CN104012208B - 一种冷等离子处理的花生育种方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种冷等离子体处理的花生育种方法，包括如下步骤：(1)将待处理花生原材料进行冷等离子体处理，得到冷等离子体处理后的材料；(2)从冷等离子体处理后的材料中选育具有目标性状的花生。本发明对花生种子进行冷等离子处理，明显提高了花生种子的能力，体现为具有以下特征：种子发芽能力提高；株高降低；主根长增长；须根长增长；百苗鲜重增加；第一侧枝长增长；总分枝数增加；单株饱果数增加；单株瘪果数减少；百果重增加；百仁重增加；出仁率增加；产量增加。本发明的花生育种方法突破了传统育种低水平重复、同质化严重和转基因育种潜在危险，以及太空育种经济投入巨大的缺点，可以缩短育种周期，在育种方法和手段上具有先进性。
Description
技术领域
本发明涉及一种花生育种方法，具体涉及一种采用冷等离子处理技术的花生育种方法，属于农业技术领域。
背景技术
花生，原名落花生(学名：Arachis hypogaea Linn.)，属蔷薇目，豆科一年生草本植物，茎直立或匍匐，长30～80厘米，翼瓣与龙骨瓣分离，荚果长2～5厘米，宽1～1.3厘米，膨胀，荚厚，花果期6～8月。花生是我国重要的作物，花生的育种工作一直是研究的热点之一。
传统花生育种在过去的几十年取得了很大的成就，但由于育种时间过长、效率较低等局限性，仅凭经验，比较盲目，导致低水平重复、同质化严重，目前传统花生育种遇到很大瓶颈，甚至停滞。要想在花生育种方面有更高的成就，就一定要依靠现代科学技术。但是，目前具有突破性的转基因育种方法在全球范围内引起了激烈的争论，认为转基因作物具有极大的潜在危险，可能会对人类健康和人类生存环境造成威胁。随着空间技术的发展，利用太空特殊的环境条件对植物种子产生的诱变来进行良种选育成为一种新兴的育种方法，然而太空育种是人工诱变育种的一种新方法，所有人工诱变的发生均是随机的，目前还做不到定向诱变，太空育种的成功率随着物种的不同也会有很大差别，并且太空育种的成本相当高，不是一般单位和个人能够承担的，难以普及。因此，如何找到一种既能突破传统生物育种低水平重复操作，又不改变基因性状、安全环保的育种手段，成为当务之急。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提供了一种冷等离子处理的花生育种方法。本发明提供的方法突破了传统花生育种低水平重复、同质化严重和转基因育种潜在危险，以及太空育种经济投入巨大的缺点，可以缩短花生育种周期，在花生育种方法和手段上具有先进性。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种冷等离子处理的花生育种方法：对花生原材料进行冷等离子体处理，所述冷等离子体处理的条件为：以氦气为工作介质，在真空封闭环境中，1～500W的处理功率下对花生原材料进行15～20秒的非电离幅射处理。所述花生原材料为花生种子。
优选的，所述处理功率为10～220W，所述非电离幅射处理的时间为15～18s。
进一步优选的，所述处理功率为20～220W，所述非电离幅射处理的时间为15～18s。
进一步优选的，所述处理功率为140～220W，所述非电离幅射处理的时间为18s。
最优选的，所述处理功率为180W，所述非电离幅射处理的时间为18s。
优选的，所述花生的品种为如下任一品种：山花11号、青花7号、花育33号、青花6号、花育34号、山花12号、山花9号、花育31号、花育30号、临花5号、花育32号、山花10号、花育28号、花育27号、山花7号、花育25号、临花6号、山花8号、花育26号、丰花6号、花育23号、丰花3号。
进一步地，对花生种子进行冷等离子体处理后，选育具有目标性状的花生。选育具有目标性状的花生的方法可为现有技术，如对所述冷等离子体处理后的材料进行加代繁殖，并利用DNA分子标记技术和同工酶鉴定选育具有目标性状的、稳定的自交系；将具有目标性状的、稳定的自交系再进行自交提纯复壮，最终得到所述具有目标性状的花生；
进一步地，所述目标性状是指：与未经任何处理的同一批相同品种的花生种子相比，具有以下特征之一或两种以上：种子发芽能力提高；株高降低；主根长增长；须根长增长；百苗鲜重增加；第一侧枝长增长；总分枝数增加；单株饱果数增加；单株瘪果数减少；百果重增加；百仁重增加；出仁率增加；产量增加。
更具体地，对于各品种的花生而言，经冷等离子体处理后，改善最明显的性状如下：
山花10号品种：发芽势提高最大；
山花10号品种：发芽率提高最大；
花育30号品种：苗高增长最大；
山花9号品种：主根长增长最大；
山花8号品种：须根长增长最大；
花育27号品种：百苗鲜重增长最大。
花育26号品种：株高降低最大。
花育30号品种：第一侧枝长提高最大；
山花8号品种：总分支数提高最大；
山花9号品种：单株饱果数提高最大。
花育34号品种：百果重提高最大；
花育34号品种：百仁重提高最大；
花育30号品种：出仁率提高最大；
花育27号品种：产量提高最大。
上述任一所述的方法在花生育种中的应用也属于本发明的保护范围。
本发明对花生种子进行冷等离子处理，明显提高了花生种子的发芽能力，改善了花生的幼苗生长性状、生物性状、产量性状。所述发芽能力是指发芽势、发芽率。所述幼苗生长性状体现为花生的苗高、主根长、须根长和/或百苗鲜重。所述生物性状体现为花生的株高、第一侧枝长、总分支数、单株饱果数和/或单株瘪果数。所述产量性状体现为花生的百果重、百仁重、出仁率和/或产量。本发明的方法处理的花生种子，与未经任何处理的同一批相同品种的花生相比，能力得到了明显的改善，具体体现为：种子发芽能力提高；株高降低；主根长增长；须根长增长；百苗鲜重增加；第一侧枝长增长；总分枝数增加；单株饱果数增加；单株瘪果数减少；百果重增加；百仁重增加；出仁率增加；产量增加。
本发明的冷等离子体处理的花生育种方法，具有如下优点：
1、冷等离子体处理功率人为可控，通过反复试验可以找到某种花生种子某一特定性状的处理功率，能更好地满足选育花生优良品种的需求，克服了传统的育种手段时间长、目标盲目性、育种质量低、育种成本高的弊端，在花生育种手段上具有创新性。
2、利用冷等离子技术处理自交系种子能够激发种子活力，实现促长、抗逆效果，育成的花生种子发芽势、发芽率增加，抗逆性增强，高产、稳产、广适，含油量、蛋白质含量增加，早熟株型紧凑、不倒伏，结果集中，适于机械化作业，填补了农业科学领域中非电离幅射技术在花生育种上应用的空白。
3、无污染，耗能低、低碳，基因组DNA序列不发生变化，通过基因表达发生的改变诱发花生当代性状发生变化，克服了转基因作物潜在的危险，不会对人类健康和人类生存环境造成威胁。
4、本方法再通过分子标记和同工酶鉴定等辅助加代选育，进一步缩短花生育种周期，加快育种速度，并能选育出更为优良的花生新品种。
附图说明
图1：花生提纯复壮三年两圃制示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
山花11号于2010年在山东通过审定，审定编号：鲁农审2010025号，公众可从山东省种子总公司获得。
青花7号于2010年在山东通过审定，审定编号：鲁农审2010026号，公众可从山东省种子总公司获得。
花育33号于2010年在山东通过审定，审定编号：鲁农审2010027号，公众可从山东省种子总公司获得。
青花6号于2010年在山东通过审定，审定编号：鲁农审2010028号，公众可从山东省种子总公司获得。
花育34号于2010年在山东通过审定，审定编号：鲁农审2010029号，公众可从山东省种子总公司获得。
山花12号于2010年在山东通过审定，审定编号：鲁农审2010030号，公众可从山东省种子总公司获得。
山花9号于2009年在山东通过审定，审定编号：鲁农审2009035号，公众可从山东省种子总公司获得。
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山花7号于2007年在山东通过审定，审定编号：鲁农审2007030号，公众可从山东省种子总公司获得。
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山花8号于2007年在山东通过审定，审定编号：鲁农审2007033号，公众可从山东省种子总公司获得。
花育26号于2007年在山东通过审定，审定编号：鲁农审2007034号，公众可从山东省种子总公司获得。
丰花6号于2005年在山东通过审定，审定编号：鲁农审字2005036号，公众可从山东省种子总公司获得。
花育23号于2004年在山东通过审定，审定编号：鲁农审字2004013号，公众可从山东省种子总公司获得。
丰花3号于2003年在山东通过审定，审定编号：鲁农审字2003013号，公众可从山东省种子总公司获得。
实施例1、一种冷等离子体处理的花生育种方法
利用冷等离子体处理的花生育种方法，可以得到发芽势、发芽率增加，抗逆性增强，高产、稳产、广适，含油量、蛋白质含量增加，早熟株型紧凑、不倒伏，结果集中，适于机械化作业等性状特点的花生新品种，具体包括如下步骤：
一、搜集符合选育目标的育种材料作为重点选育对象
具体的实验材料为山花11号、青花7号、花育33号、青花6号、花育34号、山花12号、山花9号、花育31号、花育30号、临花5号、花育32号、山花10号、花育28号、花育27号、山花7号、花育25号、临花6号、山花8号、花育26号、丰花6号、花育23号、丰花3号等花生品种的种子。
二、将步骤1选定的花生品种的种子置于冷等离子体处理机内，运用高能量的物质聚集态，在1-500W的处理功率下对花生的育种材料(花生的种子)进行15-20秒的非电离幅射处理，处理的必要条件是以氦气为工作介质，在真空封闭环境中进行。
三、将冷等离子体处理的育种材料在低温干燥条件下保存，以待适时播种。
四、与未经过任何处理的、步骤1选定的相应的花生品种的同一批种子进行培养得到的花生(对照)相比，经过冷等离子体处理的种子进行培养得到的花生实现了对应亲本材料的提纯复壮、产量提高、制种产量增加、品质改善和抗逆性增强。
(一)冷等离子体处理对花生种子的发芽势和发芽率的影响如表1所示。
表1不同冷等离子体处理条件下花生种子的发芽势和发芽率
表1中的发芽势和发芽率提高的比率表示冷等离子体处理的育种材料与未经过任何处理的、步骤1选定的相应的花生品种的同一批育种材料相比，所有品种，发芽势和发芽率均有提高，提高的幅度见表1中的数据。例如，处理功率为180W，处理时间为18s时，发芽势提高的比率最高的是山花10号品种，为23.72％，最低的是花育26号品种，为9.81％。处理功率为180W，处理时间为18s时，发芽率提高的比率最高的是山花10号品种，为4.15％，最低的是花育26号品种，为1.97％。
表1表明，当处理功率为80W时，处理时间为18s时，经过冷等离子体处理的花生的种子的发芽势、发芽率提高最大，分别比对照提高9.81％-23.72％、1.97％-4.15％，说明经过冷等离子体处理后，花生种子发芽出苗快且整齐，实现了亲本材料的提纯复壮。
(二)冷等离子体处理对花生幼苗生长的影响如表2所示。
表2不同冷等离子体处理条件下花生苗高、主根长、须根长和百苗鲜重
表2中，苗高、主根长、须根长和百苗鲜重提高的比率表示冷等离子体处理的育种材料与未经过任何处理的、步骤1选定的相应的花生品种的同一批育种材料相比，苗高、主根长、须根长和百苗鲜重提高的比率。例如，处理功率为180W，处理时间为18s时，苗高提高的比率最高的是花育30号品种，为34.1％，最低的是花育26号品种，为11.9％。处理功率为180W，处理时间为18s时，主根长提高的比率最高的是山花9号品种，为15.5％，最低的是花育26号品种，为6.3％。处理功率为180W，处理时间为18s时，须根长提高的比率最高的是山花8号品种，为28.8％，最低的是临花6号品种，为9.6％。处理功率为180W，处理时间为18s时，百苗鲜重提高的比率最高的是花育27号品种，为28.8％，最低的是临花5号品种，为9.6％。
表2表明，当处理功率为180W时，处理时间为18s时，经过冷等离子体处理的花生苗高增长最大，比对照提高11.9％—34.1％，苗高变高，说明冷等离子体处理促进了幼苗的快速生长，生长势旺盛；当处理功率为180W时，处理时间为18s时，经过冷等离子体处理的花生主根长比对照高出6.3％-15.5％，须根长比对照高出9.6％-28.8％。根系加长，对吸收深层土壤中的水分和养分更有突出作用；当处理功率为180W时，处理时间为18s时，经过冷等离子体处理的花生百苗鲜重比对照高出23.7％-34.1％。百苗鲜重，说明冷等离子体处理促进了幼苗的快速生长，植株生长势旺盛。通过以上处理，实现了亲本材料的提纯复壮。
(三)冷等离子体处理对花生生物性状的影响如表3所示。
表3不同冷等离子体处理条件下花生株高、第一侧枝长、总分支数、单株饱果数和单株瘪果数
表3中，花生植株株高、第一侧枝长、总分枝数、单株饱果数和单株瘪果数的增加率表示冷等离子体处理的育种材料与未经过任何处理的、步骤1选定的相应的花生品种的同一批育种材料相比，所有品种，植株株高、第一侧枝长、总分枝数、单株饱果数和单株瘪果数较大变化，提高的幅度见表3中的数据。例如，处理功率为180W，处理时间为18s时，植株株高增加率最低的是花育30号品种，为-3.57％，最高的是花育26号品种，为-7.50％。处理功率为180W，处理时间为18s时，植株第一侧枝长增加率最高的是花育30号品种，为7.74％，最低的是花育26号品种，为5.51％。处理功率为180W，处理时间为18s时，植株总分支数增加率最高的是山花8号品种，为16.98％，最低的是临花6号品种，为3.77％。处理功率为180W，处理时间为18s时，植株单株饱果数增加率最高的是山花9号品种，为6.45％，最低的是花育26号品种，为4.80％。处理功率为180W，处理时间为18s时，植株单株瘪果数增加率最高的是山花9号品种，为-20.8％，最低的是花育26号品种，为-8.3％。
表3表明，当处理功率为180W时，处理时间为18s时，由经过冷等离子体处理的种子得到的花生植株株高、第一侧枝长、总分枝数、单株饱果数和单株瘪果数增加率提高最大，分别比对照提高-3.57％--7.50％、5.51％-7.74％、3.77％-16.98％、4.80％-6.45％、和-8.3％--20.8％，实现了亲本材料的产量提高。
(四)冷等离子体处理对花生产量性状的影响如表4所示。
表4不同冷等离子体处理条件下花生百果重、百仁重、出仁率和产量
表4中，百果重、百仁重、出仁率和产量提高比率表示冷等离子体处理的育种材料与未经过任何处理的、步骤1选定的相应的花生品种的同一批育种材料相比，所有品种，百果重、百仁重、出仁率和产量均有提高，提高的幅度见表4中的数据。例如，处理功率为180W，处理时间为18s时，百果重提高比率最高的是花育34号品种，为0.56％，最低的是花育25号品种，为0.31％。处理功率为180W，处理时间为18s时，百仁重提高比率最高的是花育34号品种，为2.78％，最低的是花育25号品种，为0.93％。处理功率为180W，处理时间为18s时，出仁率提高比率最高的是花育30号品种，为6.55％，最低的是青花6号品种，为2.08％。处理功率为180W，处理时间为18s时，产量提高比率最高的是花育27号品种，为9.3％，最低的是丰花号品种，为4.2％。
表4表明，当处理功率为180W，处理时间为18s时，由经过冷等离子体处理的种子得到的百果重比对照高出0.31％-0.56％，百仁重比对照高出0.93％-2.78％，出仁率比对照高出2.08％-6.55％，产量比对照高出4.2％-9.3％，实现了亲本材料的制种产量增加。
以上实验表明，当处理功率为1-500W范围内，与对照相比，由经过冷等离子体处理的种子得到的花生的品质和抗逆性明显增强。
五、将冷等离子体处理的育种材料进行加代繁殖和田间筛选，逐代选取目标变异。
加代繁殖就是超出物种本身的繁殖周期和繁殖数量的繁殖过程，也只有在人工干预的情况下，运用一定的技术手段(譬如人工授粉或授精)才能达到。加代繁殖对于缩短育种周期，增加实际产量都有重要的意义。
利用DNA分子标记技术进行辅助育种，可以鉴别农作物品种，评估品种纯度，分析农艺性状基因，分离和鉴别遗传材料，确定染色体同源性，对异源染色体和染色体结构畸变的检测，从而进行辅助育种。
酶是基因的产物，是基因表达的结果。酶在结构上的差异主要来源于基因，同工酶酶谱是基因表达后的分子水平的表型，研究同工酶酶谱就有可能联系基因、基因表达和代谢、细胞和整体表型的关系。由于同工酶结构的相似性反应了生物间的亲缘关系，因此同工酶分析可用于种的分类，酶谱资料可以作为鉴定物种，研究分类、进化、遗传与变异的重要指标。因此，利用同工酶鉴定可以进行辅助育种。
单株第1代种植时将经过步骤2处理的和与未经过任何处理的、步骤一选定的相应的花生品种的同一批育种材料(种子)同时分区播种，进行对比试验，观测农艺性状和变异系数，同时采用分子标记和同工酶鉴定等手段进行辅助育种，进行单株选择，选出优良变异。第2代进行单株选择，自交选育。第3代及以后各代，可根据株系的稳定度，采用单株、集团、混合选择方法，直至育成优良稳定的自交系。
六、以步骤5得到的自交系，选出优势强、符合选育目标的自交系作为重点选育材料，再自交提纯复壮。提纯复壮是为了较好的保持花生品种的纯度和优良种性，使其能较长时间地应用于生产，花生常规品种的提纯复壮，主要采用简易原种繁殖法，该法简单易行，见效快。
其主要程序为：单株选择,株行比较,混系繁殖原种,即三年二圃(株行圃、原种圃)制(如图1所示)。
1、单株选择。生产原种的对象，必须是生产上大面积推广并具有利用前途的品种，或试验示范表现良好而准备推广的新品种。为了提高提纯复壮的效果，必须单粒播种，以便于单株选择。在选择时,要选择具有原品种特征、特性、丰产性能好的典型优良单株，主要结合收获进行，在性状一致的基础上，注意丰产性、优质性和抗逆性，选择生长势强，结果率、饱果率和生产力高的单株。选择的数量应根据种植面积而定，一般每种植100亩选择6加株左右为宜。对当选的优良单株应及时挂牌编号，充分晒干，分株挂藏或分袋保存。播种前再根据英果饱满度、结果多少、种子形状和种皮色泽等典型性进行一次复选。
2、株行圃。选择地势平坦、地力均匀、早涝保收、无线虫病、不重茬的地块作为株行圃。将上年当选的优良单株，分株剥壳装袋，以单株为单位播种，每个单株播种一行，每9行或19行设1行原品种为对照行。行长一般为6-10m，行距45cm。以单株编号顺序排列。生育期间要做好观察鉴定，苗期主要观察出苗期和出苗整齐度；花针期主要观察株型、叶型、叶色、开花类型、分枝型；成熟期主要观察成熟早晚和株丛高矮是否表现一致。收获期要先收淘汰行和对照行，后收初选行，同时观察初选行的丰产性、典型性和一致性，以及英果形状大小及整齐度等性状，性状一致的株行可混合摘果。性状特别优良的株行可分别单独摘果装袋，标记株行号。收获后抓紧晒干,搞好种子贮藏。
3、原种圃。选择中等肥力以上的沙壤土，施足基肥作为原种圃。将上年度株行圃混收的种子，单粒播种，按高产高倍方法繁殖原种，秋季适时收获，搞好贮藏以供来年大田生产用种。
这样经过4代左右的选育，达到自交系稳定，进行品比试验和区域试验、生产示范和品质检测等，之后进行品种技术鉴定，新品种选育工作完成。
通过以上步骤得到发芽势、发芽率增加，抗逆性增强，高产、稳产、广适，含油量、蛋白质含量增加，早熟株型紧凑、不倒伏，结果集中，适于机械化作业等性状特点的花生新品种，符合预期标准。
Claims (6)
1.一种冷等离子处理的花生育种方法，其特征在于：对花生原材料进行冷等离子体处理，所述冷等离子体处理的条件为：以氦气为工作介质，在真空封闭环境中，180W的处理功率下对花生原材料进行18秒的非电离幅射处理。
2.根据权利要求1所述的冷等离子处理的花生育种方法，其特征在于：所述花生原材料为花生种子。
3.根据权利要求1所述的冷等离子处理的花生育种方法，其特征在于：所述花生的品种为如下任一品种：山花11号、青花7号、花育33号、青花6号、花育34号、山花12号、山花9号、花育31号、花育30号、临花5号、花育32号、山花10号、花育28号、花育27号、山花7号、花育25号、临花6号、山花8号、花育26号、丰花6号、花育23号、丰花3号。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的冷等离子处理的花生育种方法，其特征在于：还包括以下步骤：对花生原材料进行冷等离子体处理后，选育具有目标性状的花生。
5.根据权利要求4所述的冷等离子处理的花生育种方法，其特征在于：所述目标性状是指：与未经任何处理的同一批相同品种的花生种子相比，具有以下特征之一或两种以上：种子发芽能力提高；株高降低；主根长增长；须根长增长；百苗鲜重增加；第一侧枝长增长；总分枝数增加；单株饱果数增加；单株瘪果数减少；百果重增加；百仁重增加；出仁率增加；产量增加。
6.权利要求1～5中任一项所述的冷等离子处理的花生育种方法在花生育种中的应用。
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