专利名称：植物花粉不育化的方法
技术领域：
本发明涉及生物学和农业领域，更确切地是涉及一种植物花粉不育化的方法，该方法可用于育种和种子繁育。
当前，世界上通过广泛使用第一代杂交种解决强化农业，特别是提高谷物、饲料、蔬菜和经济作物产量的任务。由于杂交优势的作用，这些杂交种与其亲本类型的区别在于具有较高的产量(高25-30%)和较高的产品质量。人们实施了以“细胞质雄性不育-恢复能育性”系统为基础选择新杂交种的方法。该方法是基于长期(在12-14年期间内)和复杂的育种工作，包括建立不育模拟、保持不育性和恢复能育性。最有前途的是基于用化学不育剂(杀配子剂)使植物花粉不育化的方法。使用杀配子剂要比使用“细胞质雄性不育”系统经济得多，因为它不必建立象不育模拟、保持母本不育性和恢复父系能育性模拟那样的方式。实际上，无论在初始形式的育种研究过程中，还是在将它们置于工业生产时，均能得到第一代的杂交种子。
迄今已查明有约200种具有杀配子活性的化合物，它们按其化学结构属于不同种类的化学化合物。杀配子剂应在保持卵细胞生命力的情况下，尽可能引起所处理植物的完全雄性不育性，并保证在自由授粉时有足够高程度的结实率(较好的是不低于对照值的70%)。它们的植物毒性和对温血动物的毒性应当是最低的。
谷类作物花粉不育化的方法有多种是已知的(Л.ДЖ.Никелл.Регуляторыростарастений.Применениевсельскомхозяйстве，Москва“Колос”，1984，C28-31;SU.A.906457)，这些方法是用2-氯乙膦酸(этрел)、马来酸酰肼、二-(聚氟代链烃基)-磷酸和它们的盐类等这样的不育剂处理植物。在器官生成的第五或第六阶段用不育剂对植物进行处理。
在器官生成的第五阶段，开始花的形成和分化过程。在该阶段的末尾，出现新生体-产孢子的孢原组织。在这一阶段，奠定花的雄蕊、雌蕊和外皮组织的基础。在第五阶段可观察到雄蕊的小突起向雄蕊丝和雌蕊分化的开始。第六阶段以形成花的过程为特征(小孢子和大孢子发生)。在这一阶段，通常形成分离的单核花粉颗粒(Φ.М.Куперман，“мор
о
иｚиология растений”，Московска，“Бысшая школа，1973，C30-36)。
另一种禾本植物花粉不育化的方法也是已知的(GB.A.1567153)，该方法是在第二结节出现至抽穗的期间内用不育剂处理禾本植物。使用杂环化合物作为不育剂，这些化合物的主要代表为2-羧基-3，4-甲基吡咯啶或2-甲氧基羰基-3，4-甲基吡咯啶。上述化合物与稀释剂和表面活性物质结合使用。
本发明的任务是，通过选择新的不育剂，研究可使用于广阔范围的作物花粉不育化，在自由授粉时保持种子的高结实率的同时具有高效率不育化的方法。
上述任务是这样解决的，按照本发明，在所提出的使植物花粉不育化的方法中，在器官生成的第五和/或第六阶段，通过使用结合有稀释剂的不育剂处理植物花粉，使用具有如下通式的萜类化合物作为不育剂
或它们的混合物。不育剂可与任何已知的适当稀释剂结合使用。以0.1-2%水乳化液形式与水结合使用较好。最好使用禾本植物或向日葵作为用上述不育剂处理的植物。
用所提出的方法可以得到植物的雄性不育性(98-100%)并保持高百分数的种子结实率(大于70%)。在不利的气候条件下为保证高程度的不育化，在器官生成的第五和/或第六阶段内，用不育剂对植物进行一次重复处理(按照Куперман)。
所述的方法按如下方式实施。
用不育剂处理植物，如冬小麦和春小麦、二倍或四倍体黑麦、小黑麦、黍、向日葵。使用具有以下通式的萜类化合物作为不育剂
或它们的混合物。萜类化合物可与任何适当的稀释剂结合使用，用水作稀释剂是适宜的。此时，最好使用上述化合物的0.1-2%水乳化液。
在需要时可向工作溶液中加入任意适当的表面活性物质。在给植物喷涂时通常推荐将任意已知的补充添加物，如增湿剂、分散剂、粘合剂加到工作溶液中。
可以借助各种处理方法将不育剂喷涂在植物上，如水力喷涂，空气喷涂(气悬体)。用不育剂处理植物是在器官生成的第五和/或第六阶段内进行(按照Куперман)。不育剂的剂量取决于化合物的性质、以及所处理的作物、不同的处理阶段和自然-气候因素。在不利的气候条件下，为保证具有高度不育化的效果，较佳的是在器官生成的第六阶段对植物进行一次重复处理。不育剂的一般剂量为0.6-20公斤/公顷。
曾研究了所有用作不育剂的萜类化合物对动物试验的毒性。试验结果表明，上述化合物是低毒的或实际上是无毒的化合物。
例如萜烯醇的LD50为4300毫克/公斤，而蒎烯的LD50为3700毫克/公斤。
所有萜类化合物都是天然化合物，它们得自针叶树的松脂。
在面积为10M2的小块耕地上，不同土壤-气候区域内的野外条件试验中以2-3至4次重复显示了所提出的不育剂存在杀配子活性。每一种不育剂试验不少于5年。
根据细胞学控制器官生成阶段的进程。按照Куперман的叙述，在器官生成第五阶段的开始，用不育剂处理植物。
在抽穗期间，用羊皮纸隔离物对主穗和其它层进行隔离。对小麦和小黑麦使用单独的隔离物。对于黑麦，为进行总体隔离，对于每一个穗，在旁边配置5-7排不同的植物。对黍则单独隔离每个圆锥花序。按下式对小麦、黑麦、小黑麦和黍的不育率(X)进行百分数计算。
X＝(1- (被处理植株在隔离物下结实的种子数)/(对照的未处理植株在隔离物下结实的种子数) )×100%
在对照植物未隔离穗中的种子数在自由授粉时有条件地定结实率为100%。
为了得到可靠的数据，对小麦和小黑麦，每次重复试验都使用20-25个隔离物，对黑麦和黍，每次重复试验都使用10-15个隔离物。
对于向日葵花粉的化学不育化操作，在每次重复试验中都将每种化合物用于处理45株植物，将其中15株隔离以进行花盘的自花授粉，对另外15株植物使用在20-25株经处理和隔离的花盘上收集到的花粉混合物授粉，还有15株植物留作自由授粉以检查花粉的父本类型种子结实率。
关于向日葵植物的雄性不育性按以下情况判断花粉的能育性和生命力的结果，精子的形态学特征，以及在用未经处理的父本形态花粉向经处理和隔离的植物授粉时的种子结实率。卵细胞的生命力根据父本形态自由授粉时，经处理的植物中种子的结实率来确定。
在晴朗无风的天气处理植物较好。全部化合物在4小时之内渗透进植物组织中，在这4小时内下雨雪的情况下，必须在器官生成的第六阶段中对这些植物重复进行一次处理。
为了更好地理解本发明，列举出上述方法的下列实施例。
实施例1-6在器官生成的第五阶段(按照Куперман)，通过用背囊喷雾器喷射2%下列不育剂的水乳化液，相应地处理品种为米拉诺夫斯克808的冬小麦植株1-n-
烯-8-醇、1-n-
烯基-8-乙酸酯、3-蒈烯、1，-4-(8)-n-
二烯、1，8-n-
二烯、n-异丙基苯甲烷。添加1%(重量)的C12-C14烷基苯磺酸钾作为乳化剂。在乳化剂成分中加入0.01%(重量)的十二烷基硫酸盐作为辅助剂。药剂的耗量为12公斤/公顷。用不含不育剂的稀释剂处理过的植株作为对照。试验结果列于表1。在器官生成的第六阶段处理植株时，得到相同的结果。
表1序号例号在隔离物不育率种子数在自由授粉下面穗中时种子的结的种子数%实率，%1224561对照40.60.042.6100.02例10.0100.040.194.13例20.0100.038.891.14例30.0100.039.793.25例40.698.540.294.46例53.890.741.898.17例60.798.339.993.7实施例7-13在器官生成的第六阶段，使用1%以下不育剂的水乳化液相应处理品种为莫斯科35的春小麦植株α-萜烯醇、1-n-
烯基-8-乙酸酯、3-蒈烯、1，4-(8)-n-
二烯、1，8-n-
二烯、n-异丙基苯甲烷、α-蒎烯。乳化液含0.1%(重量)的C12-C14烷基苯磺酸钾作乳化剂，以及0.01%(重量)的N，N-甲酰替二甲胺作辅助剂。药剂的耗量为8公斤/公顷。用不含不育剂的稀释剂处理的植株作为对照。试验结果列于表2。在器官生成的第五阶段处理植株时，得到相同的结果。
表2序号例号在隔离物不育率在自由授在自由授粉下面穗中粉时穗中时种子的结的种子数%的种子数实率，%1234561对照29.40.031.2100.02例70.0100.027.287.23例80.0100.028.691.74例90.299.329.092.95例100.0100.028.190.16例110.897.330.096.27例121.295.927.387.58例130.0100.028.791.0实施例14-20在器官生成第五阶段，用1%以下不育剂的水乳化液相应地处理品种为植物学4的春小麦植株3-蒈烯、n-异丙基苯甲烷、α-蒎烯、α-萜烯醇、1，-4-(8)-n-
二烯、1，8-n-
二烯、1-n-
烯基-8-乙酸酯。乳化液含0.1%(重量)的C12-C14烷基苯磺酸钾作乳化剂，以及0.01%(重量)的四氢呋喃辅助剂。药剂的耗量为6公斤/公顷。以类似例1处理过的植株作为对照。试验结果列于表3。在器官生成第六阶段处理植株得到相同的结果。
表3序号例号在隔离物不育率在自由授在自由授下面穗中%粉时穗中粉时种子的种子数的种子数的结实率，%1234561对照28.90.030.9100.02例140.0100.027.890.03例151.295.930.197.44例160.0100.029.294.55例170.0100.028.491.96例180.0100.029.595.57例190.897.227.388.38例200.0100.029.595.5实施例21-23在器官生成的第六阶段(按照Куперман)，通过用背囊喷雾器喷涂的方法，用1.0%的1，4-(8)-n-
二烯、1，8-n-
二烯或n-异丙基苯甲烷相应地处理品种为丘尔邦的二倍体黑麦植株。乳化液含0.1%(重量)的C12-C14烷基苯磺酸钾和0.01%(重量)的十二烷基硫酸盐。不育剂的耗量为10公斤/公顷。用类似例1所处理的植株作为对照。试验结果列于表4。在器官生成第五阶段处理植株时，得到相同的结果。
表4序号例号在隔离物不育率在自由授在自由授粉下面穗中粉时穗中时种子的结的种子数%的种子数实率，%1234561对照44.10.049.6100.02例210.897.847.896.43例220.399.243.287.14例230.0100.047.495.6实施例24-27类似例1所述处理品种为乌克兰4的四倍体黑麦植株。使用以下不育剂的1%水乳化液2-蒎烯、α-萜烯醇、乙酸萜烯酯、3-蒈烯。不育剂的耗量为8公斤/公顷。用不含不育剂的稀释剂处理过的植物作为对照。试验结果列于表5。
表5序号例号在隔离物不育率在自由授在自由授粉下面穗中粉时穗中时种子的结的种子数%的种子数实率，%1234561对照28.00.036.8100.02例240.0100.036.398.03例250.498.633.891.84对照36.10.040.2100.05例260.0100.032.881.66例270.199.637.392.8
实施例28-29用以下不育剂的1%水乳化液，类似例1相应地处理品种为哈尔科夫55的二倍体黑麦植株乙酸萜烯酯和3-蒈烯。不育剂的耗量为6公斤/公顷。试验结果列于表6。
表6序号例号在隔离物不育率在自由授在自由授粉下面穗中粉时穗中时种子的结的种子数%的种子数实率，%1234561对照31.50.039.4100.02例280.199.735.289.33例290.698.136.793.1实施例30-31在器官生成的第五阶段，用以下不育剂的2%水乳化液类似例1相应地处理品种为ПРАГ-109的小黑麦植株乙酸萜烯酯和3-蒈烯。不育剂的耗量为12公斤/公顷。试验结果列于表7。在器官生成的第六阶段处理植株时得到相同结果。
表7序号例号在隔离物不育率在自由授在自由授粉下面穗中粉时穗中时种子的结的种子数%的种子数实率，%1234561对照41.30.045.8100.02例300.0100.040.989.33例310.399.337.682.1
实施例32-33在器官生成的第六阶段，使用以下不育剂的2%水乳化液类似例1相应地处理品种为安菲基普洛依特206的小黑麦植株乙酸萜烯酯和3-蒈烯。不育剂的耗量为12公斤/公顷。将所进行的试验与对照植株比较的结果列于表8。在器官生成第五阶段处理植株时得到相同的结果。
表8序号例号在隔离物不育率在自由授在自由授粉下面穗中粉时穗中时种子的结的种子数%的种子数实率，%1234561对照23.40.025.2100.02例320.497.823.091.33例330.0100.023.894.4实施例34-39在器官生成的第五阶段，用以下不育剂的1%水乳化液类似例1相应地处理品种为米拉诺夫斯基94的黍类植株乙酸萜烯酯、3-蒈烯、1，4-(8)-n-
二烯、1，8-n-
二烯、n-异丙基苯甲烷、α-萜烯醇。不育剂的耗量为10公斤/公顷。试验与对照例的比较结果列于表9。在器官生成的第六阶段处理植株时，得到相同的结果。
实施例41在器官生成的第六阶段，用下列不育剂混合物的1%水乳化液，类似例1处理品种为祖国的春小麦植株3-蒈烯和α-萜烯醇，比例为1∶1。不育剂混合物的耗量为6公斤/公顷。试验结果列于表11。在器官生成的第五阶段处理植株时，得到相同的结果。
表11序处理植株在隔离物不育率在自由授粉在自由授粉时下面穗中时穗中的种种子的结实率号的种子数%子数%1234561对照29.50.035.0100.02用不育剂混合物0.0100.029.484.0实施例42-44在器官生成的第六阶段，用下列不育剂混合物的1%水乳化液类似实施例1处理品种为丘尔邦的二倍体黑麦植株2-蒎烯与1，8-n-
二烯(比例为1∶1)，乙酸萜烯酯和n-异丙基苯甲烷(比例为1∶1)，3-蒈烯和乙酸萜烯酯(比例为1∶1)。不育剂混合物的耗量为6公斤/公顷。试验结果列于表12。在器官生成的第五阶段处理植物时，得到相同的结果。
表12序例号在隔离物下不育剂在自由授粉在自由授粉面穗中的种时穗中的种时种子的结号子数%子数实率，%1234561对照44.50.046.6100.02例420.0100.043.392.23例430.0100.038.081.54例440.0100.046.299.2实施例45-48在器官生成的第五阶段，用以下不育剂的0.2%水乳化液类似例1相应地处理品种为先进者和BK-119系列的向日葵植物α-萜烯醇和3-蒈烯。不育剂的耗量为1.2公斤/公顷。试验结果列于表13。
权利要求
1.一种使植物花粉不育化的方法，通过在器官生成的第五和/或第六阶段内用不育剂结合稀释剂对花粉进行处理，其特征在于，使用具有下列通式的萜类化合物作为不育剂
或它们的混合物。
2.按照权利要求1的方法，其特征在于，所述的萜类化合物与作为稀释剂的水以0.1-2%水乳化液形式结合使用。
3.按照权利要求1-2的方法，其特征在于，使用禾本植物或向日葵作为用不育剂处理的植物。
4.按照权利要求1-3的方法，其特征在于，在不利的气候条件下，为保证高程度的花粉不育化，在器官生成的第五和/或第六阶段段用不育剂对植物进行一次重复处理。
全文摘要
本发明涉及农业领域。植物花粉不育化的方法包括在器官生成的第五和/或第六阶段内用不育剂和稀释剂结合处理植物。按照本发明，使用具有如下通式的萜类化合物作为不育剂所述方法可用于育种和种子繁育。
文档编号A01H3/04GK1043855SQ8910119
公开日1990年7月18日 申请日期1988年12月29日 优先权日1988年12月29日
发明者马特·亚历山德维奇·费德, 塔泰纳·亚历山德维奇·库兹特索瓦, 维克尔·伊凡维奇·莱斯克夫, 斯特拉纳·亚历山德维奇·诺维克瓦, 瓦伦丁·阿纳托尔维奇·萨瓦奇克, 维拉·帕夫洛纳·沙巴尼亚, 阿纳托伊·伊凡维奇·赛德尼科夫, 鲍里斯·加弗洛维奇·尤德夫, 塔泰纳·塞奇纳·蒂卡霍诺娃, 尼娜·佩特罗纳·波利克瓦, 塞奇·伊凡维奇·帕克利尼 申请人:以弗·伊·列宁命名的全苏农业科学研究院全苏农业工艺科学研究所, 白俄罗斯苏维埃社会主义共和国科学院物理-有机化学研究所