CN111670803A - 一种利用染色体消失法培育矮败小麦改良后代dh新品系方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于农作物品种选育技术领域，公开了一种利用染色体消失法培育矮败小麦改良后代DH新品系的方法，利用矮败小麦不需人工去雄即可充分实现群体内的大规模杂交，在群体中根据选育目标锁定大量交流重组的优良可育株系，同时利用染色体消失法直接获得纯合的DH系。从育种实践的成本和易操作性方面考虑，该发明不仅省去了常规杂交育种的去雄成本，而且比系谱选育法缩短了纯系选育的年限，比直接从F1获得纯系增加了良种选育的概率。本发明比系谱选育法缩短了选育的年限5‑8年，比诱导矮败小麦不育株方法更易操作，良种选择效率更高。

Description

一种利用染色体消失法培育矮败小麦改良后代DH新品系方法

技术领域

本发明属于农作物品种选育技术领域，尤其涉及一种利用染色体消失法培育矮败小麦改良后代DH新品系方法。

背景技术

目前，小麦单倍体技术可以从单交组合杂交一代F1直接获得纯合的株系，大大加快了育种的进程，比常规选育法缩短了4-6年，在小麦新品种选育和遗传基础研究中具有重要的作用。现有技术研究表明，利用小麦玉米杂交的染色体消失法是目前产生小麦单倍体最有效的途径。

上世纪70年代现有技术发现太谷核不育小麦，并于90年代研制出矮败小麦新的小麦特异种质资源。矮败小麦具有太古核不育小麦雄性败育彻底、不育性稳定，异交结实率高的优点，同时标记了矮变一号的矮秆特性，使后代可育株和不育株通过株高的明显差异一眼就能识别，使自花授粉的小麦实现了大规模的基因交流，提高了小麦杂交优势利用的效率。

2011年襄阳农科院(《矮败小麦高效育种技术平台的研究》，安徽农业科学，2011)首次提出了将单倍体育种技术引入矮败小麦高效育种技术体系的构想，从理论上建立了一套矮败小麦高效育种生物技术新体系。

在刘等人的矮败小麦高效育种技术体系中，矮败小麦改良群体得到的优异株系主要通过系谱法进行品种选育，需要经历多个世代才能得到稳定的品系。

2018年公布的CN108935082A《一种Ms2ms2基因型小麦的单倍体育种方法》，其主要针对矮败小麦的不育株利用玉米花粉进行诱导，得到的植株有一半含有Ms基因，无法自交结实。该专利中对所有小麦加倍单倍体植株利用分子标记检测和表型鉴定的方法筛选出含有Ms2基因的DH不育植株，这些筛选出来的不育植株经简单剪颖整穗作为母本，再与普通小麦杂交，获得含有Ms2基因的杂交F1代，再循环进行单倍体方法诱导。该发明尽管节省了玉米花粉与小麦杂交时的去雄时间成本，但后期不易区分不育植株，筛选成本较高，不适于工厂化应用。

综上所述，现有技术存在的问题是：(1)现有技术中，没有运用染色体消失法小麦单倍体技术，造成获优良种子的培育筛选时间长。

(2)小麦是自花授粉作物，每年利用人工杂交创造变异的效率很低，从中选出突破性优良品种的概率很小。

(3)矮败小麦的遗传背景很复杂，利用传统系谱选育法需要经历很长的时间才能得到稳定的优良株系，周期太长；而且现有技术的优良种子的培育筛选中，后期不易区分不育植株，筛选成本较高，不适于工厂化应用。

(4)目前染色体消失法诱导小麦单倍体技术主要应用于小麦单交组合杂交一代F1植株中，针对某个大规模基因交流的矮败小麦群体的应用未见详细报道。利用单交组合诱导DH新品系，从中获得突破性品系的概率很小，而针对大规模基因交流的矮败小麦群体，由于矮败小麦的天然异交特性，得到突破性重组后代的概率显著提高，从中选育优良新品系的机会也更大。

(5)染色体消失法诱导小麦单倍体技术存在一定的技术壁垒，想要复制成功具有一定的难度，同时要想得到稳定的胚诱导率、成苗率和加倍成功率也有一定的难度。

解决上述技术问题的难度：解决上述技术问题的难度首先在于小麦的自花授粉特性，导致创造大量变异的难度较大；其次小麦属于多倍体，有6套染色体组，导致目标性状稳定下来需要很长的周期；三是快速获得定向突变的稳定个体。育种家本质上就是要快速获得具有目标性状的纯合品系，必须同时解决这三个难点。

解决上述技术问题的意义：意义在于解决了现有小麦育种中存在的主要矛盾，一是使创造大量变异得以实现，二是极大缩短了品种稳定的年限，三是提前介入以获得具有目标性状的变异类型，从而快速得到定向突变的稳定个体。这是对现有育种方法的综合应用与提升，具有极大的优越性与可操作性。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种利用染色体消失法培育矮败小麦改良后代DH新品系方法。本发明适用于小麦高产稳产、抗病抗逆、优质营养等不同育种目标的新品种选育。

本发明是这样实现的，一种利用染色体消失法培育矮败小麦改良后代DH新品系方法，包括以下步骤：

步骤一、小麦播种期足墒播种矮败小麦轮选群体2万株左右，采用人工条播，种圃四周播种油菜隔离，待来年春季小麦开花散粉时可有效形成封闭群体，避免外来杂种的污染；

步骤二、利用矮败小麦轮选群体中矮秆不育株易于异交受粉的特性，步骤一中群体内的不育株和可育株每年可进行大规模的基因交流互换，每个矮秆不育株接受群体中其他非矮秆可育株上的花粉受精后得到的种子都是复交组合的后代；

步骤三、在步骤一轮选群体中根据选育目标对当年群体内的可育植株进行定向选择与淘汰，起到优化整个群体内目标基因比例与构成的作用；

步骤四、在步骤一轮选群体小麦植株开花前剔除不符合选育目标的非矮杆可育株和矮秆不育株(各剔除100株左右)，起到优化下一轮群体父母本基因的作用；

步骤五、在步骤一轮选群体小麦植株开花前，挑选具有突出目的性状的矮秆不育株，每个单株选主穗套袋标记，共选择500个矮秆不育单株的主茎穗，生成优化的下一轮群体母本的第一部分；

步骤六、观察步骤五中套袋麦穗的颖壳张开程度，待柱头羽毛张开呈毛刷状，经过简单剪颖即可授以外源优异小麦亲本的花粉，得到控制授粉的杂交种子；

步骤七、在步骤一轮选群体小麦植株成熟前，甄选群体中具有突出目的性状的矮秆不育株，每个单株选主穗吊牌标记，共选择500个矮秆不育单株的主茎穗，生成优化的下一轮群体母本的第二部分；

步骤八、步骤七中吊牌标记的矮秆不育株可自由接受异株花粉，得到自由授粉的杂交种子；

步骤九、待步骤一轮选群体小麦植株进入腊熟期，适时收获步骤六和步骤八中套袋标记和吊牌标记的矮秆不育株主茎穗各500穗；

步骤十、将步骤九收获的共计1000个麦穗混合脱粒，得到混合种子共计2万粒左右；

步骤十一、将步骤十得到的混合种子作为步骤一中矮败小麦轮选群体，每年重复步骤一～步骤十进行父本母本的选择优化和群体内大规模杂交重组。

步骤十二、在步骤一轮选群体小麦植株开花前，选择含有目标性状的优良可育单株，分别将主茎穗套袋标记，分蘖穗吊牌标记；

步骤十三、针对步骤十二套袋标记的优良单株主茎穗，待小穗柱头羽毛呈现毛刷状，且花药还未变黄时选择人工去雄，用羊皮纸袋保湿隔离；

步骤十四、将步骤十三去雄麦穗用玉米花粉进行授粉，利用玉米花粉的染色体消失机制诱导形成小麦单倍体幼胚；

步骤十五、针对步骤十二吊牌标记的优良单株分蘖穗，在腊熟期再次进行抗病性和熟相的选择，未入选的小麦单株取消吊牌；

步骤十六、适时收获步骤十五入选的优良小麦单株，不同单株分别收获、单株脱粒；

步骤十七、将步骤十六收获的优良小麦单株的种子，按照单株编号分别分成2份，一份在下一个生长季的正季播种，另一份延迟10天播种；分别种植形成株行圃，也是玉米花粉诱导小麦单倍体的种圃；

步骤十八、选择步骤十七种圃中的综合性状优良的后代单株，利用玉米花粉进行授粉，玉米花粉的染色体逐渐消失进而得到小麦单倍体幼胚；

步骤十九、将步骤十四和步骤十八中得到的小麦单倍体幼胚培养成苗，利用人工加倍处理方法得到双单倍体小麦植株；

步骤二十、步骤十九得到的DH系即为矮败小麦改良后代DH新品系。

进一步，步骤一中，种圃中轮选群体规模为2万株，其中一半为非矮杆可育株，一半为矮杆不育株。

进一步，步骤一中，田间种植形成正方形种圃。

进一步，步骤二中，优化步骤群体中的母本和父本，对下一轮矮败小麦群体的性状进行优化改良。

进一步，步骤五中，优化生成下一轮群体的小麦母本，并获得天然充分杂交重组的种子。

进一步，步骤六中，具体操包括：在步骤一轮选群体内选择综合性状优良的矮秆不育株150株作为母本提前套袋隔离，以具有目标性状的30个优良品种为父本，每个父本品种的花粉分别授以5个矮杆不育株母本，每个母本单株杂交授粉3穗。

进一步，步骤十六中，分别喷施0.1克/升2，4-D激素处理液，随即插入麦穗离体营养液中培养。

进一步，步骤十八中，得到的单倍体幼胚接种于1/2MS培养基，25℃光照培养箱中培养。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：本发明涉及一种利用小麦玉米杂交的染色体消失法诱导矮败小麦改良群体的优良可育株系在一年内收获优良DH(DoubleHaploid，加倍单倍体)种子的方法体系。这是在现有技术的矮败小麦高效育种技术体系的基础上，创新性地运用了染色体消失法小麦单倍体技术。

本发明利用矮败小麦不需人工去雄即可充分实现群体内的大规模杂交，在群体中根据选育目标锁定大量交流重组的优良可育株系，同时利用染色体消失法直接获得纯合的DH系。从育种实践的成本和易操作性方面分析，该发明不仅省去了常规杂交育种的去雄成本，而且比系谱选育法缩短了纯系选育的年限，比直接从F1获得纯系增加了良种选育的概率。

相比于现有技术，本发明的优点进一步包括：本发明充分利用矮败小麦轮选群体创造极为丰富广泛的遗传重组背景，在群体中根据选育目标锁定大量交流重组的优良可育株，利用染色体消失法直接获得纯合的DH系。比系谱选育法缩短了选育的年限5-8年，比诱导矮败小麦不育株方法更易操作，良种选择效率更高。

附图说明

图1是本发明实施例提供的利用染色体消失法培育矮败小麦改良后代DH新品系方法流程图。

图2是本发明实施例提供的实施过程印证照片效果图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

现有技术中，没有运用染色体消失法小麦单倍体技术，造成获优良种子的培育筛选时间长。小麦是自花授粉作物，每年利用人工杂交创造变异的效率很低，从中选出突破性优良品种的概率很小。矮败小麦的遗传背景很复杂，利用传统系谱选育法需要经历很长的时间才能得到稳定的优良株系，周期太长；而且现有技术的优良种子的培育筛选中，后期不易区分不育植株，筛选成本较高，不适于工厂化应用。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种利用染色体消失法培育矮败小麦改良后代DH新品系方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。

本发明实施例提供的利用染色体消失法培育矮败小麦后代的方法，包括以下步骤：

步骤一、小麦播种期足墒播种矮败小麦轮选群体2万株左右，采用人工条播，种圃四周播种油菜隔离，待来年春季小麦开花散粉时可有效形成封闭群体，避免外来杂种的污染。

步骤二、利用矮败小麦轮选群体中矮秆不育株易于异交受粉的特性，步骤一中群体内的不育株和可育株每年可进行大规模的基因交流互换，每个矮秆不育株接受群体中其他非矮秆可育株上的花粉受精后得到的种子都是复交组合的后代。

步骤三、在步骤一轮选群体中根据选育目标对当年群体内的可育植株进行定向选择与淘汰，起到优化整个群体内目标基因比例与构成的作用。

步骤四、在步骤一轮选群体小麦植株开花前剔除不符合选育目标的非矮杆可育株和矮秆不育株(各剔除100株左右)，起到优化下一轮群体父母本基因的作用。

步骤五、在步骤一轮选群体小麦植株开花前，挑选具有突出目的性状的矮秆不育株，每个单株选主穗套袋标记，共选择500个矮秆不育单株的主茎穗，生成优化的下一轮群体母本的第一部分。

步骤六、观察步骤五中套袋麦穗的颖壳张开程度，待柱头羽毛张开呈毛刷状，经过简单剪颖即可授以外源优异小麦亲本的花粉，得到控制授粉的杂交种子。

步骤七、在步骤一轮选群体小麦植株成熟前，甄选群体中具有突出目的性状的矮秆不育株，每个单株选主穗吊牌标记，共选择500个矮秆不育单株的主茎穗，生成优化的下一轮群体母本的第二部分。

步骤八、步骤七中吊牌标记的矮秆不育株可自由接受异株花粉，得到自由授粉的杂交种子。

步骤九、待步骤一轮选群体小麦植株进入腊熟期，适时收获步骤六和步骤八中套袋标记和吊牌标记的矮秆不育株主茎穗各500穗。

步骤十、将步骤九收获的共计1000个麦穗混合脱粒，得到混合种子共计2万粒左右。

步骤十一、将步骤十得到的混合种子作为步骤一中矮败小麦轮选群体，每年重复步骤一～步骤十进行父本母本的选择优化和群体内大规模杂交重组。

步骤十二、在步骤一轮选群体小麦植株开花前，选择含有目标性状的优良可育单株，分别将主茎穗套袋标记，分蘖穗吊牌标记。

步骤十三、针对步骤十二套袋标记的优良单株主茎穗，待小穗柱头羽毛呈现毛刷状，且花药还未变黄时选择人工去雄，用羊皮纸袋保湿隔离。

步骤十四、将步骤十三去雄麦穗用玉米花粉进行授粉，利用玉米花粉的染色体消失机制诱导形成小麦单倍体幼胚。

步骤十五、针对步骤十二吊牌标记的优良单株分蘖穗，在腊熟期再次进行抗病性和熟相的选择，未入选的小麦单株取消吊牌。

步骤十六、适时收获步骤十五入选的优良小麦单株，不同单株分别收获、单株脱粒。

步骤十七、将步骤十六收获的优良小麦单株的种子，按照单株编号分别分成2份，一份在下一个生长季的正季播种，另一份延迟10天播种；分别种植形成株行圃，也是玉米花粉诱导小麦单倍体的种圃。

步骤十八、选择步骤十七种圃中的综合性状优良的后代单株，利用玉米花粉进行授粉，玉米花粉的染色体逐渐消失进而得到小麦单倍体幼胚。

步骤十九、将步骤十四和步骤十八中得到的小麦单倍体幼胚培养成苗，利用人工加倍处理方法得到双单倍体(DH)小麦植株。(本发明中所用小麦育种材料均为审定品种，矮败小麦为中国农科院提供的材料。用玉米花粉诱导小麦单倍体技术为国内外已公开发表的技术。)

步骤二十、步骤十九得到的DH系即为矮败小麦改良后代DH新品系。

经以上步骤，在持续改良的动态基因库群体中，每年都可从该群体中挑选优良可育单株，该单株收获的种子种下去后，长出来的植株有好有坏，再将好的选出来诱导形成稳定的DH系，可在一年内收获优良DH。

图2是本发明实施例提供的利用染色体消失法培育矮败小麦改良后代DH新品系方法原理图。

下面结合具体试验数据对本发明作进一步描述。

如图2所示，本发明实施过程印证照片，自2017年至2019年共实施3年，利用该方法从矮败小麦群体中已获得1500余个小麦DH品系。经鉴定综合性状好的小麦DH品系已在试验田内进行品种比较试验，筛选出一批丰产性好、抗病抗逆性好、品质优良的DH系，2019-2020年度共有44个DH品系参比。结果证明，利用矮败小麦高效育种平台结合染色体消失法诱导小麦单倍体技术，相比传统育种来说，具有稳定快速、简便高效、品种多样、性状突出等优点，对于选育突破性优良品种具有重大意义。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种利用染色体消失法培育矮败小麦改良后代DH新品系方法，其特征在于，所述利用染色体消失法培育矮败小麦改良后代DH新品系方法包括以下步骤：

步骤一、小麦播种期足墒播种矮败小麦轮选群体多株，采用人工条播，种圃四周播种油菜隔离，待来年春季小麦开花散粉时形成封闭群体；

步骤二、利用矮败小麦轮选群体中矮秆不育株易于异交受粉的特性，步骤一中群体内的不育株和可育株每年进行基因交流互换，每个矮秆不育株接受群体中其他非矮秆可育株上的花粉受精后得到的种子均为复交组合的后代；

步骤三、在步骤一轮选群体中根据选育目标对当年群体内的可育植株进行定向选择与淘汰，优化整个群体内目标基因比例与构成；

步骤四、在步骤一轮选群体小麦植株开花前剔除不符合选育目标的非矮杆可育株和矮秆不育株，优化下一轮群体父母本基因；

步骤五、在步骤一轮选群体小麦植株开花前，挑选具有突出目的性状的矮秆不育株，每个单株选主穗套袋标记，共选择500个矮秆不育单株的主茎穗，生成优化的下一轮群体母本的第一部分；

步骤六、观察步骤五中套袋麦穗的颖壳张开程度，待柱头羽毛张开呈毛刷状，经过简单剪颖即可授以外源优异小麦亲本的花粉，得到控制授粉的杂交种子；

步骤七、在步骤一轮选群体小麦植株成熟前，甄选群体中具有突出目的性状的矮秆不育株，每个单株选主穗吊牌标记，共选择多个矮秆不育单株的主茎穗，生成优化的下一轮群体母本的第二部分；

步骤八、步骤七中吊牌标记的矮秆不育株自由接受异株花粉，得到自由授粉的杂交种子；

步骤九、待步骤一轮选群体小麦植株进入腊熟期，适时收获步骤六和步骤八中套袋标记和吊牌标记的矮秆不育株主茎穗多穗；

步骤十、将步骤九收获的多个麦穗混合脱粒，得到混合种子；

步骤十一、将步骤十得到的混合种子作为步骤一中矮败小麦轮选群体，每年重复步骤一～步骤十进行父本母本的选择优化和群体内大规模杂交重组；

步骤十二、在步骤一轮选群体小麦植株开花前，选择含有目标性状的优良可育单株，分别将主茎穗套袋标记，分蘖穗吊牌标记；

步骤十三、针对步骤十二套袋标记的优良单株主茎穗，待小穗柱头羽毛呈现毛刷状，且花药还未变黄时选择人工去雄，用羊皮纸袋保湿隔离；

步骤十四、将步骤十三去雄麦穗用玉米花粉进行授粉，利用玉米花粉的染色体消失机制诱导形成小麦单倍体幼胚；

步骤十五、对步骤十二吊牌标记的优良单株分蘖穗，在腊熟期再次进行抗病性和熟相的选择，未入选的小麦单株取消吊牌；

步骤十六、适时收获步骤十五入选的优良小麦单株，不同单株分别收获、单株脱粒；

步骤十七、将步骤十六收获的优良小麦单株的种子，按照单株编号分别分成2份，一份在下一个生长季的正季播种，另一份延迟10天播种；分别种植形成株行圃，也是玉米花粉诱导小麦单倍体的种圃；

步骤十八、选择步骤十七种圃中的综合性状优良的后代单株，利用玉米花粉进行授粉，玉米花粉的染色体逐渐消失得到小麦单倍体幼胚；

步骤十九、将步骤十四和步骤十八中得到的小麦单倍体幼胚培养成苗，利用人工加倍处理方法得到双单倍体小麦植株；

步骤二十、步骤十九得到的DH系为矮败小麦改良后代DH新品系。

2.如权利要求1所述的利用染色体消失法培育矮败小麦改良后代DH新品系方法，其特征在于，步骤一中，种圃中轮选群体规模为2万株，一半为非矮杆可育株，一半为矮杆不育株。

3.如权利要求1所述的利用染色体消失法培育矮败小麦改良后代DH新品系方法，其特征在于，步骤一中，田间种植形成正方形种圃。

4.如权利要求1所述的利用染色体消失法培育矮败小麦改良后代DH新品系方法，其特征在于，步骤二中，优化步骤群体中的母本和父本，对下一轮矮败小麦群体的性状进行优化改良。

5.如权利要求1所述的利用染色体消失法培育矮败小麦改良后代DH新品系方法，其特征在于，步骤四中剔除100株不符合选育目标的非矮杆可育株和矮秆不育株。

6.如权利要求1所述的利用染色体消失法培育矮败小麦改良后代DH新品系方法，其特征在于，步骤五中，优化生成下一轮群体的小麦母本，并获得天然充分杂交重组的种子；

共选择500个矮秆不育单株的主茎穗，生成优化的下一轮群体母本的第一部分。

7.如权利要求1所述的利用染色体消失法培育矮败小麦改良后代DH新品系方法，其特征在于，步骤六中，具体操包括：在步骤一轮选群体内选择综合性状优良的矮秆不育株150株作为母本提前套袋隔离，以具有目标性状的30个优良品种为父本，每个父本品种的花粉分别授以5个矮杆不育株母本，每个母本单株杂交授粉3穗。

8.如权利要求1所述的利用染色体消失法培育矮败小麦改良后代DH新品系方法，其特征在于，步骤十六中，分别喷施0.1克/升2，4-D激素处理液，随即插入麦穗离体营养液中培养。

9.如权利要求1所述的利用染色体消失法培育矮败小麦改良后代DH新品系方法，其特征在于，步骤十八中，得到的单倍体幼胚接种于1/2MS培养基，25℃光照培养箱中培养。

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