CN107996388B - 一种利用离核木棉创制棉花细胞质雄性不育系的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种利用离核木棉(多年生海岛棉，Gossypium barbadende L.)创制棉花细胞质雄性不育系的方法，以离核木棉或其自交得到的不育株为亲本与棉花栽培品种进行杂交，其杂交、自交或回交后代中的任一代若全部表现雄性不育，说明该雄性不育特征表现为细胞质遗传特征，则以栽培品种为轮回亲本进行核置换回交直至获得性状与父本相似、整齐一致、且表现雄性不育的细胞质雄性不育系，其轮回亲本即为相应的雄性不育保持系。本发明以开远离核木棉或遗传有开远离核木棉细胞质的杂交或回交后代为细胞质供体，再以普通栽培品种为细胞核供体，由此产生的质核互作导致雄性不育。

Description

一种利用离核木棉创制棉花细胞质雄性不育系的方法

技术领域

本发明涉及作物育种方法，具体是一种利用离核木棉创制棉花细胞质雄性不育系的方法。

背景技术

棉花，锦葵科棉属，是世界上最主要的农作物之一。它既是最重要的纤维作物，又是重要的油料作物，也是含高蛋白的粮食作物，还是纺织、精细化工原料和重要的战略物资。棉花表现出强大的杂种优势，其杂种优势率高达20％-30％。长期以来，棉花杂种优势利用是国内外棉花育种的重要内容。

棉花既可利用细胞核雄性不育系、也可利用细胞质雄性不育系生产杂交种子。虽然细胞核雄性不育系的利用易于找到恢复系和组配出强优势杂交组合，但不育系的繁殖存在问题，一般利用细胞核雄性不育两用系中分离出的雄性不育株(基因型为msms)与育性基因杂合的可育姊妹株(基因型为Msms)杂交的方法保持，从不育株上收的种子繁殖后代仍然表现不育株与可育株的1：1分离，因此，杂交制种田必须每年拔除母本区50％左右的雄性可育株，工作量集中，劳动强度大；且因群体中可育株与不育株分布的不均匀性，往往存在连续拔除多株可育株的问题，既浪费了土地空间，又增加了种子生产成本。

为解决此问题，四川省农业科学院经济作物育种栽培研究所和四川诺亚生物科技有限公司，根据棉花在热带地区的多年生特性，于2007年申请了1项国家发明专利，发明名称为“利用棉花雄性不育系和恢复系进行宿根再生的杂交制种方法”(申请号：200710049843.0)。该发明指出棉花植株能够越冬的制种区是冬季最低温度≥10℃，年日照时数1700-2100小时，日照百分率为50-60％，全年降雨量为800-1200mm的地区。从温度条件看，应属于中热带地区(盛承禹等编著.中国气候总论.科学出版社，1986，第406页)，但热带有旱季和雨季之分，雨季多台风，不利于棉花的杂交制种，所以，又要求其降雨量小于1200mm。因此，满足上述所有条件的地区是很少的，可能只有云南或云南与四川交界的部分地区具有这种小气候特征，而这些地区，大多比较偏远，交通不便，不利于棉花的规模化杂交制种。而且，该发明还没有解决不育系的繁殖问题，只是利用了不育系在热带地区可多年生长的特性。但由于一年生棉花根系入土浅，易早衰，就是在最适合生长的温度条件下一般也只能宿根栽培2-3年，又需要重新播种。

为解决棉花的宿生栽培问题，广西大学周瑞阳发明了“一年生棉花的多年生杂交制种方法”(ZL200910078533.0)。其首先鉴定一年生棉花杂交亲本的自然越冬能力；对于不能自然越冬的一年生棉花杂交亲本，以棉属中能够自然越冬的多年生棉花种质资源(如联核木棉和离核木棉等)为砧木进行嫁接，并宿根栽培所得嫁接植株；对于能够自然越冬的一年生棉花杂交亲本，直接种植并宿根栽培其实生植株，或以上述方法嫁接后宿根栽培；然后利用上述实生植株和/或嫁接植株进行杂交制种。该发明的杂交制种方法不需每年播种，不需每年耕整土地，不需每年去杂去劣，降低了雄性不育系的繁殖成本，简化了杂交种子生产程序，并可提高杂交制种的产量。但该发明存在嫁接大量用工的问题，且只能在华南南部实现多年生栽培，存在地域限制。

利用细胞质雄性不育系与保持系回交的方法虽能保持雄性不育特性，但前人选育细胞质雄性不育系多数具哈克尼西棉细胞质，其恢复系较少，且恢复系和杂交种对高温敏感，在夏季的高温条件下，恢复系和杂交种散粉困难，表现为半不育现象，难以在生产上大面积推广应用。

另一方面，在农业生产中，由单一细胞质雄性不育系组配的杂交种在生产中的大面积推广和长期利用可能成为某一病害生理小种的哺育品种，从而存在某一病害大流行的风险。解决这一问题的基本途径是获得多种细胞质来源的雄性不育系，而不同细胞质来源的雄性不育系的选育源于细胞质雄性不育种质的遗传多样性。因此，即使哈克尼西棉细胞质雄性不育系经过遗传改良之后，具备了杂种优势利用价值，发现新的雄性不育细胞质来源仍然是棉花杂种优势利用研究的重点。

在我国华南和西南一带，生长着一种多年生海岛棉，处于半野生状态，当地称为木棉。木棉又分为“联核木棉”和“离核木棉”。联核木棉因其种子相互粘连在一起而得名，在中国种植历史已经很久。因其棉绒易于手工剥离，不需要轧花机分离种子和纤维，加工方便，农民多种于房前屋后，自种自用。现华南和西南各地仍有栽培，但产量低。另一种多年生海岛棉因其种子相互分离成为离核木棉。冯泽芳认为是埃及型，常以县得名，如开远木棉、文山木棉、弥勒木棉、元江木棉、墨江木棉、瑞丽木棉、景谷木棉、石屏木棉、思茅木棉、车里木棉、陇川木棉等[余绍杰.中国植棉史考证.中国农史.1993，12(2)：28-34]。木棉的突出特点是：根系庞大，抗旱能力极强，特别适应于荒地种植。但由于木棉是短日植物，在长江流域及其以北地区不能自然开花结实，且产量低；而我国的棉花主产区及其研究机构又基本在此区域，故此对木棉的研究极少。

广西地处南亚热带，联核木棉和离核木棉均可自然开花结实，为木棉的研究和利用提供极为有利的自然条件。周瑞阳以多年生海岛棉为砧木，以一年生陆地棉为接穗，极大地提高了一年生棉花的抗寒性。但利用联核木棉或离核木棉选育棉花细胞质雄性不育系的研究，国内外均未见报道。

发明内容

本发明提供的一种利用离核木棉(多年生海岛棉，Gossypium barbadende L.)创制棉花细胞质雄性不育系的方法，包括如下步骤：

a、杂交

以离核木棉或其自交得到的不育株为亲本之一，与棉花栽培品种/系X进行杂交，得到杂交F₁代种子；

b、回交

按照杂交F₁代育性选择b1、b2或b3中的任一种方式进行回交：

b1、杂交F₁代植株全部表现雄性不育，说明该雄性不育特征表现为细胞质遗传，则以X为轮回亲本进行核置换回交；

b2、杂交F₁代中有不育株，则以杂交F₁代中的不育株为母本，以栽培品种X为父本回交，若回交后代群体全部表现雄性不育，说明该雄性不育特征表现为细胞质遗传特征，则以X为轮回亲本进行核置换回交；

b3、杂交F₁代全部植株表现可育，以杂交F₁代中的可育株连续自交直至后代出现雄性不育株，再以雄性不育株为母本与栽培品种/系X回交，若回交后代群体全部表现雄性不育，说明该雄性不育特征表现为细胞质遗传特征，则以X为轮回亲本进行核置换回交；

所述核置换回交为连续回交直至获得性状与父本相似、整齐一致、且表现雄性不育的细胞质雄性不育系XA，回交所用栽培品种/系X即为相应的雄性不育保持系XB。

所述利用离核木棉创制棉花细胞质雄性不育系的方法，还包括如下步骤：

c、转育

以步骤a或步骤b中任一世代的雄性不育株为母本，以棉花栽培品种/系Y为轮回亲本进行核置换回交，从中选择出性状与轮回亲本相似、整齐一致、且表现雄性不育的细胞质雄性不育系YA，所用轮回亲本即为相应雄性不育保持系YB。此后，又可以YA选育过程中任意世代的雄性不育株为母本，以栽培品种/系W为轮回亲本进行核置换回交，从中选择出性状与轮回亲本相似、整齐一致、且表现雄性不育的细胞质雄性不育系WA，所用轮回亲本即为相应雄性不育保持系WB。如此不断延伸，以致无穷。

所述利用离核木棉创制棉花细胞质雄性不育系的方法还包括：当所育不育系为质核异源雄性不育系时，以所选育的质核异源雄性不育系为母本，以与其细胞核为同一品种来源的可育株为父本，进行核置换回交，选育出新的质核同源雄性不育系。

所述利用离核木棉创制棉花细胞质雄性不育系的方法还包括：当所育不育系为质核同源雄性不育系时，以所选育的质核同源雄性不育系为母本，以与其没有亲缘关系的异源保持系为父本，进行核置换回交，选育出新的质核异源雄性不育系。

其中，所述离核木棉优选为开远离核木棉。

其中，所述回交，在回交的同时与多个栽培品种测定配合力，每个世代选择配合力高、性状与轮回亲本相似，且花药不开裂的雄性不育株继续回交，同时轮回亲本套袋自交。

其中，所述核置换回交的代数为5代以上，优选5-6代。

本发明还提供一种利用离核木棉创制棉花细胞质雄性不育系的方法在棉花育种中的应用。

本发明以野生种开远离核木棉或遗传有开远离核木棉细胞质的杂交或回交后代为细胞质供体，再以普通栽培品种为细胞核供体，由此产生的质核互作导致雄性不育。

本发明的实用性在于：以开远离核木棉细胞质雄性不育系与其它棉花栽培品种自然杂交可组配出强优势杂交组合，且制种成本低。由该类型细胞质雄性不育系组配的杂交种与与其它类型的细胞质雄性不育系组配的杂交种在生产中同时推广利用，可大大降低某种病害大发生的风险。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

一、质核异源细胞质雄性不育系的选育

实施例1：“C5中16A”的选育

以开远离核木棉(中国农业科学院棉花研究所提供)为细胞质供体，以中棉16(中国农业科学院棉花研究所提供)为细胞核供体(轮回亲本)，采用饱和回交的方法，选育出了开远离核木棉细胞质雄性不育系。具体为：

a、杂交

以开远离核木棉为母本，与中棉16杂交，得到杂交F₁代种子；

b、回交

因杂交F₁代表现可育，以杂交F₁代中的可育株连续自交2代，后代出现雄性不育株，以发现的不育株为母本，以中棉16为父本回交，回交后代群体全部表现雄性不育，说明该雄性不育特征表现为细胞质遗传特征，则以中棉16为轮回亲本进行核置换回交，连续回交6代，获得性状与父本相似、整齐一致、且表现雄性不育的细胞质雄性不育系。因本团队选育出了一系列雄性不育细胞质，离核木棉雄性不育细胞质命名为“C5”，故由此选育的细胞质雄性不育系命名为“C5中16A”，其轮回亲本即为保持系，称为“C5中16B”。

实施例2：“C5中40A”的选育

以开远离核木棉为材料，在其自交二代发现了2株雄性不育。以该雄性不育株为母本，以中棉40(中国农业科学院棉花研究所引进)为轮回亲本，采用饱和回交的方法，选育出了细胞质雄性不育系“C5中40A”及其保持系“C5中40B”。具体为：

a、杂交

以开远离核木棉自交后发现的不育株为母本，与中棉40进行杂交，得到杂交F₁代种子；

b、回交

因上述杂交F₁代全部植株表现雄性不育，故以中棉40为父本进行回交，回交后代群体全部表现雄性不育，说明该雄性不育特征表现为细胞质遗传特征，则以中棉40为轮回亲本进行核置换回交，连续回交6代，获得性状与父本相似、整齐一致、且表现雄性不育的野败型细胞质雄性不育系，命名为“C5中40A”，其相应保持系命名为“C5中40B”。

实施例3：“C5新21A”的回交转育

以实施例1“C5中16A”选育过程中的回交一代(可为其任一世代)雄性不育株为母本，以海岛棉栽培品种新海21(中国农业科学院棉花研究所引进)为父本进行回交转育，回交6代选育出细胞质雄性不育系“C5新21A”及其保持系“C5新21B”。

实施例4：“C5海辐6号A”的回交转育

以实施例3“C5新21A”转育过程中的回交一代(可为其任一世代)雄性不育株为母本，以海辐6号(中国农业科学院棉花研究所引进)为父本进行回交转育，回交6代选育出细胞质雄性不育系“C5海辐6号A”及其保持系“C5海辐6号B”。

上述4个实施例所选育的细胞质雄性不育系，其细胞质源于开远离核木棉，其细胞核为不同来源的棉花栽培品种，因其质核来源不同，故为质核异源雄性不育系。

二、质核同源细胞质雄性不育系的选育

以下2个实施例均以2个栽培品种为母本，以开远离核木棉为父本，是质核异源细胞质雄性不育系选育方法的反交方式。具体过程如下：

实施例5：质核同源“中16A”的选育

以实施例1中的中棉16为母本，以开远离核木棉为父本杂交。其F₁代部分植株表现雄性不育；再以中棉16为轮回进行核置换回交，选育出质核同源(中棉16细胞质和中棉16细胞核)雄性不育系“中16A”，其轮回亲本中棉16为其保持系“中16B”。需要说明的是实施例1中的“C5中16B”与此实施例中的“中16B”是可以通用的，即可以相互保持，只是为了不育系与保持系成对，以示区别起见才如此命名。

实施例6：质核同源“中40A”的选育

以实施例2中中棉40为母本，以开远离核木棉为父本杂交。其F₁代植株全部表现可育；其F₁代可育株自交二代发现2株雄性不育，再以中棉40为轮回亲本进行核置换回交，选育出质核同源(中棉40细胞质和中棉40细胞核)雄性不育系“中40A”，其轮回亲本中棉40为其保持系“中40B”。需要说明的是实施例2中的“C5中40B”与此实施例中的“中40B”是可以通用的，即可以相互保持，只是为了不育系与保持系成对，以示区别起见才如此命名。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种利用离核木棉创制棉花细胞质雄性不育系的方法，其特征在于，包括如下步骤：

a、杂交

以开远离核木棉为亲本之一，与棉花栽培品种/系X进行杂交，得到杂交F₁代种子；

b、回交

按照杂交F₁代育性选择b1或b2方式进行回交：

b1、杂交F₁代中有不育株，则以杂交F₁代中的不育株为母本，以栽培品种X为父本回交，回交后代群体全部表现雄性不育，说明该雄性不育特征表现为细胞质遗传特征，则以X为轮回亲本进行核置换回交；

b2、杂交F₁代全部植株表现可育，以杂交F₁代中的可育株连续自交直至后代出现雄性不育株，再以雄性不育株为母本与栽培品种/系X回交，回交后代群体全部表现雄性不育，说明该雄性不育特征表现为细胞质遗传特征，则以X为轮回亲本进行核置换回交；

所述核置换回交为连续回交直至获得性状与父本相似、整齐一致、且表现雄性不育的细胞质雄性不育系XA，回交所用栽培品种/系X即为相应的雄性不育保持系XB。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤：

c、转育

以步骤a或步骤b中任一世代的雄性不育株为母本，以棉花栽培品种/系Y为轮回亲本进行核置换回交，从中选择出性状与轮回亲本相似、整齐一致、且表现雄性不育的细胞质雄性不育系YA，所用轮回亲本即为相应雄性不育保持系YB。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述利用离核木棉创制棉花细胞质雄性不育系的方法还包括：当所育不育系为质核异源雄性不育系时，以所选育的质核异源雄性不育系为母本，以与其细胞核为同一品种来源的可育株为父本，进行核置换回交，选育出新的质核同源雄性不育系。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述利用离核木棉创制棉花细胞质雄性不育系的方法还包括：当所育不育系为质核同源雄性不育系时，以所选育的质核同源雄性不育系为母本，以与其没有亲缘关系的异源保持系为父本，进行核置换回交，选育出新的质核异源雄性不育系。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述回交，在回交的同时与多个栽培品种测定配合力，每个世代选择配合力高、性状与轮回亲本相似，且花药不开裂的雄性不育株继续回交，同时轮回亲本套袋自交。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述回交的世代数为5代以上。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述核置换回交的代数为5代及以上。

8.权利要求1-7任一项所述利用离核木棉创制棉花细胞质雄性不育系的方法在棉花育种中的应用。