专利名称：富铬、优质黑小麦特异种质培育方法
技术领域：
本发明涉及一种富铬、优质黑小麦特异种质培育方法，属农业研究领域。
背景技术：
随着人们生活水平的提高，劳动强度显著下降和饮食习惯的改变，糖尿病的发病率迅速上升，并呈现出年轻化的趋势，对生命健康造成了严重的威胁。1980年以前，我国的糖尿病发病率仅有总人口的0.3％，现在据国内最新统计，我国的糖尿病发病率达到4％以上。我国有糖尿病患者约4000万人。糖尿病是现代疾病中的第二杀手，其对人体的危害仅次于癌症。
日前在第11届雀巢国际保健营养专题研讨上，全球各地的专家对糖尿病和代谢综合症的营养治疗的主题进行讨论交流，一致认为，营养对糖尿病治疗作用应该引起重视。80％的时候需要对饮食、锻炼加以控制。
据报道，有机铬是人体必需的微量元素，在肌体的糖代谢和脂代谢中发挥特殊作用。有机铬元素(三价铬)具有激活胰岛素、使食用的糖的利用率高或转化多和控制血糖升高的作用。有机铬(三价铬)是对人体有益的元素，而无机铬(六价铬)是有毒的。人体对无机铬的吸收利用率极低，不到1％；人体对有机铬的利用率可达10-25％。铬在天然食品中的含量较低，均以三价的形式存在。
黑色食品以高营养著称，因此，许多科研工作者进行了黑小麦微量元素的研究。赵秀英(1991)研究表明蓝粒麦的蛋白质和氨基酸含量均高于小偃6号，脂溶性维生素为小偃6号的2倍，并含有21种矿物质。据化验漯93-1黑粒麦蛋白质含量高达17.1％，氨基酸含量总合达15.2％，铁、钙、钾、磷等微量元素含量比普通小麦分别高81％、132.3％、72.4％和33.6％。并含有0.5PPM的碘，是其它普通小麦品种所没有的。河北省粮油作物研究所小麦资源课题研究证明，黑粒小麦中Ca、Cu、Fe、Mn、Zn的含量高于普通小麦，随着颜色的加深含量增加。但对黑小麦有机铬元素含量的研究属于空白。
早在19世纪，埃赛俄比亚就发现了紫粒小麦。80年代，中国科学院西北植物所利用普通小麦和长穗偃麦草或天蓝偃麦草杂交育成了蓝粒小麦、蓝1和蓝2等多个蓝粒异代换系。河北农科院也育成了D87089等三个蓝粒异代换系(4D与4E代换)。1993年河南省利用小偃麦杂交后代进行复交，培育出优质黑小麦新品系漯93-1。陕西省也育成了92-1优质蓝黑粒小麦。山西孙善澄培育出了黑小麦76，漯河农科所培育出了漯珍一号。但其产量性状均不太理想，并且由于其属于弱冬或春性，不能在华北冬麦区大面积应用。
杂交育种的研究至今已有百年的历史，在这个过程中除了杂交理论、组配方式以外，杂交技术本身也不断取得新的进展。同时育种家也在探索新的途径，近年来，应用较多的育种新技术有辐射育种、单倍体育种、转基因技术等，但育种家只是对这些技术的单一应用，把常规育种、远缘杂交、生物技术中的一些方法综合运用到育种中往往学科跨度大，育种家很少应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于避免现有技术中的不足，而提出一种富铬、优质黑小麦特异种质培育方法，该培育方法是把利用新材料和将常规育种、单倍体育种、慢照射、远缘杂交和幼胚拯救及室内快速加代技术有机结合，同时对辐射方法进行了改进，采用对后代活力旺盛的愈伤组织进行慢辐射技术，减少了大剂量辐射造成的生物损伤，增大了变异，提高了优选的机率，培育出高产、适应范围较广的、富含有机铬、适合糖尿病患者食用的黑小麦新种质。
本发明所提供的技术方案是一种富铬、优质黑小麦特异种质培育方法，该方法按以下步骤进行(1)用澳大利亚黑小麦种质14928作母本，以新品系95-5031作父本进行杂交；(2)用14928/95-5031杂交F1作母本，四倍体硬粒小麦190268作父本进行杂交，杂交当代进行幼胚拯救。当年秋天，对再生植株进行田间移栽。第二年收获F1代种子后，进行室内加代，从次年F3代中选出半冬性、中熟的F3株系，即新株系矮8。该株系幼苗半匍匐，分蘖力中等，长方型穗，整齐度好，长芒，子粒硬质、紫色，株高65-70厘米，抗倒伏；(3)利用优质黑粒小麦漯珍1号做母本，新株系矮8做父本进行杂交，然后对其杂交的F1代进行花药培养，取其活力旺盛的愈伤组织，用Co60低剂量长时间照射处理，再生植株加倍后移栽到大田；(4)对上述步骤(3)大田中的黑小麦植株进行单株选择，选择抗寒性好、分蘖力强、株高中等，抗病、穗大、主茎优势不明显的优良单株，这些优良单株秋天播种，然后进行株系选择，从中选育出一批抗寒性好、矮秆，亩穗数中等，抗病、穗大、穗层整齐的综合农艺性状好的黑小麦新品系。通过农业部谷物品质监督检验测试中心测试不同黑小麦品系的微量元素铬，从铬元素变幅为0.4696-1.916mg/kg中筛选出富铬(1.916mg/kg)黑小麦冀紫439。该品系大穗、矮杆抗倒伏、亩穗数中等，整齐一致，产量较高，综合农艺性状好。
步骤(1)中所述的母本为新引进的地理远缘材料澳大利亚优质黑小麦种质14928。
步骤(2)中所述的父本为远缘材料四倍体硬粒小麦190268。
步骤(2)中所述的用14928/95-5031杂交的F1作母本，四倍体硬粒小麦作父本进行远缘杂交，然后F0进行幼胚拯救克服远缘杂交后代不育。后代进行室内加代，加速自交纯化，缩短创新周期。从F3代中选出的新株系矮8作为下一步杂交的父本。
步骤(3)中所述的用慢照射技术(Co60对愈伤组织进行低剂量长时间照射处理，其中低剂量是指Co60 500rad/小时，长时间是指照射时间为24小时)。该技术，采用对后代活力旺盛的愈伤组织进行慢辐射，减少了大剂量辐射造成的生物损伤，增大了变异，提高了优选的机率。
步骤(4)中所述的，通过农业部谷物品质监督检验测试中心测试不同黑小麦品系的微量元素铬，从铬元素变幅为0.4696-1.916mg/kg的品系中筛选出富铬(1.916mg/kg)黑小麦冀紫439。该品系不仅铬含量高，而且大穗、矮杆抗倒、产量较高，综合农艺性状好于目前推广的黑小麦品种。
本发明有如下优点(1)所用材料具有新颖性国内黑小麦育种亲本选择范围小，遗传背景较窄，组配后不易选出超亲的优质亲本。而本发明人对来源于11个国家的60余份黑粒小麦进行了籽粒品质和微量元素分析，从中找出微量元素含量高、稀有的、澳大利亚黑粒小麦种质作为亲本。同时应用了远缘材料四倍体优质硬粒小麦作亲本，遗传背景丰富，易选出超亲的优异种质。
(2)所采用的方法的新颖性本发明利用了常规育种、花药培养、远缘杂交、幼胚拯救、慢照射相结合的方法，使多个有益基因聚合，并且出现超亲现象。利用愈伤组织+慢照射(低剂量长时间照射)技术结合，该技术，采用对后代活力旺盛的愈伤组织进行慢照射，低剂量照射减少了大剂量辐射造成的生物损伤，利用活力旺盛的愈伤组织作照射受体增大了遗传变异，提高了优选的机率。
(3)选育出的品系的独特性选育出的冀紫439铬含量为1.916mg/kg，是普通小麦近4倍。经过试验证明该品系生产的产品是糖尿病人理想的营养保健食品，国内外未见报道。以下是利用不同的作物进行了降糖试验据5个II型糖尿病人食用半年后观察发现，每顿饭食用优质黑小麦(冀紫439)面粉150g，饭后2小时血糖增加3.2mmol/L。而吃普通面粉150g，血糖增加9mmol/L。吃大米150g，血糖增加6mmol/L，所以优质富铬黑小麦解决了糖尿病人的饮食困难。
具体实施方式
本发明富铬、优质黑小麦特异种质培育方法，该方法如下(1)发明人搜集了来源于国家荷兰、美国、澳大利亚、埃塞俄比亚等11个国家的60余份蓝、紫粒小麦(统称黑粒小麦)遗传资源，通过微机查询GRIPI小麦资源数据库等途径，追溯了这些种质的籽粒色素基因来源，并将其来源归为6类偃麦草、栽培二粒小麦、黑麦、中国春麦、硬粒小麦和地方品种。对色素基因来源于6种不同遗传背景的黑粒小麦种质资源材料进行了籽粒品质和微量元素分析。发现有些种质铜、铁、锰、锌、硒和铬含量高于普通白粒小麦，例如CGN.04230铁的含量较高，D87089子粒中锰的含量高，AUS 6504铜、锌含量高，澳大利亚黑小麦种质14928微量元素含量中等，综合农艺性状较好，用它作为下一步杂交的母本。
(2)以新品系95-5031作父本与新引进的地理远缘材料澳大利亚黑小麦种质14928作母本进行杂交。
其中，新品系95-5031可按如下方法得到首先利用劳夫林10作母本，矮秆早作父本，选出矮秆品系78-4070-12；然后利用石4414作母本，78-4070-12作父本杂交，选育出矮秆、大穗4615新品系；再利用津0-0-4作母本，运78-4作父本进行杂交，F1代再与新品系4615进行杂交，选育出矮秆、高产新品系895-72；最后利用895-72作母本，莱州953作父本杂交，选育出矮秆、大穗、大粒新品系95-5031。
(3)用14928/95-5031杂交F1作母本，远缘材料四倍体硬粒小麦190268作父本进行杂交，杂交当代进行F0幼胚拯救克服远缘杂交后代不育，当年秋天，对再生植株进行田间移栽，第二年收获F1代种子后，进行室内加代加速自交纯化，缩短创新周期。从次年F3代中选出半冬性、中熟的F3株系，即新株系矮8作为下一步杂交的父本。该株系幼苗半匍匐，分蘖力中等，长方型穗，整齐度好，长芒，子粒硬质、紫色，株高65-70厘米，抗倒伏；杂交当代进行幼胚培养，田间移栽，收获F1代种子后，当年室内加代，从次年F3代中选出新株系矮8。
新株系矮8属半冬性中熟品种，幼苗半匍匐，冻害4-，分蘖力中等。穗长方型，整齐度好，长芒，浅紫粒色，硬质。穗粒数37个左右，千粒重35.0克，容重801克/升。株高65厘米，抗倒伏，6月12日左右成熟。
幼胚培养的具体过程是授粉后14天取种子，用70％酒精消毒30秒，再用0.1％氯化汞浸泡15-20分钟，无菌水冲洗4次，在无菌操作台上将种胚剥出，接种到诱导培养基上。愈伤组织组织长出10天左右继代一次，产生的绿色再生体转移到分化培养基上再生植株。
其中，诱导与继代培养基MS+2，4-D 2mg/L+NAA 0.2mg/l+KT 0.2mg/L+蔗糖30g/L；分化培养基MS+NAA 0.4mg/l+KT 0.6mg/L+蔗糖30g/L；培养条件均为PH5.6-5.8，20-25℃，光10-12小时/天。
(4)第1年本发明人利用优质黑粒小麦漯珍1号做母本，新株系矮8做父本进行杂交，第2年对其杂交的F1代进行花药培养，愈伤组织长出15天后，用Co 60低剂量慢照射处理，即用Co 60 500rad/小时的剂量，照射24小时，减少了大剂量辐射造成的生物损伤，增大了变异，提高了优选的机率，所获得的再生植株加倍后秋天移栽到大田。
第3年，对其进行单株选择，选择抗寒性好、分蘖力强、株高中等，抗病、穗大、主茎优势不明显的优良单株，第4年进行株系选择，以抗寒性好、矮秆，亩穗数中等，抗病、穗大、穗层整齐为标准，从中选育出一批综合农艺性状好的黑小麦新品系。第5年通过农业部谷物品质监督检验测试中心测试不同黑小麦品系的微量元素铬，从铬元素变幅为0.4696-1.916mg/kg的品系中筛选出富铬黑小麦冀紫439，其铬含量为1.916mg/kg，普通小麦一般为0.4mg/kg，是普通小麦的4倍，该品系的特征特性均能稳定的遗传。该品系不仅铬含量高，而且大穗、矮杆抗倒、产量较高，综合农艺性状好于目前推广的黑小麦品种。
本发明人选育出了新品系439，产量较高，适宜在冀中南中高肥力的地区种植，种植范围较广，可以大面积推广。而且其面粉适合糖尿病患者食用。
权利要求
1.一种富铬、优质黑小麦特异种质培育方法，该方法按以下步骤进行(1)用澳大利亚黑小麦种质14928作母本，以新品系95-5031作父本进行杂交；(2)用14928/95-5031杂交F1作母本，四倍体硬粒小麦190268作父本进行杂交，杂交当代进行F0幼胚拯救克服远缘杂交后代不育，当年秋天，对再生植株进行田间移栽，第二年收获F1代种子后，进行室内加代加速自交纯化，从次年F3代中选出半冬性、中熟的F3株系，即新株系矮8；该株系幼苗半匍匐，分蘖力中等，长方型穗，整齐度好，长芒，子粒硬质、紫色，株高65-70厘米，抗倒伏；(3)利用优质黑粒小麦漯珍1号做母本，所述新株系矮8做父本进行杂交，然后对其杂交的F1代进行花药培养，用慢照射技术处理其活力旺盛的愈伤组织，减少生物损伤，促进有益变异，再生植株加倍后移栽到大田；其中，所述慢照射是指用Co60低剂量长时间照射；(4)对上述步骤(3)大田中的黑小麦植株进行单株选择，选择抗寒性好、分蘖力强、株高中等，抗病、穗大、主茎优势不明显的优良单株，这些优良单株秋天播种，第二年进行株系选择，从中选育出一批抗寒性好、矮秆，亩穗数中等，抗病、穗大、穗层整齐的综合农艺性状好的黑小麦新品系，通过测试不同黑小麦品系的微量元素铬，从中筛选出富铬黑小麦品系，即黑小麦冀紫439，该品系大穗、矮杆抗倒伏、亩穗数中等，整齐一致，产量较高，综合农艺性状好。
2.根据权利要求1所述的富铬、优质黑小麦特异种质培育方法，其特征在于步骤(3)中所述的用Co60低剂量长时间照射，其中低剂量是指Co60 500rad/小时，长时间是指照射时间为24小时。
3.根据权利要求1所述的富铬、优质黑小麦特异种质培育方法，其特征在于步骤(4)中所述的通过测试不同黑小麦品系的微量元素铬，从中筛选出富铬黑小麦品系，是从铬元素变幅为0.4696-1.916mg/kg的品系中筛选出富铬1.916mg/kg的黑小麦品系。
全文摘要
本发明公开一种富铬黑小麦特异种质培育方法用澳大利亚黑小麦14928作母本，95－5031作父本进行杂交；用杂交F1作母本，四倍体硬粒小麦190268作父本进行杂交，经过F0幼胚拯救，后代室内加代，从F3代中选出新株系矮8；用漯珍1号做母本，新株系矮8做父本进行杂交，对其杂交的F1代进行花药培养，用慢照射技术处理其愈伤组织，再生植株移栽到大田；从后代中选育出黑小麦新品系，再从中筛选出富铬黑小麦冀紫439。本发明方法把常规育种、单倍体育种、慢照射、远缘杂交幼胚拯救等方法有机结合起来，对辐射方法进行改进，培育出高产、适应范围较广的、富含有机铬、适合糖尿病患者食用的、性状遗传稳定的黑小麦新种质。
文档编号A01H1/04GK101049083SQ20061007292
公开日2007年10月10日 申请日期2006年4月3日 优先权日2006年4月3日
发明者李杏普, 兰素缺, 刘玉平, 李立会, 候红军 申请人:河北省农林科学院粮油作物研究所