CN105993922A - 一种冷等离子体处理花粉的棉花育种方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冷等离子体处理花粉的棉花育种方法及应用，包括如下步骤：1)将棉花育种材料中用于授粉的将要开花的亲本花朵摘下，去掉花瓣露出花粉置于冷等离子体处理机中，进行冷等离子体处理；2)将冷等离子体处理的花粉授粉后，通过抗性鉴定试验及品比试验，得到优良棉花杂交新品种和新育种材料；3)杂交新品种种植分离，并进行单株选择，获得优良自交系，通过抗性鉴定试验及品比试验，得到优良常规棉花新品种；4)选出形状优良的自交系作为父母本，杂交测配得到棉花杂交组合，通过抗性鉴定试验及品比试验，得到优良棉花杂交新品种。先进的冷等离子体处理技术，可提高棉花花粉活性、增强配合力，提高远缘杂交F1代生活力和花粉育性。

Description

一种冷等离子体处理花粉的棉花育种方法及应用

技术领域

本发明属于农业领域，具体涉及一种冷等离子体处理花粉的棉花育种方法及应用。

背景技术

棉花(Gossypium spp.)锦葵科棉属植物，属于常异花授粉作物。我国自从60年代开始自育品种以来，逐渐以自育良种取代由国外引进品种，改变了依赖引进外国品种的局面。育种方法由自然变异群体中系统育种，进入杂交育种。杂交育种方法由单交进入复交，以及系间互交。随着育种工作的深入发展，农作物栽培种的遗传资源利用日益不能满足育种需要。育种家们越来越多地把目光转向对其近缘种、属有益基因的挖掘与利用。随着生产的发展，也不断出现新的问题需要解决，不亲和、结实差、后代生活力差以及后代不育等种间杂交产生的相关问题，是棉花选育推广中面临的难题，对棉花育种也提出了更高的要求，以适应不断发展的国民经济的迫切要求。

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。花粉是种子植物花粉粒的总称，花粉粒是种子植物的微小孢子堆，成熟的花粉粒实为其小配子体，能产生雄性配子。通常花粉粒十分微小，大约由数微米到百数微米，花粉对冷等离子体处理的剂量变化反应更加敏感，处理剂量和处理时间与常规种子处理工艺差异较大；而花粉寿命非常短(＜24h)，冷等离子体处理技术应用于棉花育种需在开花当天处理用于授粉的亲本花粉，处理后只能用于当天授粉，因此冷等离子体技术处理花粉是该领域的最前沿实践运用，对冷等离子体的技术指标要求更加精准。目前尚未见冷等离子体处理花粉在棉花育种方面的研究和应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种冷等离子体处理花粉的棉花育种方法及应用，应用先进的冷等离子体处理技术，选择合适剂量冷等离子体处理花粉，可提高棉花花粉活性、增强配合力、提高远缘杂交亲和性和结实率、提高远缘杂交F1代生活力和花粉育性。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

一种冷等离子体处理花粉的棉花育种方法，包括如下步骤：

1)将棉花育种材料中用于授粉的将要开花的亲本花朵摘下，去掉花瓣露出花粉置于冷等离子体处理机中，进行冷等离子体处理；

2)将冷等离子体处理的花粉授粉后，通过抗性鉴定试验及品比试验，得到优良棉花杂交新品种；

3)杂交新品种种植分离，并进行单株选择，获得优良自交系，通过抗性鉴定试验及品比试验，得到优良常规棉花新品种；

4)选出性状优良的自交系作为父母本，杂交测配得到棉花杂交组合，通过抗性鉴定试验及品比试验，最终得到优良棉花杂交新品种。

优选的，步骤1)中，所述冷等离子体处理花粉的条件为；在1-300W的处理剂量下对棉花花粉进行8-14s的非电离辐射处理。

进一步优选的，处理剂量为10-100W，处理时间为10-13s。

更进一步优选的，处理剂量为20-50W，处理时间为12s。

再进一步优选的，处理剂量为30W，处理时间为12s。

优选的，步骤1)中，花粉处理的时间为开花当天的上午8-9点。棉花花粉寿命很短(＜24h)，花粉处理需选择开花当天；花粉活性最强为早8-12点，8点前处理花药爆裂率较低，处理效果偏差，9点后处理花粉，飘散流失率增加；需在8-9点处理花粉，取得的效果最佳。

优选的，所述的棉花品种为如下任一品种：LZ169、LZ158、LZ122、LZ120、LZ319、LZ347、LZ75、LZ32。

上述冷等离子体处理花粉的棉花育种方法在棉花育种中的应用。

本发明的有益技术效果为：

1、改进选育方法，采用冷等离子体处理亲本花粉材料，利用处理后的花粉进行常规授粉，提高了花粉活力、花粉配合力、花粉育性以及远缘杂交结实率，克服了杂交不亲和性、杂交结实率低、杂交后代活性差等弊端。可以利用这些有益基因、形成新物种和新作物类型或对现有作物进行遗传改良，能促进种间的基因交流，创造出比种内杂交复杂多样的变异。

2、通过冷等离子体技术处理亲本花粉进行育种，由于是非电离辐射，不会使物质分子产生电离，因而不会使种子的基因产生易位，从而保证了作物基因安全，具有生态环保，绿色无污染的优势。

3、本发明方法冷等离子体处理剂量人为可控，结合测配授粉，通过反复试验可以找到某种棉花花粉最高活性的最佳处理剂量，能更好地满足远缘杂交选育棉花优良品种的需求，缩短棉花育种周期，选育出更为优良的棉花新品种。

附图说明

图1为本发明的冷等离子体处理花粉的棉花新品种选育流程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

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。

LZ169：鲁种棉169，是棉花常规品种，已通过品种审定，公众可从山东省种子有限公司获得。

LZ158：鲁种棉158，是棉花常规品种，公众可从山东省种子有限公司获得。

LZ122是棉花杂交品种，公众可从山东省种子有限公司获得。

LZ120是棉花杂交品种，公众可从山东省种子有限公司获得。

LZ319是海岛棉品种，公众可从山东省种子有限公司获得。

LZ347是野生棉品种，公众可从山东省种子有限公司获得。

LZ75是稳定优良自交系，公众可从山东省种子有限公司获得。

LZ32是稳定优良自交系，公众可从山东省种子有限公司获得。

实施例1一种冷等离子体处理的棉花育种方法

利用冷等离子体处理的棉花育种方法，具体包括如下步骤：

(1)将符合选育目标的育种材料作为重点选育对象，田间种植。

具体的实验材料优选LZ169、LZ158、LZ122、LZ120、LZ319、LZ347、LZ75和LZ32。

(2)将步骤(1)的棉花育种材料的将要开花的花朵摘下带回室内，上午8-9点将花瓣摘下露出花粉置于冷等离子体处理机内，运用高能量的物质聚集态，在1-300W的处理剂量下对棉花的花粉进行8-14秒的非电离辐射处理。

(3)将冷等离子体处理的花粉在低温干燥条件下保存，以待适时授粉。

(4)经过冷等离子体处理花粉的育种材料与未经过任何处理的、步骤1选定的相应的棉花品种的同一批育种材料相比：棉花花粉活性增加、配合力提高、远缘杂交结实率提高、远缘杂交F1代生活力和花粉育性提高等。

冷等离子体处理对棉花花粉活性影响如表1所示：

表1 不同冷等离子体处理条件下棉花花粉活性

表1中的棉花花粉活性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选定的相应的棉花品种的同一批育种材料相比，所有品种的花粉活性均有提高，提高的幅度见表1中的数据。例如，处理剂量为30W，处理时间为12s时，棉花花粉活性的比率最高的是LZ122品种，为18.91％，最低的是LZ32品种，为11.23％。花粉活性通过用氯化三苯基四氮唑法(TTC)测定，即取少量花粉，加入1-2滴0.5％TTC溶液，35℃培养箱放置15分钟，观察分析得到。

表1表明，当处理剂量为30W时，处理时间为12s时，经过冷等离子体处理的棉花花粉的活性提高最大，比对照提高11.23-18.91％，说明经过冷等离子体处理后，棉花花粉活性大幅提高，有利于棉花授粉结实。

冷等离子体处理棉花花粉对杂交授粉亲和性的影响如表2所示：

表2 不同冷等离子体处理条件下棉花杂交授粉结实

表2中，杂交授粉结实提高的比率表示冷等离子体处理育种材料花粉授粉与未经过任何处理的、步骤1选定的相应的棉花品种的同一批育种材料花粉授粉相比，结实率提高的比率。例如，处理剂量为30W，处理时间为12s时，杂交授粉结实率提高的比率最高的是LZ158品种，为20.61％，最低的是LZ32号品种，为11.12％。

表2表明，当处理剂量为30W，处理时间为12s时，用经过冷等离子体处理的棉花花粉进行杂交授粉，比未处理的花粉杂交授粉结实率提高11.12-20.61％，冷等离子体处理提高了杂交授粉亲本的亲和性，有利于提高杂交制种产量。

冷等离子体处理棉花花粉对远缘杂交亲和性的影响如表3所示：

表3 不同冷等离子体处理条件下棉花远缘杂交结实

表3中，棉花远缘杂交结实提高比率表示冷等离子体处理棉花花粉的育种材料与未经过任何处理的、步骤1选定的相应的棉花品种的同一批育种材料相比，远缘杂交的提高比率，提高的幅度见表3中的数据。例如，处理剂量为30W，处理时间为12s时，远缘杂交结实率提高最大的是LZ319品种，为28.33％，最低的是LZ347品种，为16.07％。

表3表明，当处理剂量为30W，处理时间为12s时，用经过冷等离子体处理的棉花花粉进行远缘杂交授粉，比未处理的花粉杂交授粉结实率提高16.07-28.33％，冷等离子体处理提高了远缘杂交授粉亲本的亲和性，有利于远缘杂交在棉花育种上的推广和应用。

冷等离子体处理对棉花远缘杂交后代生活力影响如表4所示：

表4 不同冷等离子体处理条件下棉花远缘杂交F1代正常株情况

表4中，棉花远缘杂交F1代正常提高株比率表示冷等离子体处理棉花花粉的育种材料与未经过任何处理的、步骤1选定的相应的棉花品种的同一批育种材料相比，远缘杂交所得到的F1代种子田间长成正常幼苗的提高比率，提高的幅度见表4中的数据。例如，处理剂量为30W，处理时间为12s时，远缘杂交结实F1代正常株提高最大的是LZ347培育的F1代，为12.61％，最低的是LZ120品种，为6.63％。

表4表明，当处理剂量为30W，处理时间为12s时，用经过冷等离子体处理的棉花花粉进行远缘杂交授粉所得的F1代，比未处理的花粉远缘杂交F1正常幼苗提高6.63-12.61％，冷等离子体处理提高了远缘杂交F1代生活力，有利于远缘杂交在棉花育种上的推广和应用。

冷等离子体处理对棉花远缘杂交后代育性影响如表5所示：

表5 不同冷等离子体处理条件下棉花远缘杂交F1代花粉活性

表5中，棉花远缘杂交F1代花粉活性提高比率表示冷等离子体处理棉花花粉的育种材料与未经过任何处理的、步骤1选定的相应的棉花品种的同一批育种材料相比，远缘杂交所得F1的花粉活力的提高比率，提高的幅度见表5中的数据。例如，处理剂量为30W，处理时间为12s时，远缘杂交结实率提高最大的是LZ32培育的F1代，为14.17％，最低的是LZ75品种，为8.73％。花粉活性通过用氯化三苯基四氮唑法(TTC)测定。

表5表明，当处理剂量为30W，处理时间为12s时，用经过冷等离子体处理的棉花花粉进行远缘杂交授粉培育的F1代，比未处理的花粉远缘杂交授粉培育的F1代花粉活性提高8.73-14.17％，冷等离子体处理提高了远缘杂交F1代可育性，有利于远缘杂交在棉花育种上的推广和应用。

以上实验表明，当处理剂量为1-300W范围内，与对照相比，由经过冷等离子体处理的棉花花粉活性增强、杂交亲和性提高、远缘杂交结实率增加、远缘杂交F1代生活力和花粉育性提高。

(5)将冷等离子体处理的花粉用于远缘杂交、测交、回交、自交等授粉。通过抗性鉴定试验及品比试验，可得到优良棉花新品种。

(6)步骤(5)所得的远缘杂交后代分区播种，观测农艺性状和变异系数，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，可获得一批具有优良性状的变异株系；通过抗性鉴定试验及品比试验，进而得到优良常规棉花新品种。

(7)以步骤(6)得到的优良株系，选出优势强、符合选育目标的自交系作为杂交种的父母本，进行杂交授粉而得到优良杂交新品种。

(8)通过步骤(5)、(6)、(7)均可获得棉花新品种。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种冷等离子体处理花粉的棉花育种方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)将棉花育种材料中用于授粉的将要开花的亲本花朵摘下，去掉花瓣露出花粉置于冷等离子体处理机中，进行冷等离子体处理；

2)将冷等离子体处理的花粉授粉后，通过抗性鉴定试验及品比试验，得到优良棉花杂交新品种；

3)杂交新品种种植分离，并进行单株选择，获得优良自交系，通过抗性鉴定试验及品比试验，得到优良常规棉花新品种；

4)选出性状优良的自交系作为父母本，杂交测配得到棉花杂交组合，通过抗性鉴定试验及品比试验，最终得到优良棉花杂交新品种。

2.根据权利要求1所述的棉花育种方法，其特征在于：步骤1)中，所述冷等离子体处理花粉的条件为；在1-300W的处理剂量下对棉花花粉进行8-14s的非电离辐射处理。

3.根据权利要求2所述的棉花育种方法，其特征在于：处理剂量为10-100W，处理时间为10-13s。

4.根据权利要求3所述的棉花育种方法，其特征在于：处理剂量为20-50W，处理时间为12s。

5.根据权利要求4所述的棉花育种方法，其特征在于：处理剂量为30W，处理时间为12s。

6.根据权利要求1所述的棉花育种方法，其特征在于：步骤1)中，花粉处理的时间为开花当天的上午8-9点。

7.根据权利要求1所述的棉花育种方法，其特征在于：所述的棉花品种为如下任一品种：LZ169、LZ158、LZ122、LZ120、LZ319、LZ347、LZ75、LZ32。

8.权利要求1-7任一所述冷等离子体处理花粉的棉花育种方法在棉花育种中的应用。