CN101273707A - 应用陆地棉亚红株突变的棉花育种方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种应用陆地棉亚红株突变的棉花育种方法，属于农业育种技术领域。该方法根据叶色性状、花色性状或遗传基因性状，选育具有亚红株突变性状的品系；以具有亚红株性状的品系为亲本，与另选品系或品种杂交；选育得到具有亚红株突变性状的品系或品种。具体应用可以得到具有亚红株突变特征性状的品种、叶片光合作用功能良好的优良杂交棉品种、或具有亚红株特征性状不育系等，从而提高产量或提高杂交棉制种效率等。

Description

应用陆地棉亚红株突变的棉花育种方法

技术领域

本发明涉及一种育种方法，尤其是一种应用陆地棉亚红株突变的棉花育种方法，属于农业育种技术领域。

背景技术

植物的叶色突变体是指叶色表型发生的变异。根据叶色表型，突变体可分为白化、黄化、浅绿、条纹、斑点、紫叶、红叶等类型^[1]。近年来，叶色突变体的利用价值受到越来越多的关注。在作物育种工作中，叶色变异可作为标记性状简化良种繁育和杂交种生产或作为特异的育种亲本材料使用^[2、3、4]。在基础研究中，叶色突变体是研究植物光合作用、光形态建成、激素生理以及抗病机制等^{[5、6、7、8]}一系列生理代谢过程的理想材料；还可利用叶色突变体来分析鉴定基因功能、了解基因间的互作^[9、10]。

关于棉花色素突变体，早在1912年McLendon就报道了棉花红叶突变性状的遗传规律。现已在陆地棉中鉴定出与红色素沉着有关的三个基因位点：R₁、R₂和R_d。其中R₁控制红株；R₂控制花瓣的红色基瓣，但棉株表现正常绿色；R_d主要控制矮化红株的颜色表达^[11]。不少研究表明：经典红株性状具有潜在的抗螨性^[12.13]，但经典红叶棉叶片的净光合速率低于正常绿叶^[14]，因此，尽管红叶棉在抗螨类害虫方面具有优势；但由于其叶片光合作用上的劣势，使该性状的育种应用受到很大限制。

发明内容

本发明的目的在于：提出一种应用陆地棉亚红株突变的棉花育种方法，从而克服经典红株在棉花育种方面的劣势，为培育优良棉花品种开辟一条新途径。

陆地棉亚红株突变为本专利第一发明人在陆地棉亲本FB-2群体中发现。几年来的观察显示：1)亚红株突变体的株高与结铃性正常。2)亚红株与经典红株及其正常绿株在不同生育期存在明显的表型差异。在苗床子叶期，亚红株的子叶色与正常绿叶棉、经典红叶棉的子叶色明显不同；在开花期，亚红株的花色呈鲜红色，也明显不同于正常白花颜色。由于亚红株性状在F1呈不完全显性，遗传研究表明该突变性状受一对不完全显性基因控制，该基因与经典红株基因R1不在同一染色体上，因此是一种新的色素突变体。该突变性状在苗床期即可表达，与绿色棉苗具有明显可见的表型差异，因此在棉花育种上具有很好的应用前景。

具体试验研究情况如下：

1、表型特征观察：

对亚红株突变体的观察显示：亚红株与经典红株、正常绿株在不同生育期的表型存在明显差异。

从棉苗颜色来看，红株的子叶与新出小真叶为血红色；亚红株的子叶略见淡淡的微红，新出的小真叶为淡红色；正常绿株的子叶与新出小真叶均为绿色。三者苗期在表型上差异明显。在开花期，通过对亚红株突变系PD-17、红株PD-19以及正常绿株材料GK19的观察比较，发现如下表型差异特征：(1)在开花当天上午，亚红株突变系的花瓣为鲜红色，比经典红株的红色花瓣更鲜艳，而正常绿株的花瓣为白色。(2)经典红株叶片颜色为红色；亚红株突变系的新生叶为淡红色，随着叶片的发育长大，叶色逐渐淡化为近绿色；正常绿株的叶片颜色为绿色。

2.亚红株叶色性状遗传

以具有亚红叶突变性状的品系PD-17和正常绿叶品种GK19杂交，在苗期调查叶色性状在各世代的分离情况见表1。结果表明：F₁代正反交均表现为次淡红叶，即淡红叶对正常绿叶表现为不完全显性，不存在细胞质效应。X²测验表明：F₂代性状分离符合淡红叶∶正常绿叶＝3∶1的理论比例。显性亲本回交BC₁，其叶片全部淡红叶；以隐性亲本回交的BC₂，淡红叶∶正常绿叶符合1∶1的理论比例。以上结果证明亚红叶性状是由一对不完全显性基因控制的质量性状。

表1.PD-17和GK19杂交后代的苗期叶色性状的分离情况

3、亚红株花色性状遗传

到了开花期，亚红株突变体的花色为鲜红色，正常绿株的花色为白色，两者差异非常明显。在花期调查亚红株突变体PD-17和正常绿株GK19杂交后代的花色性状分离情况见表2。由表可以看出：亚红株的红花对正常绿株的白花表现为不完全显性，F₁全部表现为淡红花；F₂分离符合红花∶淡红花∶白花＝1∶2∶1的理论比例。BC₁的分离符合红花∶淡红花＝1∶1的理论比例，BC₂的分离符合淡红花∶白花＝1∶1的理论比例，表明亚红株的红花性状是受1对不完全显性基因控制的质量性状。

表2.PD-17和GK19杂交后代花色性状的分离情况

4.亚红株与经典红株性状的等位性分析

进一步分析亚红株突变与经典红株突变两者之间的等位性关系。用亚红株亲本PD-17与2个经典红株亲本PD-19、T586杂交，调查各世代叶色性状分离规律见表3。由表可见：杂交F₁均表现红色叶，表明红色对亚红色为上位显性。两组隐性测交的(红叶+亚红叶)∶正常绿叶均符合3∶1的理论比例，杂交F₂的叶色分离均符合15∶1的理论比例。以上结果显示，亚红株显性基因与已知的红株显性基因R₁不存在复等位关系，它们是两对独立位于不同染色体上的非等位显性基因，表明亚红株是有别于经典红株的新突变性状。

表3.亚红株和经典红株亲本杂交后代叶色性状的分离

5.亚红叶的光合效能

花铃期，在亚红株与正常绿株杂交的F₂分离群体中，分析近等基因背景下三种叶色的光合强度见表4。由表可以看出，在晴天强光条件下，光合强度的强弱依次为次淡红叶＞淡红叶＞绿叶，分别为27.10、12.84、4.89；在阴天弱光条件下，光合强度的强弱依次为次淡红叶＞绿叶＞淡红叶，分别为22.21、21.80、8.56。该结果显示：不管在强光、弱光条件下，光合强度均以次淡红叶(类同亚红株与正常绿株杂交F₁的叶色类型)为最高，显示该突变性状在杂优利用方面的巨大潜力。

表4、亚红叶与正常绿叶杂交F2分离群体不同叶色光合强度的差异

6.  亚红株突变性状杂交F1的光合优势

7月下旬至8月下旬是长江下游棉花生产上的光能富照期，这个阶段棉花正处于开花结铃期，是产量形成的关键时期，而此时棉花的光合作用强度与产量有着密切的关系。在棉花生长发育的光能富照期，分两期测定7个亲本及其组合的光合强度，见表5。从两次测定的平均值可看出，3个亚红叶棉亲本的平均光合强度为11.26mg干重·dm^-2·h^-1，绿叶棉亲本平均9.36mg干重·dm^-2·h^-1为，前者为后者的120.3％，表明亚红叶棉与绿叶棉相比具有较高的光合强度。

亚红叶棉与绿叶棉的杂交F₁代的光合强度与亲本相比，有2个组合超过双亲，其它2个组合则比绿叶棉亲本高，比亚红叶棉亲本低；从总平均值来看，杂交F₁代平均光合强度为11.83mg干重·dm^-2·h^-1，亚红叶棉亲本为11.26mg干重·dm^-2·h^-1，绿叶棉亲本为9.36mg干重·dm^-2·h^-1，表明亚红叶棉与绿叶棉的杂交F₁代，其叶片的光合强度大多会出现超亲优势，是一个优良的色素突变体。

表5各亲本及组合的光合作用强度(单位：mg干重·dm^-2·h^-1)

7、亚红叶色度与纤维品质性状相关分析

2004年以具有亚红株突变性状的亲本E083与高产抗病虫品系E046杂交，2005年种植F1并收获种子，2006年种植F2分离群体。花蕾期，在F2分离群体中依三种叶色——淡红色、次淡红色、绿色，在大田按单株顺序挂牌，吐絮期分收各单株籽棉，在室内考种并取样测纤维品质。亚红叶色度数字化：淡红色为3、次淡红色为2、绿色为1，应用“SPSS 11.0 for windows”统计软件分析叶色与纤维品质性状的相关性见表6。由表可知：叶色与纤维长度存在显著正相关(r＝0.173*)，与伸长率存在明显负相关(r＝-0.171*)。与整齐度、马克隆值、断裂比强度则不存在明显相关性。可见，亚红株突变对纤维品质基本没有负面相关效应，在育种上可以放心利用。

表6、叶色与纤维品质性状的相关性

在上述试验研究的基础上，本发明应用陆地棉亚红株突变的棉花育种方法可以归纳为：

1)根据至少如下性状特征之一，筛选具有亚红株突变性状的品系：

叶色性状——在苗床子叶期，叶色呈完全不同于正常绿叶、明显不同于经典红株红叶的淡红色

花色性状——在开花期，花色呈明显不同于正常绿株白花、比经典红株红色花更鲜艳的鲜红色

遗传基因——与控制经典红株基因R1不在同一染色体上；

2)以具有亚红株性状的品系为亲本，与另选品系或品种杂交；

3)选育得到具有亚红株突变性状的品系或品种(包括杂交棉等)。

以下为本发明方法比较典型的几个应用为：

1、以具有亚红株突变性状的品系为亲本，与另选绿株品种(或品系)杂交，通过后代的育种选择，得到具有亚红株标记性状的品种(或品系)。

2、由于亚红株突变的红叶色较经典红株的红叶色浅，其杂交F1的叶片光合作用功能良好，因此可以具有亚红株突变性状的品系为杂交父本，与另选的优质高产类型品种(品系)杂交，得到叶片光合作用功能良好的具有亚红株突变性状的优良杂交棉品种，从而可以提高棉花产量。并且，由于亚红株突变具有明显的性状，因此可以作为F1的标记性状，用于杂交棉纯度的早期鉴定，从而轻易解决杂交棉纯度鉴别的难题。

3、用具有亚红株突变性状的品系作为非去雄杂交组合的父本，进行杂交。由于亚红株突变性状在杂交F1表现为不完全显性，可作为标记性状用于苗床早期去杂。

4、由于亚红株性状品系花朵十分鲜艳，可以吸引昆虫传粉，因此可以具有亚红株突变性状的品系为亲本，与另选的不育系杂交，通过育种选择，得到具有亚红株特征性状的不育系，用于杂交制种，通过昆虫传粉，提高杂交棉制种效率。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明实施例一具有亚红株标记性状的品种(或品系)选育过程示意图。

图2为本发明实施例二亚红株突变杂种优势利用过程示意图。

具体实施方式

实施例一

本实施例依据如下两点考虑，并以应用陆地棉亚红株突变的棉花育种并最终实现产业化为目的。

1、将亚红株突变作为品种的标记性状

由于亚红株突变性状为不完全显性的质量性状，以具有亚红株突变性状的种质为亲本与大面积推广的品种或具特异性状的优质种质资源杂交，F1呈不完全显性。F2分离出现1(亚红叶)∶2(浅亚红叶)∶1(绿叶)的分离比例。在分离群体中选优良的亚红叶单株，考种、株行试验、株系比较试验，获得具有综合性状优良的具有亚红叶标记性状的品系，可作为品种推广或作为选育新品种或杂交棉的杂交亲本。具有亚红株性状的品系叶色淡红色、当日开鲜红色花，外观标记特征非常明显。

2、选择具有亚红株性状的标记杂交棉

以具有亚红叶标记性状的品系为父本，配制杂交组合，对杂交组合F1进行多点比较试验，选择具有产量、品质、抗性等综合优势的组合参加区试。通过区试，生产试验，品种审定，然后在生产上推广应用。以具有亚红叶标记性状亲本作为父本，在杂优利用中还可以作为早期标记性状，可用于快速鉴定杂交种纯度。

还可以利用亚红叶标记性状品系的花色鲜艳特点，将该性状转育给雄性不育系，吸引昆虫传粉，有利于提高不育系杂交制种效率，进一步降低杂交棉制种成本。

具体应用陆地棉亚红株突变的棉花育种方法过程如图1所示。具体育种过程详述如下：

1、第一年以综合性状优良的陆地棉“苏9701”与根据上述突变性状选择的亚红株亲本“PD-17”杂交得F1代；

2、同年底南繁加代得F2——在海南岛通过种植F1代，收获种子得F2代；

3、第二年在F2代分离群体中选择具有亚红叶性状的优良单株；

4、第三年将单株种成株行，考种选择优良株行成株系；

5、第四年通过优良株系比较试验，与对照品种比较，决选优势株系；

6、第五年将具有标记性状的优势品系参加区试，或作为新一轮杂交育种的亲本；

7、通过下2-3年区试、再1-2年生产试验，推荐品种审定；

8、审定品种、应用示范，并实现产业化开发。

如果母本是不育系，步骤3可选择具有亚红株性状的不育系。以具有亚红株性状的不育系作为母本，从而吸引昆虫传粉，提高不育系杂交制种效率。

通过以上过程，选育出具有亚红株性状并可提高产量的棉花新品种，最终实现品种的产业化。

实施例二

本实施例应用陆地棉亚红株突变的棉花育种方法与上述实施例的过程略有不同，如图2所示，具体步骤如下：

1、第一年以综合性状优良的陆地棉亲本E046、JK19、E069、YK1107、W98与亚红叶标记性状品系E083、E084、E078杂交得F1代；

2、第二年杂交F1组合进行多点比较试验，选择综合性状优良的组合；

3、第三年将具有标记性状的优势杂交组合参加区试；

4、通过下2-3年区试、再1-2年生产试验，推荐品种审定；

5、审定品种、应用示范，并实现产业化开发。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式(比如在其他分离群体——回交群体、随机混交群体等进行选择)。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

参考文献：

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Claims (10)

1. 应用陆地棉亚红株突变的棉花育种方法，包括以下步骤：

1)根据至少如下性状特征之一，挑选具有亚红株突变性状的品系：

叶色性状——在苗床子叶期，叶色呈完全不同于正常绿叶、明显不同于经典红株红叶的淡红色；

花色性状——在开花期，花色呈明显不同于正常绿株白花、比经典红株红色花更鲜艳的鲜红色；

遗传基因——与控制经典红株基因R1不在同一染色体上；

2)以具有亚红株性状的品系为亲本，与另选品系或品种杂交；

3)选育得到具有亚红株突变性状的品系或品种。

2. 根据权利要求1所述应用陆地棉亚红株突变的棉花育种方法，其特征在于：以具有亚红株突变性状的品系为亲本，与另选绿叶品种或品系杂交，通过后代的育种选择，得到具有亚红株标记性状的品系或品种。

3. 根据权利要求1所述应用陆地棉亚红株突变的棉花育种方法，其特征在于：以具有亚红株突变性状的品系为杂交父本，与另选优质高产类型品种或品系杂交，得到叶片光合作用功能良好的具有亚红株突变性状的优良杂交棉组合。

4. 根据权利要求1所述应用陆地棉亚红株突变的棉花育种方法，其特征在于：以具有亚红株突变性状的品系为亲本，与另选的不育系杂交，通过育种选择，得到具有亚红株特征性状的不育系。

5. 根据权利要求1至4任一所述应用陆地棉亚红株突变的棉花育种方法，其特征在于：所述杂交步骤为，以具有亚红株特征性状的品系为亲本，与另选品系或品种杂交得F1代，种植F1代收获得F2分离世代，并在分离群体中选取所需的具有亚红株特征性状的品系或品种。

6. 根据权利要求5所述应用陆地棉亚红株突变的棉花育种方法，其特征在于还包括以下步骤：

——在F2代分离群体选择具有亚红叶性状的优良单株；

——将单株种成株行，大田观察、室内考种选择优良株行成株系；

——通过优良株系比较试验，与对照品种比较，决选优势株系。

7. 根据权利要求5或6所述应用陆地棉亚红株突变的棉花育种方法，其特征在于：所述分离群体包括回交群体、随机混交群体。

8. 根据权利要求6所述应用陆地棉亚红株突变的棉花育种方法，其特征在于还包括以下步骤：

——将具有标记性状的优势品系参加区试，或作为新一轮杂交育种的亲本；

——通过2-3年区试、再1-2年生产试验后进行品种审定。

9. 以亚红株突变性状特征中的叶色性状作为标记性状，用于杂交棉纯度的苗期鉴定，所述叶色性状为：在苗床期，其子叶或新出小真叶的叶色呈不同于正常绿叶棉与经典红叶棉的淡红色。

10. 以亚红株突变性状特征中的叶色性状作为标记性状，并以具有亚红株突变性状的品系作为非去雄杂交组合的父本，用于杂交棉F1的苗期去杂，所述叶色性状为：在苗床期，其子叶或新出小真叶的叶色呈不同于正常绿叶棉与经典红叶棉的淡红色。

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