CN101228841B

CN101228841B - 一种利用花药培养快速选育新小麦光温敏不育系的方法

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Publication number: CN101228841B
Application number: CN2007100629475A
Authority: CN
Inventors: 赵昌平; 张风廷; 刘建平; 叶志杰; 秦志列; 苏青; 任立平; 孙辉
Original assignee: Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences
Current assignee: Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences
Priority date: 2007-01-23
Filing date: 2007-01-23
Publication date: 2010-12-08
Anticipated expiration: 2027-01-23
Also published as: CN101228841A

Abstract

本发明属于作物科学、作物育种领域，具体地，本发明提供了一种利用花药培养快速选育新小麦光温敏不育系的方法，所述方法包括以下步骤：1)使需改造的光温敏不育系作为母本与作为父本常规小麦品种杂交，获得F1杂交种；2)播种上述获得的F1杂交种子或经过一次选择的F3代种子；3)在F1或F3植株的小孢子发育到单核中晚期时进行花药接种，获得单倍体；4)对上述由步骤3)获得的单倍体进行染色体加倍，获得纯合二倍体；以及5)获得上述纯合二倍体的种子，均分所得的纯合二倍体种子，一部分在可育环境中种植以鉴定品种的农艺性状并繁殖种子，另一部分在不育环境中种植以鉴定品种的育性，从而选育出具有所需农艺性状的小麦光温敏不育系。

Description

一种利用花药培养快速选育新小麦光温敏不育系的方法

技术领域

本发明属于作物科学、作物育种领域，具体地，本发明是一种利用花药培养快速选育新小麦光温敏不育系的方法。

背景技术

小麦是世界上分布最广的第一大粮食作物，在我国常年种植面积为4亿亩左右，仅次于水稻居于第二位。小麦作为自花授粉作物，其杂种优势的利用被认为是二十一世纪提高小麦产量的重要途径。多年来，各国一直都在努力寻求开发利用其杂种优势的途径与方法。目前小麦杂种优势利用主要有三种方法：核质互作雄性不育的利用(三系法)、化学杀雄技术的利用(化杀法)和光温敏雄性不育的利用(二系法)。由于二系法制种成本低且恢复源广泛，较易获得优势组合，已成为小麦杂种优势利用领域的重要方向。而光温敏雄性不育系是二系法杂交小麦的核心和基础，矮秆、早熟、开颖角度大、育性转换稳定的优异不育系的创新，对促进二系法杂交小麦进入大面积生产应用具有重要意义。

现有创新小麦光温敏不育系的主要方法是常规育种中的系谱法，即用需改造的光温敏不育系与一常规品种杂交，对其自交或回交的后代进行连续7～8代以上的育性和农艺性状的选择，最后育成新的不育系。由于一般情况下，小麦一年只种植一代，利用常规育种方法育成一个稳定的光温敏不育系至少需要八年的时间，不仅耗时、耗力，也很大地增加了生产成本。

在不育系分离世代的选择过程中，为保证获得自交种子，必须将各个分离世代种植在可育环境下，无法同时进行不育环境下的育性鉴定，就造成在选择过程中可能丢失某些不育材料，降低了育种效率。

在分离世代选择过程中，由于具有不育性状的植株在开花期处于开颖授粉状态，而且开颖时间较长，如不马上用杂交袋套住麦穗，会受周围其它植株花粉的侵染，产生异交种子，影响了后代的选择；而把分离世代的单株全部套上杂交袋，工作量非常巨大，是不现实的，同时也影响了许多性状的调查。

现有常规育种技术不仅育种周期长，而且操作难度大、选择效率较低。因而，整个选育小麦光温敏不育系的育种技术具有许多改进的地方。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，提出并完成了本发明。

本发明的目的是提供利用花药培养快速选育新小麦光温敏不育系的方法。本发明就是要克服常规技术的育种周期长、操作难度大、育性鉴定和不育后代选择无法兼顾的不足，提供一种快速改造小麦光温敏不育系资源的新方法，使从杂交到改造成新不育系资源仅需4年时间。

根据本发明的利用花药培养快速选育新小麦光温敏不育系的方法包括以下步骤：

1)使需改造的光温敏不育系作为母本与作为父本常规小麦品种杂交或反交，获得F1杂交种；

2)播种上述获得的F1杂交种子或经过一次选择的F3代种子；

3)在F1或F3植株的小孢子发育到单核中晚期时进行花药接种，获得单倍体；

4)对上述由步骤3)获得的单倍体进行染色体加倍，获得纯合二倍体；以及

5)获得上述纯合二倍体的种子，其中一部分在可育环境中种植以鉴定品种的农艺性状并繁殖种子，另一部分在不育环境中种植以鉴定品种的育性，从而选育出具有所需农艺性状的小麦光温敏不育系。

其中，在步骤3)中，所述单倍体可以为单倍体愈伤组织。此时，在步骤4)中，通过将所述单倍体愈伤组织移至加倍培养基实现染色体加倍，获得纯合二倍体愈伤组织。当所述纯合二倍体愈伤组织分化为绿苗后，在4～6℃下放置2～4个月后再移栽。

或者，在步骤3)中，所述单倍体可以为单倍体花培绿苗。此时，所述获得的单倍体花培绿苗在染色体加倍之前，在4～6℃下被放置2～4个月，移栽成活后再进行染色体加倍。一方面，在步骤4)中，可以通过自然加倍实现染色体加倍，获得纯合二倍花培绿苗；另一方面，可以通过人工加倍实现染色体加倍，获得纯合二倍花培绿苗。

根据本发明的方法，优选地，在步骤1)中选择花培效率高的光温敏不育系作为母本；选择配合力高、中早熟、矮秆多穗或多花型、开颖授粉的小麦常规材料作父本。

本发明的技术方案是选择配合力高、中早熟、矮秆多穗或多花型、开颖授粉的小麦常规材料作父本，与拟改造的小麦光温敏不育系杂交(反交亦可)，获得杂交F₁代。对其F₁代或经过一次选择的F₃代进行花药培养，诱导出单倍体花培绿苗，移栽成活，并采用染色体人工加倍或自然加倍方法使其结实，得到纯合二倍体材料。将此纯合二倍体材料同时在可育环境和不育环境下种植，鉴定此材料的育性、开花习性和农艺性状，并繁殖种子，达到创造新不育系的目标。

根据本发明的方法，其中，将进行花药培养的F₁代或经过一次选择的F₃代需要适当晚播和低密度种植，保证其花药正常发育，北京地区要求播种期为10月1日至8日，提早和推迟均降低花药培养效果。

根据本发明的方法，其中，花药培养的外植体要生长健壮，个体发育好。一般要取主茎大蘖的花药进行培养。接种花药的花粉粒发育时期为单核中晚期，其外部形态为小麦孕穗期旗叶下部叶鞘明显膨大，但叶鞘不能裂开，孕穗处于旗叶与倒二叶的1/3处和1/2处。剥开叶鞘，麦轴稍有弯曲、颖壳淡黄色的麦穗适合花药接种。花药培养使用三步法，第一步为愈伤组织诱导，使用W14或C17培养基，在28-30℃暗培养。第二步为绿苗分化，使用大量元素减半的MS培养基，在25-27℃光照培养，光照强度2000勒克司。第三步为壮苗，使用添加了多效唑的壮根培养基，培养环境与第二步相同。

根据本发明的方法，其中，获得的花培绿苗要低温越夏。一般要在无光照4℃冷藏至移栽合适期前5-7天。

根据本发明的方法，其中，花培绿苗移栽及管理包括：选择合适的移栽时期，一般在白天16-20℃，晚上5-6℃(北京地区10月中旬)为适宜期。移栽前5-7天将花培绿苗从冷藏环境中取出，放在自然环境下练苗，花培绿苗会由黄转绿。移栽时洗净花培绿苗根部的培养基，掐去过长的老叶上部，栽入已施好肥的阳畦中，用手指压实根的四周。栽完后要及时浇透水，并搭成一个高60公分、宽120公分的拱型小塑料棚。栽后1星期内要注意保持土壤和空气的高湿状态，为防温度过高也要及时开启小塑料棚两端进行通气降温。1星期后可逐步打开整个小塑料棚，进行正常管理。在入冬前要浇足水，盖上小塑料棚，直至来年开春。

根据本发明的方法，单倍体花培绿苗可通过自然加倍和人工加倍两个途径成为正常二倍体。染色体人工加倍有两种方法，一是在培养基内加倍，即当第一步诱导出愈伤组织后，及时转移到加倍培养基上培养24小时，再转移到分化培养基上正常培养。加倍培养基的成分是在每升分化培养基里再加入250毫克的秋水仙碱。二是在花培绿苗移栽成活后到达分蘖盛期时用万分之四秋水仙碱和1.5％二甲基亚砜在18--20℃下浸泡花培绿苗的根系至分蘖节，浸泡时间8小时为宜。为防止在培养过程中已自然加上倍的二倍体花培植株重复加倍，要事先检测花培绿苗的叶片气孔保卫细胞长度来鉴定出二倍体。一般取花培绿苗第二叶中部表皮作一装片进行显微测量，气孔保卫细胞长度≥64μm为二倍体，64≤μm为单倍体。检出的单倍体植株经加倍处理后要流水冲洗根部半小时，再重新栽入土壤中。

根据本发明的方法，其中，所获得的纯合二倍体材料的种子要一分为二，分别在不育环境和可育环境下种植。在不育环境中重点考察和鉴定育性情况，在可育环境中重点考察和鉴定农艺性状并繁殖种子，从而创新出新不育系。

本发明利用花培方法创新小麦光温敏不育系，在四大环节上规范操作：适当晚播和低密度种植，保证F1代的花药发育正常；通过综合应用花药培养技术，提高绿苗诱导率；通过越夏、选择合适移栽期、搭小塑料棚和精心管理，提高花培绿苗的移栽成活率；通过自然加倍、培养基内秋水仙碱加倍及气孔保卫细胞长度检测与分蘖节秋水仙碱加倍联合使用，提高纯合二倍体的数量，从而使花培后代有较大的纯合群体，便于对它们进行育性鉴定和选择，提高了选择效率。由于可直接获得纯合株系，相对于常规技术，本发明在育种过程中选择难度大大降低。

由于采用花培方法创新光温敏不育系，整个周期只需4年，比常规技术缩短了创新周期4-5年，极大地节省了土地资源、人力资源和生产成本，达到了快速创新的目的。

附图说明

图1为本发明的方法的示意图。

具体实施方式

以下实施例中所使用的品种或种质和培养基均为本领域普通技术人员通过购买可得的。

实施例1

(1)配置杂交组合：第一年，以光温敏核雄性不育系BS20为母本，以矮秆多穗型的常规品种冀麦36为父本，配置杂交组合，得到F1代种子。

(2)种植F1代杂交种：同年，在北京地区于10月5日播种，播种密度30-45万/公顷。

(3)花药接种：第二年春季，当F1代发育到花粉粒单核中晚期时(此时孕穗处于旗叶与倒二叶的1/3处和1/2处)，取30个主茎或大蘖，在无菌工作台上剥开叶鞘，取中部及中下部共10个小穗的花药，接种在W14培养基上诱导愈伤组织，总共接种1120个花药。

(4)获得单倍体花培绿苗：通过在28-30℃暗培养35天，使花药W14培养基上诱导出愈伤组织诱导，将愈伤组织移至大量元素减半的MS培养基，于25-27℃下光照培养，光照强度2000勒克司，分化出绿苗，然后使用添加了0.3％多效唑的壮根培养基，继续培养绿苗，得到绿苗35株。

(5)绿苗越夏：将这35株绿苗在无光照4℃冷藏，冷藏至10月10日。

(6)花培绿苗移栽：北京地区在10月中旬移栽，10月10日将花培绿苗从冷藏环境中取出，放在自然环境下练苗，花培绿苗逐渐由黄转绿，于10月15日移栽。移栽时洗净花培绿苗根部的培养基，掐去过长的老叶上部，栽入已施好肥的阳畦中，用手指压实根的四周，移栽行距和株距为10cm左右。栽完后及时浇透水，并搭成一个高60公分、宽120公分的拱型小塑料棚。栽后1星期内要注意保持土壤和空气的高湿状态，为防温度过高也要及时开启小塑料棚两端进行通气降温。1个星期后打开整个小塑料棚，进行正常管理。移栽的35株绿苗全部成活。

(7)染色体加倍：当年11月10日，在花培绿苗到达分蘖盛期，用万分之四秋水仙碱和1.5％二甲基亚砜在18--20℃下浸泡花培绿苗的根系至分蘖节，浸泡时间8小时，然后用水洗净，再栽入土中，共成活27株。在入冬前浇足越冬水，盖上小塑料棚，直至来年开春。

(8)加倍植株收获：第三年6月上旬，按单株收获加倍植株的种子，得到16个纯合的花药培养H2代种子。

(9)异地育性鉴定：将每个纯合的H2代种子，分别在不育环境(安徽阜阳)和可育环境(北京)下种植，每地种植1-2行，每行30粒。下一年(即第四年)4-6月份，调查每个H2株系的育性表现，得到2份在安徽阜阳高度不育，而北京基本可育的不育系材料。

实施例2

以光温敏核雄性不育系BS20为母本，以矮秆多穗型的常规品种农大3338为父本，配制杂交组合。花培绿苗的染色体人工加倍是在加倍培养基上直接处理愈伤组织，再转移到分化培养基上正常培养。其余步骤同实施例1。

实施例3

以光温敏核雄性不育系BS10为母本，以早熟、中矮秆的常规品种济南16为父本，配制杂交组合。花培绿苗通过自然加倍直接获得二倍体植株。其余步骤同实施例1。

Claims

1.一种利用花药培养快速选育新小麦光温敏不育系的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

1)使需改造的光温敏不育系作为母本与作为父本的常规小麦雄性可育品种杂交，获得F1杂交种，其中所述需改造的光温敏不育系为小麦光温敏不育系BS20或BS10；

2)播种上述获得的F1杂交种子或经过一次选择的F3代种子；

5)获得上述纯合二倍体的种子，均分所得的纯合二倍体种子，一部分在可育环境中种植以鉴定品种的农艺性状并繁殖种子，另一部分在光温敏不育系BS20或BS10的不育环境中种植以鉴定品种的育性，从而选育出具有所需农艺性状的小麦光温敏不育系。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤3)中，所述单倍体为单倍体愈伤组织。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤4)中，通过将所述单倍体愈伤组织移至加倍培养基实现染色体加倍，获得纯合二倍体愈伤组织。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述纯合二倍体愈伤组织分化为绿苗后，在4～6℃下放置2～4个月后再移栽。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤3)中，所述单倍体为单倍体花培绿苗。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述获得的单倍体花培绿苗在染色体加倍之前，在4～6℃下被放置2～4个月，移栽成活后再进行染色体加倍。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤4)中，通过自然加倍实现染色体加倍，获得纯合二倍花培绿苗。