CN109714955A - 杂交实生马铃薯种子 - Google Patents

Abstract

本发明涉及杂交实生马铃薯种子或TPS。本发明进一步涉及由本发明的杂交实生马铃薯种子生长的马铃薯植物和由这些植物产生的马铃薯块茎。本发明还涉及本发明马铃薯块茎用于其无性繁殖的用途，以及本发明马铃薯块茎作为马铃薯种薯在生产用于消费和食品加工工业的马铃薯块茎中的用途。具体地，本发明涉及杂交实生马铃薯种子(TPS)，其中种子是四倍体并且作为四倍体雄性马铃薯品系和四倍体雌性马铃薯品系之间杂交的F1产生，并且优选地涉及杂交实生马铃薯种子(TPS)，其中所述四倍体雄性马铃薯品系和所述四倍体雌性马铃薯品系具有足够程度的遗传和表型均一性，以产生作为F1的杂交实生马铃薯种子(TPS)。

Description

杂交实生马铃薯种子

技术领域

本发明涉及杂交实生马铃薯种子或TPS。本发明进一步涉及由本发明的杂交实生马铃薯种子生长的马铃薯植物和由这些植物产生的马铃薯块茎。本发明还涉及本发明马铃薯块茎用于其无性繁殖的用途，以及本发明马铃薯块茎作为马铃薯种薯(seed potato)用于生产用于消费和食品加工工业以及工业应用的马铃薯块茎的用途。

背景技术

土豆或马铃薯(Solanum tuberosum L.)传统上作为无性繁殖(vegetativepropagation)的块茎作物出售。对于马铃薯的无性繁殖，使用通常称为马铃薯种薯的马铃薯块茎，然而，术语“马铃薯种薯”不能与用于马铃薯植物种子的普遍接受的术语“实生马铃薯种子”或TPS混淆。

马铃薯块茎是增厚的根状茎或匍匐茎。种植后，这种块茎产生一个或多个芽，每个芽长成茎和叶。成熟植物形成新的块茎，其在生长季节结束时收获，并且在遗传上可被视为母株的克隆。作为食物使用，马铃薯块茎富含碳水化合物、蛋白质、纤维、维生素B和C，以及矿物质如铁、锌和镁等。马铃薯是煮熟、油炸(如薯条)、作为马铃薯泥、作为沙拉、薯片或薯条等形式食用；此外，马铃薯也作为马铃薯种薯生长(用于进一步的无性繁殖)和作为具有许多工业应用的淀粉来源。

开发新的无性品系马铃薯是一个耗时的过程；这种开发是基于杂交两个现有品种，收获种子并从获得的后代中针对育种工作目标选择最适合的无性系(clone，克隆)。在该杂交和选择阶段之后，需要长时间逐年的对无性系进行无性繁殖，以产生合理数量的马铃薯种薯，因此不是种子而是块茎。种植一公顷用于马铃薯生产，需要约2,500kg的马铃薯种薯(块茎)。

马铃薯种薯的逐年无性繁殖也导致作物被线虫、类病毒和病毒、细菌或真菌疾病感染的风险。一般来说，每年无性繁殖，病原体的数量都会增加。为了确保马铃薯种薯不染病，在欧盟，以及在其他国家，有一个分级时间表(schedule of classification)，用于使传播这些疾病的风险降至最低。欧盟指令2014/20描述了基本的经过认证的马铃薯种薯的等级，这取决于无性繁殖的田间世代数。此处起决定性作用的是田间世代数，即，伴随每一田间世代，块茎均转入更低的等级。最高质量水平S必定来自选定的植物(核原种(nuclearstock))、组织培养材料或来自微型薯(小薯，minituber)。等级S、SE和E(基本类别)用于马铃薯种薯的进一步繁殖；经过认证的A类和B类旨在用于生产最广泛意义上的消费或餐桌马铃薯。每一生产批次的马铃薯都被分配一个等级；根据这个时间表，它被允许投放市场(也参见图1)。

到目前为止，马铃薯在连续循环中通过繁殖块茎进行无性繁殖；每个循环实现约10倍的平均增殖。然而，关于材料健康性，所使用的繁殖材料在每个田间世代之后被置于更低级别。因此，繁殖受到使用块茎用于进一步的种子材料、或者它们被分类为仅用于消费市场的产品的准许性的限制。其依据是，伴随每个繁殖周期，产生的块茎可被真菌、细菌，线虫和/或病毒感染。此外，在每个循环中，对材料进行测试以确定植物健康性，并使用该结果确定等级。仅次于耗时性，无性繁殖的过程是非常昂贵且劳动密集的；难以生产出不含或几乎不含块茎传播性疾病和害虫的健康马铃薯繁殖材料。

考虑到上述情况，希望开发一种有效地提供不含积累的块茎传播病原体(块茎携带病原体)如类病毒、病毒、细菌和真菌的基本马铃薯材料(basic potato material)的方法。

通常通过施用雄性或传粉植物的花粉来授粉雌性系，从而产生杂交马铃薯种子(因此不是马铃薯块茎)。两个四倍体亲本系在一定程度上都是纯合子，并且特别地选择足够程度的遗传和表型均一性。

将用于四倍体杂交种子生产的这些亲本或近交系无性繁殖以确保其遗传稳定性。

使用这些选择的四倍体亲本产生了足够均一的杂交后代，其在市场上具有高价值。

二倍体马铃薯具有所谓的配子体不亲和性(gametophytic incompatibility)，这意味着花粉中存在的SI等位基因与柱头中存在的两个SI等位基因之间存在相互作用。当花粉粒具有与柱头中的至少一个等位基因相同的等位基因时，防止了柱头上的花粉粒萌发。只有在具有与花粉中存在的SI等位基因不同的其他SI等位基因的柱头上，花粉的萌发才是可能的。携带等位基因的S基因座具有高度多态性，这意味着存在大量不同的SI等位基因。二倍体马铃薯中的这种SI系统阻止了自花授粉，但也阻止了通过近亲繁殖对遗传均一的亲本系的开发。

为了开发具有足够纯合性或均一性的马铃薯材料，几家公司正在对二倍体马铃薯材料进行研究以开发合适的起始材料。专利申请WO2011053135中描述了该研究的一个实例。该申请中公开的核心是在二倍体水平上的马铃薯(S.tuberosum L.)育种。在马铃薯的这种倍性水平上育种的问题是自交不亲和性的发生，其阻碍了必要的自体受精(自花授粉)。然而，在这些二倍体马铃薯植物中，当靠近防止自花授粉的SI等位基因，存在着另一种遗传定子Sli(S基因座抑制剂)时，自花授粉变得可能。该Sli基因从二倍体野生马铃薯种质S.chacoense种质渗入(基因渗入)。Sli基因抵消了花粉和柱头中相同的SI等位基因的相互作用，从而使植物能够自花授粉。通过在二倍体马铃薯(S.Tuberosum)中引入该基因，通过反复自体受精，可以开发纯近交系。然而，可以设想二倍体作物的产量低于其四倍体对应物的产量，因此当使用该方法时存在产量损失。通过使染色体数量加倍可以克服这个缺点；然而，通过这种技术存在引入突变或异常染色体数目的风险。

发明内容

除了其他目的之外，本发明的一个目的是消除至少一些上述与作为马铃薯种薯、消费马铃薯(餐桌马铃薯)、或者用于食品加工工业的马铃薯或者用于工业加工的马铃薯的生产相关的问题。

除了其他目的之外，这一目的通过所附权利要求中概述的本发明所实现。

具体地，根据本发明，通过提供杂交实生马铃薯种子(TPS)来实现这一目的(除了其他目的之外)，其中所述种子是四倍体并且作为四倍体雄性马铃薯品系和四倍体雌性马铃薯品系之间的杂交的F1产生。

本发明的发明人成功地开发了用作本发明杂交种子的亲本系的合适材料，其可以作为实生马铃薯种子或TPS销售。在投入多年研究之后，本发明的发明人成功地开发了来自四倍体材料的亲本系，其可用于以足够的商业量生产具有足够均一性的杂种品种。

用于四倍体杂交种子生产的具有足够的遗传和表型均一性的亲本系是无性繁殖的。

本发明的杂交马铃薯种子，相对于用于栽培块茎(作为马铃薯种薯)、用于直接消费(食用)、用于食品加工业或用于工业加工的马铃薯种薯的应用，提供了若干优势：

-1ha的马铃薯植株所需的起始材料量从2,500kg的马铃薯种薯或块茎减少到约80-100g的TPS，这些TPS用于直接条播，或者使用这一数量的实生马铃薯种子生长的移栽苗(transplant)

-生产(以克计的)种子而不是(以吨计的)块茎节省了大量资金(储存、运输)和自然资源

-从受控条件下生长的植物中收获供种植的种子；与已经传播6个或更多季节的块茎相比，该起始材料可以被认为基本上没有害虫和疾病

-由于这一特点，可以大大减少劳动力和化学品的使用。

本发明优选涉及杂交实生马铃薯种子(TPS)，其中四倍体雄性马铃薯品系和四倍体雌性马铃薯品系具有足够程度的遗传和表型均一性，以产生作为F1的杂交实生马铃薯种子(TPS)。

本发明的杂种种子基本上不含或完全不含可能存在于无性繁殖的马铃薯种薯中的常见病原体。由于这一事实，可以实现大量节省，因为需要对起始材料和田地进行的化学处理更少；这既是财务方面的益处，也是环境方面的益处。

此外，与种植1公顷所需的2,500kg马铃薯种薯相比，使用本发明的杂交种子，通过直接条播或通过使用从这一数量(80-100g)的种子生长的移栽苗，约80-100g的量足以用于该1公顷。

具体实施方式

本发明的杂种种子是通过传粉者或父系的花粉对合适的雌性或母系授粉而产生的。为了产生均匀的杂种，亲本系，雄性系和雌性系必须高度均一。可用作雌性系的合适品系可以是：

-自交不亲和的品系

-自交亲和且去雄的品系

-产生无活力花粉(non-viable pollen)的品系

-

-细胞质雄性不育(因此雌性)品系

-基因雄性不育(雄性核不育)植物。

因此，根据另一个优选的实施方式，本发明涉及杂交实生马铃薯种子(TPS)，其中四倍体雌性马铃薯品系具有选自由自交不亲和的四倍体植物组成的组的表型。

根据另一个优选的实施方式，本发明的四倍体杂交实生马铃薯种子(TPS)产生不能产生带有种子的浆果的植物。用于产生本发明杂种种子的有利实施方式还在于，母系或雌性系在与另一基因型异花授粉后可产生杂种种子，而通过自交不亲和性防止雌花的自花授粉。在TPS产生系的情况下，需要雌性系必须能够在与另一种基因型异花授粉后产生种子浆果，但是所得杂交后代不产生浆果是有利的。

在栽培马铃薯后，意外留在田间的块茎的自生自长苗的出现是常见的，并且这些植物在随后的季节出现，通常通过喷洒合适的除草剂来除去它们。

然而，从种子生长的自生自长苗(该种子又来自带有种子的浆果)，可以在几年后出现，因此难以对抗土壤传播的疾病，并且也是维持土壤传播疾病的“储库”。当应用所述发明中开发的材料时，由于不产生浆果，防止了自生自长苗(volunteer)从种子中的这种不期望的再生长。

在本发明的另一个实施方式中，将可用作雌性系的四倍体马铃薯品系人工去雄，并相继通过来自合适的四倍体雄性马铃薯植物的花粉进行手工授粉。

在本发明的另一个实施方式中，通过用来自雄性马铃薯植物的花粉手工授粉自交不亲和的雌性四倍体植物来产生杂种种子。

在另一个实施方式中，待授粉的花在幼苗期(juvenile stage)开放，以在已经是接受性的雄蕊上施用花粉。

在本发明的一个实施方式中，自交不亲和的雌性植物、去雄的亲和植物、产生无活力花粉的植物、基因雄性不育植物或CMS植物的授粉由昆虫如蜜蜂(意蜂(Apismellifera))、熊蜂(熊蜂属(Bombus spp.))或丽蝇如丽蝇属(Calliphora)和绿蝇属(Lucilia spp.)进行。在本发明的一个实施方式中，自交不亲和的雌性植物、去雄的亲和植物、产生无活力花粉的植物、基因雄性不育植物或CMS植物的授粉通过被设计用于散播植物上的花粉或接受花(授期花，receptive flower)的机械装置进行。

根据一个特别优选的实施方式，本发明涉及杂交实生马铃薯种子(TPS)，其代表性样品于2015年10月23日以NCIMB 42469保藏(NCIMB国家工业、食品和海洋微生物保藏中心(NCIMB)，NCIMB Limited，弗格森大厦；克莱伯斯通地产，巴克斯本阿伯丁，苏格兰，AB219YA英国)。

使用2005年12月1日由UPOV(http://www.upov.int/edocs/tgdocs/en/ tg023.pdf)提供的经典技术问卷对该马铃薯进行描述。应该考虑的是：这个问卷是为无性繁殖材料设计的；这种种子繁殖的杂交种不可能像无性繁殖体那样均一。

使用该问卷作为指导原则，四倍体马铃薯杂交种1490185描述如下：

当可获得商业上适用的实生马铃薯种子产品时，这开辟了若干种子技术处理的应用，这进一步增加了作物土豆或马铃薯(Solanum tuberosum)的独特特征。

通常，由于称为休眠的机制，种子可以晚发芽。这种生物学机制本质上防止种子在一个季节中过早地发芽；经过长时间的寒冷期，种子准备发芽。通过这种方式，出苗的植株苗没有冻害的风险或具有降低的冻害风险。然而，对于植物种植者而言，休眠是一种在收获后短时间内播种时还会妨碍及时发芽的过程。过去开发了几种处理以打破休眠，其中包括：

-松土，故意破坏种壳，以便允许将水和空气转移到胚中；

-层积处理(stratification)，在低温下保持种子(最终在土壤中)，从而实际上模拟冬天。

-引发(priming)，使种子预萌发(pre-germination)直到它们即将发芽的程度。这导致被引发的种子早期非常均匀的发芽；该处理也提供了休眠打破效果。此外，由于作物的迅速出苗，对抗杂草的需求较低，因为非常早期种植的作物充分覆盖土壤以防止杂草与所需作物竞争。进一步的引发使得能够在生长季节短的地区种植作物。

现代播种设备需要圆形且光滑的种子形状，以确保良好的播种结果。由于许多种子不满足这一要求，因此开发了一些技术以提供具有材料层(例如，粘土)的种子，该材料层提供种子所需的形状和光滑度并且还有助于其重量。由此能实现种子处理如结壳(encrusting)(添加恰好足够的材料以覆盖种皮中的不规则性)和造粒(pelleting)(此外，使种子具有均匀的圆形和所需的尺寸)。

将这种材料添加到种子表面还开辟了将化合物添加到涂层(包衣，coating)中的机会，这些化合物作为杀真菌剂、作为有利微生物的有益物质、微量营养素，以及作为特定颜色的特征，公司的种子通过这些特定颜色在市场中被识别。这种添加的颜色也有助于农民随后检查种子是否以单一和有规律的方式播种。此外，还可以添加发芽促进化合物作为植物激素。

所有这些技术以及足够均匀的四倍体杂交马铃薯种子的独特特征使得能够以全新的和有竞争力的方式种植马铃薯块茎。

在本发明的上下文中，涂层(包衣)可以定义为供给种子的相对薄的聚合物层；可将杀真菌剂或杀虫剂加入该聚合物中以保护种子免受土壤传播的病原体和昆虫损害。此外，可以添加染料，从而有机会检查种子的正确条播。可替换地，还可以添加其他有益化合物作为促进幼苗生长的微量营养素或有益微生物。结壳的种子不仅覆盖有聚合物(具有或不具有上述额外的物质)，而且种子也具有光滑的表面。这使条播更容易，并且增加的重量使得能够对以这种方式处理的种子实现更精确的直接条播。通过造粒，种子被覆盖更多的材料，例如，聚合物结合的粘土，以产生规则形状的圆形颗粒。除了最终具有上述保护物质之外，该颗粒可以以吸水后溶解(melt)或分裂的方式构建。引发：引发或预萌发是一种处理，其中种子被提供足够的水分以使种子内的胚开始萌发。这使得幼苗更快出苗，实现更高的出苗率和更好的生长。人们认为，这种先行处理(head-start)导致根系早期良好进入土壤中并且更快生长。

考虑到本发明的四倍体杂交马铃薯种子的有益特性，本发明还涉及从本发明的杂交实生马铃薯种子(TPS)生长的马铃薯植物和来自这种马铃薯植物的马铃薯块茎。

本发明还涉及本发明马铃薯块茎用于其无性繁殖的用途，和本发明的杂交实生马铃薯种子(TPS)用于生产用作马铃薯种薯、餐桌马铃薯消费、食品加工工业和工业应用的马铃薯块茎的用途。

在本发明的另一个实施方式中，第一代块茎(来自种子)可以用作高认证类别的马铃薯种薯。

在另一个实施方式中，不适合用作马铃薯种薯的来自种子的该第一年材料的较小块茎可以用于再栽培一年以生产马铃薯种薯，仍然作为根据第9页的图1中的时间表的高级别认证材料。

在另一个实施方式中，第一代块茎(来自种子)可以用作消费马铃薯，用于食品加工工业或用于其他工业应用，而较小的块茎用于第二年的繁殖，仍然作为根据图1中的时间表的高级别认证材料。

这使条播更容易，并且增加的重量使得能够对以这种方式处理的种子实现更精确的直接条播。通过造粒，种子被覆盖更多的材料，例如，聚合物结合的粘土，以产生规则形状的圆形颗粒。除了最终具有上述保护物质之外，该颗粒可以以吸水后溶解(melt)或分裂的方式构建。引发：引发或预萌发是一种处理，其中种子被提供足够的水分以使种子内的胚开始萌发。这使得幼苗更快出苗，实现更高的出苗率和更好的生长。人们认为，这种先行处理(head-start)导致根系早期良好进入土壤中并且更快生长。

考虑到本发明的四倍体杂交马铃薯种子的有益特性，本发明还涉及从本发明的杂交实生马铃薯种子(TPS)生长的马铃薯植物和来自这种马铃薯植物的马铃薯块茎。

本发明还涉及本发明马铃薯块茎用于其无性繁殖的用途，和本发明的杂交实生马铃薯种子(TPS)用于生产用作马铃薯种薯、餐桌马铃薯消费、食品加工工业和工业应用的马铃薯块茎的用途。

在本发明的另一个实施方式中，第一代块茎(来自种子)可以用作高认证类别的马铃薯种薯。

在另一个实施方式中，不适合用作马铃薯种薯的来自种子的该第一年材料的较小块茎可以用于再栽培一年以生产马铃薯种薯，仍然作为根据第9页的图1中的时间表的高级别认证材料。

在另一个实施方式中，第一代块茎(来自种子)可以用作消费马铃薯，用于食品加工工业或用于其他工业应用，而较小的块茎用于第二年的繁殖，仍然作为根据图1中的时间表的高级别认证材料。

PCT/RO/134表

Claims (10)

1.杂交实生马铃薯种子(TPS)，其中，所述种子是四倍体并且作为四倍体雄性马铃薯品系和四倍体雌性马铃薯品系之间的杂交F1产生。

2.根据权利要求1所述的杂交实生马铃薯种子(TPS)，其中，所述四倍体雄性马铃薯品系和所述四倍体雌性马铃薯品系具有足够程度的遗传和表型均一性，以产生作为F1的杂交实生马铃薯种子(TPS)。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的杂交实生马铃薯种子(TPS)，其中，所述四倍体雌性马铃薯品系具有选自由自交不亲和、亲和及去雄、不能产生活力花粉、细胞质雄性不育和基因雄性不育品系组成的组的表型。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的杂交实生马铃薯种子(TPS)，其中，从所述种子生长的马铃薯植物不能通过自花授粉或与来自相同F1杂种的植物异花授粉来产生浆果。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的杂交实生马铃薯种子(TPS)，其中，所述种子的代表性样品以NCIMB 42469保藏。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的杂交实生马铃薯种子(TPS)，其中，所述种子被包衣、结壳、造粒或引发。

7.从根据权利要求1-6中任一项所述的杂交实生马铃薯种子(TPS)生长的马铃薯植物。

8.来自根据权利要求7所述的马铃薯植物的马铃薯块茎。

9.根据权利要求8所述的马铃薯块茎作为马铃薯种薯用于其无性繁殖的用途。

10.根据权利要求1-6中任一项所述的杂交实生马铃薯种子(TPS)用于生产马铃薯块茎的用途，所述马铃薯块茎用作马铃薯种薯、餐桌马铃薯消费、食品加工工业以及用于工业应用。