專利名稱:利用波浪式冠層結(jié)構(gòu)生產(chǎn)大豆的方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及利用波浪式冠層結(jié)構(gòu)生產(chǎn)大豆的方法。具體地說(shuō),本發(fā)明涉及利用體細(xì)胞胚誘變創(chuàng)造大豆近等位基因系和波浪式冠層結(jié)構(gòu)生產(chǎn)大豆的方法。
我國(guó)是大豆的發(fā)源地。然而,近年來(lái)我國(guó)大豆生產(chǎn)連續(xù)下滑。1994-1996年全國(guó)大豆總產(chǎn)量從1600萬(wàn)噸下降至1350萬(wàn)噸。同時(shí),隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活水平的提高,國(guó)內(nèi)大豆需求不斷增加,大豆供需矛盾日趨嚴(yán)重。影響我國(guó)大豆生產(chǎn)的主要因素是單產(chǎn)水平低。
大豆是典型的C3植物,光能利用率較低。只有提高大豆的群體光能利用率才能進(jìn)一步提高大豆的單產(chǎn)水平。
為了提高大豆的群體光能利用率和產(chǎn)量,王彥豐(王彥豐,大豆波狀冠層栽培法,農(nóng)業(yè)科技通訊,1981(4)15)首先提出了大豆波狀冠層(又稱波浪冠層)栽培法。大豆冠層,是指單位土地面積上,大豆生育期間群體直接接受太陽(yáng)光照射面積的總體。波狀冠層,是指株冠起伏好似波浪一樣。大豆波浪冠層栽培法是人為造成波浪冠層,以擴(kuò)大群體葉片截光面積,提高光能利用率,為大豆生育后期制造良好的通風(fēng)透光條件,減少底葉黃枯,提高大豆產(chǎn)量。
常耀中等(常耀中等,大豆波浪冠層栽培法研究,大豆科學(xué),1986,Vol5(4)341-347)對(duì)大豆波浪冠層栽培法做了進(jìn)一步的研究,提出了實(shí)現(xiàn)大豆波浪冠層的三種方法(1)高矮不同的大豆品種實(shí)行隔行間作;(2)同一品種不同密度和施肥量隔行間作,使行與行之間株高不同形成波浪冠層;(3)用TIBA(三碘苯甲酸)等植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑隔行處理,使處理行的株高降低,形成波浪冠層。試驗(yàn)表明,通過(guò)上述三種方法形成的波浪冠層,波峰與波谷相差10-15cm為宜,可使產(chǎn)量提高6%-15.1%。
雖然波浪冠層栽培法可以提高大豆產(chǎn)量,但是上述三種途徑都有其缺點(diǎn)。高矮不同品種實(shí)行隔行間種可較容易形成波浪冠層。但是,選擇合適的組合十分困難,至今尚無(wú)大幅度增產(chǎn)的報(bào)導(dǎo)。并且,不同品種間在生育期,籽粒的顏色,大小等方面差異較大,不能同期混合收獲,在大面積機(jī)械化收割的大豆主產(chǎn)區(qū)推廣此項(xiàng)技術(shù)難度較大。同品種不同密度和施肥量隔行間作田間管理工作量較大。并且,除密度和施肥量以外,大豆的株高還受氣候因素的影響,不易控制。用TIBA等植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑控制株高也存在一定困難。首先,大豆對(duì)TIBA等比較敏感,使用濃度不好控制,要求熟練的技術(shù)人員操作。其次,化學(xué)控制有時(shí)使株高相差較大,增產(chǎn)不顯著甚至減產(chǎn)。
利用僅有株高相差10-15cm的大豆近等位基因系間作可以克服目前創(chuàng)造大豆波浪冠層所存在的困難。
用常規(guī)育種方法創(chuàng)造大豆近等位基因系是通過(guò)兩個(gè)性狀不同的品種雜交,然后用其中一個(gè)親本連續(xù)回交。經(jīng)回交5-6代后選出只有一對(duì)性狀存在差異,其它性狀大致相同的株系。這種方法不僅需要較長(zhǎng)的時(shí)間,而且田間雜交和選擇的工作量非常大,效率較低。
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺點(diǎn),提供一種利用體細(xì)胞胚誘變創(chuàng)造大豆近等位基因系和波浪式冠層結(jié)構(gòu)生產(chǎn)大豆的方法。通過(guò)大豆體細(xì)胞誘變和細(xì)胞工程相結(jié)合,經(jīng)兩三代即可選出僅有株高相差10-15cm的近等位基因系。從而大大提高了創(chuàng)造大豆波浪冠層的效率。
本發(fā)明提供了一種利用波浪式冠層結(jié)構(gòu)生產(chǎn)大豆的方法,包括以下步驟(1)、將選擇的大豆品種用誘變方法處理大豆成熟種子或幼胚;(2)、取經(jīng)誘變處理的大豆種子種植后的當(dāng)代植株幼胚或直接經(jīng)誘變處理的幼胚做外植體,在適當(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)基上誘導(dǎo)體細(xì)胞胚胎發(fā)生。胚狀體萌發(fā)形成再生植株;(3)、把胚狀體再生植株栽到花盆或田間,從其后代選出株高相差10-15cm的近等位基因系;(4)、把兩個(gè)株高相差10-15cm的近等基因系按0.5-2∶1比例種植;使植株在自然條件下生長(zhǎng),成熟。
上述方法中所述誘變方法可以是用化學(xué)誘變劑處理,如用甲基磺酸乙酯、乙酰亞胺等進(jìn)行處理,或用電離輻射,如X射線,γ射線,快中子等進(jìn)行處理。所用劑量使大豆成熟種子或幼胚發(fā)生突變即可,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可容易地確定這一劑量。
上述方法中所述的培養(yǎng)基可以是任何一種可誘導(dǎo)大豆幼胚形成胚狀體的培養(yǎng)基,如MS培養(yǎng)基等。
上述方法中近等位基因系的種植比例最好是1∶1。
上述方法中所用的大豆品種最好是在生產(chǎn)上大面積推廣的大豆優(yōu)良品種或優(yōu)于現(xiàn)有品種的高產(chǎn),優(yōu)質(zhì),抗病的大豆新品系。
上述方法中對(duì)用作外植體的幼胚的直徑?jīng)]有特別限制,但最好為3-5mm。本方法具有以下突出優(yōu)點(diǎn)1、由于近等位基因系除株高外,其它性狀無(wú)明顯差異,可以同期播種,同期混收,適宜于大面積機(jī)械化生產(chǎn)。2、播種后不需要特殊的田間管理(如不同密度,施肥量和化學(xué)控制等),方法簡(jiǎn)單,節(jié)省勞力,易于推廣。3、增產(chǎn)幅度較大。處理比對(duì)照增產(chǎn)16.6%,而其它方法的增產(chǎn)幅度僅為6-15.1%。
實(shí)施例(一)試驗(yàn)材料早熟18、中黃4號(hào)和8502三個(gè)大豆品種(系)。(二)方法與結(jié)果1、體細(xì)胞胚誘變(1)取幼胚直徑3-5mm的豆莢;(2)用自來(lái)水沖20分鐘;(3)用0.3-3%的EMS處理0.5-2小時(shí),再用自來(lái)水沖洗1小時(shí)左右;(4)用70%乙醇消毒30秒,再用0.1%HgCl2消毒5-10分鐘。(5)用無(wú)菌水沖洗三次。(6)取出幼胚子葉,接種在胚狀體誘導(dǎo)培養(yǎng)基上。
基本培養(yǎng)基為MB培養(yǎng)基(MS培養(yǎng)基無(wú)機(jī)鹽,B5培養(yǎng)基的有機(jī)成分)。附加水解酪蛋白500mg/L,2,4-D 20-40mg/L或NAA 5-10mg/L,蔗糖15g/L,瓊脂8g/L,pH5.8。
MB培養(yǎng)基的基本成分(mg/L)大量元素NH4NO31650,KNO31900,CaCl2·2H2O440,MgSO4·7H2O370,KH2PO4170;微量元素KI0.83,H3BO36.2,MnSO4·2H2O22.3,CuSO4·5H2O0.025,CoCl2·6H2O0.025,Na2EDTA37.3,F(xiàn)eSO4·7H2O27.8;有機(jī)附加物肌醇100,煙酸1.0,鹽酸吡哆醇1.0,鹽酸硫胺素10.0。蔗糖30g/L,瓊脂8g/L,pH5.8。
在室溫下培養(yǎng),每天光照23小時(shí),光照度1200-2000Lux。
(7)在誘導(dǎo)培養(yǎng)基培養(yǎng)約1個(gè)月,外植體表面形成胚狀體,同時(shí)形成愈傷組織。把胚狀體轉(zhuǎn)到成熟培養(yǎng)基再繼續(xù)培養(yǎng)1個(gè)月。成熟培養(yǎng)基為不加激素的MB培養(yǎng)基,蔗糖濃度提高到10%。
(8)把發(fā)育成熟的胚狀體轉(zhuǎn)到胚狀體萌發(fā)培養(yǎng)基,胚狀體萌發(fā)形成再生植株。萌發(fā)培養(yǎng)基成分為MS培養(yǎng)基附加IBA0.1mg/L,GA30.1/L。
(9)打開瓶口,在室內(nèi)自然光照下練苗5天后,把試管苗栽入消毒的營(yíng)養(yǎng)土內(nèi)。用玻璃燒杯罩住小苗,保濕7天,試管苗移栽成活率可達(dá)90%以上。
2、株高近等位基因系的選擇1994年把誘變胚狀體再生植株的種子全部種植在中科院遺傳所試驗(yàn)場(chǎng)。至1996年從早熟18誘變后代中選出10個(gè)穩(wěn)定的株系,株高從69.1到93.1cm。誘變親本早熟18的株高為76.3cm。從8502誘變后代中選出16個(gè)穩(wěn)定的株系,株高從70.2至85.6cm,而8502的平均株高為126.1cm。從早熟18和8502胚狀體誘變系均可選出多組株高相差10-15cm左右的組合。中黃4號(hào)的誘變后代株高均高于誘變親本,并且抗倒性較差,未入選。3、波浪冠層栽培試驗(yàn)以早熟18和其胚狀體誘變系9301-4為材料進(jìn)行波浪冠層栽培試驗(yàn)。早熟18平均株高76.3cm,并且耐陰性較好,9301-4株型和籽粒與早熟18均無(wú)明顯差異,平均株高93.1cm,二者株高相差16.8cm。每個(gè)材料種2行,行長(zhǎng)9m,按1∶1的比例相間種植,5次重復(fù)。采用相同的密度,行距60cm,株距11cm,折合每畝1萬(wàn)株。5月20日播種,10月1日收獲。高矮對(duì)照均為5行,取中間3行考種計(jì)產(chǎn)量,三次重復(fù)。表1株高近等位基因系波狀冠層栽培的產(chǎn)量結(jié)構(gòu)與產(chǎn)量
在波狀冠層栽培中,高桿材料9301-4株高92cm,平均單株粒數(shù)為109.6個(gè),百粒重21.5g,折合畝產(chǎn)235.6kg。矮桿品種早熟18株高為77.1cm,單株粒數(shù)為83.6個(gè),百粒重為19.8g,折畝產(chǎn)165.5kg。高矮平均畝產(chǎn)為200.6kg。在對(duì)照中9301-4平均株高為93.1cm,單株粒數(shù)87.1個(gè),百粒重20.3g,折畝產(chǎn)176.8kg。早熟18株高76.3cm,單株粒數(shù)為84.6個(gè),百粒重20.0g,折合畝產(chǎn)169.3kg。高矮對(duì)照平均畝產(chǎn)為172.1kg。處理比對(duì)照增產(chǎn)16.6%。
權(quán)利要求
1.一種利用波浪式冠層結(jié)構(gòu)生產(chǎn)大豆的方法,包括以下步驟(1)將選擇的大豆品種用誘變方法處理大豆成熟種子或幼胚;(2)取經(jīng)誘變處理的大豆種子種植后的當(dāng)代植株幼胚或直接經(jīng)誘變處理的幼胚做外植體,在適當(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)基上誘導(dǎo)體細(xì)胞胚胎發(fā)生,胚狀體萌發(fā)形成再生植株;(3)把胚狀體再生植株栽到花盆或田間,從其后代選出株高相差10-15cm的近等位基因系;(4)把兩個(gè)株高相差10-15cm的近等基因系按0.5-2∶1比例種植;使植株在自然條件下生長(zhǎng),成熟。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,所述誘變方法是用化學(xué)誘變劑,如甲基磺酸乙酯或乙酰亞胺進(jìn)行處理的,或是用電離輻射,如X射線,γ射線快中子進(jìn)行處理的。
3.按照權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,所述的近等位基因系的種植比例是1∶1。
4.按照權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,所用的大豆品種是在生產(chǎn)上大面積推廣的大豆優(yōu)良品種或優(yōu)于現(xiàn)有品種的高產(chǎn),優(yōu)質(zhì),抗病的大豆新品系。
5.按照權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,用作外植體的幼胚的直徑為3-5mm。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種利用波浪式冠層結(jié)構(gòu)生產(chǎn)大豆的方法。為克服現(xiàn)有技術(shù)中進(jìn)行波浪式冠層結(jié)構(gòu)方法生產(chǎn)中不同品種不能同期播種,同期混收增產(chǎn)效果不顯著等缺點(diǎn),本發(fā)明采用誘變方法使所選擇的大豆品種產(chǎn)生突變,選出株高相差10—15厘米的近等位基因系進(jìn)行生產(chǎn)。本方法不僅適用于大面積機(jī)械化收割,而且增產(chǎn)顯著。
文檔編號(hào)A01H1/06GK1244340SQ9811716
公開日2000年2月16日 申請(qǐng)日期1998年8月12日 優(yōu)先權(quán)日1998年8月12日
發(fā)明者朱有光, 柏惠俠, 李諾, 張艷, 張性坦, 林建興 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院遺傳研究所