CN1015685B - 黔型小麦三系的选育方法 - Google Patents

Abstract

一种黔型小麦三系的选育方法。用野生燕麦为母本，小黑麦下山3号为父本杂交，从第五代选择单株为母本，苏庆为父本杂交，从杂种后代选择黔型不育系；用小黑麦下山3号为母本，野生燕麦为父本杂交，从杂种后代选择保持系；用选择的黔型不育系为母本，保持系为父本杂交，繁殖黔型不育系；用黔型不育系为母本，选择的恢复系为父本杂交生产杂交种。据初步分析，该杂种具有野生蒸麦的遗传性状，具有高产，优质，抗病，抗性强等特点。

Description

本发明属于黔型小麦不育系、保持系、恢复系的选育方法

小麦雄性不育系研究始于50年代，1951年Kihara报道把小麦细胞核代换到尾状山羊草的细胞质中，引起胞质雄性不育，但是尾状山羊草细胞质的缺点是：它在造成雄性不育系性的同时，还会引起雄蕊畸型，导致结实率降低（Porter等1965年）。1962年，Wilson和Ross把普通小麦的核代入提莫菲维小麦的细胞质中，得到雄性不育后代。后来认为提莫菲维细胞质所造成的雄性是最适合于实践应用的，所以绝大多数实际工作者都集中于提莫菲维小麦胞质所产生的雄性不育性上，提莫菲维细胞对六倍体小麦不产生不利影响（Varenica，1978）。为了寻找有恢复能力的基因型，人们曾试用过很多方法。曾在提莫菲维小麦×Marquis的组合，提莫菲维小麦×方穗山羊草×Canthatch组合中发现恢复基因，从斯卑尔脱小麦的duhamelinum变种上鉴定出来Rf₁、Rf₂、Rf₃、Rf₄、Rf₅和Rf₆等6个恢复基因（Mclntos 1973h）。后来人们又发现法国冬小麦品种普里米皮（Premepi）的恢复力相对较好，优于从提莫菲维×Marquis组合得来的恢复系（Nettevich 1970，Auriau 1973）。30多年来有20多个国家研究杂种小麦，如美国等国家配了一些杂交种试种，由于恢复性，杂种优势和制种技术方面还有不少问题，至今尚未能在生产上推广。

我国小麦雄性不育性的研究工作，是从山东昌潍地区农科所1963年研究V型不育系开始的，V型小麦雄性不育系是稳性核不育类型，找不到保持基因，所以不能作为雄性不育系利用，1965年我国从国外引入提（T）型不育系及其恢复材料，在T型不育系的三系配套和育种工作方面取得了不少成绩，但与国外研究T型小麦雄性不育系存在共同的问题，未能在生产应用上突破。近年来，我国部分科研单位，从不同的材料中研制成小麦雄性不育系或不育材料，如湖南农科院从云南铁壳麦的衍生材料中发现不育株，四川的一个农民从类似于荆州地区农科所的材料中发现不育株，还有其他的单位，育成了小麦雄性不育系或不育材料。但进行深入的研究发现，它们与T型不育系相似，这些不育系的共同问题是：所有普通小麦品种或类型都是它们的保持系;很难找到它们的恢复基因，所有T型恢复基因均是它们的恢复系， 但恢复力不够高，优势不强，因此生产上很难利用。中国科学院遗传所的副研究员王培田，把这类小麦雄性不育系归为T型类型小麦雄性不育系。

70年代以来，我国对太谷小麦显性核不育基因进行了广泛的研究，因为它与任何普通小麦品种或类型杂交均出现不育株和可育株的1∶1分离，因此很难作为杂种优势利用。

近年中国科学院遗传所从日本引入山羊草的材料，已从这些材料的衍生类型中发现不育株，但目前尚未找到保持系，据说如果育成不育系，在普通小麦中恢复基因是较普遍的。日本投入了较多力量，进行山羊草胞质的小麦雄性不育系的研究，至今尚未见到有新突破的报导。

目前国内外所进行的小麦属间远缘杂交，主要是普通小麦或硬粒小麦与黑麦、偃麦草、滨草、簇毛麦属及与不同的山羊草种间杂交，并取得很多成果，育成一些在生产中应用的品种。普通小麦与大麦属、赖草属等杂交，虽取得杂交成功，但在生产中尚无实用意义。

本发明的目的是，利用野生燕麦与栽培小黑麦杂交，将野生燕麦的抗病、抗旱、耐寒、优质特性转育到栽培小麦，从杂交后代中选择不育系、保持系;另选配恢复系，配制小麦强优势组合。

本发明包括对母本人工套袋去雄，辅助授粉，调节父母本花期相遇各项措施，其特征是：（1）用野生燕麦为母本，小黑麦下山3号为父本进行杂交，将杂种连续种植繁殖，然后从第五代F₅中选择无芒、抗病、矮型的稳定单株。（2）用F₅单株为母本，苏庆为父本进行杂交，从杂交后代选择雄性不育株。（3）用小黑麦下山3号为母本，野生燕麦为父本调节父母本花期相遇，花期每天6-8时，16-20时人工授粉杂交，从杂交后代中选择能使不育特性稳定的保持系单株。（4）用选择的雄性不育单株为母本，能使不育特性稳定的保持系为父本进行杂交，繁殖黔型不育系。（5）用黔型不育系为母本，选择的恢复系（黔恢1至8号）为父本进行杂交，生产杂交种用于种植。

本发明的优点和积极效果如下：

1、黔型小麦雄性不育系是野生燕麦细胞质的，与国内外所育成的小麦雄性不育系均不相同，它与T型和T型类型不育系具有完全不同的恢复基因，T型小麦雄性不育系的恢复系T808和衍生材料及普里麦比，对黔型小麦雄性不育系完全无恢复力。 因此，黔型小麦雄性不育系具有较广泛的恢复基因，仅从现有的几十份普通小麦品种（系）及其他小麦类型中，就筛选出8个恢复系，这也是目前国内外所有育成小麦雄性不育系所具备的特性。

2、从目前筛选出的8个恢复系的初步结果表明，黔型小麦雄性不育系与黔型恢复系所配成的组合，杂种F₁的结实率与常规普通小麦结实率相当，而且杂种F₁的单株平均穗粒重不仅能超过父本恢复系，而且可以显著超过高产对照小麦品种贵农10号，因此具有应用于大面积生产的前景。

3、黔型小麦雄性不育系未授粉的小花颖壳张开时间可达14天，而T型不育系仅7天，这是杂交制种的优良性状。黔型小麦雄性不育系的不育率为100%，不育系种子不太饱满，但不影响种子的发芽率。

4、黔型小麦雄性不育系的保持系，矮杆、抗病，综合丰产性优良，是一个优良的小麦新品系，而且开花时吐药顺畅，花粉量较大，有利于不育系的繁殖。不育性保持率达到99%以上。

5、现在筛选出来的8个黔型恢复系，开花时均吐药顺畅，花粉量大，其中7个恢复系综合丰产性较好，有直接用于制种投入生产的前景。并且，黔型小麦雄性不育系与恢复系配成的组合，杂种F₁的籽粒饱满，种皮光滑，说明燕麦细胞质对杂种F₁无不良影响。

6、野生燕麦广泛存在于世界各地，是选育小麦新品种极为丰富的种质资源。本发明已用普通小麦、硬粒小麦与野生燕麦杂交成功，结实率分别为1-3%和20-50%，杂交种子并能自然出苗、自然结实、这就为小麦远缘杂交育种开辟了新的途径。

图1 小黑麦下山3号（2n＝8x＝56）×黑龙江野生燕麦（Avena satival，2n＝6x＝42）F₁及亲本苗期。

图2为杂种F₂苗期无叶耳类型的近燕麦类型，

图3为杂种F₂苗期无出现的近燕麦型

图4为杂种F₂出现的普通小麦类型

图5小黑麦下山3号×黑龙江野生燕麦的亲本和F₁穗型图

图6小黑麦下山3号×黑龙江野生燕麦的F₂穗型图

图7黔型小麦雄性不育系和保持系

图8黔型保持系

图9黔型恢复系6（左），不育系×黔恢6F₁（右）

图10黔恢7（左），不育系×黔恢7F₁（右）

图11黔恢1（左），不育系×黔恢1F₁（右）

图12黔恢3（左），不育系×黔恢3F₁（右）

图13黔恢2（左），不育系×黔恢2F₁（右）

图14黔恢4（左），不育系×黔恢4F₁（右）

图15、16、17为杂种F₂胚芽细胞染色体图，用a表明的染色体为近端着丝点的短染色体，用吉姆沙-。带染色显现三条带纹。

图18、19、20为黑龙江野生燕麦胚芽细胞染色体图，用a表明的为近端着丝点的短染色体，用吉姆沙-。带染色显现三条带纹。

图21为小黑麦下山3号和普通小麦绵阳11号（Triticum    aestivum    L，2n＝6X＝42）胚芽细胞染色体图，无近端着丝点的短染色体。

图22小黑麦下山3号（2n＝8x＝56）×黑龙江野生燕麦（Avena sativa L.，2n＝6x＝42）杂种F₁和F₂及亲本的过氧化物同工酶谱图，电极缓冲液PH＝8.3，凝胶缓充液PH＝9.4时的酶谱图。酶谱分别为：1、黑龙江野生燕麦;2、F₁中间型;3、小黑麦下山3号;4、F₁小麦型;5、黑麦;6、中国春;7、黔型不育系;8、黔型保持系;、F₂-1小麦型;10、F₂-小麦型;11、F₂-3小麦型。d为野生燕麦的特征性谱带。

图23为杂种F₁和F₂的过氧化物酶同工酶谱同质性分析的酶谱图，电极缓冲液PH＝7.4，凝胶缓充液PH＝8.9。酶谱分别为：19、黑龙江野生燕麦;12、F₂-1小麦型;13、F₂-2小麦型;14、中国春;15、黑麦;16、小黑麦下山3号;17、F₁中间型;18、F₂-3小麦型。

下面详细叙述本发明的选育方法：

一、黔型小麦雄性不育系的发现和保持系

1978年，发明人到黑龙江省北安县的一个农场夏繁小麦，麦地和麦地周围的荒地上野生燕麦特别多，成为小麦和大豆的主要杂草之一。经鉴定，它属于普通燕麦（Avena    stiva    2n＝6x＝42）中的野生生态型，成熟后颖果易自然落粒。它的开花时间很长，主穗开花至最小的分蘖开花，前后可达20-30天，与发明人的所有小麦 夏繁殖材料均可以花期相遇。发明人以黑龙江省野生生态型燕麦作母本，与遗传基础较丰富的小黑麦下山3号（2n＝8x＝56）杂交，做10个穗子，200朵小花。结果结实32粒，但种子均比正常燕麦种子瘦小，胚乳发育不好。

1978年秋，把杂交种子播于兴义的下午屯，共出苗13颗，当时自己也怀疑的真杂种，直到次年抽穗扬花时才相信是真的，因此未做F₁细胞学观察，但是进行了F₂的细胞学观察。这13株F₁杂种中有3株无芒的小麦型植株，结实正常。有1株无芒的近小麦型植株，结实率低，但对三锈和白粉病的抗性突出，另外9株近似六倍体小黑麦，结实粒低，籽粒不饱满。1980年后，进行黑龙江野生生态型燕麦与小黑麦的重复杂交，共进行了5年，均未获成功。于1985、1986、1987年用小黑麦下山3号作母本，与黑龙江野生生态型燕麦杂交，三次均获成功。1985年和1986年所作组合的F₁植株类型相近，与1978年在黑龙江通北所作的黑龙江省野生生态燕麦与小黑麦下山3号所作的组合F₁出现的植株类型也相近。1985和1986年所作杂交F₁植株细胞学研究结果的重复性也很好。

从野生燕麦×小黑麦下山3号组合的F₁中出现的无芒的近小麦型植株，于1984年从它的后代中分离出结实正常的无芒小麦类型，对三锈和白粉病的抗性好，株矮，但不抗赤霉病，而且是红粒。所以用它与抗赤霉白粒型品系苏庆杂交，F₁出现雄性不育株。其系谱为：

1984年秋，燕小黑（小麦型）×苏庆这个组合的F₁种子播于花溪，1985年3月下旬，这个组合抽穗时发现1株不育株，共10个穗子，全部开过花，所有颖壳张开， 检查小花柱头，多数已萎缩，但是每个穗子都有少数小花柱头未萎蔫，于是用10个不同来源的小麦品种（系）与之杂交，包括：Macronkaz、不育株的反交组合植株、绵阳81-5、贵农大穗，肯贵阿1号、Fr81-7、绵阳11号×Vallezisia、绵阳11号、Sc790079，可育姐妹株。结果Sc790079和可育姐妹株与杂交的组合未结种子，其他8个组合均结实3-5颗种子。

1985年秋所有8个组合的种子，均播于教学农场，每个组合同时播1行保持系测交品种。每个组合出苗2-3株，1986年3月中，杂交组合的植株开始抽穗，抽穗时每个组合套袋1穗自交，以测定其不育性，套袋穗的结实率见表1。

表1：不育株保持系测交第1代测定结果

1986、4

测交结果

测定    不育    绵阳

Fr    株的    11号    绵阳    绵阳    肯贵    贵农

Macronkaz    反交    ×Va    阿1

项目    81-7    组合    llezisis    11号    81-5    号    大穗

植株    ia

小花    76    79    82    85    78    83    80    94

总数

籽粒数    59    21    0    5    4    3    9    28

结实率    77.63    26.58    0    5.88    5.13    3.61    11.25    29.78

（%）

从表1的结果看，真正具有不育性保持能力的只有不育株的反交组合植株，第1代的自交结实率为零。由于雄性不育株与Macronkaz、Fr81-7、贵农大穗在不育性 保持力测定中，F₁代的自交结实率分别为77.63%、26.58%和29.78%，因此未做回交。而不育株与反交组合植株，绵阳11号×Vallezisia。绵阳11号、绵阳81-5、肯贵阿1号杂交的F₁代的自交结实率分别为0%、5.88%、3.61%、11.25%，均具有较明显的雄性不育性的保持能力，因此，各用原亲本与各自的杂种F₁进行回交，回交所得的种子进行夏播，小麦抽穗时，每个组合均套袋4穗进行杂交，结果见表2。

表2：不育株保持系测交回交1代结果

1986、9

第1次回交

测定

不育株×    不育株×    不育株×    不育株×    不育株×

项目    反交组合    绵阳11号    绵阳11号    绵阳81-5    肯贵阿1号

植株    （Vallezisia）

小花    198    205    176    191    203

总数

籽粒    0    45    42    39    51

数

结实率    0    21.95    23.86    20.41    25.12

（%）

从表2所见，不育株的反交组合植株仍具有100%的不育性保持力，其他4个品种（系）的育性恢复率分别为21.95%、23.86%、20.41%、25.12%。因此夏繁的生态条件不是小麦所要求的生长条件，结实率比正常秋播的要低，在正常的秋播条件下，这4个回交组合的结实率还要高，因此未进行继续回交。只对不育株与反交组合植株杂交的回交1代，进行了第2次回交。回交2代的种子于1986年10月23日播于本校 农场，1987年3月初抽穗，并随机选择4穗套袋杂交，共有小花413朵，到黄熟收获时计数，结果全不结实，说明100%保持不育。雄性不育系和保持系都已选育到第4代，遗传性已基本稳定，所以暂定名为黔型小麦雄性不育系和保持系。1987年除了雄性不育系与保持系杂交100多穗留种处，并用188穗分别与83个小麦品种（系）杂交，作为恢复基因的初筛。1987年所有雄性不育系的穗子均在开花前套袋，套袋5-7天后授粉，在近301穗中，授粉时发现有两朵小花子房膨大，说明至少有两朵小花具有能自然散粉的花药。1987年6月中，在农场夏播回交3代的黔型小麦雄性不育系，抽穗后观察，仍表现接近100%的保持雄性不育。到目前为止，黔型小麦雄性不育系的不育性仍保持在99%以上。

黔型小麦雄性不育系和保持系，综合丰产性好，株高68-73厘米，分蘖力强，叶短而挺，叶色深，蜡粉重，半冬性，在中上肥力条件下，稀播时平均小穗数20个以上，平均穗粒60粒数以上，千粒重42-46克，籽粒饱满（保持系），白粒，全角质，抗三锈和白粉病，保持系是一个综合丰产性优良的能用于生产的品种。

二、黔型小麦雄性不育系的恢复系筛选

（一）材料

黔型小麦雄性不育系和保持系（1），T型小麦雄性不育系，保持系，T808，普里麦比（Premepi），斯卑尔脱小麦变种duhamelianum，Fr81-2，绵阳11号、阿波等50个小麦品种（系）。黔型恢复系：黔恢1号，黔恢2号，黔恢3号，黔恢4号，黔恢5号，黔恢6号，黔恢7号，恢复系植株形态见图13、14、12、16、10、9中的左植株。

（二）方法

1987年春天，以黔型小麦雄性不育系作母本，与不同的普通小麦品种（系）杂交，进行黔型恢复系的初筛。1988年黔型小麦雄性不育系和T型小麦雄性不育系分别与T808、普里麦比、斯卑尔脱小麦变种duhamelianum杂交，以便测定黔型不育系和T型不育系与T型恢复系杂交F₁的恢复率，每个组合套袋10穗观察实际结实率，在每个组合开花前取样10个穗，调查可孕小花雄蕊的可孕性。

黔型小麦雄性不育系与黔型恢复系黔恢1号、2号、3号、4号、5号、6号、7号和8号（斯卑尔脱小麦变种duhamelianum）杂交，测定F₁的恢复率和杂种优势。

1、黔型小麦雄性不育系和T型小麦雄性不育系与T型恢复系杂交F₁的研究。

研究结果见表3：

表3：Q型和T型小麦雄性不育系与T型恢复系杂交F₁结实率研究

1989、花溪

杂交组合    小花总数    可孕雄蕊小花数    结实率（%）    套袋结实率（%）

Q型×T808    708    0    0    0

Q型×Premepi    814    0    0    0

Q型×duhamelianum    401    401    100    96.3

T型×T808    563    398    67.14    63.2

T型×Premepi    601    421    70.05    61.8

T型×duhamelianum    359    275    76.60    66.1

从表3所见，T808、普里麦比对Q型（黔型小麦雄性不育系）完全无恢复力，斯卑尔脱小麦变种对黔型小麦雄性不育系具有完全的恢复力。而T88、普里麦比和斯卑尔脱小麦变种duhamelianum对T型小麦雄性不育系均具恢复力，但恢复率仅达到67.14-76.60%。六十年代我国从国外引进T型小麦雄性不育系的配套材料，经我国科技工作者对T型三系材料的转育筛选，其恢复率有所提高，但是改良后的T型恢复系的恢复率还不能满足生产上的要求。

黔型小麦雄性不育系是具野生燕麦细胞质的，T型小麦雄性不育系是具Timofeevi小麦细胞质的，从表3中所见，T型的主要恢复系对黔型小麦雄性不育系完全无恢复力，说明Q型和T型是两个完全不同的雄性不育系，而斯卑尔脱小麦变种duhamelianum是这两种雄性不育系的共同恢复系，而这个斯卑尔脱小麦变种对黔型小麦雄性不育系具有完全的恢复力。用斯卑尔脱小麦变种duhamelianum与黑龙江野生燕麦杂交，结实率达到35%，说明它们之间起源具有同源性，所以斯卑尔脱小麦变种duhamelianum对具有燕麦细胞质的黔型小麦雄性不育系存在强恢复基因，它可以作为黔型小麦雄性不育系转育筛选强优恢复系的基础材料之一。

2、黔型小麦雄性不育系的恢复系筛选研究

1988年春天，把初步筛选出来的黔型恢复系，与黔型小麦雄性不育系杂交，杂 交种子于当年10月25日播于农场。由于播种后连续几个月未下透雨，试验地无灌溉条件，所以出苗率低，F₁杂交群体较小，只作一般的百分统计，可以看出杂种优势的大致倾向。从表4所见，黔型小麦雄性不育系与黔型恢复系杂交F₁，比恢复系亲本表现出三种杂种优势，即分蘖优势，平均穗粒数优势，和千粒重优势。不同组合间的优势相差很大。不同组合F₁平均穗粒数比父本恢复系的优势变异幅度很大。优势最强的组合杂种的平均穗粒数比父本恢复系增加63.0%，但也有下降的，杂种F₁结实率比父本恢复系降低最多的为16.9%。杂种F₁平均穗粒数比父本恢复系下降的原因为结实率下降或小穗中可孕小花数下降。而表现杂种F₁平均穗粒数增加的主要原因是穗长增加小穗数增加，因此增加了穗粒数。杂种F₁的千粒重表现很强的优势，超父本的优势为0.2-64.9%，8个组合平均千粒重优势为29.24%，平均比父本恢复系增加10.35克，千粒重超双亲的有6个组合，占组合总数的75%。8个组合的杂种F₁的有效蘖均比父本恢复系多，平均比父本增加151.03%，最多的比父本增加290.6%。平均穗粒数、千粒重和有效蘖优势的总和，构成杂种F₁的单株粒重优势，图13、14、12、16、10、9中，左为恢复系的植株图，右为杂种第一代的植株图，基本上可以看出杂种F₁的综合优势。从表4中所见，所有组合的杂种F₁单株粒重均显著超过父本恢复系。贵农10号是一个综合丰产性优良的品种，作为与黔型小麦雄性不育系×黔型恢复系杂种F₁比较的高产标准种，从表现4所见，8个组合的杂种F₁中，有4个组合的单株粒重越过贵农10号单株粒重25.28%-57.78%，而且这4个组合杂种F₁株高为61.2-101.2厘米，有用于大面积小麦生产的前景，当然恢复系斯卑尔脱小麦变种duhamelianum，它的丰产性差，颖壳包裹粒籽太紧，需要与普通小麦杂交转育恢复基因，育成普通小麦的强优恢复系才能用于生产。

Claims (1)

1、一种黔型小麦三系的选育及制作方法，包括人工套袋、去雄、授粉、调节父母本花期措施，其特征在于：

(1)用野生燕麦为母本，小黑麦下山3号为父本进行杂交，将杂种连续种植繁育，然后从第五代(F₅)中选择无芒、抗病、矮型的稳定单株；

(2)用(F₅)单株为母本，苏庆为父本进行杂交，从杂种后代选择黔型雄性不育系；

(3)用小黑麦下山3号为母本、野生燕麦为父本调节父母本花期相遇，花期每天6--8时和16--20时人工授粉杂交，从杂种后代中选择能使不育特性稳定的保持系单株；

(4)用选择的雄性不育单株为母本，能使不育特性稳定的保持系为父本进行杂交，繁殖黔型不育系；

(5)用黔型不育系为母本，选择的恢复系为父本进行杂交，生产杂交种用于生产种植。

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