把大豆根瘤菌轉(zhuǎn)移到玉米根系上的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種在農(nóng)作物領(lǐng)域的培育技術(shù)，特別是利用超遠(yuǎn)緣復(fù)式育種技術(shù)把大豆的根瘤菌轉(zhuǎn)移到玉米根系上的方法，本發(fā)明通過(guò)玉米與大豆的有性繁殖（雜交），把大豆的固氮酶轉(zhuǎn)移到玉米上，使禾本科植物玉米的根系結(jié)瘤，但是超遠(yuǎn)緣關(guān)系的玉米和大豆是不能雜交授粉的，必須首先進(jìn)行無(wú)性繁殖（嫁接），從而拉近彼此的親緣關(guān)系，才能使有性繁殖成為可能，這種復(fù)式育種技術(shù)的關(guān)鍵在于必須首先保證玉米和大豆的嫁接成功，特別是要在其幼苗剛剛出土?xí)r進(jìn)行嫁接，因?yàn)橹挥羞@時(shí)的幼苗才相互交流最活躍，變異的可能性也最大。但是，剛出土的幼苗極其脆弱，植株嫩小，嫁接難度是很高的，至今國(guó)外尚無(wú)成功的案例。
【專利說(shuō)明】把大豆根瘤菌轉(zhuǎn)移到玉米根系上的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種在農(nóng)作物領(lǐng)域的培育技術(shù)，特別是利用超遠(yuǎn)緣復(fù)式育種技術(shù)把大豆的根瘤菌轉(zhuǎn)移到玉米根系上進(jìn)行生物固氮的新方法，即通過(guò)玉米與大豆的有性繁殖，把大豆的固氮酶轉(zhuǎn)移到玉米上，從而使玉米根系上能夠結(jié)瘤，但是超遠(yuǎn)緣關(guān)系的玉米和大豆是不能雜交授粉的，為了使玉米和大豆能夠成功雜交，必須使玉米和大豆首先進(jìn)行無(wú)性繁殖，因?yàn)闊o(wú)性繁殖可以提聞~者之間的未和力，這樣在提聞二者未和力的基礎(chǔ)上，才能使有性繁殖雜交成功，這種復(fù)式育種技術(shù)的關(guān)鍵在于必須首先保證玉米和大豆的嫁接成功。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]生物科學(xué)技術(shù)是當(dāng)前最活躍的高新科技之一，已廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，具有廣闊的發(fā)展前景。而生物固氮工程則是生物科技的前沿領(lǐng)域，被列為國(guó)際農(nóng)業(yè)組織的重點(diǎn)課題。
[0004]空氣主要由氧氣和氮?dú)饨M成，氮?dú)饧s占空氣的80%。自然界中有一些生物能夠直接吸收空氣中的氮素作為養(yǎng)料，它們將分子態(tài)氮先還原成氨，再轉(zhuǎn)化為氨基酸和蛋白質(zhì)。這就是生物固氮。豆科植物的根部長(zhǎng)有許多小球，它們是由根瘤菌共生形成的根瘤，就具有固氮作用，這些根瘤能直接吸收空氣中的氮?dú)?，把它轉(zhuǎn)化為氮肥，供植物吸收使用。但是世界上大部分土壤都缺乏氮素養(yǎng)分，為了使農(nóng)作物高產(chǎn)，就需要施用大量氮肥?？墒侨斯ず铣傻胤柿?化肥)要料耗費(fèi)大量的能源，不僅成本高，而且污染水源和空氣，破壞生態(tài)環(huán)境，危及人類健康，進(jìn)口化肥也需要巨額資金，長(zhǎng)期使用化肥還會(huì)破壞土地結(jié)構(gòu)，使土壤板結(jié)。而生物固氮?jiǎng)t能克服上述缺點(diǎn)，由前述可知，豆科植物的每一個(gè)根瘤都是一座小化肥廠，這些小化肥廠的原料來(lái)自空氣，取之不盡，這種小化肥廠不需設(shè)備，也不污染環(huán)境，能源則是用之不竭的太陽(yáng)能。如果能讓其它非豆科作物特別是禾本科植物也具有固氮能力，不再施用化肥，用生物固氮取而代之，其意義是非常重大的。目前國(guó)內(nèi)尚有一例“利用遠(yuǎn)緣嫁接進(jìn)行根瘤菌轉(zhuǎn)移的方法”申請(qǐng)?zhí)枮?01010046310.9的專利技術(shù)，該技術(shù)利用嫁接進(jìn)行根瘤菌轉(zhuǎn)移的思路是正確的，但有兩點(diǎn)不足:一，砧木玉米如果長(zhǎng)到6片葉子，過(guò)了苗期，已經(jīng)完全不能嫁接了，事實(shí)上超過(guò)3片葉子就基本上不能嫁接了。二，該技術(shù)只有嫁接，沒(méi)有雜交，本來(lái)嫁接的目的是為雜交創(chuàng)造條件的，因?yàn)橹挥须s交才能培育出新品種，嫁接是培育不出新品種的，嫁接只是手段而不是目的。
[0005]本發(fā)明則是克服了以上不足，經(jīng)過(guò)多年試驗(yàn)，完成了利用超遠(yuǎn)緣復(fù)式育種技術(shù)把大豆的根瘤菌轉(zhuǎn)移到玉米根系上進(jìn)行生物固氮的新方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種操作簡(jiǎn)單，成本低廉的超遠(yuǎn)緣復(fù)式育種技術(shù)從而把大豆的根瘤菌轉(zhuǎn)移到玉米根系上進(jìn)行生物固氮的新方法。所謂超遠(yuǎn)緣是指玉米和大豆是兩種沒(méi)有任何親緣關(guān)系，其屬性是相差很遠(yuǎn)的兩種植物，玉米是禾本科屬于單子葉植物綱，而大豆是豆科屬于雙子葉植物綱，因?qū)傩韵嗖钐h(yuǎn)，屬于綱間嫁接，學(xué)術(shù)界視為嫁接禁區(qū)，國(guó)外至今尚無(wú)嫁接成活的先例。
[0007]本發(fā)明的第一步是無(wú)性繁殖(嫁接):首先保證玉米和大豆的嫁接成活，嫁接時(shí)機(jī)必須是在砧木玉米和接穗大豆都是幼苗剛剛出土，其中砧木玉米只長(zhǎng)出一片葉子，而接穗大豆只長(zhǎng)出子葉尚未長(zhǎng)出真葉時(shí)，就要立即進(jìn)行嫁接，因?yàn)檫@時(shí)幼苗的可塑性最強(qiáng)，其相互之間的交流最活躍，變異的可能性也最大。但是，由于剛出土的幼苗極其脆弱，植株嫩小，嫁接是非常困難的，本發(fā)明就是連續(xù)反復(fù)試驗(yàn)多年，最終掌握了技術(shù)秘訣，才取得了嫁接的成功。第二步是有性繁殖(雜交):在玉米和大豆嫁接成活后，其植株逐漸長(zhǎng)大，直到砧木玉米的花穗開花，則及時(shí)收集大豆的花粉，將其撒到玉米的花穗上，進(jìn)行雜交授粉。一般在接穗大豆進(jìn)入結(jié)莢到鼓粒期，玉米有了花穗授粉后，其根系上開始生長(zhǎng)根瘤，并逐漸長(zhǎng)大。
[0008]本發(fā)明的機(jī)理是通過(guò)玉米與大豆的有性繁殖(雜交)，把大豆的固氮酶轉(zhuǎn)移到玉米上，從而使玉米的根系上能夠結(jié)瘤，但是超遠(yuǎn)緣關(guān)系的玉米和大豆是不能雜交受粉的，為了使玉米和大豆能夠成功雜交，必須使玉米和大豆首先進(jìn)行嫁接，即無(wú)性繁殖，因?yàn)闊o(wú)性繁殖可以提聞二者之間的未和力，拉近彼此的未緣關(guān)系，這樣，兩者從沒(méi)有關(guān)系到建立起未緣關(guān)系的基礎(chǔ)上，才能使有性繁殖成為可能，這種復(fù)式育種技術(shù)的關(guān)鍵在于必須首先保證玉米和大豆的嫁接成功，也就是首先完成玉米和大豆的無(wú)性繁殖，在此基礎(chǔ)上才能進(jìn)行玉米和大豆的有性繁殖。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
把純種大豆的種子和純種玉米的種子播種到試驗(yàn)田里，待玉米和大豆幼苗剛剛出土，則以玉米為砧木，大豆為接穗進(jìn)行嫁接，嫁接成功后，等到砧木玉米長(zhǎng)出花穗時(shí)，則收集大豆的花粉，將其撒到玉米的花穗上，進(jìn)行雜交授粉。這種通過(guò)首先無(wú)性繁殖然后再有性繁殖的復(fù)合培育技術(shù)即可選育出優(yōu)良的H)代雜種，在H)代玉米的根系上就會(huì)長(zhǎng)出根瘤。
[0010]本發(fā)明具有如下特點(diǎn):
1，該超遠(yuǎn)緣復(fù)式育種技術(shù)操作簡(jiǎn)單，成本低廉，當(dāng)年即可在玉米的根系上長(zhǎng)出根瘤。
[0011]2，該超遠(yuǎn)緣復(fù)式育種技術(shù)屬于常規(guī)育種范疇的超遠(yuǎn)緣嫁接和雜交技術(shù)，不存在轉(zhuǎn)基因育種在國(guó)際上發(fā)生的關(guān)于食品安全的爭(zhēng)議。
[0012]
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為已經(jīng)嫁接成活的幼苗植株，大豆接穗已長(zhǎng)出第一對(duì)真葉。
[0014]圖2為已經(jīng)長(zhǎng)大的嫁接植株。
[0015]圖3為玉米和大豆嫁接的結(jié)合部特寫。
[0016]圖4為大豆已經(jīng)結(jié)莢，玉米還未長(zhǎng)出花穗的植株。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明，其【具體實(shí)施方式】如下:
1，播種:
選用外形飽滿，無(wú)瑕疵的純種大豆的種子和純種玉米的種子(不可使用轉(zhuǎn)基因大豆和玉米)，點(diǎn)播在試驗(yàn)田里，試驗(yàn)田以沙壤為宜，濕度50%-60%，播深2-3厘米，虛土覆蓋。[0018]2，嫁接:
①嫁接前的準(zhǔn)備:單面刀片、醫(yī)用酒精(75%)、無(wú)靜電塑料條(I厘米寬)、不銹鋼鑷子、竹針(粗細(xì)如縫衣針，長(zhǎng)度I厘米)、無(wú)菌手套。嫁接時(shí)必須佩戴無(wú)菌手套，所有工具均要酒精消毒，尤其是竹針要提前消毒干燥后放入無(wú)菌袋中備用。
[0019]②嫁接的時(shí)機(jī):玉米和大豆的幼苗剛出土 2-3天，玉米要只長(zhǎng)出一片葉子，不得長(zhǎng)出第二片葉子，而大豆要只長(zhǎng)出子葉尚未長(zhǎng)出真葉時(shí)，子葉也必須是尚未展開時(shí)(形同黃豆芽)，則以玉米為砧木，大豆為接穗進(jìn)行嫁接。
[0020]③嫁接的要領(lǐng):在玉米出土的幼苗距離根部15-20毫米的部位用刀片橫向切斷，即切去葉子，只留幼苗的下部，然后從玉米幼苗的中間垂直向下切開，切深12±1毫米，接穗大豆則把下部切成楔形長(zhǎng)11±1毫米，幼苗切口部位必須預(yù)先用消毒酒精擦拭，兩者迅速插接在一起，再用竹針橫穿結(jié)合部固定，然后用塑料條包扎結(jié)合部防止水分蒸發(fā)。嫁接過(guò)程越快越好，整個(gè)過(guò)程不宜超過(guò)20秒鐘，以防氧化失敗。砧木和接穗要粗細(xì)一致，嫁接不得錯(cuò)位，砧木和接穗的表皮必須對(duì)齊，至少要有一邊對(duì)齊，否則會(huì)造成營(yíng)養(yǎng)不能交流而失敗。橫穿竹針的工序必不可少，其作用有二，一是防止嫁接后的排異現(xiàn)象使接穗從接口中被推出而脫落，二是促進(jìn)生成愈傷組織，提高嫁接結(jié)合部的愈合能力，嫁接成活的幼苗見圖1，圖1是已經(jīng)嫁接成活的幼苗植株，大豆接穗已長(zhǎng)出第一對(duì)真葉。[0021]④成活后的管理:嫁接成活后，必須抑制砧木玉米的長(zhǎng)勢(shì)，促進(jìn)接穗大豆的長(zhǎng)勢(shì)，必須保證在大豆進(jìn)入結(jié)莢期以后，玉米才開始生長(zhǎng)花穗，如果玉米先生長(zhǎng)花穗，然后大豆才開花結(jié)莢，則會(huì)造成根瘤轉(zhuǎn)移的失敗，必須是大豆開花結(jié)莢在先，玉米生長(zhǎng)花穗在后，圖4就是大豆已經(jīng)結(jié)莢，玉米還未長(zhǎng)出花穗的植株。
[0022]⑤雜交的操作:嫁接成功的植株開始逐漸長(zhǎng)大，長(zhǎng)大的嫁接植株見圖2,玉米和大豆嫁接的結(jié)合部特寫見圖3，在植株生長(zhǎng)到砧木玉米有了花穗時(shí)，此時(shí)要及時(shí)收集大豆的花粉，將其撒到玉米的花穗上，進(jìn)行雜交授粉，待其成熟后，其果實(shí)就是H)代雜種，然后從中選出優(yōu)良雜種供Fl代繼續(xù)培育使用。
⑥根瘤的形成:在玉米花穗授粉之后，其根系上就開始結(jié)瘤，隨著玉米的生長(zhǎng)其根系上的根瘤開始逐漸長(zhǎng)大直到成熟，顏色也逐漸變深而成褐色，當(dāng)玉米完全成熟后，其根瘤則自行破裂脫落，增加了土壤中的氮素。
【權(quán)利要求】
1.一種把大豆的根瘤菌轉(zhuǎn)移到玉米根系上的方法，其特征在于首先使玉米和大豆進(jìn)行無(wú)性繁殖，要求嫁接的時(shí)機(jī)是必須在玉米和大豆的幼苗剛出土 2-3天，玉米要只長(zhǎng)出一片葉子，不得長(zhǎng)出第二片葉子，而大豆要只長(zhǎng)出子葉尚未長(zhǎng)出真葉，并且子葉也必須是尚未展開時(shí)(形同黃豆芽)，則以玉米為砧木，大豆為接穗進(jìn)行嫁接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的把大豆的根瘤菌轉(zhuǎn)移到玉米根系上的方法，其特征在于嫁接時(shí)在玉米出土的幼苗距離根部15-20毫米的部位用刀片橫向切斷，即切去葉子，只留幼苗的下部，然后用刀片從玉米幼苗的中間垂直向下切開，切深12±1毫米，接穗大豆則把下部切成楔形長(zhǎng)11 ± I毫米，幼苗切口部位必須預(yù)先用消毒酒精擦拭，兩者迅速插接在一起，再用竹針橫穿結(jié)合部固定，然后用塑料條包扎結(jié)合部防止水分蒸發(fā)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的把大豆的根瘤菌轉(zhuǎn)移到玉米根系上的方法，其特征在于砧木和接穗要粗細(xì) 一致，嫁接不得錯(cuò)位，砧木和接穗的表皮必須對(duì)齊，至少要有一邊對(duì)齊，否則會(huì)造成營(yíng)養(yǎng)不能交流而失敗，嫁接過(guò)程越快越好，整個(gè)過(guò)程不得超過(guò)20秒鐘，以防氧化失敗。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的把大豆的根瘤菌轉(zhuǎn)移到玉米根系上的方法，其特征在于嫁接成活的植株必須嚴(yán)格控制砧木和接穗的長(zhǎng)勢(shì)進(jìn)度，具體的要求是其生長(zhǎng)進(jìn)度必須做到接穗大豆開花結(jié)莢在先，砧木玉米生長(zhǎng)花穗在后。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的把大豆的根瘤菌轉(zhuǎn)移到玉米根系上的方法，其特征在于嫁接成活的砧木玉米植株生長(zhǎng)到有了花穗時(shí)，要及時(shí)收集大豆的花粉，進(jìn)行雜交授粉，雜交授粉成功到玉米完全成熟后，則為H)代果實(shí)，從中選出優(yōu)良雜種，以便供Fl代繼續(xù)培育使用。
【文檔編號(hào)】A01H1/02GK103947443SQ201410203629
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年5月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月15日
【發(fā)明者】王孚望 申請(qǐng)人:王孚望