CN104620719B - 一种冷等离子体处理的大豆育种方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冷等离子体处理的大豆育种方法，包括步骤如下：对大豆种子进行冷等离子体处理，结合表观接触角观测，适时播种，选育具有目标性状的大豆新品种。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的处理功率下对大豆原材料进行15～20秒的非电离辐射处理；所述的表观接触角是指冷等离子体处理后大豆种子的气、液、固三相交界处的气‑液界面和固‑液界面之间的夹角，表观接触角度为43～96°。本发明对大豆种子进行冷等离子体处理，明显提高了大豆种子的发芽能力，改善了大豆的幼苗生长性状、生物性状、产量性状，填补了农业科学领域中非电离辐射技术在大豆育种上应用的空白。

Description

一种冷等离子体处理的大豆育种方法

技术领域

本发明涉及一种大豆育种方法，具体是一种采用冷等离子体种子处理技术处理大豆种子，通过试验比较结合表观接触角度观测，得到最佳处理剂量和最适表观接触角，并应用于大豆新品种选育的育种方法，属于农业技术领域。

背景技术

大豆学名为max(L)Merrill，别名：黄豆(包括青豆、黑豆、紫豆和斑茶Giycine豆等)。大豆属于豆科，蝶形花亚科，大豆属，大豆种。是一年生草本植物，原产我国。我国自古栽培，至今已有5000年的种植史。现在全国普遍种植，在东北、华北、陕、川及长江下游地区均有出产，以长江流域及西南栽培较多，以东北大豆质量最优。

近40年，世界的大豆面积扩大了3倍，总产量增加了6倍，而其发源地的中国，发展却十分缓慢，主要由于现阶段大豆价格较低，而导致大豆种植面积减少。大豆走出困境的最好办法是提高单产和降低生产成本，需要科研人员把更多的高产、优质大豆新品种推向市场。大豆是自花授粉作物，自交率小于1％，农业集约化生产使大豆品种日趋单一，遗传基础日趋狭窄，抗逆性逐渐下降。因此，今后大豆育种的突破和进展，应依赖于优良种质资源的拓宽、改良和应用。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。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。

冷等离子体种子处理技术是源于俄罗斯科学家发明的一种种子处理新技术。该技术在国内医药、化工领域都有广泛地应用，将该技术应用于农业生产在国内外尚属新的研究领域，目前尚未见冷等离子体在大豆育种方面的研究和报道。

表观接触角是指气、液、固三相交界处的气-液界面和固-液界面之间的夹角，可用接触角测量仪CA100B检测确定。冷等离子体处理后，其表面接触角变小，表面润湿性加强，可以促进种子萌发。观测角度结合试验实践在最佳功率、最佳观测角度播种，可使冷等离子体处理效果达到最佳发挥。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种冷等离子体处理、结合表观接触角种植选育的大豆育种方法，本发明提供的方法突破了传统大豆育种品种日趋单一，遗传基础日趋狭窄，抗逆性逐渐下降和转基因育种潜在危险，可以缩短大豆育种周期，在大豆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：

一种冷等离子体处理的大豆育种方法，包括步骤如下：对大豆种子进行冷等离子体处理，结合表观接触角观测，适时播种，选育具有目标性状的大豆新品种；所述的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的处理功率下对大豆原材料进行15～20秒的非电离幅射处理；所述的表观接触角是指气、液、固三相交界处的气-液界面和固-液界面之间的夹角，表观接触角度为43～96°时播种。

优选的，所述处理功率为10～300W，所述表观接触角为43°-90°，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80～240W，所述表观接触角为43°-73°，所述非电离幅射处理的时间为15～18s。

再进一步优选的，所述处理功率为100～180W，所述表观接触角为43°-59°，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160W，所述表观接触角为44±1.5°，所述非电离幅射处理的时间为18s。

优选的，所述大豆的品种为如下任一品种：荷豆21、科豆1号、潍豆7号、临豆9号、合交02-69、中黄13号、荷豆19号、齐黄34、华夏9号、交大133号。

对不同大豆原材料种子进行冷等离子体处理后，结合表观接触角适时种植，选育具有目标性状的大豆。选育具有目标性状的大豆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目标选育、杂交后系统选育等，并利用DNA分子标记技术辅助育种，选育具有目标性状的、稳定的自交系；再进行品比鉴定，最终得到所述具有目标性状的大豆。

所述目标性状是指：与未经任何处理的同一批相同品种的大豆种子相比，具有以下特征之一或两种以上：种子发芽能力提高；主根长增长；须根数增多；百苗鲜重、干重增加；粗蛋白质含量增加；粗脂肪含量增加；结荚数提高；单株粒数增加；产量增加；抗病性增强。

对于各品种的大豆而言，经冷等离子体处理后，其改善最明显的性状如下：

荷豆21:粗脂肪含量增加量最大。

科豆1号:须根数增加最多。

潍豆7号:蛋白质含量增加最多。

临豆9号:百粒重增加最多。

合交02-69:发芽率、发芽势增加最大。

中黄13号:百苗鲜重、苗高增加最大。

荷豆19号:产量提高最大、单株粒数增加最多。

齐黄34:主根长增加最多。

华夏9号：百苗干重增加最大。

交大133：干重、单株结荚数增加最大。

本发明对大豆种子进行冷等离子体处理，明显提高了大豆种子的发芽能力，改善了大豆的幼苗生长性状、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大豆的苗高、主根长、须根数、百苗鲜重、干重。所述生物性状体现为大豆的株高、粗蛋白含量、粗脂肪含量。所述产量性状体现为大豆的结荚数、单株粒数、百粒重、产量。本发明的方法处理的大豆种子及其后代，与未经任何处理的同一批相同品种的大豆相比，能力得到了明显的改善，具体体现为：种子发芽能力提高；主根长增长；须根数增多；百苗鲜重、干重增加；粗蛋白质含量增加；粗脂肪含量增加；结荚数提高；单株粒数增加；产量增加；抗病性增强；

本发明的冷等离子体处理的大豆育种方法，具有如下优点：

1、冷等离子体处理功率人为可控，通过反复试验和表观接触角观测，可以找到某种大豆种子某一特定性状的最优处理功率和最佳观测角度，能更好地满足选育大豆优良品种的需求，有针对性改良某一特定性状，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，在大豆育种手段上具有创新性。

2、利用冷等离子体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，育成的大豆种子发芽势、发芽率增加、抗逆性增强、品质改善、单株粒数增加、产量增加等。填补了农业科学领域中非电离幅射技术在大豆育种上应用的空白。

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大豆当代性状发生变化，并具有一定可遗性，即表观遗传；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、本方法通过接触角度测定适时播种，结合分子标记辅助育种，进一步缩短大豆育种周期，加快育种速度，并能选育出更为优良的大豆新品种。

附图说明

图1：大豆选育流程示意图。

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。

荷豆21号大豆，于2012年通过山东审定，审定编号：鲁农审2014024，公众可从山东省种子总公司获得。

临豆9号大豆，于2008年通过山东审定，审定编号：鲁农审2008028，公众可从山东省种子总公司获得。

荷豆19号大豆，于2010年通过山东省审定，审定编号：鲁农审2010022，公众可从山东省种子总公司获得。

潍豆7号大豆，于2010年在山东省审定，审定编号：鲁农审2010023号，公众可从山东省种子总公司获得。

合交02-69大豆，于2012年通过国家审定，审定编号：国审豆2012001，公众可从山东省种子总公司获得。

交大133：于2011年通过国家审定，审定编号：国审豆2011018，公众可从山东省种子总公司获得。

科豆1号大豆，于2011年通过国家审定，审定编号：国审豆2011008，公众可从山东省种子总公司获得。

中黄13号大豆，于2001年通过国家审定，审定编号：国审豆2001008，公众可从山东省种子总公司获得。

齐黄34大豆，于2006年通过国家审定，审定编号：国审豆2006005，公众可从山东省种子总公司获得。

华夏9号：于2011年通过国家审定，审定编号：国审豆2011019，公众可从山东省种子总公司获得。

实施例：一种冷等离子体处理的大豆育种方法

利用冷等离子体处理的大豆育种方法，可以得到种子发芽能力提高、主根长增长、须根数增多、百苗鲜重、干重增加、粗蛋白质含量增加、粗脂肪含量增加、结荚数提高、单株粒数增加、产量增加、抗病性增强等特征的新品种。

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

荷豆21、科豆1号，潍豆7号、临豆9号、合交02-69、中黄13号、荷豆19号、齐黄34，交大133、华夏9号等大豆品种的种子作为具体的试验材料。

(二)、将步骤(一)选定的大豆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0-500W的处理功率下对大豆的育种材料(大豆的种子)进行15-18s的非电离幅射处理，表观接触角43°-98°，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，试验比较结合表面观测角度的观测，得到最佳处理功率160W，时间18s，表观接触角44±1.5°，田间种植筛选。

(四)、与未经过任何处理的、步骤(一)选定的相应的大豆品种的同一批种子进行培养得到的大豆(对照)相比，经过冷等离子体处理的种子进行培养得到的大豆实现了对应亲本材料的促生复壮、发芽能力提高、产量提高、品质改善和抗逆性增强。

1.冷等离子体处理对大豆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大豆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(一)选定的相应的大豆品种的同一批育种材料相比，发芽势和发芽率提高的幅度。例如，处理功率为160W，处理时间为18s，发芽势提高的比率最高的是合交02-69品种，为14.13％；最低的是临豆9号品种，为8.16％；处理功率为160W，处理时间为18s，发芽率提高的比率最高的是合交02-69品种，为11.32％，最低的是临豆9号品种，为6.14％。说明经过冷等离子体处理后，大豆材料发芽出苗快且整齐，缓解大豆育种材料的发芽问题。

2.冷等离子体处理对大豆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大豆的苗高、主根长、须根数和百苗鲜重、干重

表2中，苗高、主根长、须根数和百苗鲜重、干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(一)选定的相应的大豆品种的同一批育种材料相比，苗高、主根长、须根数和百苗鲜重、干重提高的幅度。例如，处理功率为160W，处理时间为18s时，苗高提高的比率最高的是中黄13号品种，为14.12％，最低的是荷豆21号品种，为8.22％；处理功率为160W，处理时间为18s时，主根长提高的比率最高的是齐黄34号品种，为7.86％，最低的是临豆9号品种，为5.36％；处理功率为160W，处理时间为18s时，须根数提高的比率最高的是科豆1号品种，为11.23％，最低的是齐黄34号品种，为6.01％；处理功率为160W，处理时间为18s时，百苗鲜重提高的比率最高的是中黄13号品种，为15.84％，最低的是荷豆21号品种，为9.04％；处理功率为160W，处理时间为18s时，百苗干重提高的比率最高的是华夏9号品种，为13.12％，最低的是交大133号品种，为10.10％；说明冷等离子体处理促进了幼苗的快速生长，生长势旺盛；干物质积累增加可促进产量性状改良。通过以上处理，实现了亲本材料的促生复壮，有利于目标亲本的选育。

3.冷等离子体处理对大豆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大豆的株高、粗蛋白质含量、粗脂肪含量

表3中，大豆植株株高、粗蛋白含量、粗脂肪含量的增加率表示：冷等离子体处理的育种材料与未经过任何处理的、步骤(一)选定的相应的大豆品种的同一批育种材料相比，所有品种，植株株高、粗蛋白含量、粗脂肪含量的提高幅度。例如，处理功率为160W，处理时间为18s，植株株高降幅最大的是合交02-69号品种，为4.97％，降幅最小的是荷豆21号品种，为3.55％；处理功率为160W，处理时间为18s，植株粗蛋白含量增加率最高的是潍豆2号品种，为8.74％，最低的是科豆1号品种，为6.11％；处理功率为160W，处理时间为18s，植株粗脂肪增加率最高的是荷豆21号品种，为8.98％，最低的是华夏9号品种，为5.77％；证明由经过冷等离子体处理的种子得到的大豆材料的植株矮化，品质明显改善。

4.冷等离子体处理对大豆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大豆的结荚数、全株粒数、百粒重、产量

表4中，结荚数、全株粒数、百粒重、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选定的相应的大豆品种的同一批育种材料相比，所有品种，结荚数、全株粒数、百粒重、产量提高的幅度。例如，处理功率为160W，处理时间为18s，单株结荚数提高比率最高的是交大133号品种，为8.23％，最低的是临豆9号品种，为5.19％。处理功率为160W，处理时间为18s，全株粒数提高比率最高的是科豆1号品种，为10.84％，最低的是潍豆7号品种，为7.37％。处理功率为160W，处理时间为18s，百粒重提高比率最高的是临豆9号品种，为10.97％，最低的是科豆1号品种，为6.29％。处理功率为160W，处理时间为18s，产量提高比率最高的是荷豆19号品种，为9.46％，最低的是荷豆21号品种，为5.98％。

表4表明，当处理功率为160W，处理时间为18s，由经过冷等离子体处理的种子得到的结荚数比对照高出5.19-8.23％，全株粒数比对照高出7.37-10.84％，百粒重比对照高出6.29-10.97％，产量比对照高出5.98-9.46％，实现了亲本材料的产量性状改良。

5.表观接触角度对萌发的影响

表5 不同功率冷等离子体处理，表观接触角变化，及对大豆萌发影响

表5中的表观接触角降低的比率表示：冷等离子体处理的育种材料表观接触角与未经过任何处理的、步骤(一)选定的相应的大豆品种的同一批育种材料表观接触角相比，降低的比率。例如，处理功率为160W，处理时间为18s，表观接触角44±1.5°，表观接触角度降低44.39-47.45％，此时发芽势提高的比率最高的是合交02-69品种，为14.13％；最低的是临豆9号品种，为8.16％；而此处理条件下，发芽率提高的比率最高的是合交02-69品种，为11.32％，最低的是临豆9号品种，为6.14％。说明经过冷等离子体处理后，大豆的表观接触角度不同，对发芽势、发芽率的影响亦不同。

将冷等离子体处理的育种材料结合接触角度观测适时播种，进行田间筛选，结合分子标记技术进行辅助育种，可以获得优良稳定株系。

冷等离子体处理后，其表面接触角变小，观测角度结合试验实践在最佳时间段播种，可使冷等离子处理效果达到最佳发挥。

利用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。

单株第1代种植时将经过步骤(二)处理的和与未经过任何处理的、步骤(一)选定的相应的大豆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，同时采用分子标记进行辅助育种，进行单株选择，选出优良株系，鉴定品比选出符合目标的品系，扩繁得到新品种。

选择技术路线(如图1所示)：

1、搜集大豆品种资源，用冷等离子体处理大豆材料，选择功率160W、时间18s。

2、结合表观接触角，适时种植筛选，选择表观接触角44±1.5°时种植。

3、单株混合选择。在选择时,要选择优于原品种，具有目标性状的典型优良单株，主要结合收获进行，在性状一致的基础上，注意种子百粒重、产量，选择生长势强，抗性好、蛋白质含量高、单株粒数多的优良单株。对当选的优良单株应及时挂牌编号，分株挂藏或分袋保存，可扩繁得到新品系。

4、杂交试验，继续种植筛选、加代分离，系统选育得到新株系。

5、结合分子标记辅助育种。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，获得具有目标性状的优良株系。可扩繁获得新品系。

6、新品系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，品质改善，产量增加的大豆新品种，符合预期标准。

Claims (2)

1.一种冷等离子体处理的大豆育种方法，其特征是，包括步骤如下：对大豆种子进行冷等离子体处理，结合表观接触角观测，适时播种，选育具有目标性状的大豆新品种；所述的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，160W 的处理功率下对大豆原材料进行18秒的非电离辐射处理；所述的表观接触角是指气、液、固三相交界处的气- 液界面和固- 液界面之间的夹角，表观接触角度为44±1.5°时播种；

所述目标性状为：与未经任何处理的同一批相同品种的大豆种子相比，具有以下特征之一或两种以上：种子发芽能力提高；主根长增长；须根数增多；百苗鲜重、干重增加；粗蛋白质含量增加；粗脂肪含量增加；结荚数提高；单株粒数增加；产量增加；抗病性增强。

2.根据权利要求1 所述的一种冷等离子体处理的大豆育种方法，其特征是，所述大豆的品种为如下任一品种：荷豆21、科豆1 号、潍豆7号、临豆9号、合交02-69、中黄13号、荷豆19号、齐黄34、华夏9号、交大133号。