CN116210582A - 一种快速稳定棉花远缘杂交后代的育种方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种快速稳定棉花远缘杂交后代的育种方法。属于植物育种技术领域。本发明是以VSG(海岛棉半配合材料)做母本、一般陆地棉材料为父本杂交得到的F1代海陆杂交材料为基础，用0.03～0.05％的秋水仙碱水溶液对F1代幼铃进行处理，诱导F2代分离出兼有海岛棉和陆地棉优良基因的稳定的中间材料或新品种，从而创制出新的棉花种质资源。本发明的主要创新点就在于改变了以往秋水仙碱对棉花植株的处理部位和方法，以往的加倍对象均是利用棉花半配合材料作母本，再与海陆杂交低代材料杂交诱导出的单倍体，而本发明则不受单倍体的限制，直接对以棉花半配合材料作母本、一般陆地棉作父本杂交F1代棉株上的棉铃进行处理。
Description
技术领域
本发明涉及植物育种技术领域，更具体的说是涉及一种快速稳定棉花远缘杂交后代的育种方法。
背景技术
中国是世界上最大的产棉国和棉花消费国，年需求原棉约600万吨，与之相关的产业年出口创汇达3000亿美元以上。近十年来，随着我国经济的快速发展，劳动力成本不断上升，加上粮食生产机械化水平的快速提高，植棉比较效益越来越低，传统植棉区的棉花面积呈快速下滑之势，过去的棉田逐渐被玉米、花生等作物所取代。我国棉花产业进行了大范围的调整，缩减了长江、黄河流域棉区棉花面积，扩大了新疆内陆棉区棉花种植面积。经过十年的发展，新疆目前以其高度集约化经营的优势，承担了我国90％左右的棉花生产。但是，新疆生产上所用棉花品种的纤维长度绝大部分集中在28～29mm之间，同质化现象非常严重，缺少长度大于31mm以上的长绒陆地棉品种，国内市场每年的缺口达200万吨以上。当前，我国棉纺企业急需的优质长绒棉原料来源主要依靠澳大利亚及美国等国。因此，棉花生产存在着品种结构不合理的问题，需从育种研究方面进行突破。其中用海岛棉与陆棉进行远缘杂交育种将是解决棉花品质问题的必由之路。
远缘杂交育种是农作物育种的主要技术手段之一，在小麦、水稻、玉米、花生等主要农作物育种中都取得了明显的成效，育成的多个品种因含有某些突出优点而得到大面积推广，取得了巨大的经济效益。在自然界，棉属植物中陆地棉、海岛棉、中棉和草棉是四个亲缘关系较近的栽培种，其中草棉和中棉是异源2倍体，陆地棉和海岛棉是棉属中两个异源4倍体种，陆地棉因其生育期短、产量高、衣分率高、易管理等优点成为世界各地棉花生产的主栽品种，但其也存在着纤维中长、强力差、MC值高，仅能纺60支以下的低端纱线等缺点。与之相反，海岛棉因其“纤维长、强力高、抗病性好、MC值适中、适合纺60支以上的高端纱线”等优势成为优质专用棉栽培品种。但其与陆地棉品种相比，存在着“适生区域窄、产量低、铃小、衣分率低、不宜管理”等缺点。所以，生产上仅作为特种利用的搭配品种种植，仅占全部棉花面积的10％左右。多年来，各级育种机构都在进行海岛棉与陆地棉之间的杂交育种工作，试图通过远缘杂交把陆地棉和海岛棉的优点进行组合，选育出兼具陆地棉优良性状、海岛棉优质抗病特性的陆地棉新品种，但均未有成功的报道。原因是两者属于同属不同种的近缘植物，亲缘关系太远，两者杂交后，后代中出现了“疯狂分离，难以稳定”的难题，定向选择的结果往往回归到两个亲本自身，很少选育成功性状稳定的中间类型。
为此，育种家们又试图通过人工诱导出海陆杂交F1代单倍体植株，再对这些单倍体植株用0.03～0.05％的秋水仙碱水溶液处理，从而使染色体加倍获得纯合的海陆杂交杂合体“纯系”。处理方法有浸渍法、茎尖注射法、琼脂法、滴液法等。但是，这些方法在其它作物上取得了成功，而在棉花育种上却一直没有突破。主要问题有两个：一是自然界中棉花单倍体的出现仅存在于个别海岛棉品种中，且机率低至万分之一以下，F1代中带有海陆杂交目标性状的单倍体更是少之又少。二是单倍体一般是由花粉诱导培养而来，但在棉花上一直没有诱导成功，偶尔出现的单倍体植株也未见有加倍成功的案例。
20世纪60年代初，美国学者E.L.Turcottet和C.V.Feaster发现介于受精和无融合生殖之间的棉花半配合生殖现象，并把带有V7V7芽黄性状的双隐性基因转育到了比马棉(海岛型)之中，使之除了具有半配合特性外，还保留了海岛棉的抗病性和优质性特点。河南省南阳地区农科所于80年代初首次把带有V7V7芽黄基因的海岛棉半配合材(VSg:G.barbadense,2n＝52)引入中国，并对其生长特点和保存方法进行了初步研究分析。
棉花半配合材料VSG和陆地棉育种材料杂交，由于VSG具有半配合生殖特性，在杂种一代中会出现90％以上的正常海陆杂种与10％左右的单倍体(包括父本型、母本型、父母本嵌合型的单倍体三种类型)。而杂交F1代出现的父性单倍体是育种工作中最有用的，通过染色体加倍，可获得父本型纯合二倍体。但是，利用半配合材料产生的单倍体植株在自然界中加倍的机率很低，需要经过人工加倍才能得到更多的DH系，以满足育种需要。通常采用秋水仙碱人工加倍的方法，在育种实践中，染色体加倍可分为三种情况：(1)幼苗浸芽法：在23～26℃条件下，将单倍体幼苗顶尖浸入0.05％秋水仙碱溶液中6小时，处理后用温水将残余秋水仙碱溶液冲洗掉。(2)成株浸芽法：在28～30℃条件下，单倍体植株上幼嫩枝条上的生长点浸入0.03～0.05％秋水仙碱加5％二甲基亚酚溶液12～24h。(3)注射法：用微量注射器将2ml处理液注入侧芽基部。
山西省农科院作物遗传研究所郭宝德等研究人员以棉花半配合生殖材料VSG作母本、远缘杂交抗芽低代材料为父本进行杂交，选择F1中出现的父本型单倍体进行染色体加倍，选育出了抗芽的棉花新品种晋棉51号，苗蚜期、恢复期、伏蚜期蚜害指数分别比对照减少30.14％、67.84％、41.22％，抗级均达到Ⅰ级。冀丽霞等技术人员运用半配合育种方法快速稳定远缘杂交后代的方法，选育出了5个具有栽培种陆地棉早熟、大铃、丰产、又具有长绒优质纤维的综合性状优良的长绒棉远缘杂交新种质系，2.5％纤维跨长达到了35.3～37.7mm，马克隆值3.9～4.6，产量指标比海岛棉亲本有大幅度提高，有三个种系产量超过了陆地棉对照品种晋棉37号。这些成果的取得，均采用了幼苗浸芽和成株浸芽两种传统的秋水仙碱加倍单倍体的方法。
综上，如何提供一种快速稳定棉花远缘杂交后代的育种方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种快速稳定棉花远缘杂交后代的育种方法。本发明主要解决的技术问题是克服棉花远缘杂交后代“疯狂分离、难以稳定”的难题，通过本发明方法处理后，能够诱导海岛棉与陆地棉杂交后代尽快稳定，并从处理过的后代中系统选育出符合育种目标的海陆杂交中间材料。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种快速稳定棉花远缘杂交后代的育种方法，包括如下步骤：
(1)以海岛棉半配合材料VSG为母本，陆地棉材料为父本杂交得到F1代海陆杂交材料；
(2)用秋水仙碱对F1代海陆杂交材料的幼铃进行处理，得到F2代海陆杂交材料；
(3)对诱导成功的棉铃全部种植，进行2～3代连续选育至品系稳定即可。
所取得的有益效果：本发明是以VSG(海岛棉半配合材料)做母本、一般陆地棉材料为父本杂交得到的F1代海陆杂交材料为基础，用0.03～0.05％的秋水仙碱水溶液对F1代幼铃进行处理，诱导F2代分离出兼有海岛棉和陆地棉优良基因的稳定的中间材料或新品种，从而制出新的棉花种质资源。
进一步的，所述海岛棉半配合材料VSG为带有V7V7芽黄基因的海岛棉半配合材VSg:G.barbadense。
本发明所用的半配合材料(VSG)是南阳市农科院(原南阳地区农科所)80年代初从美国引进的带有芽黄标记基因的海岛型(G.barbadense,2n＝52)材料，经过多年驯化种植，适应性已大大提高。
进一步的，所述陆地棉材料为早熟陆地棉品种；
优选的，所述陆地棉材料为鲁棉研28、锦科178。
进一步的，所述步骤(2)中用秋水仙碱处理的具体操作为：F1代海陆杂交材料的植株结铃后，选择开花后10～15天龄的幼铃进行处理，用5ml医用注射器，从幼铃基部三分之一位置刺入棉铃中间，然后注入2ml质量浓度为0.03～0.05％的秋水仙碱水溶液。注射处理后如棉铃正常发育膨大为陆地棉铃状(与未处理棉铃的细、长形成明显对比)，说明诱导成功。
所取得的有益效果：现有技术中染色体加倍对象是单倍体的幼苗生长点或成株生长点，有如下缺陷：一是有时间限制，二是加倍对象是单倍体，加倍对象出现的几率很低。而本发明方法克服了上述缺陷。
待棉铃自然成熟吐絮后留种，下年全部种植，随后按照一般系统育种的方法进行2～3代的连续选择直至品系稳定而成新品系。这样，减少了诱导海陆杂交后代产生单倍体的“关键”步骤，直接对海陆杂交F1代棉铃进行诱导，使其后代材料尽快稳定，从而达到育种目标。
进一步的，所述步骤(3)的具体操作为：待有明显膨大特征的处理棉铃自然成熟吐絮后单独留种，下年全部育苗种植，每年在后代群体中选择收获陆地棉型早熟、抗病、结铃性强的单株，单收单晒后称出单铃重，并逐一进行室内考种，分梳纤维长度、轧出皮棉计算衣分率，选择铃重大于6.0g、衣分率大于42％、纤维长度大于30mm的单株留种；对符合条件的单株第二年每一个种植成株行进行观察，对外观表现一致的株行按行混收后再次进行室内考种，对符合育种目标的株行进行繁殖而成品系，进行品系鉴定和品种比较试验。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明取得的有益效果为：本发明的主要创新点就在于改变了以往秋水仙碱对棉花植株的处理部位和方法，以往的加倍对象均是半配合材料与陆地棉杂交F1代产生的单倍体，加倍对象出现的机率很低。而本发明不受F1代能否出现单倍体的限制，直接对F1棉株上的棉铃进行处理，并不是进行染色体加倍，用秋水仙碱的目的是诱导海陆杂交F1代基因重组和交换过程中能够尽快稳定。
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附图为本发明选育方法流程图。
具体实施方式
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。
本发明所需药剂为常规实验药剂，采购自市售渠道；未提及的实验方法为常规实验方法，在此不再一一赘述。
实施例1
本发明方法已经过实验验证，方法可行。
2012年项目组用鲁棉研28优选系、锦科178等材料作父本，分别与VSG材料杂交，2013年其F1代植株除叶色为深绿色外，其它外部长相全部表现为母本型，营养生长旺盛、植株高大、叶片大而叶裂深，花冠大、长、乳白色，铃长卵圆型、较瘦。对10～15天龄幼铃进行处理，每铃注射2ml浓度为0.05％的秋水仙碱水溶液，每个组合处理5～8铃。处理后，除部分处理棉铃干枯脱落外，大部分棉铃与未处理的铃一样外型没有变化，每个组合仅有1～2个棉铃明显充实膨大如陆地棉铃一样。待这些棉铃自然成熟吐絮后，单独保留种子。2013年把每个铃的种子种植成行，全部表现为陆地棉长势长相，但个体之间有差异，2014～2016年继续对后代材料进行单株选择，2017年选出了稳定的品系宛116、2020年选出了稳定品系宛076，经2018～2022年品种试验鉴定，具有高产稳产、高衣分率、结铃吐絮集中、品质优质的特点。其中宛116皮棉经农业部棉花品质监督检验测试中心检测，上半部平均纤维长度30.3～31.6mm，比鲁棉研28增加2～3mm，马克隆值4.6左右，降低0.4左右。
相比较而言，前人的研究与本发明均用到了棉花半配合材料和秋水仙碱，但本发明的不同点也十分明显：一是处理对象不同，前人的研究均是利用半配合材料做母本，用海陆杂交低代材料做父本再进行杂交，诱导出目标单倍体，然后用0.03～0.05％的秋水仙碱处理目标单倍的幼苗或成株生长点，得到加倍的海陆杂交稳定“纯合系”而达到育种目标。二是处理植株体的部位不同，本发明也是以半配合材料做母本、用海陆杂交低代材料做父本再进行杂交后，但不是先诱导出单倍体再对单倍体加倍，而是直接用相同剂量的秋水仙碱处理F1代棉株上的幼龄，诱导海陆杂交F2及其后产生稳定的、含有陆棉、海岛棉重组基因的陆地表现型海陆杂交材料，从而达到育种目标。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (5)
1.一种快速稳定棉花远缘杂交后代的育种方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)以海岛棉半配合材料VSG为母本，陆地棉材料为父本杂交得到F1代海陆杂交材料；
(2)用秋水仙碱对F1代海陆杂交材料的幼铃进行处理，得到F2代海陆杂交材料；
(3)对诱导成功的棉铃全部种植，进行2～3代连续选育至品系稳定即可。
2.如权利要求1所述的一种快速稳定棉花远缘杂交后代的育种方法，其特征在于，所述海岛棉半配合材料VSG为带有V7V7芽黄基因的海岛棉半配合材VSg:G.barbadense。
3.如权利要求1所述的一种快速稳定棉花远缘杂交后代的育种方法，其特征在于，所述陆地棉材料为早熟陆地棉品种；
优选的，所述陆地棉材料为鲁棉研28、锦科178。
4.如权利要求1所述的一种快速稳定棉花远缘杂交后代的育种方法，其特征在于，所述步骤(2)中用秋水仙碱处理的具体操作为：F1代海陆杂交材料的植株开花结铃后，选择开花后10～15天龄的幼铃进行处理，用5ml医用注射器，从幼铃基部三分之一位置刺入棉铃中间，然后注入2ml质量浓度为0.03～0.05％的秋水仙碱水溶液。
5.如权利要求1所述的一种快速稳定棉花远缘杂交后代的育种方法，其特征在于，所述步骤(3)的具体操作为：待有明显膨大特征的处理棉铃自然成熟吐絮后单独留种，下年全部育苗种植，从后代群体中选择收获早熟、抗病、结铃性强的陆地棉型单株，单收单晒后称出单铃重，并逐一进行室内考种，分梳纤维长度、轧出皮棉计算衣分率，选择铃重大于6.0g、衣分率大于42％、纤维长度大于30mm的单株留种；对符合条件的单株第二年每一个种植成株行进行观察，对外观表现一致的株行按行混收后再次进行室内考种，对符合育种目标的株行进行繁殖而成品系，进行品系鉴定和品种比较试验。
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Non-Patent Citations (2)
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| 牛永章, 张原根, 郭宝德, 黄穗兰, 白素芬: "稳定棉花种间杂交优质纤维的研究", 云南大学学报(自然科学版), vol. 21, no. 3, pages 89 * |
| 郭宝德, 牛永章, 黄穗兰, 冀丽霞, 杨芬: "半配合材料VSG快速稳定棉花远缘杂种后代的研究", 华北农学报, vol. 18, no. 03, pages 62 - 64 * |
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