CN101861829A - 一种百日草雄性不育两用系的转育方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于花卉育种技术领域，具体涉及一种百日草雄性不育两用系的转育方法。以百日草雄性不育两用系AH209AB的不育株为母本，以百日草自交系18为父本，经杂交、自交、连续回交、系内成对兄妹交和恢保测验，最终转育获得一个橘红色单隐性的百日草雄性不育两用系J16AB。本发明能够将雄性不育基因转育到性状优良的自交系中，获得园艺性状一致、败育彻底、育性遗传稳定的百日草雄性不育两用系，丰富了育种材料，为百日草杂交育种奠定基础。在转育过程中，通过花器官的表型特征，能够准确分析和判定百日草可育株和不育株，为百日草育性识别提供了表型标志。
Description
技术领域
本发明涉及花卉育种方法，具体涉及一种百日草雄性不育两用系的转育方法，属于花卉植物育种技术领域。
背景技术
植物雄性不育是指开花植物的雄性器官退化、发育不良或花粉败育而不能行使正常的生殖功能，但是其雌性器官发育正常、可以接受正常花粉而受精结实的现象，它广泛存在于开花植物中，目前已在43个科162个属320个种的617个品种或种间杂种中观察到了遗传性的雄性不育现象。雄性不育的来源主要是常规选育和基因工程创造，常规选育获得雄性不育系主要包括利用自然变异、自交和品种间杂交、引种和转育、远缘杂交等手段。异花授粉植物的基因型杂合，品种间、品种内杂交使隐性基因纯合出来，自交可以分离出隐性的不育株，对创造新的雄性不育系来说是比较简便而有效的方法。因此，目前创造雄性不育系最主要的方法是雄性不育系的转育，即通过种间或种内杂交，再连续多代回交进行核置换。转育的关键问题是在各个世代中始终选择与父本性状相同的植株，以保持父本优良性状的遗传。
百日草(Zinnia elegans Jacq.)为菊科百日草属一年生草本花卉，花期长且花量大，花色变化繁复且鲜明艳丽，有“庶民之花”的美称，在我国南北方广泛栽培，为绿化主栽品种之一。早期的育种工作主要依靠突变选育，效率很低，而且难以取得突破性的进展，急需使用新技术来提高育种效率。百日草是天然异交授粉植物，头状花序自交授粉结实率低，且重瓣性越强，花粉量就越少，结实率越低，这就要求利用杂种优势进行遗传育种。但百日草优良品种多为千层瓣，舌状花花瓣一层覆一层，盖着柱头，难于授粉；重瓣性低的品种筒状花发达但去雄困难，这种花型结构特点决定其杂种优势利用措施必须应用雄性不育技术。
尽管国外百日草制种已广泛应用雄性不育技术，但由于受到知识产权的保护，相关的学术报道极少，国内育种研究尚处于初级阶段，仅王平等(2004)、赵淑艳等(2007)、徐海霞等(2007)及叶要妹等(2008)对百日草雄性不育性有一定的研究。百日草雄性不育系的发现与利用可以省去人工去雄的麻烦，避免化学去雄对生态环境的破坏，对百日草杂交种研制技术有极大的推动作用。要提高百日草商品种子的制种效率和生产价值，选育具有自主知识产权的百日草新品种，当务之急是创造更多具有优良园艺性状的雄性不育系，而利用已有的雄性不育两用系，将其不育基因转育到更多的百日草育种材料中，创建一种高效的百日草雄性不育两用系转育的方法，可以加快选育新的百日草雄性不育两用系。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种百日草雄性不育两用系转育方法，以获得园艺性状一致、败育彻底、育性遗传稳定的雄性不育两用系，丰富育种材料，为百日草杂交育种奠定基础。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种百日草雄性不育两用系的转育方法，包括杂交，自交，连续回交，系内成对兄妹交和恢保测验，其步骤如下：
①杂交：以百日草(深红色单隐性)雄性不育两用系AH209AB(叶要妹等，百日草雄性不育系的获得及其细胞学观察.中国农业科学，2008，41(5)：1436-1443)中雄性不育的不育株(基因型msms)为母本，百日草自交系18(Ye Yaomei，Zhang Junwei，Ning Guogui，Bao Manzhu.A comparative analysis of thegenetic diversity between inbred lines of Zinnia elegans using morphological traits and RAPD and ISSR markers.Scientia Horticulturae，2008，118：1-7)(基因型MsMs)为父本进行杂交，得到杂合型的F1代，其基因型为Msms，该植株表现为正常可育；
②自交：将步骤①的F1代进行自交，得到F2代分离群体(F2代群体的育性分离：25％表现为雄性不育，基因型msms，另外75％表现为雄性可育，其中，25％基因型为MsMs，50％基因型为Msms)；
③连续回交：在步骤②的F2代分离群体中选择与父本性状完全相同的雄性不育的不育株与步骤①的F1代进行连续2代回交选育，每次回交淘汰不育株率在45％以下的组合，直至出现可育株与不育株的分离比例为1∶1；
④系内成对兄妹交：在步骤③的BC2后代群体中选择与父本性状完全相同的不育株和可育株进行系内成对兄妹交，获得株高、叶色、花色、花型、抗性、株型、分枝性园艺性状都与父本性状完全一致，且不育株率为50％，遗传稳定的合乎育种目标的雄性不育两用系，将其命名为百日草J16AB；
⑤恢保测验：在步骤④的后代群体中，将选择得到的不育株与可育株进行系内成对兄妹交，选择可育株进行自交，选择不育株和通过系谱法选育的5个自交系，即S5、A1、A3、J10、J17进行成对测交；在百日草盛花期对系内成对兄妹交、可育株自交和成对测交的后代群体进行育性检验，统计育性分离比例，并采用卡平方进行符合性测验；最终获得一种园艺性状整齐一致、败育彻底、育性遗传稳定的橘红色单隐性百日草雄性不育两用系J16AB。
本发明的有益效果是能够转育获得园艺性状一致、败育彻底、育性遗传稳定的百日草雄性不育两用系，丰富了育种材料，为百日草杂交育种奠定基础。同时，在转育过程中，通过花器官的表型特征，能够准确分析和判定百日草雄性不育的可育株和雄性不育的不育株，为植株育性识别提供了表型标志。
附图说明
图1：命名为J16AB的雄性不育两用系的转育过程及各世代基因型。
图2：命名为J16AB的雄性不育两用系中的可育株与不育株花器官形态比较。图中，图2a为可育株蕾期的花器官形态，图2b为可育株盛花期的花器官形态，图2c为不育株蕾期的花器官形态，图2d为不育株盛花期的花器官形态。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明的一种百日草雄性不育两用系的转育方法加以说明：
一种百日草雄性不育两用系转育的方法，包括杂交，自交，连续回交，系内成对兄妹交和恢保测验，其步骤如下：
①杂交：以百日草深红色单隐性雄性不育两用系AH209AB(叶要妹，陈天花，胡秋实，包满珠.百日草雄性不育系的获得及其细胞学观察.中国农业科学，2008，41(5)：1436-1443)中雄性不育的不育株，基因型msms为母本，百日草自交系18(Ye Yaomei，Zhang Junwei，Ning Guogui，Bao Manzhu.A comparativeanalysis of the genetic diversity between inbred lines of Zinnia elegans using morphological traits and RAPD andISSR markers.Scientia Horticulturae，2008，118：1-7)，基因型MsMs为父本进行杂交，得到杂合型的F1代，基因型为Msms，其植株表现为正常可育；
②自交：将步骤①的F1代进行自交，得到F2代分离群体(F2代群体的育性分离，25％表现为雄性不育，基因型msms，另外75％表现为雄性可育，其中，25％基因型为MsMs，50％基因型为Msms)；
③连续回交：在步骤②的F2代分离群体中选择与父本性状完全相同的雄性不育的不育株与步骤①的F1代进行连续2代回交选育，每次回交淘汰不育株率在45％以下的组合，直至出现可育株与不育株的分离比例为1∶1；
④系内成对兄妹交：在步骤③的BC2后代群体中选择与父本性状完全相同的不育株和可育株，进行系内成对兄妹交，获得株高、叶色、花色、花型、抗性、株型、分枝性园艺性状都与父本性状完全一致，且不育株率为50％，遗传稳定的合乎育种目标的雄性不育两用系，将其命名为百日草J16AB；
⑤恢保测验：在步骤④的后代群体中，将选择得到的不育株与可育株进行系内成对兄妹交，选择可育株进行自交，选择不育株和通过系谱法选育的5个自交系，即S5、A1、A3、J10、J17进行成对测交；在百日草盛花期对系内成对兄妹交、可育株自交和成对测交的后代群体进行育性检验，统计育性分离比例，并采用卡平方进行符合性测验；最终获得一种园艺性状整齐一致、败育彻底、育性遗传稳定的橘红色单隐性百日草雄性不育两用系J16AB。
如图1所示，以图1展示的J16AB雄性不育两用系的转育过程及各世代基因型为例，图中：Ms为显性可育基因，ms为隐性不育基因。
如图2所示，以图2展示的J16AB雄性不育两用系中的可育株与不育株花器官形态为例，图中：图2a为可育株蕾期的花器官形态，图2b为可育株盛花期的花器官形态，图2c为不育株蕾期的花器官形态，图2d为不育株盛花期的花器官形态。
以下对本实施例的技术方案做进一步说明：
①杂交：百日草深红色单隐性雄性不育两用系AH209AB中有50％基因型Msms的雄性不育的可育株和50％基因型msms的雄性不育的不育株，将其中的50％的基因型Msms的雄性不育的可育株淘汰，以基因型msms的雄性不育的不育株为母本(筛选雄性不育的不育株为母本的方法参见类似文献：赵团结等.大豆显性核雄性不育突变体N7241S的发现与遗传分析.中国农业科学，2005，38(1)：22-26；通过从百日草深红色单隐性雄性不育两用系AH209AB中获得雄性不育的不育株的方法，这些是本技术领域的公知常识，选择不育株是本领域很简单的事情，不育株的形态特征参见附图2是很容易分辨的)，以基因型MsMs的百日草转育目标自交系18为父本进行品种间杂交，得到杂合型的F1代，基因型为Msms，其植株表现为全部正常可育；
②自交：将F1代进行自交，得到F2代分离群体。F2代群体内植株的育性发生分离，育性分离结果的卡平方表明，雄性不育的可育株与雄性不育的不育株的分离比例符合3∶1，其中有25％表现为雄性不育，基因型msms，另外75％表现为雄性可育，包括基因型为MsMs的25％纯合型和基因型为Msms的50％杂合型；
③连续回交：将F2代分离群体中75％可育株淘汰，在F2代群体25％不育株中选择与父本性状完全相同的不育株，以其为母本与步骤①的F1代进行连续2代回交选育，每次回交淘汰不育株率在45％以下的组合，直至出现可育株与不育株的分离比例为1∶1；
④系内成对兄妹交：在可育株与不育株的分离比例为1∶1的BC2后代群体中选择与父本性状完全相同的不育株和可育株，进行系内成对兄妹交，初步获得株高、叶色、花色(参见附图2)、花型、抗性、株型、分枝性园艺性状整齐且都与父本性状完全一致，并且不育株率为50％，遗传稳定的合乎育种目标的雄性不育两用系，将其命名为J16AB；
⑤恢保测验：为进一步验证所获得的雄性不育两用系J16AB的遗传特性，在系内成对兄妹交的后代群体中，选择4对不育株和可育株进行系内成对兄妹交，选择3株可育株进行自交，同时选择不育株与通过系谱法选育的5个优良自交系，即S5、A1、A3、J10、J17进行成对测交；在百日草盛花期对系内成对兄妹交、可育株自交和成对测交的后代群体进行育性检验，按照株系分别统计系内兄妹交、可育株自交及成对测交后代的育性分离比例，并采用卡平方进行符合性测验，试验结果见表1。
表1 本发明转育的雄性不育两用系J16AB的遗传分析
注：df＝1；χ2 0.05＝3.84，χ2 0.01＝6.63
表1表明，系内兄妹交、雄性不育的可育株自交及成对测交后代出现育性分离或全部可育，没有全部不育的现象，说明百日草雄性不育两用系J16AB的雄性不育性由细胞核基因控制，并非胞质遗传。系内兄妹交后代的育性分离比例均符合1∶1分离规律；可育株自交后代的雄性可育与雄性不育均符合3∶1分离规律；不育株与自交系S5、A1、A3、J10、J17的成对测交后代可育率均为100％。由此可推断，本发明转育的百日草雄性不育两用系J16AB是由一对隐性核基因控制的雄性不育材料；其雄性不育的可育株为显性杂合体，其基因型为Msms；其雄性不育的不育株为隐性纯合体，基因型为msms。
同时，在蕾期和花期分别对雄性不育两用系J16AB中雄性不育的不育株和雄性不育的可育株的花器官形态及结构进行了观察。结果表明，在植株整个营养生长过程中，J16AB的雄性不育的不育株和雄性不育的可育株并无明显的区别，它们的植物学特征基本一致。但从蕾期透色以后，J16AB的雄性不育的不育株与雄性不育的可育株的花器官形态与结构差异极显著(见图2)，这些差异可以作为植株育性识别的标志。
可育株的花器官在现蕾前呈卵圆形。透色期(图2a)可清楚的看到花蕾顶部有卷曲成管状的舌状花瓣。盛花期(图2b)花盘周边的舌状花花瓣伸展，橘红色，仅具1枚雌蕊，为单性可育雌花；管状花集中着生于花盘中央，黄橙色，先端5齿裂，基部具1枚膜质苞片，花冠管中央有1枚雌蕊，花冠管上着生有聚药雄蕊，花丝5枚，花丝顶端呈鼓囊状的花药大且饱满，花粉正常可育，成熟时表面有花粉散出。
不育株的花器官在现蕾前与可育株的基本相同，也呈卵圆形。透色期(图2c)可隐约看到花蕾顶部露出丝状细毛。盛花期(图2d)花器管形态变化很大，整个花头较光秃，舌状花花瓣退化，筒状花花瓣退化或呈淡黄色的丝状物；雄蕊完全退化成丝状，呈淡黄色，无花药，内无花粉散出；雌蕊发育正常。
本发明的一种百日草雄性不育两用系的转育结果是：
经过杂交、自交、连续回交、系内兄妹交和定向选择，使用本发明获得了一种橘红色单隐性百日草雄性不育两用系J16AB，其株高、叶色、花色、花型、抗性、株型、分枝性园艺性状整齐一致，败育彻底，后代群体中雄性不育的可育株和雄性不育的不育株分离比例稳定为1∶1。
Claims (1)
1.一种百日草雄性不育两用系的转育方法，包括杂交，自交，连续回交，系内成对兄妹交和恢保测验，其步骤如下：
①杂交：以百日草雄性不育两用系AH209AB中的不育株为母本，百日草自交系18为父本进行杂交，得到杂合型的F1代，其基因型为Msms，其植株表现为正常可育；
②自交：将步骤①的F1代进行自交，得到F2代分离群体；
③连续回交：将步骤②的F2代分离群体中与父本性状完全相同的不育株与步骤①的F1代进行连续2代回交选育，每次回交淘汰不育株率在45％以下的组合，直至出现可育株与不育株的分离比例为1∶1；
④系内成对兄妹交：将步骤③的BC2后代群体中与父本性状完全相同的不育株和可育株，进行系内成对兄妹交，获得株高、叶色、花色、花型、抗性、株型、分枝性园艺性状都与父本性状完全一致，且不育株率为50％，遗传稳定的合乎育种目标的雄性不育两用系，将其命名为百日草J16AB；
⑤恢保测验：在步骤④的后代群体中，将选择得到的不育株与可育株进行系内成对兄妹交，选择可育株进行自交，选择不育株和通过系谱法选育的5个自交系，即S5、A1、A3、J10、J17进行成对测交；在百日草盛花期对系内成对兄妹交、可育株自交和成对测交的后代群体进行育性检验，统计育性分离比例，进行符合性测验；最终获得园艺性状整齐一致、败育彻底、育性遗传稳定的橘红色单隐性百日草雄性不育两用系J16AB。
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