CN101779597B - 一种基于诱导小麦生理型雄性不育的制种方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种诱导小麦生理型雄性不育的制种方法，首先采用杀雄剂SQ-1对小麦生理型雄性不育进行诱导，其次进行杂交小麦制种，最后利用杀雄剂SQ-1进行小麦强优势组合的筛选与培育。本发明方法以杀雄剂SQ-1为雄性不育诱导剂，在小麦适宜的发育阶段，采用最佳喷施时期、最适喷施剂量、并配套一定的喷施技术，一次性喷施SQ-1杀雄剂，喷施后的小麦杀雄率完全可达到95％-100％，不育株率100％；其植株农艺性状生长正常，雌蕊不受任何影响，异交结实率超过90％以上。

Description

一种基于诱导小麦生理型雄性不育的制种方法

技术领域

本发明属于杂交小麦杂交种制种技术领域，具体涉及一种基于诱导小麦生理型雄性不育的制种方法。

背景技术

小麦是我国主要粮食作物之一，种植面积和总产量仅次于水稻，居第二位，常年种植面积约在2667万公顷左右，是我国最重要的商品粮和战略性的主要粮食储藏品种。许多研究和生产实践表明，小麦也具有明显的杂种优势，深入研究与开发利用是大幅度提高小麦产量和品质的一种经济实效新途径，特别是杂交小麦品种比起常规小麦品种具有明显的难能替代的优点：（1）选育周期短，即能够在较短的选育周期内，不仅可选育出比常规小麦品种增产15%以上的优良杂交小麦新品种，同时能够以优于常规育种的选育方法，将高产与优质通过组配强优势（F₁）杂交种有机地结合在一起，以选育出优质与高产并举的专用小麦强优势新组合，可克服目前在常规品种中所存在的高产与优质呈负相关的矛盾；（2）由于杂交小麦提供给生产种植的是杂交种，完全可以利用强大的配组优势，通过特定亲本选配，以培育超高产的超级杂交小麦提供生产应用；（3）明显的产业化特点，由于杂交小麦生产的是杂交种子，有着明显的高科技含量与知识产权，不但有利于拉动农业产业链的完整形成，同时很有利于市场经营；（4）提高单产是杂种优势利用的主攻目标，将高产与优质有机融为一体又正是杂种优势利用所独具的捷径，因而充分发挥农作物杂种优势的增产和抗逆作用，利用杂种优势途径来培育超高产、优质、多抗专用小麦强优势新组合，即超级杂交小麦新品种，这无论是对我国率先将杂交小麦应用于大面积生产，并推动全国杂交小麦整体研究水平的提高，还是为二十一世纪在小麦研究与生产中掀起一场新的技术革命和确保我国粮食安全都将起到举足轻重的作用。

目前进行杂交小麦的研究与利用，主要有4种途径，即CMS（Cytoplasm-nucleus Male Sterility,质核互作型雄性不育）、CHA（ChemicalHybridizing Agents,杀雄剂诱导雄性不育或者称其为化控二系）、GMS（Genomic Male Sterility,核型不育）与PMS（Photo-thermo-sensitive MaleSterility,光温敏不育,包括光敏、温敏和光温互作型不育）。除此，亦有将GMS和CHA或PMS和CHA结合，采用两种途径互补的方式进行杂交小麦的选育和利用。其中主要采用的是通过CHA途径来进行杂交种制种、大面积生产示范和大面积生产。

CHA途径与其它途径相比，突出的特点是，可按照杂交小麦组配强优势组合的规律，通过科学选择直接利用小麦常规品种（系）作为杂交小麦的特定亲本，大量地配制杂种组合，无须培育专门的不育系、保持系和恢复系，只要筛选出强优势组合，用适宜杀雄剂喷施母本，即可达到生产杂交种的目的。但CHA途径关键技术之一，必需有一种高效无毒的小麦杀雄剂，并对杀雄剂的杀雄效果、使用技术和制种技术要进行系统研究，成为熟化成果后方能推广，进而亦才能真正地突破杂交小麦的生产应用关。国内近年来在CHA途径研究与利用方面已取得长足的发展，由西北农林科技大学主持选育出的一批“西杂”系列杂交小麦强优势新组合，其中西杂一号将高产与优质有机融为一体已步入生产。但杂交小麦要大面积走向生产，高效制种技术是关键。其中一个重要制约因素就是小麦相对其它作物，种子繁殖系数较低，致使杂交小麦制种成本偏高，现已成为杂交小麦大面积走向生产的瓶颈。尽管已有审定品种，但缺乏高效益的规模化制种技术，以及亲本保纯技术等，这些问题如得不到合理的科学化解决，杂交小麦就很难走向规范化的产业化发展，更难于大面积生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于诱导小麦生理型雄性不育的制种方法，有效解决了现有的杂交小麦种子繁殖系数较低的问题。

本发明所采用的技术方案是：

一种基于诱导小麦生理型雄性不育的制种方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1：采用杀雄剂SQ-1对小麦生理型雄性不育进行诱导

a.确定喷施杀雄剂SQ-1的最适时期；

b.喷施杀雄剂SQ-1；

步骤2：杂交小麦制种

a.选取父母本花期相遇的最佳时期、行比及播幅；

b.人工辅助授粉；

步骤3：利用杀雄剂SQ-1进行小麦强优势组合的筛选与培育。

本发明的特点还在于，

其中的步骤1a中确定喷施杀雄剂SQ-1的最适时期，具体按照以下步骤实施：

以小刀片解剖小麦测量Feekes值，小麦旗叶在倒二叶鞘内伸长到倒二叶鞘的二分之一处，Feekes为7.5；小麦旗叶在倒二叶鞘内伸长到倒二叶鞘的基部，即倒三叶鞘的顶端处，Feekes为7.0；小麦旗叶在倒三叶鞘内伸长到倒三叶鞘的二分之一处，Feekes为6.5；小麦旗叶叶鞘抽出倒二叶鞘的二分之一处，Feekes为9.5；将旗叶或者旗叶鞘按全长各分别划分为10个等分，每一等分便为0.1，由此测量出Feekes为8.1、8.2、8.3……9.1、9.2等不同数值，选取Feekes在8.0-9.0为最佳喷施时期。

其中的步骤1b中喷施杀雄剂SQ-1，喷施剂量为3.0-5.0kg/hm²。

其中的步骤2a中选取父母本花期相遇的最佳时期、行比及播幅，具体按照以下步骤实施：

对父母本花期调节进行父母本分期播种和激素调控，父母本花期调节的原则为花期相差1天，播种期相差7-10天，激素调控用15-50g/hm²“九二○”在母本抽穗初期进行喷施；采用5∶12行比，母本最大播幅为0-1.8m。

其中的步骤3利用杀雄剂SQ-1进行小麦强优势组合的筛选与培育，具体按照以下步骤实施：

a.以某一优势型父本设置一个隔离区，父母本3∶6行比，在母本行根据隔离区面积和计划配制组合数，分小区添加各不同母本；

b.母本植株高度矮于父本5cm以下，最高等同于父本，母本花期至少要早于父本2-4天；

c.根据不同母本发育时期，杀雄剂SQ-1的最佳喷药时期为Feekes8.0-9.0，小麦植株外部形态为小麦旗叶从倒二叶鞘中露尖到全部抽出，以5.0kg/hm²剂量进行喷施；

d.母本抽穗扬花前，根据母本群体套袋自交穗，以自交结实率考查母本的杀雄率；

e.采用自然障碍隔离、不同于小麦的其它植物或高度2.5米以上围栏设置隔离区。

本发明的有益效果是，以杀雄剂SQ-1为雄性不育诱导剂，在小麦适宜的发育阶段，采用最佳喷施时期、最适喷施剂量、并配套一定的喷施技术，一次性喷施SQ-1杀雄剂，喷施后的小麦杀雄率完全可达到95%-100%，不育株率100%；其植株农艺性状生长正常，雌蕊不受任何影响，异交结实率超过90%以上。

本发明为利用小麦杂种优势提供了一种极简捷途径与方法。采用该方法并配套对应制种技术，可使杂交小麦在常规育种最新成果基础上，简便易行地大量配制杂交组合，提高杂交小麦强优势新组合选配的几率，克服其它遗传型小麦雄性不育-恢复系统受制于特定不育系、保持系和恢复系的限制，优势组合出现几率小、选育难的缺点；更重要的是利用本发明可使杂交小麦育种与常规育种有机结合，杂交小麦可在常规育种的基础上达到“水涨船高”的作用，促使杂交小麦能尽快地突破生产应用关，进而大面积应用于生产。

具体实施方式

下面根据具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明的基于诱导小麦生理型雄性不育的制种方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1：采用杀雄剂SQ-1对小麦生理型雄性不育进行诱导

a.确定喷施杀雄剂SQ-1的最适时期，按照以下步骤实施：

杀雄剂SQ-1的最佳喷施时期为小麦穗分化形成过程中的药隔期，即Feekes8.5（小麦生长发育不同时段），此时小麦植株外部形态为小麦旗叶从倒二叶鞘中抽出二分之一；有效喷药时期为雌雄蕊原基分化到药隔期，即Feekes8.0-9.0，植株外部形态为小麦期叶从倒二叶鞘露尖到旗叶完全抽出。

为了既简便又更易于掌握杀雄剂SQ-1的最佳喷药时期，小麦生长发育的不同时段，是以小麦试验群体为载体，可以是小麦试验小区，也可以是大面积小麦制种田，采取随机取样后的小麦主茎、大小分蘖（总数由10-50不等，以试验田块大小决定）的平均值来计算；其Feekes值以小刀片解剖小麦还可以描述为，小麦旗叶在倒二叶鞘内伸长到倒二叶鞘的二分之一处，为Feekes7.5；小麦旗叶在倒二叶鞘内伸长到倒二叶鞘的基部，即倒三叶鞘的顶端处，为Feekes7.0；小麦旗叶在倒三叶鞘内伸长到倒三叶鞘的二分之一处，为Feekes6.5；如果小麦旗叶叶鞘抽出倒二叶鞘的二分之一处，为Feekes9.5；也可将旗叶或者旗叶鞘按全长各分别划分为10个等分，每一等分便为0.1，由此还可测量出Feekes8.1、8.2、8.3……9.1、9.2等不同数值来；最终以取样数的平均值接近Feekes8.5来确定最佳喷施时期；

b.喷施杀雄剂SQ-1

杀雄剂SQ-1（杀雄嗪酸）是一种能在小麦适当发育时期进行喷施，可诱导小麦雄花败育的生物调节剂。经大量试验，采用杀雄剂SQ-1来诱导小麦生理型雄性不育，不同小麦品种的剂量范围为3.0-5.0kg/hm²，其中5.0kg/hm²剂量能使绝大多数小麦品种在适宜时期喷施，诱导为95%-100%雄性不育，因而可作为杀雄剂SQ-1诱导小麦生理型雄性不育的商用剂量。

步骤2：杂交小麦制种

a.选取父母本花期相遇的最佳时期、行比及播幅；

采用杀雄剂SQ-1，进行小麦大面积制种研究与试验，不同组合父母本花期相遇的标准均可，母本开花期比父本开花期至少要早2-4天。为了实现理想的花期相遇，对父母本花期调节可进行父母本分期播种和激素调控。父母本花期调节的原则，花期相差1天，播种期可根据不同品种相差7-10天；激素调控，可用15-50g/hm²“九二○”在母本抽穗初期进行喷施，经“九二○”处理后，母本开花期集中，颖壳开张角度大，柱头外露率提高，可显著提高母本的异交结实率。对发育进程快的父本，可根据情况采用多效唑拟制生长发育，推迟其开花期。这些措施的应用，均可达到理想的花期调节目的。

行比及播幅

花期相遇好，花粉量充足的条件下，父本花药外露率平均值不低于1.8,即调查50-100个小花内花药的外露率，求其平均值；大田父母本行比3∶8行比间的异交结实率最高，从制种产量和制种效益，采用5∶12行比比较经济合理，但母本最大播幅应在1.8m内。

b.人工辅助授粉

对应SQ-1杀雄剂制种田，采用人工背负式机动喷雾器，无药剂只运行机械朝对父本鼓风促进花粉朝向母本吹扬的办法，可明显提高母本的异交结实率。授粉最适时间，晴朗天气，一般是早晨露水干后，约8:30—11:00时，下午16:30—18:30时，也可根据当时的天气温度情况而调整辅助授粉时间，以母本穗部小花颖壳完全开张等待外来花粉，父本10%-50%小麦穗部有刚刚吐露散粉花药为最佳辅助授粉时间。

步骤3：利用杀雄剂SQ-1进行小麦强优势组合的筛选与培育

一种情况，设立不同父本区，进行同一父本多母本自然杂交制种获取大量组合，具体筛选与培育步骤：

a.以某一优势型父本设置一个隔离区，父母本3∶6行比，可在母本行根据隔离区面积和计划配制组合数，分小区添加各不同母本；

b.母本植株高度矮于父本5cm以下，最高等同于父本。母本花期至少要早于父本2-4天；

c.根据不同母本发育时期，杀雄剂SQ-1的最佳喷药时期为Feekes8.0-9.0，小麦植株外部形态为小麦旗叶从倒二叶鞘中露尖到全部抽出，以5.0kg/hm²剂量进行喷施，可使不同母本均可达到95%-100%雄性不育，100%的不育株率；

d.母本抽穗扬花前，根据母本群体采用小麦杂交纸袋套袋一定数量的自交穗，以自交结实率来考查本母本的杀雄率；

e.隔离区可采用自然障碍隔离、不同于小麦的其它植物、高度2.5米以上围栏等，空地以30米远为宜。

另一种情况，特定父本与特定母本制种区，具体筛选与培育步骤是在第一种情况基础上，以特定组合设置特定父本与特定母本制种区，不同制种区隔离，仍然采用第一种情况中e的方法；所不同的是，特定父本与特定母本制种区内，如果仅为了生产少量区域试验及小面积示范种子，也可将不同制种区安排在同一快地，这时的隔离则完全采用高度2.5米以上的围栏等进行隔离，围栏可以是塑料薄膜、小于30微米孔的尼龙纱网等；

第三种情况，生产大面积制种，100亩以上，其杀雄与制种技术可完全按上述第一种情况和第二种情况中的杀雄剂SQ-1对小麦生理型雄性不育的诱导和杀雄剂SQ-1制种技术进行。在此基础上，其隔离区，制种区的周边有30米以远在制种区母本授粉期无小麦花粉即可，也可采用扩大同制种区的父本播种面积，周边播种面积能达到30米以远便可达到很好的隔离效果。

采用最佳剂量和最适时期，SQ-1杀雄后进行饱和授粉，其异交结实率均超过85%-90%，在3.0～5.0kg/hm²剂量间，异交结实率无差异，SQ-1喷施后对雌蕊无伤害；

采用最佳剂量和最适时期，SQ-1对不同品种基因型的互作效应很小，无明显差异，SQ-1对不同基因型品种杀雄效果一致；

采用最佳剂量和最适时期，不同年份间SQ-1杀雄效果不受年份影响，年际间表现非常稳定。

本发明的方法带来的技术效果和进步在于：

1.首先在国内将筛选与工厂化合成出的具有自主知识产权的新型小麦杀雄剂SQ-1，可以应用于杂交小麦选育与大田制种。

2.提供出一套体系完善，技术成熟的诱导生理型雄性不育新方法及其制种技术，使其大面积小麦生产制种一般制种产量可稳定达到250～350kg/亩以上，该产量目前国内外还尚未见有报道。

3.使目前我国通过化控二系已选育出的杂交小麦，特别是西杂系列杂交小麦在本发明方法和技术支撑下，尽快产业化同时进一步扩大面积走向生产，为我国粮食安全做出新贡献。

4.本发明的实施，从实践上实现了小麦育种产业由常规种向杂交种的过渡；从科学价值上实现了小麦育种新的技术变革。

5.本发明完全有别于其它作物杂种优势利用方法，它完全将杂交小麦与常规育种有机结合，杂交小麦可建立在常规育种的最新成果之上，使杂交小麦育种在常规育种基础之上，进而能达到“水涨船高”式的技术变革。

6.采用本发明将杂交小麦应用于大面积生产，可推动全国杂交小麦整体研究水平的提高，为二十一世纪在小麦研究与生产中掀起一场新的技术革命，尤其在确保我国粮食安全方面将起到举足轻重的作用。

实施例1：

以化控二系强优势组合“西杂一号”为例，其大面积诱导小麦生理型雄性不育及其通过制种获得大量杂交种的个例步骤：

①将“西杂一号”的父母本，父本西农186、母本西农1376，按父母本行比3∶8比例同期循环种植；

②当母本西农1376生长发育到植株外部形态为小麦旗叶从倒二叶鞘中露尖到抽出二分之一时（随机取样平均值），即Feekes8.5，显微镜检花粉母细胞发育到雌雄蕊原基分化或者药隔期时，用SQ-1杀雄剂4.0kg/hm²进行叶面喷施以诱导小麦生理型雄性不育；

③当母本西农1376生长发育到出穗率达50%，穗部花药尚未露出散粉前，可在整块地采取对角线等多种方式，分主茎、大分蘖、小分蘖用小麦杂交纸袋随机套袋若干自交穗，以成熟时考查自交结实率来检测杀雄率；

④当母本西农1376经SQ-1杀雄剂4.0kg/hm²进行叶面喷施后，诱导为95%-100%雄性不育时，并发育到因自身雄花败育、雌蕊不能接受自身花粉授粉，穗部小花颖壳完全开张等待外来花粉，此时相邻父本10%的花药又刚刚开始始花散粉，西杂一号父母本的花期一般同期播种，母本早于父本3天左右，完全符合制种要求，此时用人工背负式机动喷雾器，无药剂只运行机械朝对父本鼓风，促进花粉朝向母本吹扬，使母本接受父本花粉以异交结实。授粉最适时间，晴朗天气，一般是早晨露水干后，约8:30—11:00时，下午16:30—18:30时，也可以当时的天气温度情况而选择适宜辅助授粉时间，从父本始花到开始人工辅助授粉后，以后的每次辅助授粉以10%～50%小麦穗部有刚刚吐露散粉花药为最佳辅助授粉时间；

⑤待父母本都接近成熟，可在田间直接考查母本套袋自交穗，自交结实率全为零，或者不育度在95%以上，不育株率达100%，表明本制种田生产的小麦杂交种完全符合杂交种要求，为合格小麦杂交种；

⑥用不同收割机分收父母本种子，母本收获的种子便为提供给生产用杂交种，父本种子可继续作为来年制种用父本，如果为已审定常规品种也可作为常规品种种植，或者作为商品粮处理。

实施例2：

以化控二系强优势组合“西杂五号”为例，进行同一父本多母本自然杂交制种获取大量组合，以选育杂交小麦新品种的具体筛选与培育步骤：

①以杂交小麦优势型父本小偃22为制种区父本，设置一个隔离区，按父母本行比3∶6比例循环种植；此时母本行可根据隔离区面积和计划配制组合数，分小区添加各不同母本，如西农2611、济麦17、小偃166、西农9872，等等；在同一个父本区根据制种隔离区面积，母本最高数可达50-200多个；

②其中母本西农2611，植株高度矮于父本小偃22在15cm以下，花期早于父本小偃22为2-3天；

③根据母本西农2611发育时期，杀雄剂SQ-1的最佳喷药时期为Feekes8.0-8.5，小麦植株外部形态为小麦旗叶从倒二叶鞘中露尖到抽出二分之一，SQ-1以5.0kg/hm²剂量为适宜剂量，此时喷施，可使母本西农2611达到95%-100%雄性不育，100%的不育株率；

④母本西农2611抽穗扬花前，套袋一定数量的自交穗，以自交结实率最后考查其杀雄率；

⑤父本小偃22制种区的隔离区采用自然障碍隔离，周边为其它经济作物，如中药材等，与其它小麦邻近的区以扩种父本小偃22以30米远。

⑥待父本小偃22制种区父母本全部成熟，分收父母本，从所有母本上收获后杂交种，次年进行杂交种品种比较，便从中选育出西农2611×小偃22组合，后定名为西杂五号，现已大面积推广与应用。

Claims (1)

1.一种基于诱导小麦生理型雄性不育的制种方法，其特征在于，具体筛选与培育步骤为：

①将“西杂一号”的父母本，父本西农186、母本西农1376，按父母本行比3∶8比例同期循环种植；

②当母本西农1376生长发育到植株外部形态为小麦旗叶从倒二叶鞘中露尖到抽出二分之一时，即Feekes8.5，显微镜检花粉母细胞发育到雌雄蕊原基分化或者药隔期时，用SQ-1杀雄剂4.0kg/hm2进行叶面喷施以诱导小麦生理型雄性不育；

所述的Feekes8.5值按如下方法测量：

以小刀片解剖小麦，小麦旗叶在倒二叶鞘内伸长到倒二叶鞘的二分之一处，Feekes为7.5；小麦旗叶在倒二叶鞘内伸长到倒二叶鞘的基部，即倒三叶鞘的顶端处，Feekes为7.0；小麦旗叶在倒三叶鞘内伸长到倒三叶鞘的二分之一处，Feekes为6.5；小麦旗叶叶鞘抽出倒二叶鞘的二分之一处，Feekes为9.5；将旗叶或者旗叶鞘按全长各分别划分为10个等分，每一等分便为0.1，由此测量出Feekes为8.5；

③当母本西农1376生长发育到出穗率达50%，穗部花药尚未露出散粉前，在整块地采取对角线方式，分主茎、大分蘖、小分蘖用小麦杂交纸袋随机套袋若干自交穗，以成熟时考查自交结实率来检测杀雄率；

④当母本西农1376经SQ-1杀雄剂4.0kg/hm²进行叶面喷施后，诱导为95%-100%雄性不育时，并发育到因自身雄花败育、雌蕊不能接受自身花粉授粉，穗部小花颖壳完全开张等待外来花粉，此时相邻父本10%的花药又刚刚开始始花散粉，西杂一号父母本的花期一般同期播种，母本早于父本3天，完全符合制种要求，此时用人工背负式机动喷雾器，无药剂只运行机械朝对父本鼓风，促进花粉朝向母本吹扬，使母本接受父本花粉以异交结实；授粉时间为晴朗天气，即早晨露水干后的8：30～11：00，下午的16:30-18：30，从父本始花到开始人工辅助授粉后，以后每次的辅助授粉以10%～50%小麦穗部有刚刚吐露散粉花药为辅助授粉时间；

⑤待父母本都接近成熟，在田间直接考查母本套袋自交穗，自交结实率全为零，或者不育度在95%以上，不育株率达100%，表明本制种田生产的小麦杂交种完全符合杂交种要求，为合格小麦杂交种；

⑥用不同收割机分收父母本种子，母本收获的种子便为提供给生产用杂交种，父本种子继续作为来年制种用父本。