CN113973708A - 判别饲草高粱株系是否具有光温敏不育特性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及饲草高粱品种选育的技术领域，提出了判别饲草高粱株系是否具有光温敏不育特性的方法，包括如下步骤，先将短日照、低温条件下发现的疑似光温敏不育株系作为待检材料，对疑似光温敏不育株系进行不育特性鉴定，将标记的不育株，采用根茎繁殖方式，将地上部分进行刈割，挖出根茎部分，包裹根茎，移栽长日照、高温条件繁殖，在长日照、高温条件下，诱导挖掘的不育单株再生茎生长，观察单株育性恢复情况，若单株双穗育性恢复50％以上，表明该疑似不育株系具有光温敏不育特性，若自交仍然不结实，表明该疑似不育系不具有光温敏不育特性。通过上述技术方案，解决了相关技术中饲草高粱光温敏不育株系的判别方式操作复杂，不够快捷和精准的问题。

Description

判别饲草高粱株系是否具有光温敏不育特性的方法

技术领域

本发明涉及饲草高粱品种选育的技术领域，具体的，涉及判别饲草高粱株系是否具有光温敏不育特性的方法。

背景技术

饲草高粱是以高粱全株收获作为饲草利用的各种高粱属作物的统称，主要包括甜高粱、苏丹草、高丹草(高粱-苏丹草杂交种)三类。饲草高粱作为一种优质饲草，具有产草量高、饲用品质好、抗逆性突出的特性，近几年在生产中逐渐受到种养户的青睐。饲草高粱育种利用的是杂种优势，借鉴的是普通高粱杂交种“三系”杂交育种技术，即需要选育出饲草高粱不育系、保持系和恢复系，而饲草高粱不育系的选育均需要先育成保持系，进而转育成不育系，转育程序相当复杂、周期较长；而且随着品种更新速度的加快，三系杂交育种利用难以实现新的突破。而“两系法”高粱杂种优势利用是无需保持系，且不受恢复系、保持系关系的限制，多为由单个隐性基因的控制核雄性不育性，具有广谱的可恢复性，正常材料均可以作为恢复系，因此利用“两系法”开展杂种优势利用，育种程序更加简化，也克服了“三系”杂交中恢复系资源选择面窄问题。是饲草高粱杂优利用育种的一条便捷途径，应用前景广阔。

“两系”中的不育系主要指光温敏不育系，具有一系两用的特性，其育性变化主要受温度或光周期等生态条件的影响，在特定的生态条件下即可作为不育系利用，又可进行自交系繁殖，繁育不育系种子。两系不育系目前已在水稻、高粱、小麦、谷子等作物上开始应用，如水稻的光温敏不育系，在长日高温条件下，它表现雄性不育；在短日低温条件下，表现为雄性可育；小麦光温敏不育系具有短日低温不育、长日高温可育的特点。在高粱光温敏不育系研究上，温光条件对高粱的育性转换起着决定性作用。Downes等(1971)研究得出，在高粱花粉母细胞减数分裂期间的低温18℃/13℃(日/夜)能够导致多数高粱品种的雄性不育，Brooking(1976年)研究表明高粱对夜间低温的最敏感时期是在花粉母细胞发育期到减数分裂的细线期，Osuna-Ortega等(2003年)研究认为温度对高粱花粉量和可育性的影响最大，孙振雷等(2003年)、程庆军等(2005)、Isao等(2008年)、马晓娣等(2012年)研究认为：一般低温促进不育，高温促进可育。汤文光等(1994)、陈同旺等(2002)于20世纪90年代育成了高粱温敏不育系湘糯粱S-1和九疑糯粱S-1，两者均为高温下可育、低温下不育。

在判别光温敏不育系方法上常采用的有：1)、采用盆栽法，通过温室设置不同温度和光周期，结合显微镜进行花药镜检的方法来判断其育性(汤文光，2003)；2)、对同一不育系材料通过设置不同播期、异地种植的方式进行鉴定(马晓娣，2012)；3)、也有通过采用杂交、回交方法保存不育株，然后在同一地点通过春、秋季节不同光温特性进行光温敏不育系挖掘(刘海军，1999)；上述方法的共同特性是已知材料具有光温敏不育特性或疑似有光温敏材料，且该材料具有可用于试验鉴定的种子。然而，作物群体后代出现不育株系多是一种自然地遗传现象，在田间往往一旦发现不育株或株系，如何高效快速精准鉴定是否是光温敏不育特性，截至目前尚未发现更加高效快速便捷的有效办法，而且已报道的高粱光温敏不育系均为籽实高粱不育系，对不育株系的判定均为单(株)穗鉴定；饲草高粱不育系具有较强的分蘖性，具有多茎穗特点，也未发现有关饲草型高粱光温敏不育系的判别方法。因此，创建饲草高粱光温敏不育系快速便捷的判别方法，对及时发现挖掘高粱光温敏不育系资源，丰富高粱不育系的类型具有重要意义，也为传统高粱育种由“三系”杂交变“两系”选育提供了可能，前景广阔。目前生产上报道的高粱光温敏不育系多为长日照高温条件下可育，短日照低温条件下不育。目前已报道的光温敏不育系鉴定方法有以下几种类型：

一、有的是采用温室盆栽通过设置不同环境来鉴定光温敏不育特性，这需要较多的试验设施对光温条件进行准确设置，投入较大，并且仅仅通过温室模拟和田间实际鉴定还有一定的误差，该鉴定方法准确度有限；

二、一些是通过田间设置不同播期、异地种植的方式进行，这种方法费时费力，周期长，而且年际间温度差异较大，对鉴定结果的精准性造成一定影响；

三、也有的是靠回交、杂交等遗传方式通过遗传鉴定，目的是先将不育源基因，通过遗传后代保存下来，再逐年鉴定，也存在周期长、费时耗力，投入大；

四、也有报道通过砍秆再生的方法在同一地点进行鉴定，但这需要在春播条件下能完成两茬高粱成熟，需要无霜期在270天以上的地方进行，北方达不到这个条件，而且在同一地点鉴定容易受局部气候变化影响，也可能导致再生茎不育而淘汰了疑似单株。同一地点鉴定对温度光照条件的要求也较苛刻，鉴定方法受到一定限制；

五、有的通过分子标记、基因定位等生物学手段进行挖掘，这需要较高的实验仪器、设施条件，不便操作。

综上所述，目前在饲草高粱光温敏不育株系的判别上还不快捷、精准；需要一种能够缩短高粱不育株系的育性鉴定周期，简单精准、容易操作的鉴定方法，对于发掘高粱不育系育种资源具有重要意义。

发明内容

本发明提出判别饲草高粱株系是否具有光温敏不育特性的方法，解决了相关技术中饲草高粱光温敏不育株系的判别方式操作复杂，不够快捷和精准的问题。

本发明的技术方案如下：

判别饲草高粱株系是否具有光温敏不育特性的方法，包括如下步骤：

A、疑似光温敏不育株系的选择：将短日照、低温条件下发现的疑似光温敏不育株系作为待检材料；

B、不育特性鉴定：将所述待检材料标记不育株；

C、田间保存：将步骤B标记的所述不育株，采用作为进一步的技术方案，步骤B中的不育特性鉴定方法具体为：主副双穗套袋法进行鉴定，在所述待检材料生长到抽穗期时，分别对所述待检材料的主副双穗进行套袋自交，主副双穗套袋15～30天后，观察单株主副双穗育性情况，若单株主副双穗自交完全不育，则标记所述待检材料为不育株。

作为进一步的技术方案，步骤D中的育性恢复鉴定中，所述不育株再生茎生长到抽穗期时，对主副双穗套袋自交，套袋15～30天后，观察所述不育株恢复情况。

作为进一步的技术方案，步骤B和步骤D中，套袋自交的方式为：套袋时，首先剪去主穗上部已开花的小穗，再采用硫酸纸袋套袋，硫酸纸袋上下通透，下部开口处固定在茎秆上，上部开口处折叠后密封，然后再在纸袋上写明套袋日期。

作为进一步的技术方案，硫酸纸袋的长度30～35cm，宽度15～20cm。

本发明的工作原理及有益效果为：

本发明通过田间简易操作就可一次性准确鉴定高粱不育株系是具有光温敏雄性不育特性，缩短了高粱不育系的发掘周期，且易操作，投入小，精准，实用性强。

本发明的发明构思在于，通过营养体异地田间繁殖，保存饲草高粱光温敏不育株系的不育基因，利用饲草高粱根茎再生特性，通过将其地上部分刈割，采用根茎繁殖方式，将短日照低温条件下田间发现的饲草高粱疑似光温敏不育株系，将其根茎移栽到长日照高温条件繁殖，经长日照高温条件诱导其结实，可实现饲草高粱光温敏不育株系的同一单株田间成功保存。反之，亦成立。短日照指的是日照长度小于12小时20分的地区，低温指的是饲草高粱孕穗期15天平均最低温度低于17.8℃，在这之外的为长日照、高温条件。

进一步，本发明还提出了利用不同时空条件下存在的光温差异性进行异地鉴定，在短日照、低温环境下观察疑似饲草高粱光温敏不育株系的不育情况；在长日照、高温环境下，观察其再生单株的育性恢复情况，如果育性恢复，则收获其单株种子，利用种子再次在短日照、低温环境下进行育性鉴定，如果表现不育，表明该疑似不育系为光温敏不育株系。反之，亦成立。相较于在当地进行的鉴定，主动性更强，不受当地气候变化不可控的影响，适用范围更广。

进一步，本发明提出了饲草高粱光温敏不育株系的“双穗”育性鉴定法：因饲草高粱具有较强的分蘖性，提出了对疑似不育株的主副穗进行双穗隔离自交，利用疑似不育株系的主副穗同时鉴定光温敏的不育特性。通过主副双穗在不同时空条件的不育情况和结实情况，判断是否是光温敏不育株系。若在短日照、低温环境下主副双穗均不结实，并且在长日照、高温环境下主副双穗均结实，则证明该疑似不育株为光温敏不育株；反之，不是光温敏不育株，没有利用价值。

进一步，明确了饲草型高粱光温敏不育系“双穗”法的育性判别标准：在疑似光温敏不育株系生长到抽穗期(开花前)，选择与主茎穗抽穗期最接近的副茎穗，分别对其主副双穗进行隔离自交，套袋时，首先剪去主穗上部已开花的小穗，然后采用作物育种授粉常用的硫酸纸袋进行套袋，纸袋尺寸优选长度32cm、宽度17cm，上下通透，下部开口处用曲别针固定在茎秆上，上部开口处折叠后用双曲别针分别密封，然后再在纸袋上写明套袋日期。套袋自交20天后开始观察主副双穗结实情况：如在短日照、低温环境下主副双穗结实率低于2％以内；而且在长日照、高温环境下主副双穗自交结实率在50％以上，以此确定为饲草高粱光温敏不育株系。反之，则不是。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为2013年冬海南三亚饲草高粱长势情况；

图2为2013年冬海南三亚饲草高粱疑似不育株的发现情况；

图3为2014年春饲草高粱疑似不育株再生茎在河北衡水长势情况；

图4为2014年春饲草高粱疑似不育株再生茎在河北衡水单株结实情况；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本发明保护的范围。

本发明创新形成了判别饲草高粱株系是否具有光温敏不育特性的方法，下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。

如图1～2所示，

2013年冬，在海南三亚饲草高粱加代选育试验中，在稳定系B389繁育过程中，发现了2株疑似光温敏不育株。发现及鉴定的具体步骤如下：

步骤1、疑似光温敏不育株系的选择：2013年10月28日，在河北省农林科学院旱作农业研究所海南三亚南繁试验站，播种饲草高粱试验材料稳定系B389，群体达到150株。初花期时，对所有单株均采用主副双穗进行套袋，套袋时，首先剪去主穗上部已开花的小穗，然后采用作物育种授粉常用的硫酸纸袋进行套袋，纸袋长度32cm、宽度17cm，上下通透，下部开口处用曲别针固定在茎秆上，上部开口处折叠后用双曲别针分别密封，然后再在纸袋上写明套袋日期2014年1月15日。备移栽。

步骤2、不育特性的鉴定：套袋22天，2014年2月6日，两株疑似不育株100％表现不育，因此将这两株不育株标记为疑似光温敏不育株，编号分别为B389-①、B389-②，以备移栽。

步骤3、田间保存：疑似光温敏不育株的根茎繁殖，在2014年4月15日，将步骤2标记的2株疑似不育单株B389-①和B389-②的地上部分在距离地表15cm处进行刈割，然后挖出根茎部分，用塑料袋包裹根茎，将根茎带回河北衡水长日照高温条件下，利用再生茎进行繁殖。

步骤4、育性恢复鉴定：在河北衡水长日照高温条件下，诱导步骤3中挖掘的不育单株再生茎生长，当疑似不育单株B389-①、B389-②分别达到抽穗期时，对其主副双穗继续套袋自交，套袋日期分别为2014年6月25日、6月27日，套袋方法同步骤1，各自套袋20天后，于2014年7月15日、7月17日，分别观察套袋单株主副双穗的结实情况，结果显示，套袋单株育性恢复均90％以上，分别单株收获后代种子B389-①、B389-②(表1)。由此表明，发现的疑似不育株系具有光温敏不育特性.

表1 2014年春饲草高粱疑似不育株再生穗结实情况

本发明公开的饲草高粱疑似光温敏不育株系的保存方法，提出利用高粱再生特性，采用根茎繁殖方法将疑似光温敏不育系的不育基因保存下来，然后才可能通过不同光温条件的诱导，使其育性基因充分表达，进一步鉴定。改变了以往通过有性杂交的方法来保存，便捷方便，而且利用一个生长周期就可以鉴定出来；相比于借助分子技术、温室环境等设施设备鉴定相比，缩短了鉴定周期，省时、省力；相比于在同一地点进行砍秆再生的方法鉴定，本发明采用异地鉴定，光温范围扩大，比起同一地点鉴定的稳定系和准确度都显著提高。

利用饲草高粱具有多茎穗的植物学特性，首次提出了采用双穗自交，通过结实性鉴定，判别饲草高粱材料是否具有光温敏不育特性的方法。本研究提出的饲草高粱提出双穗鉴定法，可使疑似光温敏不育株系的光温感应期延长7～10天，既延长了光温敏不育系光温感应期，又能准确验证光温敏不育系的稳定性和适应性，提高了对不育性判断结果的精准性。而且只有双穗都不育的光温敏不育株才有利用价值。

本发明还进一步明确了饲草光温敏高粱不育系特性的判别鉴定的环境条件：提出利用异地不同光周期、温度环境来诱导饲草高粱光温敏特性的表达，从而判别光温敏不育特性是否存在。光温敏不育系在不同光周期、温度条件下，育性表现不同；而非光温敏不育系在不同光周期、温度条件下均表现为不育。

以上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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.判别饲草高粱株系是否具有光温敏不育特性的方法，其特征在于，包括如下步骤：

A、疑似光温敏不育株系的选择：将短日照、低温条件下发现的疑似光温敏不育株系作为待检材料；

B、不育特性鉴定：将所述待检材料标记不育株；

C、田间保存：将步骤B标记的所述不育株，采用根茎繁殖方式，将地上部分在距离地表10～20cm处进行刈割，挖出根茎部分，包裹所述根茎，移栽长日照、高温条件繁殖；

D、育性恢复鉴定：在长日照、高温条件下，诱导步骤C中挖掘的所述根茎生长，观察单株育性恢复情况，若单株双穗育性恢复50％以上，表明所述不育株具有光温敏不育特性，若自交仍然不结实，表明所述不育株不具有光温敏不育特性；

上述步骤，亦适合在长日照、高温条件下发现的疑似光温敏不育株系，在短日照、低温条件下进行判定。

2.根据权利要求1所述的判别饲草高粱株系是否具有光温敏不育特性的方法，其特征在于，步骤B中的不育特性鉴定方法具体为：主副双穗套袋法进行鉴定，在所述待检材料生长到抽穗期时，分别对所述待检材料的主副双穗进行套袋自交，主副双穗套袋15～30天后，观察单株主副双穗育性情况，若单株主副双穗自交完全不育，则标记所述待检材料为不育株。

3.根据权利要求2所述的判别饲草高粱株系是否具有光温敏不育特性的方法，其特征在于，步骤D中的育性恢复鉴定中，所述不育株再生茎生长到抽穗期时，对主副双穗套袋自交，套袋15～30天后，观察所述不育株恢复情况。

4.根据权利要求3所述的判别饲草高粱株系是否具有光温敏不育特性的方法，其特征在于，步骤B和步骤D中，套袋自交的方式为：套袋时，首先剪去主穗上部已开花的小穗，再采用硫酸纸袋套袋，硫酸纸袋上下通透，下部开口处固定在茎秆上，上部开口处折叠后密封，然后再在纸袋上写明套袋日期。

5.根据权利要求4所述的判别饲草高粱株系是否具有光温敏不育特性的方法，其特征在于，硫酸纸袋的长度30～35cm，宽度15～20cm。

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