CN1067512C - 抗除草剂谷子的选育方法 - Google Patents

Abstract

抗除草剂谷子种质的选育，用野生种UM131与栽培种C478、不育系THA-1杂交并回交，获得D601SR；用野生种OR与Amende、不育系Shda-1杂交并回交，获得D206TR；用D601SR或D206TR与豫谷1号等品种杂交与回交，选出抗拿捕净、氟乐灵新种质DSB553、DSB204及复抗这两种除草剂新种质DSB807。本发明的新种质不仅为培育可利用的抗除草剂谷子新品种奠定了基础，而且还发明了抗除草剂基因应用于提高杂种优势利用水平的方法。

Description

抗除草剂谷子的选育方法

本发明是一种抗除草剂“拿捕净”和“氟乐灵”谷子新种质的创制与利用方法，属于农业生物技术育种研究领域。

谷子是世界上传统的粮、饲、草兼用作物，世界各地均有种植，主要分布在亚、欧等地。谷子在我国的种植面积、总产均居世界之首，是我国北方重要的粮食作物。谷子抗旱耐瘠、适应性广、籽粒耐储，随着全球性水资源的匮乏，人们对旱作农业日趋重视，加之小米营养价值高、适口性好，对调节合理的膳食结构能起到积极重要的作用，这些都使得谷子生产呈现出新的发展势头。

谷田除草一直是障碍谷子生产发展的一大世界性难题，主要表现在：1、现有谷子品种不具有抗现有有效除草剂的能力，至今谷子生产仍然依靠繁重的手工作业除草间苗，费工费时，难于进行集约化规模种植，种谷是农民公认费工的作业。2、谷田中杂草种类多，数量大，一些近缘野生种杂草苗期还难于识别，对谷子产量、质量影响很大，一般可造成减产20-30％，部分重茬谷田严重时甚至造成绝收。3、谷子花器小，杂交育种困难，谷子种子粒小与许多杂草种子相似，种子加工清选困难，加速了推广优良品种的混杂退化，使其应用寿命缩短，极大降低了优良品种的利用效率。4、农业集约化发展，除草剂的施用量大增，使用于上茬或邻近其它作物的除草剂的残留与漂移对谷子还时常造成危害，这种局面与现代农业极不相适应，严重制约着世界谷子生产的发展。为了解决这一难题，国内外一些学者曾开展了谷子品种或除草剂的筛选工作，遗憾的是现有谷子品种资源中不具抗源，仅发现个别品种对个别除草剂有一定的耐性，而采用对谷子损伤小的低剂量除草剂除草的方法效果又欠佳，农民也不好掌握，与实际应用有一定的距离(《中国谷子栽培学》，农业出版社，第一版)。从本质上改变谷子抗除草剂的特性，最经济有效的方法是选育抗性品种。

经广泛鉴定，由于谷子品种资源中没有高抗除草剂的抗源，所以利用谷子品种资源进行抗除草剂育种难于凑效，八十年代开始了对谷子近缘野生种的鉴定，在谷子的近缘野生种青狗尾草等群体中发现了抗除草剂抗性基因，有些基因对除草剂“拿捕净”表现高抗，有些基因对除草剂“氟乐灵”表现高抗。如何将野生种中不含不良效应的抗除草剂基因转移到栽培谷子，创造出世界上有实用价值的谷子抗除草剂新种质是谷子育种家追求的目标。

本发明的目的是采用远缘有性杂交等方法，分别将源于加拿大Manitoba地区的谷子野生资源青狗尾草(Setariaviridis)UM131、Oak River(OR)中的抗除草剂“拿捕净”与“氟乐灵”基因导入到栽培种谷子，继后通过杂交、回交育种获得了抗性达到实用水平、遗传稳定的抗除草剂“拿捕净”与“氟乐灵”谷子新种质，进一步健全向谷子导入外源有益基因的技术路线。

本发明的另一目的是在获得抗除草剂新种质的基础上，提出遗传研究及常规育种和杂种优势利用等综合利用抗除草剂新种质的系列方法，建立利用抗感除草剂谷子近等基因品系进行抗除草剂基因第二效应的比较方法，以及通过药剂生物学反应进行抗性鉴定的方法。

一种抗除草剂谷子的选育方法，用野生近缘种UM131与栽培品种C478或者不育系THA-1杂交，并用C478或者THA-1回交2次，获得抗拿捕净品系：用野生近缘种OR与栽培品种Amende或者不育系Shda-1杂交，并用Amende或者Shda-1回交2次，获得抗氟乐灵品系；用抗拿捕净品系和抗氟乐灵品系与生产上的推广品种杂交，并用推广品种回交，选出抗除草剂拿捕净和氟乐灵以及复抗这两种除草剂的品种。

将抗氟乐灵品种的核隐性抗除草剂基因转入不育系或者保持系，以保持其纯度；将抗拿捕净品种的显性抗除草剂基因转入恢复系，用该恢复系配制杂种，在杂交种应用田中施用除草剂可同时去除假杂种、非目的性杂种和杂草。

推广品种可以是豫谷1号、冀谷11号、C445或者豫谷2号。

本发明是一种抗除草剂谷子新种质的选育方法，用鉴定出的抗除草剂谷子近缘野生种资源UM131、Oak River(OR)与谷子栽培品种资源材料C478和不育系THA-1等进行杂交、并用栽培种两次回交，通过染色体的断裂与重组，分别选育出抗除草剂“拿捕净”和“氟乐灵”谷子一狗尾草种质D601SR和D206TR等。

抗除草剂种质D601SR和D206TR等继续和生产推广应用的品种豫谷一号，冀谷11号，C445，豫谷2号等优良品种进行杂交与连续数代回交，育成抗除草剂“拿捕净”新种质DSB553和抗除草剂“氟乐灵”新种质DSB204和复抗这两种除草剂的新种质DSB807等，这些谷子新种质抗性遗传稳定性好，农艺性状较好，利于育种家利用。

抗除草剂新种质DSB553能抗除草剂“拿捕净”sethoxydim，也抗其他双甲酮衍生物(Aryloxyphenoxypropionte,APP)和环己烷衍生物类除草剂(Cyclohexanedione,CHD)，如Diclofop,FenoxaprOp,Fluazifop,Haloxylop,Quizalofop,Tralkoxydim等。抗除草剂新种质DSB204能抗除草剂“氟乐灵”，也抗其他二硝基苯胺类除草剂(Dinitroaniline)，如Benfluralin,Oryzalin,Trifluralin,Butralin,Pendimethalin等。抗除草剂的抗性可通过芽期、苗期除草剂生物学反应等方法得以确认。

抗除草剂“拿捕净”新种质抗性受细胞核显性单基因控制。通过对抗除草剂与感除草剂近等基因系的研究得出，抗除草剂“拿捕净”基因的导入不会对生物产量及经济产量带来不利的影响，有利于经济产量的提高。抗除草剂“氟乐灵”新种质抗性受两对隐性核基因互作的控制。这两对基因的遗传距离(交换值)a=0.23。抗除草剂“氟乐灵”基因的第二效应分析表明抗性基因的导入会导致一定的生物学产量降低。

本发明另一内容是抗除草剂谷子新种质的利用方法

本发明获得的抗除草剂新种质抗性均是细胞核基因控制，抗性易转育，农艺性状好易利用。通过与不同生态类型谷子品种杂交、回交育种可选育出适合不同类型生态区利用的抗除草剂谷子新品种而应用于生产实践，两种抗性新品种的交替使用或同一复抗品种交替施用两种除草剂有利于延长抗除草剂新品种的使用寿命。

谷子是严格的自花授粉作物，花器小，杂交十分困难，使得许多遗传研究难于进行。本发明获得的显性细胞核基因与隐性细胞核基因控制的抗除草剂新种质是进行各类遗传研究十分有价值的基础材料，可简化杂交程序，提高杂交、回交成功准确度、可信度。

将属于隐性抗性遗传的抗除草剂“氟乐灵”基因导入雄性不育系，用这样的不育系繁种可有效地保持不育系的纯度。将属于显性抗性遗传的抗除草剂“拿捕净”基因导入雄性不育系的恢复系，利用这样的恢复系配制杂交种时，通过除草剂可同时去除假杂种与杂草，能显著提高各类不育系(遗传不育、生理不育、化学杀雄不育等)由于种种原因不育度不能达到100％的不育群体所配制杂交种的利用水平。

本发明的优点和积极效果如下：

1、本发明以谷子为模型，成功地创制出抗两种不同类型除草剂的谷子抗除草剂新种质，为培育在生产上可利用的抗除草剂谷子新品种奠定了基础。抗除草剂谷子品种在生产上安全有效地应用，将引起谷子栽培生产上的一次重大变革，预示着人们盼望的精量播种不间苗，免耕机械除草成为现实。这不仅可以节约大量的人力和财力，建立集约化农业生产体系，而且可利用谷子抗旱耐瘠的特点，结合施用除草剂开发荒地，具有广泛的应用前景，将产生巨大的社会效益和经济效益。

2、实现抗源多样化

经除草剂生物学反应试验证明，本发明得到的抗除草剂“拿捕净”新种质DSB553能抗除草剂“拿捕净”Sethoxydim，也抗双甲酮衍生物和环己烷衍生物类除草剂；抗除草剂“氟乐灵”新种质DSB204能抗除草剂“氟乐灵”Trifluraline，也抗其他二硝基苯胺类除草剂。在获得单抗除草剂新种质的基础上，育种合成了复抗两种除草剂的新品系DSB807。除了本项研究，在国内外还未见谷子抗除草剂“拿捕净”，“氟乐灵”新种质的报道。本发明的新种质DSB553系列，抗除草剂“拿捕净”性能极强，达到实用水平。本发明的新种质DSB204系列，抗除草剂“氟乐灵”性能强，能达到实用水平。

3、本发明获得的抗除草剂系列新种质的抗性均是细胞核基因控制，抗性易转育，而且其遗传背景为中国谷子主产区的推广品种，农艺性状较好，十分利于抗除草剂育种利用。通过与不同生态类型谷子品种杂交、回交育种可选育出适合不同类型生态区利用的抗除草剂谷子新品种而应用于生产实践，两种抗性新品种的交替使用或两种除草剂的交替使用有利于延长抗除草剂新品种的使用寿命。

4、谷子是严格的自花授粉作物，花器小，杂交十分困难，使得许多遗传研究难于进行。本发明获得的显性细胞核基因与隐性细胞核基因控制的抗除草剂新种质是进行各类遗传研究十分有价值的工具材料，利用本发明可简化杂交程序，提高杂交、回交成功准确度、可信度。

5、将属于隐性抗性遗传的抗除草剂“氟乐灵”基因导入雄性不育系，可有效地保持不育系的纯度，将属于显性抗性遗传的抗除草剂“拿捕净”基因导入雄性不育系的恢复系，利用这样的杂交种时通过除草剂可同时去除假杂种与杂草，提高不同类型谷子不育系(遗传不育、生理不育、化学杀雄不育等)不育度由于种种原因不能达到100％的不育群体所配制的杂交种的利用水平。这两种新途径的积极效应，远远超出育成谷子新型不育系和新型恢复系这一具体范例，而对整个作物杂种优势利用有着重要的意义。

6、本发明选育过程采用的技术快速、简便。

附图说明：

图1为本发明抗除草剂“拿捕净”新种质DSB553的选育程序图

图2为本发明抗除草剂“氟乐灵”新种质DSB204的选育程序图

图3为本发明抗除草剂新种质“拿捕净”、“氟乐灵”DSB807的选育程序

图4为本发明隐性谷子抗除草剂“氟乐灵”基因在不育性保纯方面的利用

图5为本发明显性谷子抗除草剂“拿捕净”基因在杂交种应用田中去除假杂种、非目的性杂种与杂草的利用程序。

下面结合附图叙述本发明的实施例：

一、抗除草剂“拿捕净”新种质

1、抗除草剂“拿捕净”谷子新种质的创制

(1)用谷子栽培品种资源材料C478和不育系THA-1与从加拿大Manitoba获得的抗除草剂近缘野生种青狗尾草UM131杂交，借助生化标记鉴定杂种，获得谷子一狗尾草杂种，继后用C478与之回交两代，获得抗除草剂谷子一狗尾草种质D601SR。

(2)用D601SR与豫谷1号，冀谷11号，C445，豫谷2号等谷子现有推广优良品种杂交与连续回交5代以上，育成抗除草剂谷子新种质DSB553。

2、抗除草剂“拿捕净”的抗性性能鉴定

(1)新种质的抗性生物学实验确定常规谷子品种苗期施用推荐剂量(480g/ha.)的1/64-1/32剂量时即开始死亡，而抗性新种质可以在推荐剂量的24倍用量下存活。田间试验表明施用除草剂“拿捕净”推荐剂量除草不影响谷子的产量，而且有一定的增产作用。

(2)本抗性新种质不仅抗除草剂“拿捕净”，而且也抗其它双甲酮衍生物Aryloxyphenoxypropionate和环己烷衍生物类Cyclohexanedione除草剂，如Diclofop,Fenoxaprop,Fluazifop,Haloxyfop,Quizalofop,Tralkoxydim等。抗性可通过芽期、苗期除草剂生物学反应试验得以确认。

3、抗除草剂“拿捕净”新种质的抗性遗传分析

(1)新种质抗性遗传稳定，多代自交抗性水平未发生变化。

(2)抗感材料杂交，杂种一代表现抗除草剂，二代符合3∶1的抗感分离，回交一代符合1∶1的抗感分离。正交与反交结果一致。

(3)抗性分析表明抗性是属一对显性核基因控制的遗传。

4、抗除草剂“拿捕净”种质抗性基因的第二效应分析

(1)在不同密度(20株/平方米，50株/平方米)，三种不同模式种植抗感近等基因系(100％抗性群体，50％抗性、50％感性混合群体，100％感性群体)，5次重复。

(2)不同时期对22项农艺性状进行调查，通过比较不同群体，不同条件抗感近等基因系的结果。

(3)研究结果表明谷子获得抗除草剂“拿捕净”基因不会产生降低农艺性状水平的效应。

5、抗除草剂谷子新种质的农艺性状

中杆、大穗、黄谷、黄米。

二、抗除草剂“氟乐灵”新种质

1、抗除草剂“氟乐灵”谷子新种质的创制

(1)用谷子栽培品种资源材料Amende和不育系Shda-1与从加拿大Monitoba获得的抗除草剂近缘野生种青狗尾草OakRiver(OR)杂交，借助生化标记鉴定，获得谷子一狗尾草杂种，继后用Amende与之回交两代，获得抗除草剂“氟乐灵”谷子一狗尾草种质材料D206TR。

(2)用D206TR与豫谷1号，冀谷11号，C445，豫谷2号等谷子现有推广优良品种杂交与连续回交5代以上，育成抗除草剂谷子新种质DSB204。

2、抗除草剂“氟乐灵”的抗性性能鉴定

(1)新种质的抗性生物学实验。研究确定抗除草剂可以施用剂量0.8Kg/ha。而一般品种及谷田禾本科杂草在这个剂量下不能生存。

(2)本抗性新种质不仅抗除草剂“氟乐灵”，也抗其他二硝基苯胺类除草剂(Dinitroaniline)，如Benfluralin,Oryzalin,Trifluralin,Butralin,Pendimethalin等。抗性可通过芽期、苗期除草剂生物学反应试验得以确认。

3、抗除草剂“拿捕净”新种质的抗性遗传分析

(1)新种质抗性遗传稳定，多代自交抗性水平未发生变化。

(2)抗感材料杂交，杂种一代表现感除草剂，F2、F3抗感分离符合两对核隐性基因互作控制的遗传，其两对基因遗传距离(交换值)α=0.23。正交与反交结果一致。

4、抗除草剂“氟乐灵”新种质抗性基因的第二效应分析

(1)在不同密度(20株/平方米，50株/平方米)，不同模式种植抗感近等基因系(10％抗性群体，50％抗性、50％感性混合群体，100％感性群体)，5次重复。

(2)不同时期对22项农艺性状进行调查，通过比较不同群体，不同条件抗感近等基因系的结果。

(3)研究结果表明谷子获得抗除草剂“氟乐灵”基因会产生在某些方面降低生物学产量的效应。

5、抗除草剂谷子新种质的农艺性状

中杆、大穗、黄谷、黄米。

三、复抗除草剂“拿捕净”、“氟乐灵”新种质的合成

利用抗除草剂“拿捕净”新种质DSB553与抗除草剂“氟乐灵”新种质DSB204杂交，通过对后代抗性分离群体的选择，育成复抗除草剂“拿捕净”和“氟乐灵”新种质DSB807。

四、隐性抗除草剂基因应用于不育系保存的实施方案

通过有性杂交和回交育种把隐性抗除草剂“氟乐灵”基因转育到育成的各类不育系(或保持系)之中，这样的不育系在繁种时，不育系接受外来常规品种等非目的性的花粉所得到的种子感除草剂，种植这样的不育系通过施用除草剂就可同时去除杂株和杂草，因此这样不育系的繁种不需严格的隔离区。

五、显性抗除草剂基因应用于杂交种去杂去劣的实施方案

通过有性杂交及回交育种把显性抗除草剂“拿捕净”基因转育到各类恢复系(或品种)之中，用这样的恢复系配制的杂种在利用时，通过施用除草剂就可同时去除假杂种、杂株和杂草。同时，用这样的恢复系进行杂交种制种不需严格的隔离区。另外，抗除草剂基因有助于提高杂交种的优势。

六、抗除草剂基因用于遗传研究的各类群体拓建的实施方案

谷子是严格的自花授粉作物，花器小，杂交十分困难，使得许多遗传研究难于进行。本发明获得的显性细胞核基因与隐性细胞核基因控制的抗除草剂新种质是进行各类遗传研究十分有价值的工具材料，利用本发明可简化杂交程序，提高杂交、回交成功准确度、可信度。例如F1植株群体的拓建可将要研究的材料与显性抗除草剂品系的穗子套在一个纸袋内，收获被研究材料的种子种植，通过使用除草剂可获得可信的杂交种F1植株。

Claims (3)

1、一种抗除草剂谷子的选育方法，其特征在于：用野生近缘种UM131与栽培品种C478或者不育系THA-1杂交，并用C478或者THA-1回交2次，获得抗拿捕净品系；用野生近缘种OR与栽培品种Amende或者不育系Shda-1杂交，并用Amende或者Shda-1回交2次，获得抗氟乐灵品系；用抗拿捕净品系和抗氟乐灵品系与生产上的推广品种杂交，并用推广品种回交，选出抗除草剂拿捕净和氟乐灵以及复抗这两种除草剂的品种。

2、根据权利要求1所述的选育方法，其特征在于：将抗氟乐灵品种的核隐性抗除草剂基因转入不育系或者保持系，以保持其纯度；将抗拿捕净品种的显性抗除草剂基因转入恢复系，用该恢复系配制杂种，在杂交种应用田中施用除草剂可同时去除假杂种、非目的性杂种和杂草。

3、根据权利要求1所术的选育方法，其特征在于：推广品种可以是豫谷1号、冀谷11号、C445或者豫谷2号。

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