專利名稱：一種培育核質(zhì)雜種小麥的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種培育核質(zhì)雜種小麥的方法。
核質(zhì)雜種育種法是一種新興育種技術(shù)，它的創(chuàng)新性和特點(diǎn)在于從單純注意核基因發(fā)展到同時(shí)重視細(xì)胞質(zhì)、核質(zhì)互作效應(yīng)。小麥核質(zhì)雜種育種法可以集中純系育種法和細(xì)胞質(zhì)雄性不育雜種優(yōu)勢育種法兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，具有很大的增產(chǎn)潛力，可望使小麥品種改良取得突破性進(jìn)展。
培育小麥核質(zhì)雜種就需要將小麥的細(xì)胞核置換或移植到另一個(gè)物種的細(xì)胞質(zhì)里，育成具有異源細(xì)胞質(zhì)的小麥。對于高等植物來說，雖然有人嘗試采用細(xì)胞核或細(xì)胞器移植、誘導(dǎo)雄核單獨(dú)發(fā)育、染色體消失法等技術(shù)進(jìn)行核質(zhì)置換，但至今這些方法仍不能實(shí)際應(yīng)用。目前培育小麥核質(zhì)雜種的有效方法是核置換回交法即以細(xì)胞質(zhì)供體種(野生近緣種)作原始母本，核供體種小麥為父本進(jìn)行雜交得到遠(yuǎn)緣雜種。再用這種遠(yuǎn)緣雜種作母本，核親本小麥品種為父本連續(xù)進(jìn)行6次以上的回交，從而獲得小麥核和異源細(xì)胞質(zhì)組合的核質(zhì)雜種。從遠(yuǎn)緣雜交開始到核置換完成一般需要8-10年，程序繁雜，周期很長(Kihara H.1982.Wheat StudiesRetrospect and prospect，Kodensha，Ltd.，ToKyo.131-162)。這種情況阻礙了核質(zhì)雜種育種技術(shù)研究的進(jìn)展。與一般遠(yuǎn)緣雜交不同，為了獲得野生種細(xì)胞質(zhì)的核質(zhì)雜種必須以野生種作母本，需要利用尚未被研究過的野生種與小麥雜交開拓新質(zhì)源，這就增加了工作的難度。以培育核質(zhì)雜種為目的，而克服遠(yuǎn)緣雜交不親和性已有不少報(bào)道。以本項(xiàng)技術(shù)方案中包含的節(jié)節(jié)麥(Aegilops squarrosa)作母本與普通小麥雜交為例，日本學(xué)者木原均(1973，1977)采用的方法是先將二倍體的節(jié)節(jié)麥染色體加倍成同源四倍體，以其為母本與二粒系小麥(AABB)雜交得到雜種，再以這種雜種作母本，用普通小麥為父本連續(xù)進(jìn)行回交。這種方法不但程序多、周期長，而且難度也很大。1979年我們最早報(bào)道了采用幼胚培養(yǎng)方法克服節(jié)節(jié)麥作母本與普通小麥雜交不親和性的部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果，使節(jié)節(jié)麥與普通小麥直接雜交一步成功(張炎等，1979，中國科學(xué)院遺傳研究所工作年報(bào)，169-171頁；張炎等，1982，作物學(xué)報(bào)8(2)137-140)。以后一些作者也開展了類似的工作但沒有得到胚乳發(fā)育正常的雜種種子(中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院陳孝等，1987，小麥核質(zhì)雜種和細(xì)胞質(zhì)工程學(xué)術(shù)討論會論文摘要選集，第6頁；陳孝等，1992，作物雜志(1)11。山西省農(nóng)科院作物遺傳所雙志福等，1987，小麥核質(zhì)雜種和細(xì)胞質(zhì)工程學(xué)術(shù)討論會論文摘要選集，第2頁)。因?yàn)樗凶髡叩玫降碾s種種子都很少，所以培養(yǎng)出的雜種子一代植株都只有1-3株，這就為進(jìn)一步研究和利用造成了困難。為此我們實(shí)驗(yàn)建立提高雜交結(jié)實(shí)率、特別是提高有胚、胚乳發(fā)育正常的雜種種子結(jié)實(shí)率的新方法。
如上所述，通常人們進(jìn)行核置換回交都是沿用隨機(jī)的以遠(yuǎn)緣雜交子一代為母本逐代連續(xù)進(jìn)行回交，對各世代所用母本的選擇重視不夠，特別是在早期世代更不注意，忽視所用材料的染色體結(jié)構(gòu)。因此，不但核置換的周期長，而且還會引起小麥和野生種染色體間發(fā)生交換。我們注意到一些小麥與山羊草的回交子一代的部分雜種植株，可能是由不減數(shù)的F1雌配子和正常的普通小麥雄配子結(jié)合產(chǎn)生的。利用這種染色體結(jié)構(gòu)的雜種植株作材料與普通小麥回交容易獲得2n＝42具有普通小麥染色體組的后代，有效地縮短核置換周期。
本發(fā)明的目的是提供一種新的培育核質(zhì)雜種小麥的方法，以克服野生種山羊草作母本與小麥雜交不親和性和縮短核置換的周期。
本發(fā)明的培育核質(zhì)雜種小麥的方法包括1、選取山羊草的呈尖毛筆狀幼令柱頭，去雄，用普通小麥花粉授粉，初次授粉后第2-3天至少重復(fù)授粉1次；2、最后一次授粉后4-6小時(shí)，將0.5-2.0％的對氯苯氧乙酸(PCPA)溶液1至5滴滴加在授過粉后的母本柱頭上；3、授粉后15-20天剝下有胚、胚乳發(fā)育正常的雜種種子，把帶冠毛的一端切除約占種子長度1/2-1/4的一段；4、將帶胚種子部分接種在培養(yǎng)基上，長成F1植株并移植到土壤中；5、用F1作母本以普通小麥作父本回交得到回交第1代BC1；
6、檢查BC1植株體細(xì)胞染色體數(shù)目，選取體細(xì)胞染色體數(shù)為普通小麥體細(xì)胞染色體條數(shù)和母本野生種單倍體細(xì)胞染色體條數(shù)總和的植株，以這種植株作母本用普通小麥作父本回交得到BC2；7、BC2植株體細(xì)胞染色體數(shù)檢查，選出具有42條染色體的植株，形態(tài)學(xué)性狀似父本的植株，至此即完成核置換獲得核質(zhì)雜種小麥。
在本發(fā)明的方法中，所述的山羊草可以是節(jié)節(jié)麥。
在本發(fā)明的方法中，在將0.5-2.0％的對氯苯氧乙酸(PCPA)溶液1至5滴滴加在授過粉后的母本柱頭上之后的第二天最好是重復(fù)滴加1次。
在本發(fā)明的方法中，在步驟(1)中的初次授粉后第二天最好是重復(fù)授粉1次。
在本發(fā)明的方法中，步驟(4)中所述的培養(yǎng)基最好為不含有2，4-D，每1000毫升溶液中加7.5克瓊脂的修改后的B5培養(yǎng)基。
在本發(fā)明的方法中，最好將選出的具有42條染色體的BC2植株作母本回交產(chǎn)生BC3，并對BC3植株體細(xì)胞染色體數(shù)檢查，選出2n＝42，形態(tài)學(xué)性狀似父本的植株，以此作為完成了核置換而獲得的核質(zhì)雜種小麥。
為了利用某些野生種作母本與普通小麥雜交開拓核質(zhì)雜種小麥新質(zhì)源，目前迫切需要解決的主要問題是提高遠(yuǎn)緣雜交結(jié)實(shí)率，特別是胚乳發(fā)育正常的雜種種子結(jié)實(shí)率。本發(fā)明的方法采用幼令母本柱頭、重復(fù)授粉提高了雜交成功率；用對氯苯氧乙酸溶液適時(shí)處理授粉后的母本柱頭，促進(jìn)了受精后胚和胚乳的正常發(fā)育，使正常種子的結(jié)實(shí)率提高25-38倍。與一般作法不同，培養(yǎng)接種時(shí)，本方法不將幼胚剝下而是將種子切除一部分，這樣作不易損傷胚明顯提高成活率而且有利于破除種子休眠期，植株長勢健壯。
在長期沿用的一般核置換回交過程中，從子一代開始每代對所用雜種植株不加區(qū)別或者僅根據(jù)外部形態(tài)選擇盲目性大，核置換回交需要6代以上。本項(xiàng)技術(shù)方案對BC1和BC2植株進(jìn)行體細(xì)胞染色體數(shù)檢查，簡單易行，能及時(shí)選出2n＝42的植株，再以其為母本進(jìn)行一、兩次置換回交，就可以完成核置換程序，育種周期可以減少3-4年。如果過去從遠(yuǎn)緣雜交開始到核置換完成需要8-10年的話，那么采用本項(xiàng)技術(shù)方案可于3-4年完成。實(shí)驗(yàn)中配合利用人工氣候室(箱)加速世代培育核質(zhì)雜種小麥的時(shí)間不過2-3年。
實(shí)施例以節(jié)節(jié)麥(Aegilops Squarrosa)品系011作母本。在自然條件下栽培。選出182朵小花在穗子自然抽出前在植株上從包葉中拉出穗子，先將小花穎殼上部剪去1/3進(jìn)行整穗，此時(shí)柱頭處于幼令階段呈尖毛筆狀。去雄后，授以普通小麥(Triticum aestivum)品種肯尼亞(Kenya)的花粉。授粉于上午9-10時(shí)進(jìn)行，授粉套袋隔離。第2天用相同父本花粉重復(fù)授粉1次。第2次授粉后6小時(shí)，將1.0％的對氯苯氧乙酸溶液用滴管滴加在授過粉后的母本柱頭上，每柱頭3滴，24小時(shí)后重復(fù)滴點(diǎn)1次。另選出180朵小花作為對照，以上述方法處理，只是用蒸餾水代替1.0％的對氯苯氧乙酸溶液滴點(diǎn)在授過粉后的母本柱頭上。用上述方法得到胚和胚乳發(fā)育正常的雜種種子63粒，從對照植株獲得的雜種種子2粒。
授粉后18天，將外形正常的雜種種子從穗子上剝下來，用0.1％升汞溶液消毒5分鐘，把種子帶冠毛的一端切除約占種子長度1/3的一段。帶胚種子部分接種在經(jīng)過修改的B5培養(yǎng)基上(不含2，4-D，每1000毫升溶液中加7.5克瓊脂)。培養(yǎng)室溫度25℃-28℃，每天光照10小時(shí)。
通過離體培養(yǎng)的雜種子一代(F1)植株生長發(fā)育正常，具有雙親特征，花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂染色體配對行為檢查表明，大多數(shù)F1有7個(gè)二價(jià)體和14個(gè)游離單價(jià)體，雜種F1的染色體組型應(yīng)是ABDD。
當(dāng)年冬季在溫室種植。以F1為母本用普通小麥肯尼亞花粉回交得到BC1。對48株BC1植株作根尖染色體數(shù)檢查，從中選留12株有49條染色體的植株，再用普通小麥肯尼亞回交產(chǎn)生BC2，對BC2植株檢查根尖染色體數(shù)只選留具有42條染色體的，并以此作回交母本產(chǎn)生BC3。冬季溫室種植BC3，其植株形態(tài)學(xué)性狀、花粉育性、酯酶同工酶酶譜都與普通小麥肯尼亞相似，表明核置換已經(jīng)完成。以后的調(diào)查證明，部分2n＝42的BC2植株已經(jīng)完成了普通小麥核置換。
權(quán)利要求
1.一種培育核質(zhì)雜種小麥的方法，包括(1)選取山羊草的呈尖毛筆狀幼令柱頭，去雄，用普通小麥花粉授粉，初次授粉后第2-3天至少重復(fù)授粉1次；(2)最后一次授粉后4-6小時(shí)，將0.5-2.0％的對氯苯氧乙酸(PCPA)溶液1至5滴滴加在授過粉后的母本柱頭上；(3)授粉后15-20天剝下有胚、胚乳發(fā)育正常的雜種種子，把帶冠毛的一端切除約占種子長度1/2-1/4的一段；(4)將帶胚種子部分接種在培養(yǎng)基上，長成F1植株并移植到土壤中；(5)用F1作母本以普通小麥作父本回交得到回交第1代BC1；(6)檢查BC1植株體細(xì)胞染色體數(shù)目，選取體細(xì)胞染色體數(shù)為普通小麥體細(xì)胞染色體條數(shù)和母本野生種單倍體細(xì)胞染色體條數(shù)總和的植株，以這種植株作母本用普通小麥作父本回交得到BC2；(7)BC2植株體細(xì)胞染色體數(shù)檢查，選出具有42條染色體，形態(tài)學(xué)性狀似父本的植株，即獲得核質(zhì)雜種小麥的植株。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的山羊草為節(jié)節(jié)麥。
3.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，最后一次授粉后4-6小時(shí)，在將0.5-2.0％的對氯苯氧乙酸(PCPA)溶液1至5滴滴加在授過粉后的母本柱頭上之后的第二天重復(fù)滴加1次。
4.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(1)中的初次授粉后第二天重復(fù)授粉1次。
5.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(4)中所述的培養(yǎng)基為不含有2，4-D，每1000毫升溶液中加7.5克瓊脂的修改后的B5培養(yǎng)基。
6.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(7)中將選出的具有42條染色體的BC2植株作母本再進(jìn)行回交，得到BC3植株，對其體細(xì)胞染色體數(shù)檢查，選出2n＝42，形態(tài)學(xué)性狀似父本的植株，即獲得核質(zhì)雜種小麥。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種培育核質(zhì)雜種小麥的方法。為克服某些野生種山羊草作母本與小麥雜交不親和性和縮短核置換的周期,本發(fā)明采用幼令母本柱頭、重復(fù)授粉,并用對氯苯氧乙酸溶液適時(shí)處理授粉后的母本柱頭,使正常種子的結(jié)實(shí)率提高25—38倍;本發(fā)明對BC
文檔編號A01H1/02GK1248394SQ9811984
公開日2000年3月29日 申請日期1998年9月18日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月18日
發(fā)明者吳郁文, 劉春光, 張炎, 張翠蘭, 任樹新, 侯寧 申請人:中國科學(xué)院遺傳研究所