CN115119745B - 一种通过五倍体杂种进行小麦育种的方法 - Google Patents

一种通过五倍体杂种进行小麦育种的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种通过五倍体杂种进行小麦育种的方法，包括以下步骤：S1：利用普通六倍体小麦为母本，四倍体小麦为父本，进行杂交，获得五倍体小麦植株；S2：五倍体小麦植株自交产生分离群体；S3：对性状进行鉴定，筛选出六倍体小麦优异株系；S4：利用普通六倍体小麦与六倍体小麦优异株系进行新一轮杂交、自交、穿梭选育，育成具有高产、抗病等目标性状的高代稳定品种（系）。本发明可以利用五倍体小麦染色体重组率高的优势，突破地方品种、人工合成小麦等种质资源由于综合农艺性状不良而育种利用较困难的育种瓶颈，同时还可以将四倍体小麦优异基因进行育种利用，加大外源基因的利用率，拓宽现有小麦育种的遗传基础。

Description

一种通过五倍体杂种进行小麦育种的方法
技术领域
本发明涉及一种小麦育种的方法，具体涉及一种通过五倍体杂种进行小麦育种的方法。
背景技术
小麦作为世界和我国最主要的粮食作物之一,在粮食生产中具有举足轻重的作用。品种产量潜力的持续提高是我国的长期任务，而且随着人口激增、城市化加快、粮田面积日益减少,使得提高粮食的单产及总产显得更加紧迫。
普通栽培小麦（Triticum aestivum L.）为异源六倍体，染色体组为AABBDD，为加强优异小麦资源的创新利用，针对具有特殊优良性状但综合农艺性状不佳的普通六倍体小麦材料（如小麦地方品种、人工合成小麦等），可通过五倍体杂种的方法增加染色体遗传重组率，打破不良基因的遗传累赘，将特殊优良基因用于小麦新品种的培育，真正实现优良基因资源快速高效的育种利用。
如图1所示，目前常规小麦新品种培育，大多数采用普通小麦（六倍体AABBDD）与普通小麦之间，配置杂交组合，通过系谱法或混合系谱法，对后代育种株系进行综合农艺性状评价，结合分子标记筛选，结合传统育种技术等方式，选育小麦新品种。具体如下：
第一种方式是一般选择高产/优质/抗病的已审定的突破性小麦品种，或未审定的但具有综合农艺性状优异的高代品系作为育种亲本（AABBDD），进行相互杂交、回交、顶交、自交等方式构建育种群体，通过系谱选择法或混合系谱选择法，进行新品种选育，这样的育种技术能快速获得稳定后代，但遗传基础狭窄，品种间同质化严重。
第二种方式是选择高产/优质/抗病的已审定的突破性小麦品种或未审定的优异高代品系作为育种亲本之一（AABBDD），选择具有一个或多个优异性状的普通小麦材料为另一亲本（AABBDD），比如地方品种等，采用杂交、回交、顶交等方式构建育种群体，通过目标性状筛选，结合综合农艺性状鉴定，进行新品种培育，这样的育种技术能将重要目标性状转育到现有栽培小麦品种中，能有限拓宽遗传基础，但资源利用效率低、选育周期长，因为地方品种等小麦材料综合农艺性状差，导致后代的综合农艺性状改良周期较长。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通过五倍体杂种进行小麦育种的方法，能增加染色体间的遗传重组，扩大遗传变异，有效打破不良性状的遗传累赘，以解决现有技术中含有特殊优异基因且综合农艺性状不佳的小麦种质资源育种利用效率低、周期长的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供的一种通过五倍体杂种进行小麦育种的方法，包括以下步骤：
S1：利用具有特殊性状的普通六倍体小麦为母本，四倍体小麦为父本，进行杂交，获得五倍体小麦植株，以此增加染色体重组率；本技术前期工作已证明六倍体小麦和四倍体小麦杂交，其染色体重组率是六倍体小麦之间杂交重组率的2-3倍。
S2：五倍体小麦植株连续自交产生分离群体，获得群体家系；
S3：对群体家系进行优异目标性状和综合农艺性状进行鉴定，筛选出具有优异目标性状且综合农艺性状优良的六倍体小麦优异株系；
S4：利用具有特殊性状的普通六倍体小麦与筛选具有目标性状且综合农艺性状较优的六倍体小麦株系进行新一轮杂交、自交、穿梭选育，定向转育特殊优异性状基因，育成高产、抗病等高代稳定品系，实现小麦优异目标性状的定向育种；其中，穿梭育种是通过低海拔（如正季成都平原种植）和高海拔（如夏季川西高原或云贵高原种植）进行一两年季种植，加速育种材料的遗传稳定，快速实现新品种的育成和推广应用。
进一步的，所述步骤S1中，母本的基因组为AABBDD，父本的基因组为AABB，两者进行杂交，获得的五倍体小麦植株的基因组为AABBD。
进一步的，所述步骤S1中，具有特殊性状的普通六倍体小麦以小麦栽培品种、小麦地方品种和人工合成小麦。
进一步的，所述小麦栽培品种、小麦地方品种和人工合成小麦分别以川麦104、苏麦3号、四倍体小麦和节节麦合成的高代稳定人工合成六倍体小麦SYN724为实例。
进一步的，所述步骤S2中，连续自交的次数为2～5次不等，每一世代均可筛选优异株系进行育种利用。
进一步的，所述步骤S3中，所述鉴定为通过细胞遗传学FISH技术对群体家系进行染色体结构鉴定，通过分子标记筛选，结合传统育种技术，进行目标性状鉴定。
进一步的，所述步骤S3中，筛选出优异株系的基因组为AABBDD。
进一步的，所述步骤S4中，育成具有高产、抗病等目标性状的高代稳定品系的生育期为179～180天，株高为80～89厘米。
基于上述技术方案，本发明实施例至少可以产生如下技术效果：
（1）本技术以栽培六倍体小麦/地方品种/人工合成小麦为母本，以四倍体为父本，可以将四倍体小麦优异基因转育六倍体小麦中，进行育种利用，拓宽小麦遗传基础。
（2）利用五倍体杂种进行小麦育种，可以增加染色体间的遗传重组，打破遗传累赘，扩大遗传变异，突破地方品种、人工合成小麦等种质资源由于综合农艺性状不良而育种利用较困难的育种瓶颈，同时还可以将四倍体小麦优异基因进行育种利用，加大外源基因的利用率，拓宽现有小麦的遗传基础。
（3）地方品种或人工合成小麦，具有特殊优异性状，比如抗逆、抗病、抗穗发芽等，但综合农艺性状较差，比如株高较高，易倒伏，生育期长等不良性状，通过与四倍体小麦杂交，可增大染色体间遗传重组，打破遗传累赘，扩大遗传变异，容易改良不良性状，缩短育种周期，同时也可以将四倍体小麦基因聚合在六倍体小麦中，增加外缘染色体基因的育种利用。
上面对本发明的较佳实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是目前常规小麦育种技术路线；
图2通过五倍体杂种进行小麦育种技术路线；
图3高产小麦新品系PL鉴12431的选育过程；
图4是本发明实施例PL鉴12431的染色体结构；
图5是本发明实施例PL鉴17的选育过程；
图6是本发明实施例PL鉴17的染色体结构；
图7是本发明实施例PL鉴13的选育过程；
图8是本发明实施例PL鉴13的染色体结构。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当人认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
利用具有特殊重要性状的小麦种质资源，包括普通栽培小麦、农艺性状不佳的小麦地方品种、人工合成小麦等。（1）普通栽培小麦可利用此技术方案快速导入四倍体小麦基因，拓宽遗传基础，突破现有小麦育种瓶颈；（2）小麦地方品种有一些特殊优良性状，比如成株期抗条锈病、抗穗发芽、耐贫瘠等，但同时地方品种有许多的不利性状，如株高较高、茎秆软、易倒伏、生育期长、产量低等，由于地方品种有很多不良的遗传累赘，利用地方品种进行常规育种的利用，效率较低，周期较长，利用本技术方案可以增大染色体遗传重组，打破遗传累赘，扩大遗传变异，将地方品种重要目标性状进行快速育种利用；（3）人工合成小麦具有多穗、抗病、抗寒、抗旱、耐高温、抗穗发芽、产量潜力大、遗传变异丰富等优点，但植株高、株型散、易倒伏、颖壳硬、不易脱粒等等不良性状，利用本技术方案可以增大遗传重组率，打破不良性状遗传连锁，快速进行育种利用。本发明利用五倍体杂种自交获得具有重要目标性状及综合农艺性状优异的新材料，再与农艺性状优异的普通栽培小麦进行杂交，能获得含有目标性状且综合农艺性状俱佳的小麦新品种（系）。
实施例1：高产抗病小麦新品系PL鉴12431的选育过程及特征特性。
S1：利用具有高产性状的普通栽培小麦品种川麦104（AABBDD）为母本，抗病四倍体小麦CC20（AABB）为父本，进行杂交，获得五倍体小麦F1植株（AABBD）；
S2：五倍体小麦F1植株（AABBD）自交产生F2分离群体，获得群体家系；
S3：对群体家系进行优异目标性状和综合农艺性状进行鉴定，并通过细胞遗传学FISH技术对群体家系进行染色体结构鉴定，通过分子标记，结合传统育种技术在F2分离群体中筛选出具有优异目标性状且综合农艺性状优良的普通小麦优异株系（AABBDD）；
S4：利用普通小麦品种川麦104（AABBDD）与F2优异株系（AABBDD）进行回交获得新的F1植株（AABBDD）；
S5：新的F1植株（AABBDD）再进行连续自交，穿梭选育至F5，定向转育优异性状基因，育成高产抗病高代稳定品系PL鉴12431，实现小麦优异目标性状的定向育种；
S6：高产抗病高代稳定品系PL鉴12431的特征特性：春性，生育期180天，株高80厘米，亩穗数25.3万穗，比同一环境下川麦104增加1.1万穗/亩；千粒重52克，比同一环境下川麦104增加2克，总产量比同一环境下川麦104增产3.7%；染色体结构中导入了四倍体小麦片段，条锈病达高抗水平，比同一环境下川麦104（中抗）抗性增强。
实施例2：
S1：利用中抗-高抗赤霉病的地方品种苏麦3号（AABBDD）为母本，高抗条锈病四倍体小麦13山962-64（AABB）为父本，进行杂交，获得五倍体小麦F1植株（AABBD）；
S2：五倍体小麦F1植株（AABBD）自交产生F3分离群体，获得群体家系；
S3：对群体家系进行优异目标性状和综合农艺性状进行鉴定，并通过细胞遗传学FISH技术对群体家系进行染色体结构鉴定，通过分子标记，结合传统育种技术，在F3分离群体中筛选出具有优异目标性状且综合农艺性状优良的普通小麦F3优异株系（AABBDD）；
S4：利用高感赤霉病和条锈病的大穗大粒高代品系10D568（AABBDD）与F3优异株系（AABBDD）进行新一轮杂交获得新的F1株系（AABBDD）；
S5：新的F1株系（AABBDD）再进行连续自交，穿梭选育至F5代，定向转育抗赤霉病优异性状，育成抗赤霉病高代稳定品系PL鉴17，实现小麦优异目标性状的定向育种；
S6：抗病高代稳定品系PL鉴17的特征特性：春性，生育期179天，株高84厘米，亩穗数24.9万穗，比同一环境下10D568增加1.7万穗/亩，千粒重51.4克，总产量比同一环境下10D568增产3.1%；高抗条锈病、中抗-高抗赤霉病，达到双抗水平。产量和抗性均超越10D568。
实施例3：
S1：利用具有多穗性状的人工合成六倍体小麦SYN724（AABBDD）为母本，四倍体小麦13山962-64（AABB）为父本，进行杂交，获得五倍体小麦F1植株（AABBD）；
S2：五倍体小麦F1植株（AABBD）自交产生F3分离群体，获得群体家系；
S3：对群体家系进行优异目标性状和综合农艺性状进行鉴定，并通过细胞遗传学FISH技术对群体家系进行染色体结构鉴定，通过分子标记，结合传统育种技术，在F3分离群体中筛选出具有优异目标性状且综合农艺性状优良的普通六倍体小麦F3优异株系（AABBDD）；
S4：利用普通小麦品种川麦104（AABBDD）与F3优异株系（AABBDD）进行新一轮杂交获得新的F1株系（AABBDD）；
S5：新的F1株系（AABBDD）再进行连续自交，穿梭选育至F5，定向转育多穗优异性状，育成抗病高代稳定品系PL鉴13，实现小麦优异目标性状的定向育种；
S6：高产多穗高代稳定品系PL鉴13的特征特性：春性，生育期180天，株高89厘米，亩穗数26.7万穗，比同一环境下川麦104增加2.5万穗/亩；总产量比同一环境下川麦104增产4.2%；条锈病抗性达高抗水平，比川麦104（中抗）抗性增强。
本技术以普通栽培小麦/地方品种/人工合成小麦为母本，以四倍体为父本，可以将四倍体小麦优异基因转育至普通栽培小麦中，进行育种利用，拓宽小麦遗传基础；另外，地方品种或人工合成小麦，具有特殊优异性状，但综合农艺性状较差，比如株高较高，易倒伏，株型不紧凑等不良性状，通过与四倍体小麦杂交，可增大染色体遗传重组，打破遗传累赘，扩大遗传变异，容易改良不良性状，同时也可以将四倍体小麦基因聚合在普通栽培小麦中，增加外缘染色体基因的育种利用。本技术利用五倍体杂种进行小麦育种，可以突破地方品种、人工合成小麦等种质资源由于综合农艺性状不良而育种利用较困难的育种瓶颈，同时还可以将四倍体小麦优异基因进行育种利用，加大外源基因的利用率，拓宽现有小麦的遗传基础。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种通过五倍体杂种进行小麦育种的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：利用具有特殊性状的普通六倍体小麦川麦104或苏麦3号为母本，四倍体小麦为父本，进行杂交，获得五倍体小麦植株，以此增加染色体重组率；
S2：五倍体小麦植株连续自交产生分离群体，获得群体家系；
S3：对群体家系进行优异目标性状和综合农艺性状鉴定，筛选出具有优异目标性状且综合农艺性状优良的六倍体小麦优异株系；
S4：利用具有特殊性状的普通六倍体小麦与筛选出的具有优异目标性状且综合农艺性状优良的六倍体小麦株系进行新一轮杂交、自交、穿梭选育，定向转育特殊优异性状基因，育成高产、抗病的高代稳定品系，实现小麦优异目标性状的定向育种；其中，穿梭育种是通过低海拔和高海拔进行一年两季种植，加速育种材料的遗传稳定，快速实现新品种的育成和推广应用。
2.根据权利要求1所述的通过五倍体杂种进行小麦育种的方法，其特征在于：所述步骤S1中，母本的基因组为AABBDD，父本的基因组为AABB，两者进行杂交，获得的五倍体小麦植株的基因组为AABBD。
3.根据权利要求1所述的通过五倍体杂种进行小麦育种的方法，其特征在于：所述步骤S2中，连续自交的次数为2～5次，每一世代均可筛选优异株系进行育种利用。
4.根据权利要求1所述的通过五倍体杂种进行小麦育种的方法，其特征在于：所述步骤S3中，所述鉴定为通过细胞遗传学FISH技术对群体家系进行染色体结构鉴定，通过分子标记筛选，结合传统育种技术，进行目标性状鉴定。
5.根据权利要求1所述的通过五倍体杂种进行小麦育种的方法，其特征在于：所述步骤S3中，筛选出优异株系的基因组为AABBDD。
6.根据权利要求1所述的通过五倍体杂种进行小麦育种的方法，其特征在于：所述步骤S4中，育成具有高产、抗病目标性状的高代稳定品系的生育期为179～180天，株高为80～89厘米。
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