CN103290022A - 一种将西洋参dna导入水稻进行品种改良的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种将西洋参DNA导入水稻进行品种改良的方法，首先提取西洋参总DNA，配制成西洋参总DNA溶液；其次种植亲本水稻，待水稻开花后，将西洋参总DNA溶液导入亲本水稻中，继续种植，收获含有西洋参总DNA的水稻；接着种植含有西洋参总DNA的水稻种子，在生育期观察种植的水稻群体，从中选取与亲本水稻具有一个或多个性状差异的变异株，收获变异株；再种植变异株种子，通过系统选育法选育出水稻改良品种。通过本发明方法选育出来的水稻改良品种生育期提前，单株穗数、每穗的总粒数、实粒数以及结实率均有不同程度的提高，改良品种性状优良。

Description

一种将西洋参DNA导入水稻进行品种改良的方法

技术领域

本发明涉及农作物育种领域，具体涉及一种将西洋参DNA导入水稻进行品种改良的方法。

背景技术

水稻是世界上主要的粮食作物之一，中国稻作面积约占世界稻作总面积的1/4，占全国粮食播种面积的1/3，产量约为世界上稻谷总产量的37％，近全国粮食总产量的45％，南自海南省，北至黑龙江省北部，东至台湾省，西达新疆维吾尔自治区；低如东南沿海的潮田，高至西南云贵高原海拔2000多米的山区，都有水稻栽培。

水稻的产量是由每亩穗数、每穗粒数(颖花数)、结实率及粒重(千粒重)等因素组成的。近年来，我国水稻种植面积不断扩大，产量相对稳定，但仍有许多地区病虫害发生严重，空秕粒率较高，在气候不正常或栽培技术不当的情况下，有些地区的空秕粒率达到了30％～40％，甚至更高，直接影响了水稻的品质和产量的进一步提高。因此，在水稻生产上除了争取多穗大穗外，还要减少空秕粒，提高结实率，增加千粒重，保证水稻优质高产。

杂种优势的成功利用使水稻产量得到了极大的提高，为解决世界范围内的粮食危机做出了极大的贡献。但是，自20世纪80年代以来，杂交水稻的产量就处理徘徊不前的局面。不断提高水稻产量和改良其品质是当前水稻育种的重要任务，而单纯依靠传统的遗传育种是难以实现的。

80年代产生的转基因技术由于直接在基因水平上改造植物的遗传物质、可定向改造植物的遗传性状、外源基因的转入打破了物种之间的生殖隔离障碍、丰富了基因资源等优点而弥补了常规育种方法的不足，得到了前所未有的发展。

将外源基因转入植物中的方法有多种，如农杆菌介导法、基因枪转化法、PEG法、电激法、花粉管通道法等。花粉管通道法是在授粉后向子房注射合目的基因的DNA溶液，利用植物在开花、受精过程中形成的花粉管通道，将外源DNA导入受精卵细胞，并进一步地被整合到受体细胞的基因组中，随着受精卵的发育而成为带转基因的新个体。该方法于80年代初期由我国学者周光宇提出，由于可直接在田间进行、价格低廉、易于推广等优势，因此受到广大育种工作者的极大重视。

西洋参(学名：Panax quinquefolius)是人参的一种，又称广东人参、花旗参，用于气虚阴亏，内热，咳喘痰血，虚热烦倦，消渴，口燥咽干，有中枢神经调节功能，可以保护心血管系统，提高免疫力，具有抗肿瘤，抗疲劳、抗氧化、抗应激、抑制血小板聚集、降低血液凝固性等作用，另外，对糖尿病患者还有调节血糖的作用。

本发明人采用孟德尔定律建立的花粉管通道技术，以异种远缘物种中国医学科学院药用植物研究所的西洋参与水稻作为受体开展水稻育种研究，旨在培育优质、高产、具有药用功能的新型水稻改良品种。

发明内容

本发明的首要目的是针对上述现有技术存在的问题建立一个适用于水稻的转基因技术，将西洋参DNA导入水稻进行品种改良，以获得优质、高产、具有药用功能的新型水稻改良品种。

为了达到上述目的，本发明一方面提供一种将西洋参DNA导入水稻进行品种改良的方法，包括如下步骤：

A)提取西洋参总DNA，配制成西洋参总DNA溶液；

B)种植亲本水稻，待水稻开花后，将西洋参总DNA溶液导入亲本水稻中，继续种植，收获含有西洋参总DNA的水稻；

C)种植含有西洋参总DNA的水稻种子，在生育期观察种植的水稻群体，从中选取与亲本水稻相比具有一个或多个性状差异的变异株，收获变异株；

D)种植变异株种子，通过系统选育法选育出水稻改良品种。

其中，所述步骤A)包括：

A1)种植西洋参种子，至种子萌发产生幼叶时，剪下幼叶，采用常规的植物DNA提取方法提取西洋参总DNA；

A2)将西洋参总DNA加水配制成浓度为100-300μg/mL的西洋参总DNA溶液。

特别是，优选的导入亲本水稻的西洋参总DNA溶液的浓度为300μg/mL。

其中，所述步骤B)中采用花粉管通道法将西洋参总DNA溶液导入亲本水稻中。

特别是，所述花粉管通道法具体为：种植亲本水稻，待水稻开花1-2小时后，用剪刀剪掉水稻颖壳，剪去1/3柱头后，用微量注射器将西洋参总DNA溶液滴加于柱头断面，滴加完毕后在柱头断面上套袋，其中每朵亲本水稻的颖花滴加10μL西洋参总DNA溶液。

其中，所述步骤C)包括：将含有西洋参总DNA的水稻种子消毒、浸种后进行播种，当苗龄达到18-20天时植入稻田中进行种植，按照普通栽培管理方式进行田间管理，待水稻始穗后，将水稻群体中的每一个水稻单株与亲本水稻单株进行性状比较，观察、统计水稻单株在生育期、株高、单株穗数、每穗总粒数、每穗实粒数、结实率、千粒重方面的性状差异，从水稻群体中选取与亲本水稻相比具有至少一个或多个较优性状的变异株，收获变异株。

其中，所述步骤D)包括：种植变异株种子，然后在种植的群体中按育种目标选取性状优良的单株，继续种植，直到选取的单株后代性状稳定，不再分离时，即选育得到水稻改良品种。

特别是，所述的育种目标是指选取在生育期、株高、单株穗数、每穗总粒数、每穗实粒数、结实率、千粒重方面的性状较亲本水稻优良的变异株。

本发明中亲本水稻的品种为东盟1号，由本发明的申请人选育得到，选育方法按照授权公告号为CN 100397977C的中国发明专利方法进行。该品种生长快、分蘖力强，可在蘖中分蘖(空中分蘖)，即一支多穗，该品种可在不同的地点和气候下生长，可在旱地或水田种植，可作早稻、中稻或晚稻一年三季种植，其产量高，且多抗。

本发明中西洋参种子来源于中国医学科学院药用植物研究所，其别名为花旗参、洋参、美国人参等，为五加科，人参属，多年生草本，全株无毛；根茎较人参短，根肉质，呈纺锤形，少有分技状；茎圆柱形，长约25厘米，有纵条纹，或略具棱；掌状5出复叶，通常3～4枚，轮生于茎项；小叶片膜质，广卵形至倒卵形，先端突尖，基部换形，边缘具粗锯齿。总花梗由茎端叶柄中央抽出，较叶柄稍长，或近于等长。伞形花序，花多数，等片绿色，钟状；花瓣5，绿白色。浆果，扁圆形，呈对状，熟时鲜红色；花期6～7月，果期7～9月。

本发明另一方面提供一种按照上述方法选育得到的水稻改良品种。

本发明具有以下优点：

1、本发明选育方法操作简便，价格低廉，可直接在田间进行，易于推广；

2、本发明选育得到的水稻改良品种生育期提前了5-8天，单株穗数提高了2-4个，每穗的总粒数和实粒数均有不同程度的提高，特别是结实率提高了8.6％-11.8％，改良品种性状优良；

3、本发明将远缘可食中药种质资西洋参的DNA导入水稻中，进一步提高稻米的营养品质和药用保健价值，改良水稻品种不仅不存在生物安全性的问题，而且还有益于人体健康，可调节人体生理节律，达到人体内营养平衡、延缓衰老、起到预防疾病和促进康复的作用。

具体实施例方式

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

实施例

一、试验材料及条件

1、试验材料

1)亲本水稻种子，东盟1号，按照授权公告号为CN 100397977C的中国发明专利方法选育得到；

2)西洋参种子，来源于中国医学科学院药用植物研究所，由李先思教授提供；

2、试验条件

在高州石仔岭进行水稻种植，按照普通栽培管理方式进行田间管理，水稻种植密度为60cm×60cm；

二、试验方法

1、提取西洋参DNA

按照常规种植方法种植西洋参种子，待种子萌发至产生幼叶时，剪下幼叶，采用常规的植物DNA提取方法提取西洋参总DNA；

向提取的西洋参总DNA中加入双蒸水，至西洋参总DNA的浓度为300μg/mL，制得西洋参总DNA溶液；

2、导入西洋参DNA

按照常规种植方法种植东盟1号亲本水稻种子，在水稻开花1-2小时后，用剪刀剪掉水稻颖壳，剪去1/3柱头，用微量注射器将上述配制的西洋参总DNA溶液滴加于柱头断面，滴加完毕后立即在柱头断面上套袋，以防蒸发，其中导入西洋参DNA的亲本水稻颖花样本数为300朵，每朵水稻颖花滴加10μL西洋参总DNA溶液；

继续种植亲本水稻25-30天，至稻穗金黄，子粒饱满时，收获含有西洋参总DNA的水稻，记作D0代；

本发明中，导入西洋参总DNA溶液步骤中除了可以采用浓度为300μg/mL的西洋参总DNA溶液外，浓度为100-300μg/mL的西洋参总DNA溶液也适合于本发明。

3、选取变异株

将D₀代水稻的种子消毒、浸种后进行播种，当苗龄达到18-20天时植入稻田中进行种植，按照普通栽培管理方式进行田间管理，种植的水稻群体即为第一代植株，记作D₁代；

待D₁代植株始穗后，将D₁代群体中的每一个单株与亲本水稻单株进行性状比较，观察、统计D₁代群体在生育期、株高、单株穗数、每穗总粒数、每穗实粒数、结实率、千粒重方面的性状差异，从D₁代群体中选取与亲本水稻相比具有至少一个或多个较优性状的变异株，收获变异株；

4、选育水稻改良品种

种植变异株的种子，种植后的水稻群体株数为900-1800株，即为第二代植株，记作D₂代；D₂代植株疯狂分离，分离类型丰富，有早熟型、中熟型、迟熟型，矮杆型，中杆型，高秆型，谷粒有无芒型、短芒型、长芒型，此外，还出现了与亲本水稻明显不同的直立紧凑型植株以及少量单倍体植株等其它类型；

按照育种目标从D2代植株中选取变异株，继续种植变异株的种子，种植的水稻群体即为第三代植株，记作D₃代；D₃代植株中有少部分株系继续分离较大，大部分植株性状趋向稳定；

继续种植D₃代中性状稳定的优良变异株的种子，直到变异株后代性状稳定，不再分离时，即选育得到水稻改良品种，水稻改良品种与亲本水稻的主要性状参数见表1。

表1水稻改良品种与亲本水稻的主要性状参数

由表1结果可知，本发明选育得到的水稻改良品种生育期提前了5-8天，单株穗数提高了2-4个，每穗的总粒数和实粒数均有不同程度的提高，特别是结实率提高了8.6％-11.8％，改良品种性状优良。

Claims (8)

1.一种将西洋参DNA导入水稻进行品种改良的方法，包括如下步骤：

A)提取西洋参总DNA，配制成西洋参总DNA溶液；

B)种植亲本水稻，待水稻开花后，将西洋参总DNA溶液导入亲本水稻中，继续种植，收获含有西洋参总DNA的水稻；

C)种植含有西洋参总DNA的水稻种子，在生育期观察种植的水稻群体，从中选取与亲本水稻相比具有一个或多个性状差异的变异株，收获变异株；

D)种植变异株种子，通过系统选育法选育出水稻改良品种。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A)包括：

A1)种植西洋参种子，至种子萌发产生幼叶时，剪下幼叶，采用常规的植物DNA提取方法提取西洋参总DNA；

A2)将西洋参总DNA加水配制成浓度为100-300μg/mL的西洋参总DNA溶液。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B)中采用花粉管通道法将西洋参总DNA溶液导入亲本水稻中。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述花粉管通道法具体为：种植亲本水稻，待水稻开花1-2小时后，用剪刀剪掉水稻颖壳，剪去1/3柱头后，用微量注射器将西洋参总DNA溶液滴加于柱头断面，滴加完毕后在柱头断面上套袋，其中每朵亲本水稻的颖花滴加10μL西洋参总DNA溶液。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤C)包括：将含有西洋参总DNA的水稻种子消毒、浸种后进行播种，当苗龄达到18-20天时植入稻田中进行种植，按照普通栽培管理方式进行田间管理，待水稻始穗后，将水稻群体中的每一个水稻单株与亲本水稻单株进行性状比较，观察、统计水稻单株在生育期、株高、单株穗数、每穗总粒数、每穗实粒数、结实率、千粒重方面的性状差异，从水稻群体中选取与亲本水稻相比具有至少一个或多个较优性状的变异株，收获变异株。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤D)包括：种植变异株种子，然后在种植的群体中按育种目标选取性状优良的单株，继续种植，直到选取的单株后代性状稳定，不再分离时，即选育得到水稻改良品种。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述亲本水稻的品种为东盟1号。

8.如权利要求1-7任一所述方法选育得到的水稻改良品种。