專利名稱：利用波浪式冠層結(jié)構(gòu)生產(chǎn)大豆的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用波浪式冠層結(jié)構(gòu)生產(chǎn)大豆的方法。具體地說，本發(fā)明涉及利用體細(xì)胞胚誘變創(chuàng)造大豆近等位基因系和波浪式冠層結(jié)構(gòu)生產(chǎn)大豆的方法。
我國是大豆的發(fā)源地。然而，近年來我國大豆生產(chǎn)連續(xù)下滑。1994-1996年全國大豆總產(chǎn)量從1600萬噸下降至1350萬噸。同時，隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活水平的提高，國內(nèi)大豆需求不斷增加，大豆供需矛盾日趨嚴(yán)重。影響我國大豆生產(chǎn)的主要因素是單產(chǎn)水平低。
大豆是典型的C3植物，光能利用率較低。只有提高大豆的群體光能利用率才能進(jìn)一步提高大豆的單產(chǎn)水平。
為了提高大豆的群體光能利用率和產(chǎn)量，王彥豐(王彥豐，大豆波狀冠層栽培法，農(nóng)業(yè)科技通訊，1981(4)15)首先提出了大豆波狀冠層(又稱波浪冠層)栽培法。大豆冠層，是指單位土地面積上，大豆生育期間群體直接接受太陽光照射面積的總體。波狀冠層，是指株冠起伏好似波浪一樣。大豆波浪冠層栽培法是人為造成波浪冠層，以擴(kuò)大群體葉片截光面積，提高光能利用率，為大豆生育后期制造良好的通風(fēng)透光條件，減少底葉黃枯，提高大豆產(chǎn)量。
常耀中等(常耀中等，大豆波浪冠層栽培法研究，大豆科學(xué)，1986，Vol5(4)341-347)對大豆波浪冠層栽培法做了進(jìn)一步的研究，提出了實(shí)現(xiàn)大豆波浪冠層的三種方法(1)高矮不同的大豆品種實(shí)行隔行間作；(2)同一品種不同密度和施肥量隔行間作，使行與行之間株高不同形成波浪冠層；(3)用TIBA(三碘苯甲酸)等植物生長調(diào)節(jié)劑隔行處理，使處理行的株高降低，形成波浪冠層。試驗(yàn)表明，通過上述三種方法形成的波浪冠層，波峰與波谷相差10-15cm為宜，可使產(chǎn)量提高6％-15.1％。
雖然波浪冠層栽培法可以提高大豆產(chǎn)量，但是上述三種途徑都有其缺點(diǎn)。高矮不同品種實(shí)行隔行間種可較容易形成波浪冠層。但是，選擇合適的組合十分困難，至今尚無大幅度增產(chǎn)的報導(dǎo)。并且，不同品種間在生育期，籽粒的顏色，大小等方面差異較大，不能同期混合收獲，在大面積機(jī)械化收割的大豆主產(chǎn)區(qū)推廣此項(xiàng)技術(shù)難度較大。同品種不同密度和施肥量隔行間作田間管理工作量較大。并且，除密度和施肥量以外，大豆的株高還受氣候因素的影響，不易控制。用TIBA等植物生長調(diào)節(jié)劑控制株高也存在一定困難。首先，大豆對TIBA等比較敏感，使用濃度不好控制，要求熟練的技術(shù)人員操作。其次，化學(xué)控制有時使株高相差較大，增產(chǎn)不顯著甚至減產(chǎn)。
利用僅有株高相差10-15cm的大豆近等位基因系間作可以克服目前創(chuàng)造大豆波浪冠層所存在的困難。
用常規(guī)育種方法創(chuàng)造大豆近等位基因系是通過兩個性狀不同的品種雜交，然后用其中一個親本連續(xù)回交。經(jīng)回交5-6代后選出只有一對性狀存在差異，其它性狀大致相同的株系。這種方法不僅需要較長的時間，而且田間雜交和選擇的工作量非常大，效率較低。
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺點(diǎn)，提供一種利用體細(xì)胞胚誘變創(chuàng)造大豆近等位基因系和波浪式冠層結(jié)構(gòu)生產(chǎn)大豆的方法。通過大豆體細(xì)胞誘變和細(xì)胞工程相結(jié)合，經(jīng)兩三代即可選出僅有株高相差10-15cm的近等位基因系。從而大大提高了創(chuàng)造大豆波浪冠層的效率。
本發(fā)明提供了一種利用波浪式冠層結(jié)構(gòu)生產(chǎn)大豆的方法，包括以下步驟(1)、將選擇的大豆品種用誘變方法處理大豆成熟種子或幼胚；(2)、取經(jīng)誘變處理的大豆種子種植后的當(dāng)代植株幼胚或直接經(jīng)誘變處理的幼胚做外植體，在適當(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)基上誘導(dǎo)體細(xì)胞胚胎發(fā)生。胚狀體萌發(fā)形成再生植株；(3)、把胚狀體再生植株栽到花盆或田間，從其后代選出株高相差10-15cm的近等位基因系；(4)、把兩個株高相差10-15cm的近等基因系按0.5-2∶1比例種植；使植株在自然條件下生長，成熟。
上述方法中所述誘變方法可以是用化學(xué)誘變劑處理，如用甲基磺酸乙酯、乙酰亞胺等進(jìn)行處理，或用電離輻射，如X射線，γ射線，快中子等進(jìn)行處理。所用劑量使大豆成熟種子或幼胚發(fā)生突變即可，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可容易地確定這一劑量。
上述方法中所述的培養(yǎng)基可以是任何一種可誘導(dǎo)大豆幼胚形成胚狀體的培養(yǎng)基，如MS培養(yǎng)基等。
上述方法中近等位基因系的種植比例最好是1∶1。
上述方法中所用的大豆品種最好是在生產(chǎn)上大面積推廣的大豆優(yōu)良品種或優(yōu)于現(xiàn)有品種的高產(chǎn)，優(yōu)質(zhì)，抗病的大豆新品系。
上述方法中對用作外植體的幼胚的直徑?jīng)]有特別限制，但最好為3-5mm。本方法具有以下突出優(yōu)點(diǎn)1、由于近等位基因系除株高外，其它性狀無明顯差異，可以同期播種，同期混收，適宜于大面積機(jī)械化生產(chǎn)。2、播種后不需要特殊的田間管理(如不同密度，施肥量和化學(xué)控制等)，方法簡單，節(jié)省勞力，易于推廣。3、增產(chǎn)幅度較大。處理比對照增產(chǎn)16.6％，而其它方法的增產(chǎn)幅度僅為6-15.1％。
實(shí)施例(一)試驗(yàn)材料早熟18、中黃4號和8502三個大豆品種(系)。(二)方法與結(jié)果1、體細(xì)胞胚誘變(1)取幼胚直徑3-5mm的豆莢；(2)用自來水沖20分鐘；(3)用0.3-3％的EMS處理0.5-2小時，再用自來水沖洗1小時左右；(4)用70％乙醇消毒30秒，再用0.1％HgCl2消毒5-10分鐘。(5)用無菌水沖洗三次。(6)取出幼胚子葉，接種在胚狀體誘導(dǎo)培養(yǎng)基上。
基本培養(yǎng)基為MB培養(yǎng)基(MS培養(yǎng)基無機(jī)鹽，B5培養(yǎng)基的有機(jī)成分)。附加水解酪蛋白500mg/L，2，4-D 20-40mg/L或NAA 5-10mg/L，蔗糖15g/L，瓊脂8g/L，pH5.8。
MB培養(yǎng)基的基本成分(mg/L)大量元素NH4NO31650，KNO31900，CaCl2·2H2O440，MgSO4·7H2O370，KH2PO4170；微量元素KI0.83，H3BO36.2，MnSO4·2H2O22.3，CuSO4·5H2O0.025，CoCl2·6H2O0.025，Na2EDTA37.3，F(xiàn)eSO4·7H2O27.8；有機(jī)附加物肌醇100，煙酸1.0，鹽酸吡哆醇1.0，鹽酸硫胺素10.0。蔗糖30g/L，瓊脂8g/L，pH5.8。
在室溫下培養(yǎng)，每天光照23小時，光照度1200-2000Lux。
(7)在誘導(dǎo)培養(yǎng)基培養(yǎng)約1個月，外植體表面形成胚狀體，同時形成愈傷組織。把胚狀體轉(zhuǎn)到成熟培養(yǎng)基再繼續(xù)培養(yǎng)1個月。成熟培養(yǎng)基為不加激素的MB培養(yǎng)基，蔗糖濃度提高到10％。
(8)把發(fā)育成熟的胚狀體轉(zhuǎn)到胚狀體萌發(fā)培養(yǎng)基，胚狀體萌發(fā)形成再生植株。萌發(fā)培養(yǎng)基成分為MS培養(yǎng)基附加IBA0.1mg/L，GA30.1/L。
(9)打開瓶口，在室內(nèi)自然光照下練苗5天后，把試管苗栽入消毒的營養(yǎng)土內(nèi)。用玻璃燒杯罩住小苗，保濕7天，試管苗移栽成活率可達(dá)90％以上。
2、株高近等位基因系的選擇1994年把誘變胚狀體再生植株的種子全部種植在中科院遺傳所試驗(yàn)場。至1996年從早熟18誘變后代中選出10個穩(wěn)定的株系，株高從69.1到93.1cm。誘變親本早熟18的株高為76.3cm。從8502誘變后代中選出16個穩(wěn)定的株系，株高從70.2至85.6cm，而8502的平均株高為126.1cm。從早熟18和8502胚狀體誘變系均可選出多組株高相差10-15cm左右的組合。中黃4號的誘變后代株高均高于誘變親本，并且抗倒性較差，未入選。3、波浪冠層栽培試驗(yàn)以早熟18和其胚狀體誘變系9301-4為材料進(jìn)行波浪冠層栽培試驗(yàn)。早熟18平均株高76.3cm，并且耐陰性較好，9301-4株型和籽粒與早熟18均無明顯差異，平均株高93.1cm，二者株高相差16.8cm。每個材料種2行，行長9m，按1∶1的比例相間種植，5次重復(fù)。采用相同的密度，行距60cm，株距11cm，折合每畝1萬株。5月20日播種，10月1日收獲。高矮對照均為5行，取中間3行考種計產(chǎn)量，三次重復(fù)。表1株高近等位基因系波狀冠層栽培的產(chǎn)量結(jié)構(gòu)與產(chǎn)量
在波狀冠層栽培中，高桿材料9301-4株高92cm，平均單株粒數(shù)為109.6個，百粒重21.5g，折合畝產(chǎn)235.6kg。矮桿品種早熟18株高為77.1cm，單株粒數(shù)為83.6個，百粒重為19.8g，折畝產(chǎn)165.5kg。高矮平均畝產(chǎn)為200.6kg。在對照中9301-4平均株高為93.1cm，單株粒數(shù)87.1個，百粒重20.3g，折畝產(chǎn)176.8kg。早熟18株高76.3cm，單株粒數(shù)為84.6個，百粒重20.0g，折合畝產(chǎn)169.3kg。高矮對照平均畝產(chǎn)為172.1kg。處理比對照增產(chǎn)16.6％。
權(quán)利要求
1.一種利用波浪式冠層結(jié)構(gòu)生產(chǎn)大豆的方法，包括以下步驟(1)將選擇的大豆品種用誘變方法處理大豆成熟種子或幼胚；(2)取經(jīng)誘變處理的大豆種子種植后的當(dāng)代植株幼胚或直接經(jīng)誘變處理的幼胚做外植體，在適當(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)基上誘導(dǎo)體細(xì)胞胚胎發(fā)生，胚狀體萌發(fā)形成再生植株；(3)把胚狀體再生植株栽到花盆或田間，從其后代選出株高相差10-15cm的近等位基因系；(4)把兩個株高相差10-15cm的近等基因系按0.5-2∶1比例種植；使植株在自然條件下生長，成熟。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述誘變方法是用化學(xué)誘變劑，如甲基磺酸乙酯或乙酰亞胺進(jìn)行處理的，或是用電離輻射，如X射線，γ射線快中子進(jìn)行處理的。
3.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的近等位基因系的種植比例是1∶1。
4.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所用的大豆品種是在生產(chǎn)上大面積推廣的大豆優(yōu)良品種或優(yōu)于現(xiàn)有品種的高產(chǎn)，優(yōu)質(zhì)，抗病的大豆新品系。
5.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，用作外植體的幼胚的直徑為3-5mm。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種利用波浪式冠層結(jié)構(gòu)生產(chǎn)大豆的方法。為克服現(xiàn)有技術(shù)中進(jìn)行波浪式冠層結(jié)構(gòu)方法生產(chǎn)中不同品種不能同期播種,同期混收增產(chǎn)效果不顯著等缺點(diǎn),本發(fā)明采用誘變方法使所選擇的大豆品種產(chǎn)生突變,選出株高相差10—15厘米的近等位基因系進(jìn)行生產(chǎn)。本方法不僅適用于大面積機(jī)械化收割,而且增產(chǎn)顯著。
文檔編號A01H1/06GK1244340SQ9811716
公開日2000年2月16日 申請日期1998年8月12日 優(yōu)先權(quán)日1998年8月12日
發(fā)明者朱有光, 柏惠俠, 李諾, 張艷, 張性坦, 林建興 申請人:中國科學(xué)院遺傳研究所