CN102972285B - 一种杂交作物的育种方法 - Google Patents

Abstract

一种杂交作物的育种方法，包括以下步骤：（1）选育有花粉直感效应作为分选标记的恢复系；（2）将选育的恢复系与光温敏核不育系进行配组；（3）进行杂交种子生产；（4）在光温敏核不育系遇特殊天气，部分恢复育性条件下，混收不育系自交种和杂交种；（5）利用分选机区分杂种和自交种。利用本发明，即使两系制种时，不育系部分颖花发生育性转换，依然可以得到高纯度、符合市场标准的两系杂交种子。此外，由于制种风险过高而不能将光温敏核不育系用于生产的作物也可以通过这条途径利用杂种优势，从而提高两系作物的应用范围。

Description

一种杂交作物的育种方法

技术领域

本发明涉及农业育种领域。具体地，本发明涉及一种光温敏核不育杂交作物的育种方法。

背景技术

人们早已发现各主要农作物的杂种优势现象，并且将其广泛用于玉米、高粱、水稻、油菜等农作物生产实际中。现有农作物杂种优势的利用方式有较多缺陷，选育实用的优良组合难度大，影响了杂种优势潜力的发挥。主要作物中小麦，棉花，大麦，大豆等几乎还没有利用杂种优势。提高配合力，降低种子生产成本，提高强优组合的选育效率，是农作物杂种优势利用研究的发展方向。

雄性不育系由于可免除人工去雄、节约人力、降低种子成本、保证种子纯度，从而在育种领域得到广泛的重视。光温敏核不育性是自然界中较为普遍的现象。光温敏核不育系具有明显的育性转换特性，其育性表达受到光、温因子调节，育性敏感期在某些温度光照条件下，雄性发育为不育；育性敏感期在另外某些温度光照条件下，雄性发育为可育。目前已发现有高温不育或长日高温不育，低温不育或短日低温不育等多种形式的光温敏核不育性。高温或长日高温不育(低温或短日低温可育)类型光温敏核不育系在育性转换敏感期遇一定程度和时间的高温表现不育，所以一般在长日高温的夏季利用其进行制种；或遇一定程度和时间的低温表现可育，所以一般利用海南冬季和高海拔地区进行不育系繁殖。低温或短日低温不育(高温或长日高温可育)类型光温敏核不育系（有些人称其为反温敏或反光温敏不育系）在育性转换敏感期遇一定程度和时间的高温表现可育，或遇一定程度和时间的低温表现不育，分别用于繁殖和制种。在目前的光温敏不育系中，温度是控制育性表达的关键因子，没有发现纯粹由光照控制的光敏不育系，它们多为单基因隐性核不育。

光温敏不育系既可以表现为雄性可育，进行自我繁殖；又能够表现完全雄性不育，作母本与常规品系杂交进行制种，做到一系两用，是目前作物两系法杂种优势利用的主要遗传工具。 1986年袁隆平教授提出两系法杂交水稻育种的战略设想。世界各地广泛开展了以光温敏不育系为母本的作物两系法杂种优势利用研究。水稻两系法杂种优势利用具有光温敏不育系易转育、配组自由等显著特点，理论上一切常规水稻品种都能转育为光温敏不育系，所有常规品种都能作为恢复系。因而该项研究具有优质、超高产的育种潜力。两系法杂交稻育种现已获得了很大成功，在生产上进入了大面积应用，它们一般比同熟期的三系法杂交水稻增产5-15%，两系杂交作物发展大有前途。

在制种阶段光温条件的异常变化，可使光温敏核不育系不育性出现波动而恢复可育。例如，盛夏低温，能够引起已育成的高温不育或长日高温不育类型光温敏核不育系不同程度地恢复自交结实，导致制种失败。特别是对于小麦等群体花期跨度时间长的作物，育性敏感时期较长，遇灾害天气的可能性大，制种风险更高，以至于光温敏核不育系小麦等尚不能大面积用于生产。近年来的研究和生产实践说明，由于自然界天气变化不可抗拒，年际间气候变化差异大，光温敏核不育系不育性容易出现波动，导致光温敏核不育系恢复自交结实，制种失败的机率较大，无法人为预测和控制。因为天气变化一般是全国性的，光温敏核不育系制种失败也可能将是全国性的，所以育种上应该把光温敏核不育系的制种风险降低到尽可能小的程度。

因此，需要找到一种可以从两系制种过程中产生的低纯度种子获得具有商品价值的高纯度杂交种的办法，从而降低制种风险。使原来不能通过光温敏核不育系利用杂种优势的作物的“两系”途径得到应用。

花粉直感又称当代显性，即有性杂交当代所结的种子或果实( 包括种皮胚乳果皮等) 表现出花粉供体( 父本) 性状的现象，其中胚乳表现父本现象( 如颜色饱满度等) 的称为胚乳直感或种子直感，种皮或果皮表现父本现象的称果实直感。胚乳直感是双受精的结果，在自然界中广泛存在。例如，玉米黄色胚乳为显性性状，以黄玉米的花粉对白玉米进行授粉，在母本植株上就能结出黄色胚乳的籽粒，当代就显示出父本的显性性状，在这种情况下可以其作为鉴定真假杂种的直观方法。

 色选机可根据物料光学特性的差异，利用光电技术将颗粒物料中的异色颗粒自动分拣出来，除去带有黑点或有颜色的颗粒。采用超高速传感器电子眼，可识别小至0.08mm²的微小异色区域，使用方便，操作简单，广泛应用于大米等粮食作物的精选，能够剔除大米中所有的垩白粒，处理速率可达3-10吨/小时。

发明内容

本发明要解决的技术问题的是，提供一种新的杂交作物的育种方法，使得光温敏不育即使在育性转换期遇灾害性天气，自交结实，也能从混合种子中，获得高纯度的杂交种。、

本发明解决其技术问题采用的技术方案是，一种杂交作物的育种方法，包括以下步骤：

（1）花粉直感分选性状的恢复系；

（2）将步骤（1）获得的恢复系与光温敏核不育系进行配组，选育具有强优势的、农艺性状优良的杂交组合；

（3）将步骤（2）选配的杂交组合进行杂交种子生产；

（4）当育性转换敏感期遇上灾害性天气，导致不育系部分育性恢复，产生可育花粉，自交结实时，仍然对制种田进行人工辅助授粉和常规制种田间管理；收取不育系穗上所产生的自交种和与父本产生的杂交种子；

(5)将所得种子通过分选机械分选出具有直感分选性状的杂交种和无直感分选性状的自交种，获得达到生产应用标准的杂交种。

进一步，步骤（1）中，所述的恢复系是通过分子生物学手段获得的转基因直感恢复系；或者是通过杂交、回交、细胞生物学等手段获得的直感恢复系、直感自交系；或者是通过自然变异、人工诱变等手段获得的变异直感恢复系；具有花粉直感性状，所述花粉直感性状包括颜色、气味等性状。

进一步，步骤（2）中，所述的选配组合的不育系自交种子的相关性状与步骤（1）所选育的恢复系的花粉直感相关性状上存在差异，能够通过机械进行区分。

进一步，步骤（4）中，所述的灾害性天气为低温、高温、连续阴雨等与作物光温敏核不育系保持不育特性相反的天气条件，导致不育系育性部分恢复，部分自交结实。

进一步，步骤（5）中，所述的分选机械包括以颜色或气味等为分选标记性状的分选机，即色选机、气味分选机。

进一步，步骤（5）中，可以通过多次分选的办法，最终获得目的纯度的杂交种和自交种。

本发明杂交作物的育种方法，主要是利用花粉直感效应和精确机械分选降低两系杂交作物的制种风险，即使两系制种时，不育系部分颖花发生育性转换，依然可以得到高纯度的、符合市场标准的两系杂交种子，保证国家种业发展及粮食安全。

利用本发明，由于降低了制种风险，可以淡化对不育系不育临界温度的要求，拓宽制种基地和不育系的选择范围。

在杂种优势利用中，有些作物由于不育系群体的育性转换敏感期长而容易遇上产生部分自交结实的灾害性天气，制种风险过高，而不能够将光温敏核不育系用于生产。通过利用本发明育种方法，能够有效降低两系作物的制种风险，使得这些作物能够通过光温敏核不育系利用杂种优势，提高作物产量。

具体实施方法

以下结合实施例对本发明作进一步详细说明，但这些实施例不得用于解释对本发明保护范围的限制。

各实施例所使用的各作物品种（品系）均为育种领域中常规使用的品种（品系），通过国家审定认定或者技术鉴定，可在品种资源库获得或者市场采购。

实施例1

（1）通过基因工程手段，构建胚乳特异性启动子PGt1驱动的红色荧光蛋白DsRed表达盒到双元表达载体Psb130上，通过农杆菌介导，转入水稻父本9311中，获得水稻父本9311的转基因群体，通过分子生物学的PCR和southern blot转基因鉴定，保留阳性转化子，并进行连续多代自交。从转化自交群体后代T5代中得到只含有红色荧光蛋白表达盒而无潮霉素表达盒的、其它农艺性状与水稻父本9311高度相似的红色荧光胚乳恢复系9311R；

（2）利用水稻不育系Y58s与具有红色荧光胚乳的转基因水稻恢复系9311R配组，得到杂交组合Y58 s/9311R，表现出强杂种优势，除红色胚乳性状外，Y58 s/9311R其它农艺性状类似于Y两优1号；

（3）进行Y58s/9311R制种；

（4）在制种阶段的不育系Y58s育性转换敏感期，遇上连续3天低温，日均气温低于22℃，导致不育系Y58s部分育性恢复，产生可育花粉，部分自交结实；出现这一情况后，仍然对制种田进行人工辅助授粉和常规制种田间管理；混收不育系Y58s产生的自交种和Y58s/9311R产生的杂交种子；

（5）将步骤（5）中获得的混收种子通过６ＳＸ２－１２６ＬＥＤ彩色ＣＣＤ色选机对Y58s自交种与Y58s/9311R的杂交种进行分选，第一次分选获得纯度为92.9%的杂交种，将92.9%的杂交种通过2次分选，获得纯度为97.3%的杂交种子，纯度高于国家对杂交种子生产的纯度标准。

实施例2

 选择具有有胚乳直感特性的蓝粒小麦D87065为恢复系。

（1）利用小麦光温敏核不育系ES-10与蓝粒小麦D87065，进行配组，得到具有强杂种优势且农艺性状优良的杂交组合ES-10/D87065；

（2）对ES-10/D87065进行制种；

（3）在ES-10的育性转换敏感期遇上连续3天平均气温达13℃的天气，高于不育系育性转换临界温度，导致不育系部分颖花散粉自交结实，但是仍对制种田进行人工辅助授粉和常规制种田间管理；

（4）混收步骤（4）产生的不育系ES-10自交种和杂交组合ES-10/D87065产生的杂交种子；

（5）将步骤（5）中获得的混收种子通过６ＳＸ２－１２６ＬＥＤ彩色ＣＣＤ色选机对ES-10自交种和杂交组合ES-10/D87065杂交种子进行分选，第一次分选获得纯度为95.2%的杂交种，将95.2%的杂交种通过2次分选，获得纯度为99. 6%的杂交种子，纯度高于国家对杂交小麦种子生产的纯度标准。

实施例3

（1）选择具有胚乳直感特性的黄粒玉米107为恢复系；

（2）以玉米光温敏核不育系琼6Qms为母本，白玉109玉米为父本进行杂交，并以杂交后代为母本，以白玉109为轮回亲本，回交二次，在回交后代中选择性状似白玉109的优良株系，获得了具有光温敏核不育特性的、具有优良农艺性状的白粒Q109s；

（3）利用步骤（2）中选育的Q109s与步骤（1）中选育的具有胚乳直感特性的黄粒玉米恢复系107进行配组，得到具有强杂种优势且农艺性状优良的杂交组合Q109s/107；

（4）对Q109s/107进行制种；

（5）在制种阶段的Q109s的育性转换敏感期遇上连续４天阴雨，日平均气温低于28℃，导致不育系Q109s部分自交结实，对制种田进行人工辅助授粉和常规制种田间管理。混收不育系Q109s自交种和Q109s/107杂交种子；

（6）将步骤（5）中获得的混收种子通过６ＳＸ２－１２６ＬＥＤ彩色ＣＣＤ色选机对Q109s自交种和与Q109s/107杂交种子进行分选，一次分选获得纯度为94.3%的杂交种，将94.3%的杂交种通过2次分选，获得纯度为98.9%的杂交种子，纯度高于国家对杂交玉米种子生产的纯度标准。

Claims (4)

1. 一种杂交作物的育种方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）通过杂交、回交、复交、细胞生物学或分子生物学手段，获得具有花粉直感分选性状的恢复系；

（2）将步骤（1）获得的恢复系与光温敏核不育系进行配组，选育具有强优势的、农艺性状优良的杂交组合；所述的不育系的相关性状与步骤（1）的父本存在花粉直感相关性状上的差异，不育系自交种子和与父本杂交产生的杂交种子能够通过分选机械进行分选；

（3）将步骤（2）选配的杂交组合进行杂交种子生产；

（4）当育性转换敏感期遇上灾害性天气，导致不育系部分育性恢复，产生可育花粉，自交结实时，仍然对制种田进行人工辅助授粉和常规制种田间管理；收取不育系穗上所产生的自交种和与父本产生的杂交种子；

（5）将所得种子通过分选机械分选出具有直感分选性状的杂交种和无直感分选性状的自交种，获得达到生产应用标准的杂交种。

2.如权利要求1所述的杂交作物的育种方法，其特征在于，步骤（1）中，所述的恢复系是通过分子生物学手段获得的转基因直感恢复系；或者是通过杂交、回交、细胞生物学手段获得的恢复系、自交系；所述花粉直感分选性状包括颜色和气味。

3.如权利要求1或2所述的杂交作物的育种方法，其特征在于，步骤（1）中，所述灾害性天气为与作物光温敏核不育系保持不育特性相反的天气条件，包括低温、高温或连续阴雨。

4.如权利要求1或2所述的杂交作物的育种方法，其特征在于，步骤（5）中，所述分选机械为以颜色为分选标记性状的分选机械。