CN114831018A - 一种黄芪有性杂交育种的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种黄芪有性杂交育种的方法，包括选取盛花期有重叠且性状不同的黄芪植株作为父本、母本；选择采集父本材料的冠>萼即将开放的新鲜花朵，与母本材料冠>萼、冠＝萼的尚未开放的花序进行授粉，对授粉完成的黄芪进行田间管理，至成熟期，观察统计杂交品种的结实率等步骤。本发明成功获得了新的杂交黄芪种质，杂交授粉时，选择优化的时间，操作步骤合理、有效，授粉成功率高，植株结实率可接受。对建立高产、优质、抗逆性强的黄芪种质资源库以及开展黄芪品种选育工作，具有十分重要的理论价值和现实意义。
Description
技术领域
本发明属于黄芪有性杂交育种技术领域，尤其涉及一种黄芪有性杂交育种的方法。
背景技术
黄芪为虫媒花，自花不孕或自交不亲和的异花授粉植物。由于不易自交得到纯的品系，黄芪从名称、产地以及功效都发生了巨大的变化，同时在栽培方面，黄芪种质混杂混乱情况严重。目前还没有对黄芪有性杂交育种的公开报道，加快黄芪育种进程，探索黄芪有性杂交育种的方法，对建立高产、优质、纯正的黄芪种质资源库十分必要。
发明内容
为了解决以上问题，本发明提供了一种黄芪有性杂交育种的方法。
本发明是这样实现的：一种黄芪有性杂交育种的方法，包括以下步骤:
(1)选取花期有重叠且性状不同的黄芪植株作为父本、母本；
(2)黄芪开花期，观察柱头和花粉的成熟情况与花蕾外部形态之间的关系；
(3)在两个亲本的盛花期，采集父本材料的冠>萼即将开放的新鲜花朵，放入事先准备号的小纸袋中，标上名称；
(4)将母本材料优异单株枝条上已开过的花序和冠<萼的花蕾摘除，选择冠>萼、冠＝萼的花序；
(5)授粉时轻轻将母本花序旗瓣或龙骨瓣划破,露出柱头；
(6)拿出一朵父本的花序，撕下花龙骨瓣处的萼片，从两龙骨瓣之间分开花冠，露出黄色的花药；
(7)将花粉团整个夹出，对准母本柱头，轻轻摩擦一两下，随后将花粉团放在在柱头上，完成授粉；
(8)对授粉完成的黄芪进行田间管理，至成熟期，观察统计杂交品种的结实率。
黄芪的盛花期自5月上旬至6月上旬结束，早上9∶00前后开始授粉，温度较低，可以有效的提高授粉杂交成活率，9:00前后授粉杂交荚成活率可达80％以上，较其他时段授粉杂交荚成活率提高20％以上。
所述的步骤(4)中，授粉时当时去雄，当时授粉。
所述的步骤(7)中，授粉完成后，标注父母本编号和名称，以及授粉日期和杂交人员信息，授粉一周后，检查杂交荚是否成活。
在所述黄芪花期时，干旱时及时浇水；不太干旱时每天傍晚向杂交圃喷水，保证杂交圃的小环境空气湿度较高，特别是母本区域的的土壤有充足的水分。空气湿润度大，能够有效的提高杂交成功效率。
本发明首次利用花期有重叠且性状不同的黄芪植株作为父本、母本进行有性人工杂交育种，成功获得了新的杂交黄芪种质。本发明通过对父本、母本新鲜花朵的研究确定，父本材料的冠>萼新鲜花朵选择与冠>萼、冠＝萼的母本花序进行授粉，选择优化的时间，当时去雄，当时授粉，操作步骤合理、有效，授粉成功率高，植株结实率可接受。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步的详细说明，以使本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
实施例
一种黄芪有性杂交育种的方法，包括以下步骤:
(1)选取花期有重叠且性状不同的黄芪植株作为父本、母本；
选取供试黄芪材料，相关性状及信息见表1。
表1材料一览表
注：浑源县沙圪坨镇黄芪品种的花色、株型、叶型；五台县东冶镇黄芪品种的花色、株型、叶型
2019年05月采用种子直播方式将源县沙圪坨镇黄芪和五台县东冶镇黄芪种植于山西省吕梁汾阳市山西农业大学经济作物研究所药用植物试验田(简称经作所试验田)。经作所试验田位于汾阳市东南方，N 37°14′40″，E 111°47′2″，是太原盆地的一部分，为新垦树林地，土质为黄壤土，肥力中上等，排灌方便。平均海拔750 m，全年平均气温9.7℃，年降水量小于462mm，全年平均日照时数为2601.3h，无霜期175d左右。种植方式为穴条播，穴距为0.5m，每穴4株，每穴条间留有空地。
(2)黄芪开花期，观察柱头和花粉的成熟情况与花蕾外部形态之间的关系；
利用(SMZ-171-TL，厦门麦克奥迪科技有限公司)显微镜，在黄芪花期时间，观察柱头和花粉的成熟情况与花蕾外部形态之间的关系。
黄芪开花习性
黄芪一年生植株基本不开花，两个亲本均为两年生植株，以主茎腋生总状花序为主,花序间排列较疏松，每株花序的数量差异较大，十几个到几十个不等，与植株的大小相关。花序的发育顺序是先主枝后侧枝,单朵花开放顺序由基部向上依次开放，每个花序有花10～29朵。总花梗比叶稍长或近等长，至果期显著伸长。果熟期为棕色，长19～26mm，宽9～11mm，内有1～7粒。
4月底5月初，浑源县沙圪坨镇黄芪首先出现花蕾，4d后五台县东冶镇黄芪品种开始出现花蕾，一直持续到6月下旬。从5月初开始，花蕾花朵连续开放进入盛花期，5月中下旬开始，植株进入开花结果期并存，且继续有花序形成。浑源县沙圪坨镇黄芪于5月12日开始结荚，五台县东冶镇黄芪出现结荚比浑源县沙圪坨镇黄芪品种晚4d。
黄芪花器构造
黄芪花由外向内分为苞片、花萼、花冠、雄蕊和雌蕊。花梗与苞片近等长，有黑色毛；苞片条形，花萼钟状，长约5mm。小花为典型的蝶形花，两侧对称，花瓣5枚。花朵最外面且最大的为旗瓣，里面最小的2片为龙骨瓣，夹在中间2片像翅膀为翼瓣。花序最初的形态呈穗状，花冠整个包于花萼中，花萼基部帖附两个小苞片，花柄极短，苞片长于花蕾；随着花蕾进一步的发育，花冠逐渐露出，至开放前呈淡黄色。花冠伸长至花萼的2倍时，繁殖器官成熟，受精过程开始。随着花蕾展开，暴露出的花药随即开裂。在显微镜下观察得知，从未展开的花蕾，花药不开裂。
花的雌蕊、雄蕊成熟期
黄芪的花药一般在花未开放以前就已散粉，将花蕾按照花冠与花萼的长度，分为冠>萼、冠＝萼和冠。在显微镜下观察，得知冠大于萼时，花蕾柱头和花粉都已成熟。花瓣完全盛开的花朵，花粉布满柱头，盛开的小花长17.2～19.2mm，花萼占整个花长的35％～38％，花瓣没有开放的花朵，花粉没有散掉；冠等于于萼时，花蕾长达8～9mm，子房长3～3.5mm时，胚囊卵球形，位于合点端，花蕾柱头和花粉都已成熟，但此时花朵都尚未开放，花粉内外壁明显，表明有三孔沟，花粉粒近圆球形，花粉粒为穴状纹饰；冠小于萼时，花蕾柱头和花粉皆未成熟。因此选择冠大于或等于萼时的类型作为父本，杂交时当时去雄，当时授粉。
(3)2021年5月初，两个亲本先后都进入盛花期，5月上旬到6月下旬,适宜的花蕾较多。早上9∶00左右开始授粉。
9:00前后授粉杂交荚成活率可达80％以上，较其他时段授粉杂交荚成活率提高20％以上。
| 授粉时段 | 授粉杂交荚 | 成活杂交荚 | 授粉杂交荚成活率(％) |
| 8:00 | 20 | 12 | 60 |
| 9:00 | 20 | 16 | 80 |
| 10:00 | 20 | 11 | 55 |
| 15:00 | 20 | 9 | 445 |
首先确定父本材料，采集的冠>萼即将开放的新鲜花朵，放入事先准备号的小纸袋中，标上名称。随后，将母本材料优异单株枝条上已开过的花序和冠<萼的花蕾摘除，选择冠>萼、冠＝萼的花序。授粉时轻轻将母本花序旗瓣或龙骨瓣划破,露出柱头；拿出一朵父本的花序，撕下花龙骨瓣处的萼片，从两龙骨瓣之间分开花冠，露出黄色的花药；将花粉团整个夹出，对准母本柱头，轻轻摩擦一两下，随后将花粉团放在在柱头上，完成授粉。
授粉完成后，在花朵下方系上红绳作为标记，套上授粉袋子。在所作组合的枝条挂上标签，注明父母本编号和名称，以及授粉日期和杂交人员信息。授粉一周后，检查杂交荚是否成活。
实验结果：
以浑源县沙圪坨镇黄芪品种×五台县东冶镇黄芪品种、五台县东冶镇黄芪品种×浑源县沙圪坨镇黄芪品种分别配置100个组合。
从表2中，可以看出浑源县沙圪坨镇黄芪品种亲本材料单独种植时，100个果荚，空荚率17％，以1荚1粒、1荚3粒占比较高，分别为42％、20％。其次为1荚4粒占 12％、1荚2粒占7％、偶有1荚5粒占2％。五台县东冶镇黄芪品种亲本材料单独种植时，100个果荚，空荚率10％，1荚1粒、1荚3粒均占28％，1荚2粒占23％，1荚4 粒和1荚5粒占比较低，分别为10％和1％。
浑源县沙圪坨镇黄芪品种和五台县东冶镇黄芪品种杂交，浑源县沙圪坨镇黄芪品种为母本时有32个组合结实，以1荚2粒结实最多，占20％，其次为1荚3粒占5％， 1荚1粒、1荚4粒和1荚5粒较为均匀，均占2％，偶有1荚6粒占1％。五台县东冶镇黄芪品种为母本时有33个组合结实，也以1荚2粒结实最多，占18％，其余与浑源县沙圪坨镇黄芪品种为母本时区别不明显，趋势基本一致。
表2结实率统计
种质资源是药用植物进行优良个体筛选的物质基础,也是品种改良的源泉。中国的药用植物资源是长期自然选择和人工选择的产物,在漫长的历史长河中，由于天然杂交造成的基因重组、分离、基因漂变或突变,蕴藏着丰富的已知或未知的有用基因, 使其具有独特的优良性状以及抗御自然灾害的特性，尤其是野生亲缘植物和古老的地方种。药用植物的育种目标不仅是提高入药部位的生物产量,更是要提高该部位药用成分的相对含量。目前，中国在药用植物良种选育方面的研究表明，较大规模人工栽培的中药材植物中，仅仅有40％的药用植物进行了良种选育工作，选育出了225个新品种。在选育的225个新品种中，杂交育种仅占育成品种的10.1％，选育法获得品种占育成品种的71.2％。中药材的杂交育种仍处于初级探索阶段。
黄芪作为传统补气药材中的“补药之长”，由于所含的化学成分多样，功能强大，药理作用显著等特点，广泛应用于保健品、食品、饮料等领域。中国是世界上唯一的黄芪药材产地和出口国，面对国内巨大的市场需求量，中国野生黄芪种质资源过度采挖，面临枯竭，黄芪药材资源供应从野生为主转变至栽培为主，黄芪主产区逐渐南移，从山西、内蒙古转移至陕西、甘肃、宁夏等地。但在黄芪栽培中存在着种质混乱混杂的情况，种植基地相互调换种质、冒名使用的问题。市场上高产、优质的黄芪品种缺乏，甘肃和山东有选育的黄芪品种，山西和内蒙古主产区尚无品种选育报道。建立高产、优质、抗逆性强的黄芪种质资源库以及开展黄芪品种选育工作，具有十分重要的理论价值和现实意义。
本发明实施地位于山西省吕梁市汾阳市经作所试验田，为了提高杂交成活率，在黄芪花期时，保证杂交圃的小环境空气湿度较高，特别是母本区域的的土壤有充足的水分，干旱时要及时浇水；不太干旱时每天傍晚向杂交圃喷水。黄芪花序的花冠和花萼的长度为冠大于或者等于萼时，表明其柱头和花粉均已成熟，由于黄芪是自花不孕或自交不亲和的异花授粉植物，因此父本的最佳选择是冠大于或等于萼的花瓣尚未开放,花粉没有散掉的小花。浑源县沙圪坨镇黄芪品种和五台县东冶镇黄芪品种的黄芪材料在叶形和花色上差异显著，遵循优势互补原则，进行有性杂交，能够在后代中明显辨别真假杂交种。
以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。
Claims (5)
1.一种黄芪有性杂交育种的方法，其特征在于，包括以下步骤:
(1)选取盛花期有重叠且性状不同的黄芪植株作为父本、母本；
(2)黄芪开花期，观察柱头和花粉的成熟情况与花蕾外部形态之间的关系；
(3)在两个亲本的盛花期，采集父本材料的冠>萼，花粉黄色、鲜艳即将开放的新鲜花朵，放入事先准备号的小纸袋中，标上名称；
(4)将母本材料优异单株枝条上冠>萼、冠＝萼的花序的目标花序保留，摘除已开过的花序和冠<萼的花蕾；
(5)授粉时轻轻将母本花序旗瓣或龙骨瓣划破,露出柱头；
(6)拿出一朵父本的花序，撕下花龙骨瓣处的萼片，从两龙骨瓣之间分开花冠，露出黄色的花药；
(7)将花粉团整个夹出，对准母本柱头，轻轻摩擦一两下，随后将花粉团放在在柱头上，完成授粉；
(8)对授粉完成的黄芪进行田间管理，至成熟期，观察统计杂交品种的结实率。
2.根据权利要求1所述的一种黄芪有性杂交育种的方法，其特征在于，所述的步骤(3)中，黄芪的盛花期自5月上旬至6月上旬结束，早上9∶00前后开始授粉。
3.根据权利要求1所述的一种黄芪有性杂交育种的方法，其特征在于，所述的步骤(4)中，授粉时当时去雄，当时授粉。
4.根据权利要求1所述的一种黄芪有性杂交育种的方法，其特征在于，所述的步骤(7)中，授粉完成后，标注父母本编号和名称，以及授粉日期和杂交人员信息，授粉一周后，检查杂交荚是否成活。
5.根据权利要求1所述的一种黄芪有性杂交育种的方法，其特征在于，在所述黄芪花期时，干旱时及时浇水；不太干旱时每天傍晚向杂交圃喷水。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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