CN113728914A - 一种利用昆虫传粉核不育系的大豆轮回选择育种方法 - Google Patents

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孟凡凡
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范旭红
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    • A01H1/02—Methods or apparatus for hybridisation; Artificial pollination ; Fertility

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Abstract

本发明涉及植物育种技术领域，尤其涉及一种利用昆虫传粉核不育系的大豆轮回选择育种方法。包括以下步骤：基因型msnmsn的不育株种子为母本与基因型MsnMsn的父本通过昆虫传粉杂交，得到不育株所结基因型Msnmsn的种子F1；不育株所结种子自交得到F2；将F2代分离出的不育株所结基因型msnmsn的种子作为母本与步骤(1)父本杂交；将F2代基因型MsnMsn的可育株所结种子进入常规育种程序进一步选种；将F2代基因型Msnmsn的可育株种子继续自交，直至分离出纯合可育株，再进入常规育种程序进一步选种。本发明提供了一种高效聚合优异基因的育种方法，利用隐性核不育系进行轮回选择可成功培育出优良的大豆品种。

Description

一种利用昆虫传粉核不育系的大豆轮回选择育种方法
技术领域
本发明涉及植物育种技术领域，尤其涉及一种利用昆虫传粉核不育系的大豆轮回选择育种方法。
背景技术
大豆是豆科大豆属的一年生草本植物，高30～90厘米。茎粗壮，直立，密被褐色长硬毛。叶通常具3小叶；托叶具脉纹，被黄色柔毛；叶柄长2-20厘米；小叶宽卵形，纸质；总状花序短的少花，长的多花；总花梗通常有5-8朵无柄、紧挤的花；苞片披针形，被糙伏毛；小苞片披针形，被伏贴的刚毛；花萼披针形，花紫色、淡紫色或白色，基部具瓣柄，翼瓣蓖状。荚果肥大，稍弯，下垂，黄绿色，密被褐黄色长毛；种子2～5颗，椭圆形、近球形，种皮光滑，有淡绿、黄、褐和黑色等多样。花期6～7月，果期7～9月。
大豆原产中国，中国各地均有栽培，亦广泛栽培于世界各地。大豆是中国重要粮食作物之一，已有五千年栽培历史，古称菽，中国东北为主产区，是一种其种子含有丰富植物蛋白质的作物。大豆最常用来做各种豆制品、榨取豆油、酿造酱油和提取蛋白质。
育种是创造变异、积累变异与选择变异的过程。大豆主要的育种方法包括常规杂交育种、诱变育种及分子育种(转基因、基因编辑和分子标记辅助选择等)。除诱变育种不需人工杂交外，其他育种方法仍需依靠人工杂交手段创造遗传变异或完成遗传材料的改良，最终育成品种。
由于大豆是严格的自花授粉作物，在常规杂交育种中实现外源基因的导入必须经过人工授粉的过程，人工杂交授粉需要在大豆花朵即将开放前打开花苞、去除雄蕊，取父本的花粉，将花粉授到母本柱头上，完成授粉的过程。由于大豆花器小，人工去雄、授粉难度大，加之大豆开花期间常遇高温、多雨造成田间操作困难，致使杂交工作量大、成功率低。这就大大限制了常规杂交的规模和效率，由于亲本组配数量有限，难以实现多个优异基因聚合的目标，久而久之造成大豆遗传基础狭窄，难以选育突破性品种。因此，如何聚合多亲本来源基因、打破遗传基础狭窄是目前大豆育种研究必须解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为了减少大豆常规育种中的大量人工杂交工作，提高大豆杂交授粉效率，提出了一种利用昆虫传粉技术结合大豆核不育系轮回选择技术的高效聚合优异基因的育种方法。利用隐性核不育系进行轮回选择可成功培育出优良的大豆品种。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种利用昆虫传粉核不育系的大豆轮回选择育种方法，包括以下步骤：
(1)将大豆不育株种子(基因型msnmsn)作为母本与父本(基因型MsnMsn)，利用传粉昆虫进行传粉杂交，得到不育株所结F1种子(基因型Msnmsn)；
(2)将步骤(1)得到的不育株所结种子进行自交，得到F2代；
将F2代分离出的不育株(基因型msnmsn)作为母本与步骤(1)所用父本进行杂交；
将F2代基因型为MsnMsn的可育株所结种子进入常规育种程序做进一步选种；
将F2代基因型为Msnmsn的可育株所结种子继续进行自交，直至分离出纯合可育株，再进入常规育种程序做进一步选种。
优选的，所述步骤(1)中，父本与母本相间种植，每行父本种植不同品种或品系的大豆亲本材料。
优选的，大豆种植于封闭网室内或种植于田间，种植在田间需制种区100米内无其他大豆种植。
优选的，其特征在于，所述步骤(1)中，所述父本为辽鲜1号、白农6号、吉黑4号、吉农37、吉农41和吉育107中的一种或多种。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1.本发明以核不育系中分离出的基因型为msnmsn的不育株作为母本，以多个(5个以上)大豆材料(优良品种、品系或优异种质)为父本，在野生传粉昆虫(田间隔离条件下)或人工驯养传粉昆虫(网室内)传粉下，某个父本的花粉即授给某个不育株，成熟后收获不育株所结种子。冬季在海南或温室种植不育株所结种子(F1)，F1基因型多为杂合体(Msnmsn)，进行自交后，收获可育株(基因型Msnmsn)所结种子(F2种子)。其中，将F2代分离出的不育株(基因型msnmsn)又可以作为母本进一步的与父本进行回交，以此作为一个循环，即可聚合更多的供体(父本)优异基因。根据需要可随时增加或更替新的供体亲本，亦可删减不需要的父本。剩余的F2种子可种植于育种场圃，除了对育性性状进行选择外，其他性状可按照常规育种程序进一步选种。
所以，利用本发明方法完成育种过程可以省去大量人工去雄与授粉的繁琐工作，节约人工成本。
2.本发明根据研究条件不同，可在两种条件下(田间开放条件下及人工隔离网室条件下)实施，利用核不育系分离出的F2不育株为受体亲本，借助昆虫传粉可以大大提高授粉效率，能够获得大量F1种子。
3.本发明的高效性可实现多亲本的基因聚合，进而增加优良基因的聚合与重组概率，对于打破大豆遗传基础狭窄，创造优异种质并进一步选育优良品种提供了更大的可能。
4.本发明可以根据育种目标不同，可以引入不同性状(包含优异基因)的父本群，如高产、高油、高蛋白、抗病等性状表现优异的父本材料，最终建立不同育种目标的优异基因聚合的理想材料；不育系和父本种植于封闭网室内，或者在田间种植不育系和父本，但制种区100米内应无其他大豆种植。
5、本发明的技术核心在于三个方面：(1)核不育系；(2)传粉昆虫；(3)轮回选择方法，利用隐性核不育系纯合不育的特性，并利用传粉昆虫进行传粉，可以更快、更有效的融合更多的父本的优异基因。传粉昆虫的使用，不仅减少了人工传粉、人工杂交需要大量人工，并且效率低的问题，而且也提高了大豆的授粉率。再结合本发明所述轮回选择的方法，可培育出许多优良品种，大大缩短了育种的年限。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明大豆杂交育种方法流程图；
图2为实施例3亲本材料人工网室内排布图；
图3为480份轮回选择稳定株系品质性状表型分布(protein)；
图4为480份轮回选择稳定株系品质性状表型分布(oil)；
图5为实施例4高产高油大粒资源亲本材料人工网室内排布图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
本发明提供了一种利用昆虫传粉核不育系的大豆轮回选择育种方法，包括以下步骤：
(1)将基因型为msnmsn的大豆不育株种子作为母本与基因型为MsnMsn的父本进行杂交(父本为辽鲜1号、白农6号、吉黑4号、吉农37、吉农41)，利用人工放置的传粉昆虫进行杂交传粉，父本与母本相间种植，每行父本种植不同品种或品系的大豆亲本材料，得到不育株所结基因型为Msnmsn的种子F1；
(2)将步骤(1)得到的不育株所结种子进行自交，得到F2代；
将F2代分离出的基因型为msnmsn的不育株作为母本与步骤(1)所用父本进行杂交；
将F2代基因型为MsnMsn的可育株所结种子进入常规育种程序做进一步选种；
将F2代基因型为Msnmsn的可育株所结种子继续进行自交，直至分离出纯合可育株，再进入常规育种程序做进一步选种；
其中，大豆种植于封闭网室内。
实施例2
本发明提供了一种利用昆虫传粉核不育系的大豆轮回选择育种方法，包括以下步骤：
(1)将基因型为msnmsn的大豆不育株种子作为母本与基因型为MsnMsn的父本进行杂交(父本为辽鲜1号、白农6号、吉黑4号、吉农37、吉农41和吉育107)，利用田间天然的传粉昆虫进行杂交传粉，父本与母本相间种植，每行父本种植不同品种或品系的大豆亲本材料，得到不育株所结基因型为Msnmsn的种子F1；
(2)将步骤(1)得到的不育株所结种子进行自交，得到F2代；
将F2代分离出的基因型为msnmsn的不育株作为母本与步骤(1)所用父本进行杂交；
将F2代基因型为MsnMsn的可育株所结种子进入常规育种程序做进一步选种；
将F2代基因型为Msnmsn的可育株所结种子继续进行自交，直至分离出可纯合育株，再进入常规育种程序做进一步选种；
其中，大豆种植于田间，制种区100米内无其他大豆种植。
实施例3资源创新
以核不育系分离出的不育株，基因型msnmsn的不育株为母本，以来自东北三省、内蒙、新疆及国外的100份大豆优异种质为父本，基因型MsnMsn(表1)，材料相间种植于网室内(图2)，人工放置的传粉昆虫进行传粉，按照本发明大豆育种方法，经10轮轮回选择改良，可获得大批可用于育种的遗传改良材料。
表1 100份大豆优异种质(父本选择)
Figure BDA0003244034270000051
Figure BDA0003244034270000061
Figure BDA0003244034270000071
注：人工网室共50行，母本父本1:1相间种植，父本行每行种植4份材料。
对基因型为Msnmsn可育株自交F6代以上的稳定株系480份进行考种，可见(表2)后代材料的多数性状遗传变异幅度相比其父本均有较大变异。其中育种最为关注的单株荚数最多可以达到256个；节数最多达到28个；单株粒重达到46.4克；百粒重平均值18.74克；蛋白质含量平均达到41.30％，超过吉林省高蛋白大豆审定标准42.5％材料13份，蛋白质含量最高值45.01％；油分含量平均达到21.63％，超过吉林省高油大豆审定标准21.5％的材料219份，油分含量最高值达到23.95％(图3和图4)。
由此可见，经过多轮的轮回选择，后代稳定株系存在较大的遗传变异，实现了育种资源的高效遗传改良；同时，根据育种目标，能够获得大量品质性状及单株产量性状表现优异的稳定株系，其中部分稳定株系目前已进入育种区试阶段。
表2 480份轮回选择稳定株系的性状统计量
Figure BDA0003244034270000072
Figure BDA0003244034270000081
实施例4高产高油大粒材料创制与品种选育
以核不育系分离出的F2不育株(基因型msnmsn)为母本，以来自东北地区的25份高产高油大粒大豆优异资源为父本(基因型MsnMsn)(表3)，材料相间种植于网室内(图5)，人工放置的传粉昆虫进行传粉，经8轮轮回选择改良，可获得用于育种的遗传改良材料。
表3高产高油大粒大豆优异资源(父本)
Figure BDA0003244034270000082
Figure BDA0003244034270000091
注：人工网室共50行，母本父本1:1相间种植。
对基因型为Msnmsn可育株自交F6代以上的稳定株系187份进行考种，可见(表4)后代材料的多数性状遗传变异幅度相比其父本均有较大变异。其中育种最为关注的单株荚数最多147个；节数最多24个；单株粒重达到54.39克；百粒重平均值23.52克；蛋白质含量平均38.26％；油分含量平均达到22.05％，超过吉林省高油大豆审定标准21.5％的材料109份，油分含量最高值达到23.97％；折算公顷产量平均3321.9kg，其中最高公顷产量达到4321.3kg，公顷产量超过3500kg的材料8份。
由此可见，经过多轮的轮回选择，后代稳定株系存在较大的遗传变异，实现了针对高产高油大粒目标性状的高效遗传改良；同时，根据育种目标，本发明能够获得多份油分性状、百粒重、单株产量及小区折算公顷产量表现优异的稳定株系，其中部分稳定株系目前已进入育种的区试阶段。
表4 187份轮回选择稳定株系的性状统计
Figure BDA0003244034270000092
Figure BDA0003244034270000101
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 (4)

1.一种利用昆虫传粉核不育系的大豆轮回选择育种方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将基因型为msnmsn的大豆不育株种子作为母本与基因型为MsnMsn的父本，利用传粉昆虫进行传粉杂交，得到不育株所结基因型为Msnmsn的种子F1；
(2)将步骤(1)得到的不育株所结种子进行自交，得到F2代；
将F2代分离出的基因型为msnmsn的不育株作为母本与步骤(1)所用父本进行杂交；
将F2代基因型为MsnMsn的可育株所结种子进入常规育种程序做进一步选种；
将F2代基因型为Msnmsn的可育株所结种子继续进行自交，直至分离出纯合可育株，再进入常规育种程序做进一步选种。
2.根据权利要求1所述的一种利用昆虫传粉核不育系的大豆轮回选择育种方法，其特征在于，所述步骤(1)中，父本与母本相间种植，每行父本种植不同品种或品系的大豆亲本材料。
3.根据权利要求1或2所述的一种利用昆虫传粉核不育系的大豆轮回选择育种方法，其特征在于，大豆种植于封闭网室内或种植于田间，种植在田间需制种区100米内无其他大豆种植。
4.根据权利要求1或2所述的一种利用昆虫传粉核不育系的大豆轮回选择育种方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述父本为辽鲜1号、白农6号、吉黑4号、吉农37、吉农41和吉育107中的一种或多种。
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