供輪回群體供選擇應(yīng)用。
[0017]2.輪回選擇程序:將一定量的燕麥核不育雜合體種子分成兩份，一份種在基礎(chǔ)群體圃，一份種在后代選擇圃?；A(chǔ)群體圃中的不育雜合體種子是為了選擇優(yōu)良的不育株，改良輪回選擇基礎(chǔ)群體的性狀。輪選父本的選擇:針對(duì)輪回選擇基礎(chǔ)群體性狀的缺點(diǎn)，按常規(guī)育種的親本選配原則，特別強(qiáng)調(diào)所加父本優(yōu)點(diǎn)盡可能多，且遺傳傳遞力要強(qiáng)；缺點(diǎn)盡可能少，且不是主要性狀。不追求親本數(shù)量，而要保證質(zhì)量。田間種植格式:燕麥核不育材料種子單粒點(diǎn)播，粒距8-10厘米，群體5000-10000株。輪選父本種子經(jīng)摻和均勻后，稀條播。父母本種植比例為1:2(—行父本，兩行母本)。授粉方法:開(kāi)花前，能辨出育和不育時(shí)，將燕麥核不育群體分離出的可育株剔除。不育株和輪選父本開(kāi)放授粉，必要時(shí)進(jìn)行人工輔助授粉。
[0018]不育株的選擇:根據(jù)主要性狀采用集團(tuán)選擇法，將入選的最優(yōu)集團(tuán)的種子供下年度的基礎(chǔ)群體圃用，其它種子種在后代選擇圃。
[0019]后代選擇圃中的不育雜合體種子是為了選擇優(yōu)良可育株，直到性狀穩(wěn)定，育性不再分離，可進(jìn)入品系圃試驗(yàn)，以后程序與常規(guī)育種相同。為增加入選株機(jī)率，群體盡可能大些，最少在20000株以上。
[0020]實(shí)驗(yàn)例:用不同的裸燕麥不育材料，與千粒重在27~32克的不同品系雜交，獲得單交種。在Fl代選擇具有皮、裸混合型小穗的單株，結(jié)合室內(nèi)千粒重考種，篩選保留高千粒重的單穗。這些單交種在不考慮他們的適應(yīng)性條件下，作為攜帶不育性狀的高千粒重親本，與具有優(yōu)良農(nóng)藝性狀、高桿、抗旱性強(qiáng)的品種雜交，形成三源雜交種。
[0021]對(duì)三源雜交種F1代，在生長(zhǎng)季節(jié)經(jīng)株高、成熟度及裸粒穗型選擇，收獲后進(jìn)行高千粒重選擇。入選的F2株間互交，以促進(jìn)基因重組，形成互交種，互交中原始親本互不重復(fù)。從每個(gè)互交種中選取數(shù)粒Sci種子播種，Sci植株收獲后分別脫粒，并再次進(jìn)行農(nóng)藝性狀和高千粒重選擇。各植株的籽粒定義為Stlil，在Stlil代中每個(gè)互交種選5個(gè)Stlil株系,構(gòu)成后代選擇的基礎(chǔ)群體。
[0022]建成的后代選擇群體包含有2500多個(gè)株系，其中籽粒均勻、光亮的株系380份，籽粒較大、千粒重在28g以上的株系120份，植株較低、抗倒性強(qiáng)的材料536份，植株較高，較抗紅葉病的材料263份，植株較高、耐瘠性強(qiáng)的材料780份。群體中的不育株通過(guò)異交，不斷引入和重組有利的基因，可育株通過(guò)自交，使重組的有利基因得到純合和穩(wěn)定，不育種質(zhì)在新品種選育中起到了重要的作用，并育成品燕2號(hào)新品種。
【權(quán)利要求】
1.一種利用隱性核不育株進(jìn)行燕麥輪回育種的方法，其特征在于:將帶有不育基因的材料作為母本，將帶有優(yōu)良基因的可育株作為父本，采用漸進(jìn)式雜交，不斷地向基因庫(kù)內(nèi)輸入優(yōu)良基因，通過(guò)可育株自交，使優(yōu)良基因充分重組，優(yōu)良基因重組體逐步增加，形成遺傳基礎(chǔ)豐富的基因庫(kù)，以此作為輪回選擇的基礎(chǔ)群體；基礎(chǔ)群體中通過(guò)多代單株選擇，優(yōu)良性狀穩(wěn)定、育性不再分離的可育株系作為具有目標(biāo)性狀的燕麥新品系，其余性狀仍有缺點(diǎn)的可育株系繼續(xù)與其互補(bǔ)性狀的不育株系進(jìn)行雜交，使其性狀進(jìn)一步改良，組成新一輪的基礎(chǔ)選擇群體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用隱性核不育株進(jìn)行燕麥輪回育種的方法，其特征在于:具體選育過(guò)程是:1.輪回選擇基礎(chǔ)群體構(gòu)建:各類型的1/2不育群體，用一群體不育株系作為母本，另一群體的可育株系作為父本與其進(jìn)行雜交，將優(yōu)良基因重組，后代群體中帶有優(yōu)良基因的不育株系作為母本，與帶有其他優(yōu)良性狀的可育株系作為父本繼續(xù)雜交，如此進(jìn)行漸進(jìn)式雜交，不斷向基因庫(kù)內(nèi)輸入優(yōu)良基因，優(yōu)良基因重組群體中的可育株系自交，性狀充分重組，優(yōu)良基因重組體逐步增加，最終形成遺傳基礎(chǔ)豐富的基因庫(kù)，以此作為輪回選擇的基礎(chǔ)群體；2.輪回選擇:將構(gòu)建的輪回基礎(chǔ)群體的雜合體種子分為兩份，一份用于繼續(xù)改良輪回基礎(chǔ)群體，將不同優(yōu)良性狀逐步引入輪回群體；另一份用于后代優(yōu)良可育株系的選擇，即具有目標(biāo)性狀的逐步純化與穩(wěn)定。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種利用隱性核不育株進(jìn)行燕麥輪回育種的方法，其特征在于:所述用于繼續(xù)輪回改良基礎(chǔ)群體的雜合體中不育株系作為母本，選用優(yōu)良性狀較多且遺傳傳遞力強(qiáng)的品種作為父本進(jìn)行漸進(jìn)式雜交，獲得性狀重組的雜交種作為下年度輪回選擇的基礎(chǔ)群體。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種利用隱性核不育株進(jìn)行燕麥輪回育種的方法，其特征在于:所述用于后代優(yōu)良可育株系的選擇的雜合體中可育株系多次自交和單株選擇，將優(yōu)良性狀逐步穩(wěn)定。
【文檔編號(hào)】A01H1/02GK103688844SQ201310606662
【公開(kāi)日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月27日
【發(fā)明者】崔林, 劉龍龍, 張麗君, 范銀燕, 周建萍, 馬明川 申請(qǐng)人:山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)作物品種資源研究所