CN112931092A - 利用远缘共生及表观遗传培育六倍体全紫紫粒小麦的技术 - Google Patents

Abstract

本发明涉及农作物育种技术领域，且公开了利用远缘共生及表观遗传培育六倍体全紫紫粒小麦的技术，通过在砧木芽眼附近直钻打孔之后将断根的小麦胚芽接穗直接插入的方式，使接穗与砧木的合体处于控光控温控湿的人造逆境下，迫使处于活跃的分化与生长状态的砧穗之间缩小生理与代谢差异、激发某些生理机能、加速断面融合并建立物质与信息的交流渠道，使接穗细胞能够在愈伤组织的生成前后逐步接收砧木的有益性状所对应的遗传物质以及调控激素并获得有益的表观遗传性状，最终产生具有特殊经济价值的可育种子，使得该技术与传统育种方式比较，在不改变核染色体的情况下可快速地获取传统育种所难以产生的新性状并缩短育种周期，提高了改良作物品种的效率。

Description

利用远缘共生及表观遗传培育六倍体全紫紫粒小麦的技术

技术领域

本发明涉及农作物育种技术领域，具体为利用远缘共生及表观遗传培育六倍体全紫紫粒小麦的技术。

背景技术

紫色马铃薯作为一种富含花色苷的特色马铃薯，而花色苷的基本结构为黄酮母核结构，其结构特点为具有多酚羟基，因此使花色苷具有清除自由基的性质，因而具有多种生物活性。花色苷具有抗肿瘤、延缓衰老、抗氧化、抗突变、抗癌、抗粥样动脉硬化和预防老年退化性疾病等生物活性，还具有增强夜间视力等作用另外花色苷在降脂减肥、抵抗糖尿病和护肝胃等方面也有着非常重要的作用，因此，为了增加日常饮食中花色苷(注：花色苷的水解物为花青素)的摄入量，有必要将紫色马铃薯生产花色苷的特性引入普通小麦当中，使普通小麦成为能够生产花色苷(花青素)的表皮与胚乳全为紫色的六倍体紫粒小麦。

长期以来，嫁接已被广泛应用于作物生产，通过嫁接可以保持良种特性、矮化植株、提高产量和品质等，而砧木可以提高接穗的生长活力和对病害的抗性。经多项研究证实，嫁接引起植物遗传信息交流是一种客观存在的现象，砧穗间遗传物质水平转移、遗传物质的长距离运输、表观遗传调控、砧穗与环境互作等已被广泛承认。

小麦与马铃薯都是人类在漫长的农业生产过程中所培育的重要作物，两者亲缘关系甚远，生理基础差异巨大。以往的育种方式虽然培育出各种黑小麦，但其花青素含量、花青素分布区域、亩产量以及适口性等均存在不足，有必要以一种低廉、简便、高效的方式培育花青素以及蛋白质含量更高、更为适口的紫粒小麦(黑小麦)。

由于小麦与马铃薯作为亲缘关系甚远的两种植物，其解剖结构差异巨大，生理特征与代谢途径不同，体细胞亲和度差而导致砧穗间的接触面不易融合，如使用常规的嫁接方法，其操作难度极高，接穗成活率极低，砧穗间无法形成有效的物质与信息交流通道，故应通过特殊的方法进行嫁接以实现接穗高效成活的目标并完成砧穗间物质与信息交流的使命，最终获得携带了优质的遗传基因与性状的紫色小麦可育品系。

为获取比传统育种方式更富含花色苷(花青素)的小麦品种，将紫色马铃薯作为砧木，以小麦作为接穗进行嫁接，在人为控光控温控湿所制造的逆境胁迫下，以远缘嫁接，即远缘共生的方式来促进砧穗间各种物质与信息的交流，以此实现砧穗间遗传物质水平转移、遗传物质的长距离运输、表观遗传调控、砧穗与环境互作等效果，从而把富含花色苷(花青素)的特征转移到小麦之上，再通过合适的选择与强化方式使普通小麦成为比黑小麦更为富含花青素的作物。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了利用远缘共生及表观遗传培育六倍体全紫紫粒小麦的技术。为实现在不改变核染色体的情况下可快速地获取传统育种所难以产生的新性状并缩短育种周期，提高了改良作物品种的效率的目的，本发明提供如下技术方案：利用远缘共生及表观遗传培育六倍体全紫紫粒小麦的技术，具体包括以下内容：

S1、挑选适合当地气候的小麦的健康种子与紫色马铃薯块茎；

S2、将春化处理之后的小麦置入低温芽箱中，在普通土壤中进行苗期培养；

S3、将健康的紫色马铃薯块茎置于温室，待芽长1cm左右，在芽眼附近1cm处，以直径1.5mm钻头垂直于发芽平面直钻深入马铃薯块茎约2cm；

S4、小麦胚芽培养至两片真叶阶段，以平切的方式进行断根处理，随后在20s内将断根后的胚芽插入刚刚钻好小孔的马铃薯块茎内；

S5、将杀菌之后的粘土搅拌为稀泥并用来封闭嫁接了小麦胚芽的马铃薯块茎的小孔入口处，然后将其整体埋入土中，保持接穗与砧木的结合部位位于土面之下；

S6、将嫁接之后的砧木移至暗处，如接穗成活，将砧木移栽至大田进行培养；

S7、在接穗与砧木共生约90d之后，视小麦接穗的成熟状况将该麦种收获备用；

S8、将前述步骤7中采集到的麦种分成等量的两份，随机取其中一份作为参照物留存，将另外一份进行播种，待收获之后与作为参照物的麦种进行对比，观察其性状是否存在变化；

S9、随后将作为参照物的麦种继续再重复2到7的步骤共三次以强化其性状并促进其分化，将最后一次收获的麦种全部播种于大田以观察并选择有益的性状，将其包含有益性状的单株选出之后继续留种并进行大田播种以选育优良品系。

优选的，所述S2中将春化处理之后的小麦置入长120cm、宽60cm且安装了功率为5W的日光灯的低温芽箱中，在温度为3℃、湿度为50％的条件下，在普通土壤中进行35d的苗期培养。

优选的，所述S3中将健康的紫色马铃薯块茎置于温室，以50％湿度，在25℃下进行催芽。

优选的，所述S6中将嫁接之后的砧木移至暗处，在25℃且湿度为50％的条件下培养30d之后，如接穗成活，将砧木移栽至大田进行培养。

优选的，所述S7中将麦种随机分成等量的两份。

与现有技术相比，本发明提供了利用远缘共生及表观遗传培育六倍体全紫紫粒小麦的技术，具备以下有益效果：

该利用远缘共生及表观遗传培育六倍体全紫紫粒小麦的技术，通过在砧木芽眼附近直钻打孔之后将断根的小麦胚芽接穗直接插入的方式，使接穗与砧木的合体处于控光控温控湿的人造逆境下，迫使处于活跃的分化与生长状态的砧穗之间缩小生理与代谢差异、激发某些生理机能、加速断面融合并建立物质与信息的交流渠道，使接穗细胞能够在愈伤组织的生成前后逐步接收砧木的有益性状所对应的遗传物质以及调控激素并获得有益的表观遗传性状，最终产生具有特殊经济价值的可育种子，使得该技术与传统育种方式比较，在不改变核染色体的情况下可快速地获取传统育种所难以产生的新性状并缩短育种周期，提高了改良作物品种的效率。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的内容，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

利用远缘共生及表观遗传培育六倍体全紫紫粒小麦的技术，具体包括以下内容：

S1、挑选适合当地气候的小麦的健康种子与紫色马铃薯块茎；

S2、将春化处理之后的小麦置入低温芽箱中，在普通土壤中进行苗期培养；

S3、将健康的紫色马铃薯块茎置于温室，待芽长1cm左右，在芽眼附近1cm处，以直径1.5mm钻头垂直于发芽平面直钻深入马铃薯块茎约2cm；

S4、小麦胚芽培养至两片真叶阶段，以平切的方式进行断根处理，随后在20s内将断根后的胚芽插入刚刚钻好小孔的马铃薯块茎内；

S5、将杀菌之后的粘土搅拌为稀泥并用来封闭嫁接了小麦胚芽的马铃薯块茎的小孔入口处，然后将其整体埋入土中，保持接穗与砧木的结合部位位于土面之下；

S6、将嫁接之后的砧木移至暗处，如接穗成活，将砧木移栽至大田进行培养；

S7、在接穗与砧木共生约90d之后，视小麦接穗的成熟状况将该麦种收获备用；

S8、将前述步骤7中采集到的麦种分成等量的两份，随机取其中一份作为参照物留存，将另外一份进行播种，待收获之后与作为参照物的麦种进行对比，观察其性状是否存在变化；

S9、随后将作为参照物的麦种继续再重复2到7的步骤共三次以强化其性状并促进其分化，将最后一次收获的麦种全部播种于大田以观察并选择有益的性状，将其包含有益性状的单株选出之后继续留种并进行大田播种以选育优良品系。

S2中将春化处理之后的小麦置入长120cm、宽60cm且安装了功率为5W的日光灯的低温芽箱中，在温度为3℃、湿度为50％的条件下，在普通土壤中进行35d的苗期培养；S3中将健康的紫色马铃薯块茎置于温室，以50％湿度，在25℃下进行催芽；S6中将嫁接之后的砧木移至暗处，在25℃且湿度为50％的条件下培养30d之后，如接穗成活，将砧木移栽至大田进行培养；S7中将麦种随机分成等量的两份。

综上，通过本技术使用直钻砧木插接接穗法，提高了把马铃薯和小麦这两个3不同种属的植物嫁接在一起的成活率，以较低的难度及较高的成功率实现了远缘嫁接的目标，有利于细胞与组织分化成熟的马铃薯砧木将其已启动的优良生理特性传递给小麦接穗，最终使普通小麦获得了紫色马铃薯富含花色苷的特性，转变成为具有胚乳与种皮全为紫色且富含蛋白质特点的新品系。

本育种技术的特点在于利用尚未分化完全的小麦幼苗作为接穗，以发芽初期的紫色马铃薯块茎作为砧木，通过在砧木芽眼附近直钻打孔之后将断根的小麦胚芽接穗直接插入的方式，使接穗与砧木的合体处于控光控温控湿的人造逆境下，迫使处于活跃的分化与生长状态的砧穗之间缩小生理与代谢差异、激发某些生理机能、加速断面融合并建立物质与信息的交流渠道，使接穗细胞能够在愈伤组织的生成前后逐步接收砧木的有益性状所对应的遗传物质以及调控激素并获得有益的表观遗传性状，最终产生具有特殊经济价值的可育种子。这与传统育种方式比较，在不改变核染色体的情况下可快速地获取传统育种所难以产生的新性状并缩短育种周期，提高了改良作物品种的效率。由于小麦与紫色马铃薯的亲缘关系甚远导致植物体的解剖结构差异显著，本技术的难度在于精确地切割接穗以及在砧木之上的钻孔，使插入砧木孔洞中的接穗能够与砧木紧密贴合以获取足以成活的水分及营养物质等。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.利用远缘共生及表观遗传培育六倍体全紫紫粒小麦的技术，其特征在于，具体包括以下内容：

S1、挑选适合当地气候的小麦的健康种子与紫色马铃薯块茎；

S2、将春化处理之后的小麦置入低温芽箱中，在普通土壤中进行苗期培养；

S3、将健康的紫色马铃薯块茎置于温室，待芽长1cm左右，在芽眼附近1cm处，以直径1.5mm钻头垂直于发芽平面直钻深入马铃薯块茎约2cm；

S4、小麦胚芽培养至两片真叶阶段，以平切的方式进行断根处理，随后在20s内将断根后的胚芽插入刚刚钻好小孔的马铃薯块茎内；

S5、将杀菌之后的粘土搅拌为稀泥并用来封闭嫁接了小麦胚芽的马铃薯块茎的小孔入口处，然后将其整体埋入土中，保持接穗与砧木的结合部位位于土面之下；

S6、将嫁接之后的砧木移至暗处，如接穗成活，将砧木移栽至大田进行培养；

S7、在接穗与砧木共生约90d之后，视小麦接穗的成熟状况将该麦种收获备用；

S8、将前述步骤7中采集到的麦种分成等量的两份，随机取其中一份作为参照物留存，将另外一份进行播种，待收获之后与作为参照物的麦种进行对比，观察其性状是否存在变化；

S9、随后将作为参照物的麦种继续再重复2到7的步骤共三次以强化其性状并促进其分化，将最后一次收获的麦种全部播种于大田以观察并选择有益的性状，将其包含有益性状的单株选出之后继续留种并进行大田播种以选育优良品系。

2.根据权利要求1所述的利用远缘共生及表观遗传培育六倍体全紫紫粒小麦的技术，其特征在于：所述S2中将春化处理之后的小麦置入长120cm、宽60cm且安装了功率为5W的日光灯的低温芽箱中，在温度为3℃、湿度为50％的条件下，在普通土壤中进行35d的苗期培养。

3.根据权利要求1所述的利用远缘共生及表观遗传培育六倍体全紫紫粒小麦的技术，其特征在于：所述S3中将健康的紫色马铃薯块茎置于温室，以50％湿度，在25℃下进行催芽。

4.根据权利要求1所述的利用远缘共生及表观遗传培育六倍体全紫紫粒小麦的技术，其特征在于：所述S6中将嫁接之后的砧木移至暗处，在25℃且湿度为50％的条件下培养30d之后，如接穗成活，将砧木移栽至大田进行培养。

5.根据权利要求1所述的利用远缘共生及表观遗传培育六倍体全紫紫粒小麦的技术，其特征在于：所述S7中将麦种随机分成等量的两份。