CN114680039A - 一种冬小麦分子标记辅助选择加代技术的育种方法 - Google Patents

一种冬小麦分子标记辅助选择加代技术的育种方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于作物育种领域，特别是涉及一种冬小麦分子标记辅助选择加代技术的育种方法。本发明提供了一种利用现代生物技术和南北加代技术相结合的冬小麦高效育种技术，通过筛选目标基因、明确育种目标、采用分子标记辅助选择来提高选育精准度，利用南北加代来加快育种进程。

Description

一种冬小麦分子标记辅助选择加代技术的育种方法
技术领域
本发明属于作物育种领域，特别是涉及一种冬小麦分子标记辅助选择加代技术的育种方法。
背景技术
小麦是主要的粮食作物之一，小麦的产量是保障粮食安全的关键。部分地区种植的冬小麦生育期在8个月左右，必须经过低温春化，才能拔节抽穗、开花结实。按常规方法，冬小麦一年只能繁殖一代，如想培育一个小麦品种，结合冬小麦的繁殖周期，需要10年以上的时间。如何缩短育种年限现已有一些技术方面的探索，如加代技术、小麦单倍体技术等。但难以投入实际生产应用。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种冬小麦分子标记辅助选择加代技术的育种方法。本发明选用分型较好的抗病、优质KASP标记，进行跟踪选择，同时利用自然生态条件，开展加代繁育，进而提高小麦育种的精准度和选育速率。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
本发明提供了一种冬小麦分子标记辅助选择加代技术的育种方法，所述冬小麦高效育种方法包括以下步骤：
(1)确定目标亲本和基因：以改良主栽品种或苗头品种为主，克服/消除其携带的个别不利性状/基因的影响，针对其缺点和不足，选择互补性强的亲本，但遗传距离不宜太远；针对服务区域主栽小麦品种存在的缺陷，确定改良性状，并通过目标性状主效基因筛查，按照累加或互补的原则选定目标基因；
所述目标基因数量为2～4个；
(2)配置小麦杂交组合，待小麦成熟后收获F1代种子；
(3)F1代种子萌动后进行人工低温春化处理，得到低温春化后的F1代麦苗；
(4)种植低温春化后的F1代麦苗，收获F2代种子；
(5)点播F2代种子得到F2代植株，对F2代植株进行农艺性状选择，选留单株得到F3代种子；
(6)F3代种子萌动后进行人工低温春化处理，得到低温春化F3代麦苗；
(7)种植低温春化F3代麦苗，收获F4代种子；
(8)点播F4代种子，待植株长至三叶期时进行目的基因检测，标记含有目的基因的植株；
(9)移栽含有目的基因的植株，收获F5代种子；
所述移栽的处理包括：将经过低温春化的含有目的基因的植株移栽至低纬度环境中进行培育；
所述低温春化的平均温度小于等于7℃，所述低温春化的时间大于等于40d；所述低纬度环境为纬度小于等于20°的环境；
(10)于高纬度的低温环境中点播F5代种子，收获得到F6代种子；
所述高纬度为纬度大于等于40°；所述低温环境的温度为2℃～4℃；
(11)对F6代种子进行分子检测，选留含目标基因株系，对选留材料进行产比试验，并继续选单穗加代纯化。
优选的，所述种植低温春化后的F1代麦苗时的温度为：苗期至扬花期白天的温度为22℃，夜晚的温度为18℃；
灌浆期白天的温度为25℃，夜晚的温度为20℃；
所述种植低温春化后的F1代麦苗时的光照为8/16h。
优选的，所述人工低温春化处理包括：用潮湿的发芽纸包裹萌动后的种子并置于恒温环境中；所述恒温环境的温度为2℃～3℃；所述低温春化处理的时间为40d。
优选的，所述步骤(2)发生在4～5月。
优选的，所述步骤(4)和步骤(7)中的收获时间为九月下旬至十月上旬。
优选的，所述步骤(6)中的性状选择包繁茂性、抗冻性、株型、叶片功能和小穗育性。
优选的，所述步骤(8)中的目的基因包括抗病基因或优质基因。
优选的，所述步骤(2)中的小麦杂交组合包括抗病组合或优质组合。
在本发明中，分离世代田间种植要选种比较的参照对象(所谓对照品种)，一般选当地普遍种植的、具有权威性的品种做对照，黄淮北片可选用济麦22(本发明在点播F2代种子时，同步播种参照对象，具体处理时间同F2代种子的处理时间)。
田间选择阶段(即对F2代植株进行农艺性状选择时)，前期注重植株繁茂性和抗冻性选择，中期注重株型选择，后期注重叶片功能和小穗育性选择。选择白粒、饱满、均匀的籽粒。
分子标记选用2019年Khalid等报道的小麦KASP功能标记。
本发明提供了一种利用现代生物技术和南北加代技术相结合的冬小麦高效育种技术，通过筛选目标基因、明确育种目标，采用分子标记辅助选择、提高选育精准度，利用南北加代、加快育种进程。由实施例可知，本发明通过上述育种方法在3年内即可培育出符合要求的冬小麦品种。
附图说明
图1为冬小麦分子标记辅助选择加代技术的育种方法的示意图。
具体实施方式
下文中涉及使用的试剂或器械未注明具体技术或条件者，则按照常规试验条件进行，未明确说明有试剂公司说明书的，则按照说明书所建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
本发明涉及使用的小麦品种说明如下：
选取母本：岱麦4493由山东岱农农业科技有限公司育成，属半冬性，幼苗半匍匐，株型松散，抗倒伏性较好，熟相佳；生育期234.4天，与对照济麦22相当；株高77.6厘米，亩有效穗35.33万，穗长方形，穗粒数45.7粒，千粒重43.1克；长芒、白壳、白粒，籽粒硬质。在2015-2017年山东省高肥组区试，两年平均亩产597.51公斤，比对照济麦22增产3.58％。山东省区域试验统一取样经检测品质分析结果，籽粒蛋白质含量(干基)13％，湿面筋含量33.6％，面筋指数63，吸水率61.1％，稳定时间8.4min，面粉白度76.2。
选取父本：济麦44由山东省农业科学院作物研究所育成。该品种属半冬性，幼苗半匍匐，株型半紧凑，叶色浅绿，旗叶上冲，抗倒伏性较好，熟相好；生育期233天，比对照济麦22早熟2天；株高80.1厘米，亩有效穗43.8万，穗长方形，穗粒数35.9粒，千粒重43.4克；长芒、白壳、白粒，籽粒硬质。在2015-2017年山东省高肥组区试，两年平均亩产603.7公斤，比对照济麦22增产2.3％；2017-2018年度高产组生产试验，平均亩产540.0公斤，比对照济麦22增产1.2％；2019年，山东潍坊寒亭1800亩示范方平均亩产609.53公斤，且品质达到国家优质强筋小麦标准；2020年，在寿光市化龙镇钦西村268亩济麦44示范方平均亩产732.23公斤，在寒亭区高里街道桥西二村的济麦44高产攻关田平均亩产766.62公斤，创全国超强筋小麦单产纪录；2021年，在金乡市实打验收，分别亩产为756.79公斤和655.75公斤。山东省区域试验统一取样经检验品质分析结果，籽粒蛋白质含量(干基)14.7％，湿面筋含量31.4％，面筋指数98，沉淀值58ml，吸水率65.3％，稳定时间39.5min，面粉白度77.1，综合品质达到国家优质小麦—强筋小麦品质指标(GB/T17892-1999)
实施例
1.在4月25日在济南基地配置优质组合：岱麦4493/济麦44，做5穗，每穗留优势小花30个左右。
2.待杂交组合里的小麦进入蜡熟期收获，并晒干(籽粒含水量低于13％)，记为F1代。
3.挑选饱满的萌动后的杂交粒30粒左右，用浓度1.5％的过氧化氢(双氧水)浸泡24h后，再用清水冲洗5次，之后用湿润的发芽纸包裹杂交种放入恒温2℃～3℃的春化室或冰箱冷藏室进行人工低温春化处理。
4.人工低温春化40d后取出，将经过人工低温春化处理的F1代植株移栽至塑料盆(塑料盆规格：40*28*25cm)。
5.将塑料盆移入精控温室，温度：苗期至扬花期18/22℃，灌浆期20/25℃；光照：8/16h。
6. 10月8日收获F2代种子后，在育种基地进行点播F2代种子，行株距：33*8cm，播种个体不小于2000株。
7.对点播获得的F2代植株进行农艺性状选择，包括株型、抗病性、叶功能、穗育性、籽粒饱满度等，选留单株不少于200株。
8.待选留单株得到F3代种子，分别挑选饱满籽粒萌动后的种子20粒左右，用1.5％过氧化氢(双氧水)浸泡24h后，再用清水冲洗5次，之后用湿润的发芽纸包裹种子放入恒温2℃～3℃的春化室或冰箱冷藏室中进行人工低温春化处理。
9.人工低温春化40d后取出，移栽至塑料盆(塑料盆规格：40*28*25cm)。
10.将塑料盆移入精控温室，温度：苗期至扬花期18/22℃，灌浆期20/25℃；光照：8/16h。
11. 10月10日收获得到F4代种子后，在育种基地进行点播，行株距：33*8cm。
12.待F4代小麦三叶期时，检测目标基因Ppo-A1b、Ppo-D1a和Dx5，标记含有目的基因的植株。
13.待含有目的基因的植株在平均气温在7℃以下的生长天数超过40d时(济南一般12月18日)，将带有目标基因的个体连根挖起，做好标记，尽快运到海南移栽，株行距：20*30cm，正常大田管理。
14.含有目的基因的植株成熟后(一般2月下旬)，分单株收获，晒干脱粒得到F5代种子，准备拿到东北地区加代。
15.待东北地区(吉林省中南部)平均气温在3℃左右时(一般3月15日)，进行点播F5代种子，株行距：8*25cm，正常大田管理。
16.F5代成熟后(一般8月上旬)，分行收获，晒干脱粒得到F6代种子，带回育种基地。
17.对运回材料(即F6代种子)进行发苗检测，选留含Ppo-A1b、Ppo-D1a和Dx5株系。
18.在育种基地，对经过目标基因筛选的选留材料(即下文中的育成材料)进行产比试验，同时继续选单穗加代纯化。
对经过上述操作收获的育成材料进行编号和品质检测，检测结果如表1所示。
表1育成材料产量和品质结果
Figure BDA0003600860770000061
Figure BDA0003600860770000071
由表1可知，本发明提供的育种方法育成了一批高白度强筋小麦新品系(白度≥80，蛋白质含量≥14％，面筋含量≥31％,稳定时间≥10min)。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本发明的发明人来说，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 (8)

1.一种冬小麦分子标记辅助选择加代技术的育种方法，所述冬小麦高效育种方法包括以下步骤：
(1)确定目标亲本和基因：以改良主栽品种或苗头品种为主，克服/消除其携带的个别不利性状/基因的影响，针对其缺点和不足，选择互补性强的亲本，但遗传距离不宜太远；针对服务区域主栽小麦品种存在的缺陷，确定改良性状，并通过目标性状主效基因筛查，按照累加或互补的原则选定目标基因；
所述目标基因数量为2～4个；
(2)配置小麦杂交组合，待小麦成熟后收获F1代种子；
(3)F1代种子萌动后进行人工低温春化处理，得到低温春化后的F1代麦苗；
(4)种植低温春化后的F1代麦苗，收获F2代种子；
(5)点播F2代种子得到F2代植株，对F2代植株进行农艺性状选择，选留单株得到F3代种子；
(6)F3代种子萌动后进行人工低温春化处理，得到低温春化F3代麦苗；
(7)种植低温春化F3代麦苗，收获F4代种子；
(8)点播F4代种子，待植株长至三叶期时进行目的基因检测，标记含有目的基因的植株；
(9)移栽含有目的基因的植株，收获F5代种子；
所述移栽的处理包括：将经过低温春化的含有目的基因的植株移栽至低纬度环境中进行培育；
所述低温春化的平均温度小于等于7℃，所述低温春化的时间大于等于40d；所述低纬度环境为纬度小于等于20°的环境；
(10)于高纬度的低温环境中点播F5代种子，收获得到F6代种子；
所述高纬度为纬度大于等于40°；所述低温环境的温度为2℃～4℃；
(11)对F6代种子进行分子检测，选留含目标基因株系，对选留材料进行产比试验，并继续选单穗加代纯化。
2.根据权利要求1所述的育种方法，其特征在于，所述种植低温春化后的F1代麦苗时的温度为：苗期至扬花期白天的温度为22℃，夜晚的温度为18℃；
灌浆期白天的温度为25℃，夜晚的温度为20℃；
所述种植低温春化后的F1代麦苗时的光照为8/16h。
3.根据权利要求1所述的育种方法，其特征在于，所述人工低温春化处理包括：用潮湿的发芽纸包裹萌动后的种子并置于恒温环境中；所述恒温环境的温度为2℃～3℃；所述低温春化处理的时间为40d。
4.根据权利要求1所述的育种方法，其特征在于，所述步骤(2)发生在4～5月。
5.根据权利要求1所述的育种方法，其特征在于，所述步骤(4)和步骤(7)中的收获时间为九月下旬至十月上旬。
6.根据权利要求1所述的育种方法，其特征在于，所述步骤(6)中的性状选择包繁茂性、抗冻性、株型、叶片功能和小穗育性。
7.根据权利要求1所述的育种方法，其特征在于，所述步骤(8)中的目的基因包括抗病基因或优质基因。
8.根据权利要求1所述的冬小麦高效育种方法，其特征在于，所述步骤(2)中的小麦杂交组合包括抗病组合或优质组合。
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