CN1167327C - 一年多代的植物快速育种技术 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种一年多代的植物快速育种技术，其技术要点一是将离体诱发幼胚直接成苗与缩短发育进程结合，省去种子后期发育所耗的时间并躲避相应过程中的抑制物积累，增强接受处理的敏感性；二是幼苗移栽前KT处理，移栽后用硝态氮作为唯一氮源，并给予可忍受的高温干旱和光照处理，控制植物营养体生长、加速发育进程；三是利用分子标记在幼苗期进行筛选，使快速发育技术与分子标记选择相得益彰。本发明已使冬小麦一年完成五个选种周期，并育成两个新品种。本发明可用于种子植物的快速育种及快速遗传改良，是转基因技术的新开拓。
Description
技术领域
本发明属于植物育种与遗传改良技术。
背景技术
现有育种技术包括有常规育种和高新技术育种。
常规育种(1)选择育种 一般分为系统法和混选法，是所有育种技术的基础。传统的选择育种是以选择自然变异为基础发展起来的，该方法简单易行，但由于自然变异频率低、幅度小，难以育出突破性品种。(2)杂交育种 一般是品种间杂交，超过此范围的杂交为远缘杂交，目前推广的绝大多数种子植物的品种都由此法育成，是“常规育种”的主要内容。但此技术存在三个突出问题，即育种材料的遗传基础狭窄、选种周期长、选择效率低，已成为作物育种技术工作近十年来徘徊不前的重要原因。(3)回交育种 是杂交育种技术的特殊应用，一般是以综合性状优良但却有个别缺点的品种为轮回亲本与具有相应优良性状的材料杂交，通过多轮回交，将非轮回亲本中的优良性状转育到轮回亲本中去，实现遗传改良。此技术定向性强、但仍存在常规育种周期长、选择效率低的缺点。
高新技术育种(1)诱变育种 具体分为物理诱变育种(主要是辐射育种)和化学诱变育种。此法的作用主要是诱发选择对象产生大量的变异，通过选择获得所需的新变异，但多年的实践表明，变异不能定向，获得的有益变异很少。(2)花培育种通过花药(粉)培养获得单倍体，经加倍形成纯合的双倍体，是想以此较早获得纯合个体加速选种进程。但实际情况表明，受基因型和植株再生频率的限制，可花培成功具再生频率较高的材料比较有限，难以广泛应用。(3)细胞无性系变异是利用组织或细胞培养的有利条件，获得某种特定或非特定的遗传变异，进而再生成植株、育成品种。但实际结果表明，此法可重复性很差，很难实现预期目标。(4)植物基因工程是目前最热门的技术，即根据人们的意愿将分离到的有益基因，通过基因枪或农杆菌介导等手段导入到待改造的品种中去。其优点，一是基因源广，动物、植物、微生物的基因都可以用，二是定向性强。但也存在问题，一是目前可利用的基因仍然十分有限，二是被导入的基因不能按人们的意愿定位整合，三是大多数农艺性状都是由多基因控制的，目前还不能导入具有复杂关系的多种基因。
(5)分子标记育种 是最近几年才形成的选种技术，可大大提高目标基因选择的准确性，但若不与本发明结合，其效用将难以或不能充分发挥。
杂(回)交、选择是常规育种技术核心，也是高新技术育种无法脱离的基础。植物育种与遗传改良中的高新技术都是针对解决常规技术中的某些问题而产生或发展起来的，植物常规育种中的主要问题是：(1)选种周期太长，至少需7-8年，若远缘杂交则需时间更长，加速育种进程是全世界育种家的渴望；(2)难以利用野生资源，遗传基础狭窄，充分利用野生近缘植物资源中的有益基因是培育突破性品种的重要途径。现有育种技术(包括花药培养和基因工程)，尚不能较理想地解决这些问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够高效利用野生近缘植物资源、大幅度地缩短植物育种工作时间、缩小所占空间、同时也为分子标记育种技术的实用化和充分利用创造了重要的提前的一年多代的植物快速育种技术。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案：
本发明的技术流程如下：
a、选择适龄幼胚进行离体萌发：
所有幼胚均在无菌条件下在培养基上进行离体萌发；培养温度在23-28℃，每天光照8-14小时；所用培养基见附表1，培养棉花时去掉激素；
b、用分子标记在苗期进行选择：
对于回交育种，选用分子标记，对于杂交育种，用QTL或AFLP标记；
c、运用理化手段，调控植株发育，加速个体发育进程，即进行理化调控处理；
d、进一步杂交、回交或自交：
即进入下一轮，在杂交或回交的同时，根据工作进程，适时自交，以便获得所要的纯合个体。
所述的理化调控处理按以下步骤实施或只选择以下步骤中的第1、3、5、6步：
(1)对萌发苗进行处理 对小麦，离体培养3天后，置于4-8℃条件下绿体春化20-25天；其它作物萌发后在原培养条件下继续培养20-25天，但光照时间减至每天8-10小时；
(2)利用KT溶液浸根 对小麦、水稻、玉米禾本科植物，移栽前用KT溶液浸根8小时；
(3)利用硝态氮作为幼苗生长的唯一氮源 移栽土为草炭土或蛭石，或前二者与壤土的混合；移栽后浇施硝态氮为唯一氮源的营养液(详见附表2)，生长于温室；
(4)利用光周期、光质处理植物视具体作物调整光照周期和光源的光质。对于小麦，每日光照14-18小时；对于玉米、水稻、大豆、棉花，每日光照8-10小时。进入健壮生长后增补蓝光和红光；
(5)利用高温、干旱处理植株对于小麦，25-32℃；对于玉米、水稻、大豆、棉花，28-38℃；
(6)利用化学药物处理植株喷施、浇施或注射能加速植物发育的有机、无机调控液(详见附表3、附表4)。
所述适龄幼胚选择8-14日日龄幼胚。
其技术要点一是将离体诱发杂(回)交幼胚直接成苗与缩短发育进程结合，省去种子后期发育所耗的时间并躲避相应过程中的抑制物积累，增强接受处理的敏感性；二是幼苗移栽前KT处理，移栽后用硝态氮作为唯一氮源，并给予可忍受的高温干旱和光照处理，控制植物营养体生长、加速发育进程；三是针对目标要强，用分子标记在幼苗期进行筛选。
本发明的原理如下：
在不影响被操作植物正常遗传特性的前提下，减少发育耗时[1]，简化发育过程[2]，加快发育速度[3]，借助分子标记鉴别[4]，使目标性状的分离、重组、纯合等在尽可能短的时间内完成。
[1]一般来讲授粉10日左右的幼胚就具有直接成苗的能力，此后种子进一步发育所耗的时间可以省去。这是寻求加速植物育种进程的重要时间潜力。
[2]植物出于自身保护或环境适应所形成的一系列“先休眠或抑制然后再慢慢解除这些休眠或抑制”的机制，不仅使其发育过程变得复杂，也无谓地拖长了阶段发育的时间。我们的研究表明，休眠和发育抑制主要是由种子发育后期所积累的一系列相应抑制物所致，尽量早地取出幼胚进行离体萌发可躲避这些物质的积累，同时提高其接受处理的敏感性。如正常的冬小麦9306种子须经30日春化处理才能抽穗，而其15日的幼胚萌发苗不经春化也能抽穗，若春化处理则有加速的作用。
[3]目前大多数的理化调控技术都是围绕促进营养生长、提高产量、改进品质或保鲜等来进行的，尚无系统的有意识加速植物发育的研究，我们在此方面已做了一些有益的探索。
[4]依赖于性状甄别的选择技术不仅很受制约而且耗时，常常延误及时对其进一步重组或改良的时机。在我们看来分子标记鉴别不仅仅提高选择的准确性而且还可提早到很小的苗期，使大量的选种工作可改在室内进行，并不失时机地开展进一步的杂交、回交。
本发明的有益效果如下：本发明大幅度地缩短了植物育种工作的时间、缩小了所占空间，同时也为分子标记育种技术的真正实用和充分利用创造了重要的前提。以此为基础，已建立冬小麦一年五代的快速育种技术并在不到两年的时间内育成两个小麦品种，已初步证明玉米、大豆也可一年完成五代，水稻、棉花可一年完成四代。我们进一步的研究表明，以上五大作物有一年完成六代的可能，即一年或多一点的时间就能育成一个新品种。育种实践中常有这种情况，当有某一重要抗病基因并用规的手段对其加以利用时，由于生理小种的变化，往往是将其转移到栽培品种之日，也已是失去抗病作用之时。本发明由于转育速度快，可以在这类基因失去作用之前将其充分加以利用。另外本发明也为转基因品种中目标基因的广泛转移利用提供了快速而廉价的途径，是转基因技术的进一步丰富和发展。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的技术流程图。
图2为快速回交育种流程图。
图3为快速杂交育种流程图。
具体实施方式
实施例1：分子标记辅助的小麦快速回交育种
通过杂交和回交转育，已将存在于92R139中的广谱抗白粉病基因Pm21导入到目前在河北省有巨大推广前景的冬小麦品种4185、7012和9306中。以4185、7012为轮回亲本已获得BC6后的纯合后代。以9306为轮回亲本已达BC5。三个品种目前的最短发育周期分别如下：
5d 25d 29d 2d
9306(强冬性)8d幼胚——春化——移栽——抽穗——授粉
(整个发育周期为69d)
3d 20d 32d 2d
4185(冬性)12d幼胚——春化——移栽——抽穗——授粉
(整个发育周期为69d)
3d 20d 29d 2d
7012(弱冬性) 12d幼胚——春化——移栽——抽穗——授粉
(整个发育周期为66d)
幼胚发苗的条件为23-27℃、每日光照10-14小时，春化温度为4-8℃、12h光照，幼胚及幼苗成长的培养基详见附表1，移栽后的生长条件为20-32℃、光照时间14-18h，所浇营养液详见附表2。
实施例2：水稻快速育种
25d 45d 7d
水稻12d幼胚萌发——移栽——抽穗——授粉
(整个发育周期为89d)
移栽前每天8小时短日处理20天，生长温度为20-38℃。
实施例3：春玉米快速育种
25d 45d 1d
春玉米10d幼胚萌发——移栽——吐丝——授粉
(整个发育周期为81d)
移栽前每天8小时短日处理20天，生长温度为20-38℃。
实施例4：夏玉米快速育种
20d 35d 1d
夏玉米10d幼胚萌发——移栽——吐丝——授粉
(整个发育周期为66d)
移栽前每天8小时短日处理20天，生长温度为20-38℃。
实施例5：春大豆快速育种
25d 30d 1d
春大豆14d幼胚萌发——移栽——去雄——授粉
(整个发育周期为70d)
移栽前每天10小时短日处理20天，生长温度为20-35℃。
实施例6：夏大豆快速育种
25d 20d 1d
夏大豆14d幼胚萌发——移栽——去雄——授粉
(整个发育周期为60d)
移栽前每天10小时短日处理20天，生长温度为20～35℃。
实施例7：棉花快速育种
15d 30d 27d
棉花10d幼胚——移栽——现蕾——开花授粉
(整个发育周期为82d)
移栽前每天10小时短日处理15天，移栽后再每天10小时短日处理7天，生长温度为20-35℃。
附表1 幼胚培养的培养基
| 成分 | 含量(mg/L) | 成分 | 含量(mg/L) | ||
| 大量元素 | KNO3 | 2300 | 有机 | 甘氨酸 | 1 |
| NH4NO3 | 560 | VB1 | 0.2 | ||
| KCl | 40 | VB6 | 0.25 | ||
| MgSO4·7H2O | 250 | 烟酸 | 0.25 | ||
| Ca(NO3)2·2H2O | 170 | 铁盐 | FeSO4·7H2O | 13.93 | |
| KH2PO4 | 200 | Na2-EDTA | 18.625 | ||
| 微量元素 | MnSO4·4H2O | 11.2 | 激素 | NAA | 0.5 |
| ZnSO4·7H2O | 4.3 | 6-BA | 0.1 | ||
| H3BO3 | 3.1 | 其它 | 活性炭 | 1500 | |
| KI | 0.342 | 蔗糖 | 30000 | ||
| Na2MoO4·2H2O | 0.125 | 琼脂 | 6000 | ||
| CuSO4·5H2O | 0.0125 | pH | 5.8 | ||
| CoCL2·6H2O | 0.0125 | ||||
附表2.KF营养液配方(g/L)：
Ca(NO3)2·4H2O 1.2
KNO3 1.0
KH2PO4 0.15
MgSO4·7H2O 0.45
FeSO4·7H2O 0.007
Na2-EDTA 0.0093
附表3a.有机调控液配方I(g/L)：
乙烯利 1.0
附表3b.有机调控液配II(mg/L)：
KT 50
附表4.无机调控液配方(g/L)：
CaCl2·2H2O 1.0
KNO3 0.5
KH2PO4 1.0
MgSO4·7H2O 0.5
Claims (1)
1、一年多代的禾谷类植物快速育种技术，其特征在于其技术流程如下：
a、选择适龄幼胚进行离体萌发：
适龄幼胚选择8-14日龄幼胚；所有幼胚均在无菌条件下在培养基上进行离体萌发；培养温度在23-28℃，每天光照8-14小时；
b、利用分子标记在苗期进行选择：
对于回交育种，选用分子标记，对于杂交育种，用QTL或AFLP标记；
c、运用理化手段，调控植株发育，加速个体发育进程，进行理化调控处理，所述的理化调控处理按以下步骤实施或只选择以下步骤中的第1、3、5、6步：
(1)对萌发苗进行处理对于小麦，离体培养3天后，置于4-8℃条件下绿体春化20-25天；其它作物萌发后在原培养条件下继续培养20-25天，但光照时间减至每天8-10小时；
(2)利用KT溶液浸根对于小麦、水稻、玉米禾本科植物，移栽前用KT溶液浸根8小时；
(3)利用硝态氮作为幼苗生长的唯一氮源移栽土为草炭土或蛭石，或前二者与壤土的混合；移栽后浇施硝态氮为唯一氮源的营养液，生长于温室；
(4)利用光周期、光质处理植物视具体作物调整光照周期和光源的光质，对于小麦，每日光照14-18小时；对于玉米、水稻，每日光照8-10小时，进入健壮生长后增补蓝光和红光；
(5)利用高温、干旱处理植株对于小麦，25-32℃；对于玉米、水稻，28-38℃；
(6)利用化学药物处理植株喷施、浇施或注射能加速植物发育的有机、无机调控液；
d、进一步杂交、回交或自交：
进入下一轮，在杂交或回交的同时，根据工作进程，适时自交，以便获得所要的纯合个体。
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| CNB991004892A CN1167327C (zh) | 1999-02-01 | 1999-02-01 | 一年多代的植物快速育种技术 |
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