CN111990248B - 一种培育观赏矮秆甘蔗新种质的育种方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于甘蔗育种技术领域，特别涉及一种培育观赏矮秆甘蔗新种质的育种方法,为培育矮秆、株型紧凑、不易脱叶，可在阳台或室内盆栽的观赏型甘蔗，本发明以拔地拉为母本，与蔗茅属野生种滇蔗茅父本进行远缘杂交获得远缘杂交种，再选取株高显著矮化的后代株系为母本，与德蔗93‑88父本杂交获得高贵化杂交种，最后再选取株高显著矮化的高贵化后代株系自交，最终培育得到一系列株型紧凑，叶片直立，颜色呈现翠绿色，不易脱叶，分蘖强植株矮小，株高生长缓慢，茎节短而密，株高80cm‑150cm，可地栽、盆栽，且具有美化庭院、装饰阳台，绿化植被功能的甘蔗新种质。

Description

一种培育观赏矮秆甘蔗新种质的育种方法
技术领域
本发明属于甘蔗育种技术领域，特别涉及一种培育观赏矮秆甘蔗新种质的育种方法。
背景技术
观赏植物指专门栽培来供观赏的植物，包括小型的观叶和观花植物。随着人们生活水平的提高，对观赏植物的需求与日俱增，出现了许多新奇的观赏植物，比如观赏蔬菜、观赏甘薯、观赏果树、观赏油菜花等，极大地激发了人们的兴趣爱好，观赏植物逐渐成为花卉产业中最具潜力的部分。
甘蔗(Saccharum officinarum)是一种一年生或多年生热带和亚热带草本植物，属C4作物，圆柱形茎直立、分蘖、丛生、有节，节上有芽，节间实心，外被有蜡粉，有紫、红或黄绿色等，秆高3-5米，直径2-4厘米，具有一定的观赏价值，且甘蔗表达了人们希望生活安居乐业、长长久久、甜甜蜜蜜、幸福美满的美好愿望。最近几年庭院甘蔗得到部分家庭的喜爱，但甘蔗具有生长过快，叶片易脱落，株高过高后期需搭架固定，不易管理、占用大量空间等特点，制约了甘蔗作为观赏植物的产业发展。
因此，培育矮秆、株型紧凑、不易脱叶，可在阳台或室内盆栽的观赏型甘蔗十分必要。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提出了一种培育观赏矮秆甘蔗新种质的育种方法，通过该方法培育得到一系列株型紧凑，叶片直立，颜色呈现翠绿色，不易脱叶，分蘖强植株矮小，茎节短而密，株高80cm-150cm，可地栽、盆栽，且具有美化庭院、装饰阳台，绿化植被功能的甘蔗新种质。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种培育观赏矮秆甘蔗新种质的育种方法，具体包括以下步骤：
S1、以拔地拉为母本、滇蔗茅为父本，通过属间远缘杂交获得杂交F1代种子；
S2、以F1代株系为母本、德蔗93-88为父本，通过杂交获得BC1F1代种子；
S3、通过染色体荧光原位杂交方法(genomic in situ hybridization,GISH)筛选高贵化的BC1F1代株系进行自交获得BC1F2代种子；
S4、从BC1F2株系中选取株高低于150cm的株系，即得所需的观赏矮秆甘蔗新种质。
拔地拉(Badila)属热带型果蔗品种，俗称黑皮果蔗，禾本科多年生、可宿根的C4作物，株高3-5m，茎秆通体紫黑色，美观漂亮，具有一定的观赏价值，广泛种植于热带及亚热带地区。拔地拉栽培历史悠久，于1937年由广东华侨从澳大利亚引进，长期以来主要作为果蔗品种栽培，至今种性退化严重，密节短节较多，需定期喷施植物生长调节剂和精细栽培管理才能促进其生长，推测拔地拉基因组内可能含有矮秆基因。虽然目前自交是充分表达矮化效应的最好方式，但拔地拉属于雄性不育系，自交很难产生后代。因此，为获得拔地拉的矮化杂交后代，本发明采用密节短节较严重的拔地拉为母本，与耐寒、强分蘖、抗逆性强的蔗茅属野生种滇蔗茅为父本进行远缘杂交获得远缘杂交种，再选取株高显著矮化的后代株系为母本，与德蔗93-88父本杂交获得高贵化杂交种，最后再选取株高显著矮化的高贵化后代株系自交，最终获得株高低于150cm且具有遗传稳定性的矮杆甘蔗株系，可作为观赏型甘蔗，应用于盆栽等观赏领域。
优选地，步骤S1所述属间远缘杂交为：在拔地拉母本开花期,分别于每天7:30和9:30两个时间段采集新鲜滇蔗茅花粉人工授予拔地拉花穗，重复授粉7天以上。这种杂交方式可以克服甘蔗属热带种拔地拉与蔗茅属野生种滇蔗茅属间远缘杂交难结实或结实率低的阻碍。
优选地，步骤S2所述F1代株系为株高显著低于父母本的株系。所述“显著低于”即与株高低的父母本相比，差异极显著(P＜0.01)。
更优选地，株高显著低于父母本的F1代株系的筛选时间在开花期进行。
更优选地，株高显著低于父母本的F1代株系应为茎各节间长度均匀且花穗雄性不育的株系。
优选地，步骤S3所述的高贵化BC1F1代株系为体细胞染色体遗传规律符合2n+n传递方式的株系。具体的，符合2n+n传递方式的株系的筛选原理为：通过染色体荧光原位杂交试验可知，拔地拉体细胞染色体数目为2n＝80条，滇蔗茅体细胞染色体数目为2n＝30条，拔地拉与滇蔗茅远缘杂交F1代体细胞染色体数目为2n＝55条，德蔗93-88体细胞染色体数目为2n＝118-120条；而本发明所采用的高贵化BC1F1代株系(即F1代与德蔗93-88杂交产生的BC1F1代)的染色体数目要求在114-115条之间，其中来自母本F1的染色体数目是55条(2n)，来自父本德蔗93-88的染色体数目为59-60条(n)，即符合2n+n遗传规律。
优选地，步骤S3所述高贵化BC1F1代株系筛选的染色体荧光原位杂交方法(genomicin situ hybridization,GISH)参照林秀琴等所采用的试验方法(林秀琴,陆鑫,刘新龙,等.甘蔗与滇蔗茅杂交后代F1,BC1表型和GISH分析[J].分子植物育种,2017)。
优选地，步骤S3为从高贵化的BC1F1代株系中选取株高显著低于母本的后代进行自交。
优选地，步骤S4中，株高低于150cm时的株龄不小于10个月。10月龄以上低于150cm时的株系具有遗传稳定性，适合作为矮杆观赏甘蔗。
优选地，步骤S1所述的拔地拉需选择茎节间长度小于5cm且具有10个以上的连续密节的株系作为母本扩繁材料。拔地拉母本在种植时以短节密节蔗茎作为蔗种，桶栽种植。
优选地，步骤S1所述的拔地拉在亲本种植过程中需经光周期诱导开花。
更优选地，所述光周期诱导从种植后8个月开始进行，先以日长744分钟的固定光照处理5个月，然后每天递减30秒光照至日长为720分钟，最后以720分钟的固定光照处理3个月直至抽穗开花，光周期诱导期间的光源为红蓝相间的LED光源，光照强度均为535LX。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供一种培育观赏矮秆甘蔗新种质的育种方法，以拔地拉为母本，与蔗茅属野生种滇蔗茅父本进行远缘杂交获得远缘杂交种，再选取株高显著矮化的后代株系为母本，与德蔗93-88父本杂交获得高贵化杂交种，最后再选取株高显著矮化的高贵化后代株系自交，最终获得株高低于150cm且具有遗传稳定性的一系列矮杆甘蔗株系；本发明创制的矮秆甘蔗，株型紧凑，叶片短小直立，分蘖强、不易落叶，四季长青，可宿根多年种植，具有一定的观赏价值，适用于盆栽景观、园林绿化和都市观光农业，美化环境并丰富人们生活的植物；同时，本发明克服了甘蔗属热带种拔地拉与蔗茅属野生种滇蔗茅属间远缘杂交不易结实的困难，首次获得株高低于150cm的矮秆甘蔗新种质，且具有遗传稳定性；此外，本发明是在属间远缘杂交的基础上，结合杂交及自交选育出的矮秆材料，不仅具有观赏价值，而且具有很强的科研研究价值，为甘蔗矮秆基因的挖掘提供了可能，同时也丰富了甘蔗种质资源的遗传多样性。
附图说明
图1为拔地拉的短节密节蔗茎实物图；
图2为滇蔗茅的根茎实物图；
图3为观赏矮秆甘蔗创制过程中杂交各世代体细胞染色体的遗传变化图；
图4为观赏矮秆甘蔗的株高生长趋势图；
图5为观赏矮秆甘蔗10月龄时的长势图。
图3中，A为拔地拉染色体2n＝80；B为滇蔗茅染色体2n＝30；C为德蔗93-88染色体2n＝118-120；D为F1代的GISH结果：2n＝55(绿色荧光为来自滇蔗茅染色体n＝15)；E为BC1F1代GISH结果：2n＝114-115(蓝色荧光为来自滇蔗茅染色体n＝15)。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例1一种培育观赏矮秆甘蔗新种质的育种方法
本实施例在海南地区(其中除滇蔗茅的种植和诱导开花是在五指山进行的以外，拔地拉的种植以及后面的杂交等过程均在三亚崖城完成)进行，具体育种方法包括如下步骤：
(1)亲本种植管理：以茎节间长度小于5cm且具备10个以上连续密节的热带种拔地拉植株作为母本扩繁材料，以蔗茅属野生种滇蔗茅(来源于广东省甘蔗种质资源库，编号为云南15-7)作为父本扩繁材料。由于拔地拉与滇蔗茅在海南种植开花所需的株龄不同，拔地拉株龄需达到12个月以上方可诱导开花，滇蔗茅则需在高海拔区域(本实施例是在海南五指山市冲山镇太平山水库高海拔地区进行)种植，6月龄以上即可在自然条件下开花。故先在2015年10月上旬以拔地拉植株的短节密节蔗茎(图1)作为蔗种将其栽种于15L大小的塑料桶内，然后于2016年5月上旬以粗壮健康的滇蔗茅根茎(图2)为蔗种将其移栽于15L大小的塑料桶内，待两种植株出苗并长高至60cm时，及时除去分蘖，拔地拉每桶保留3株健康主茎，滇蔗茅每桶保留8株健康主茎，种植期间均进行常规田间管理。
(2)母本的光周期诱导：从2016年5月1日起对拔地拉进行光周期诱导处理，先以日长744分钟的固定光照，处理至9月30日，然后从10月1日始每天递减30秒光照直至日长为720分钟，最后以日长720分钟的固定光照，处理至12月底，直至抽穗开花，光周期诱导期间的光源为红蓝相间的LED光源，光照强度均为535LX。
(3)远缘杂交授粉：2017年1月份，待光周期诱导的拔地拉临近开花前整桶移进杂交温室大棚内，同时也将自然开花的滇蔗茅一同移进杂交温室大棚内用于取粉，分别于每天7:30和9:30两个时间段采集新鲜滇蔗茅花粉人工授予拔地拉花穗，重复授粉7天以上，直至开花结束，由于拔地拉花穗花药不开裂且花粉活性极差，因此无需做去雄处理。
(4)F1代株系选择：待远缘杂交花穗收获后，于2017年3月将杂交F1代种子播种于40cm×30cm大小的带孔育苗盘中，精心管理，待苗长至4片真叶时利用SSR技术鉴定真假杂种，去除假杂种，具体的鉴定方法参考陆鑫等所采用的试验方法(陆鑫,毛钧,刘洪博,等.甘蔗野生种滇蔗茅种质创新利用研究Ⅰ.甘蔗与滇蔗茅远缘杂交F1群体构建与SSR分子标记鉴定[J].植物遗传资源学报,2012)。5月上旬，移栽至桶栽种植，同时移栽拔地拉和滇蔗茅的茎繁苗作为对照。11月中旬，于杂交F1代株系抽穗前调查农艺性状，从165株自交F1代株系中筛选出5个株高极显著低于父母本的株系材料，作为杂交母本(详情如表1所示)。
表1远缘杂交F1代矮秆材料与父母本农艺性状比较
名称 株高(cm) 五节长(cm)
拔地拉(母本) 282.5±6.5<sup>A</sup> 36.9±1.3<sup>A</sup>
F<sub>1</sub>株系1 203.8±9.3<sup>C</sup> 33.4±2.0<sup>B</sup>
F<sub>1</sub>株系2 209.0±9.5<sup>C</sup> 29.7±1.4<sup>C</sup>
F<sub>1</sub>株系3 240.6±11.1<sup>B</sup> 31.7±2.5<sup>BC</sup>
F<sub>1</sub>株系4 213.3±8.1<sup>C</sup> 30.5±1.9<sup>BC</sup>
F<sub>1</sub>株系5 231.0±10.2<sup>B</sup> 32.0±2.0<sup>BC</sup>
注：父母本选择株高低的母本作为对照，同一列不同大写字母表示差异极显著(P＜0.01)。
(5)杂交：12月中旬，待筛选的F1代株系临近开花前整桶移进温室大棚内，放置在杂交单元格内防止串粉，同时从田间砍回即将开花的德蔗93-88作为父本材料，放在0.3％的亚硫酸溶液中养茎。翌日早晨8点，人工采集德蔗93-88的新鲜花粉授予F1代株系花穗，每日一次，直至开花结束，由于远缘杂交F1代株系花穗雄性不育，因此无需做人工去雄处理。
(6)BC1F1代株系选择：待上述杂交花穗收获后，于2018年3月将杂交BC1F1代5个杂交组合播种于40cm×30cm大小的带孔育苗盘中，精心管理，5个组合共出苗26株。4月下旬，移栽至桶栽种植，7月份通过原位杂交技术共鉴定出21份材料具有高贵化现象，这些材料的体细胞遗传规律符合2n+n传递方式[高贵化现象材料的染色体荧光原位杂交筛选方法参照林秀琴等所采用的试验方法进行(林秀琴,陆鑫,刘新龙,等.甘蔗与滇蔗茅杂交后代F1,BC1表型和GISH分析[J].分子植物育种,2017)，杂交各世代体细胞染色体的遗传变化情况如图3所示，拔地拉体细胞染色体数目为2n＝80条，滇蔗茅体细胞染色体数目为2n＝30条，拔地拉与滇蔗茅远缘杂交F1代体细胞染色体数目为2n＝55条，德蔗93-88体细胞染色体数目为2n＝118-120条；本实施例所采用的高贵化BC1F1代株系(即F1代与德蔗93-88杂交产生的BC1F1代)的染色体数目要求在114-115条之间，其中来自母本F1的染色体数目是55条(2n)，来自父本德蔗93-88的染色体数目为59-60条(n)，即符合2n+n遗传规律]。11月中旬，于杂交BC1F1代株系抽穗前调查农艺性状，从21份材料中共筛选出3个株高极显著低于母本的株系材料，作为自交亲本(详情如表2所示)。
表2回交BC1F1代矮秆材料与父本农艺性状比较
Figure GDA0003159650000000051
Figure GDA0003159650000000061
注：3个母本材料选择一个株高最低的作为对照，同一列不同大写字母表示差异极显著(P＜0.01)
(7)BC1F1代株系自交授粉：将上述筛选出的3份BC1F1代株系于临近开花前整桶移进杂交温室内，并放置在杂交单元格内防止串粉，分别于每日上午8：00和9：30人工轻摇花穗进行自交授粉，直至开花结束。
(8)矮秆甘蔗株系筛选：待杂交花穗收获后，于2019年3月将BC1F2代的3个自交花穗播种于40cm×30cm大小的带孔育苗盘中，精心管理，3个自交花穗(BC1F2株系1、BC1F2株系2和BC1F2株系3)分别出苗57株、101株、153株，4月下旬，移栽至田间种植，12月下旬，调查农艺性状，株高低于150cm的分别有4株、6株和7株，矮化率为4.6％-7％。
(9)矮秆甘蔗遗传稳定性验证：2019年12月下旬，将上述筛选的株高低于150cm的矮秆甘蔗及部分姐妹系(BC1F2代筛选中株高大于150cm的株系)地上茎段用快锄贴近地表快速砍掉，避免砍裂蔗头，以减少蔗头感染病虫害，保护蔗芽，按照常规方法管理后观察宿根蔗的长势，以验证矮秆甘蔗的遗传稳定性。
观察结果表明，矮秆甘蔗宿根发芽快，出苗整齐均匀，分蘖多、株型紧凑、拔节慢、茎细多具短节密节，叶片短小直立，四季长青不易落叶，叶长40cm以内，叶宽4cm以内，7月龄株高120cm以内，其中较矮的植株一年内株高都保持在80cm左右，较高的植株则保持在150cm左右，具有遗传稳定性。其中，矮秆甘蔗的株高变化情况如图4所示，10月龄时的长势情况如图5所示。
以上对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种培育观赏矮秆甘蔗新种质的育种方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、以拔地拉为母本、滇蔗茅为父本，通过属间远缘杂交获得杂交F1代种子；所述拔地拉需选择茎节间长度小于5cm且具有10个以上的连续密节的株系；
S2、以F1代株系为母本、德蔗93-88为父本，通过杂交获得BC1F1代种子；所述F1代株系为株高显著低于父母本的株系，且所述F1代株系应为茎各节间长度均匀且花穗雄性不育的株系，所述F1代株系的筛选时间在开花期进行；
S3、通过染色体荧光原位杂交方法筛选高贵化的BC1F1代株系进行自交获得BC1F2代种子；所述高贵化BC1F1代株系为体细胞染色体遗传规律符合2n+n传递方式，且株高显著低于母本的株系；
S4、从BC1F2株系中选取株高低于150cm，且株龄不小于10个月的株系，即得所需的观赏矮秆甘蔗新种质。
2.根据权利要求1所述的一种培育观赏矮秆甘蔗新种质的育种方法，其特征在于，步骤S1所述属间远缘杂交为：在拔地拉母本开花期，分别于每天7:30和9:30两个时间段采集新鲜滇蔗茅花粉人工授予拔地拉花穗，重复授粉7天以上。
3.根据权利要求1所述的一种培育观赏矮秆甘蔗新种质的育种方法，其特征在于，步骤S1所述的拔地拉在亲本种植过程中需经光周期诱导开花。
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Application publication date: 20201127

Assignee: Wuzhishan Wanquan Horticulture Co.,Ltd.

Assignor: Nanfan Seed Industry Research Institute Guangdong Academy of Sciences

Contract record no.: X2023980036115

Denomination of invention: A breeding method for cultivating new ornamental dwarf sugarcane germplasm

Granted publication date: 20211008

License type: Common License

Record date: 20230531

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