专利名称：一种培育核质杂种小麦的方法
技术领域：
本发明涉及一种培育核质杂种小麦的方法。
核质杂种育种法是一种新兴育种技术，它的创新性和特点在于从单纯注意核基因发展到同时重视细胞质、核质互作效应。小麦核质杂种育种法可以集中纯系育种法和细胞质雄性不育杂种优势育种法两种方法的优点，具有很大的增产潜力，可望使小麦品种改良取得突破性进展。
培育小麦核质杂种就需要将小麦的细胞核置换或移植到另一个物种的细胞质里，育成具有异源细胞质的小麦。对于高等植物来说，虽然有人尝试采用细胞核或细胞器移植、诱导雄核单独发育、染色体消失法等技术进行核质置换，但至今这些方法仍不能实际应用。目前培育小麦核质杂种的有效方法是核置换回交法即以细胞质供体种(野生近缘种)作原始母本，核供体种小麦为父本进行杂交得到远缘杂种。再用这种远缘杂种作母本，核亲本小麦品种为父本连续进行6次以上的回交，从而获得小麦核和异源细胞质组合的核质杂种。从远缘杂交开始到核置换完成一般需要8-10年，程序繁杂，周期很长(Kihara H.1982.Wheat StudiesRetrospect and prospect，Kodensha，Ltd.，ToKyo.131-162)。这种情况阻碍了核质杂种育种技术研究的进展。与一般远缘杂交不同，为了获得野生种细胞质的核质杂种必须以野生种作母本，需要利用尚未被研究过的野生种与小麦杂交开拓新质源，这就增加了工作的难度。以培育核质杂种为目的，而克服远缘杂交不亲和性已有不少报道。以本项技术方案中包含的节节麦(Aegilops squarrosa)作母本与普通小麦杂交为例，日本学者木原均(1973，1977)采用的方法是先将二倍体的节节麦染色体加倍成同源四倍体，以其为母本与二粒系小麦(AABB)杂交得到杂种，再以这种杂种作母本，用普通小麦为父本连续进行回交。这种方法不但程序多、周期长，而且难度也很大。1979年我们最早报道了采用幼胚培养方法克服节节麦作母本与普通小麦杂交不亲和性的部分实验结果，使节节麦与普通小麦直接杂交一步成功(张炎等，1979，中国科学院遗传研究所工作年报，169-171页；张炎等，1982，作物学报8(2)137-140)。以后一些作者也开展了类似的工作但没有得到胚乳发育正常的杂种种子(中国农业科学院陈孝等，1987，小麦核质杂种和细胞质工程学术讨论会论文摘要选集，第6页；陈孝等，1992，作物杂志(1)11。山西省农科院作物遗传所双志福等，1987，小麦核质杂种和细胞质工程学术讨论会论文摘要选集，第2页)。因为所有作者得到的杂种种子都很少，所以培养出的杂种子一代植株都只有1-3株，这就为进一步研究和利用造成了困难。为此我们实验建立提高杂交结实率、特别是提高有胚、胚乳发育正常的杂种种子结实率的新方法。
如上所述，通常人们进行核置换回交都是沿用随机的以远缘杂交子一代为母本逐代连续进行回交，对各世代所用母本的选择重视不够，特别是在早期世代更不注意，忽视所用材料的染色体结构。因此，不但核置换的周期长，而且还会引起小麦和野生种染色体间发生交换。我们注意到一些小麦与山羊草的回交子一代的部分杂种植株，可能是由不减数的F1雌配子和正常的普通小麦雄配子结合产生的。利用这种染色体结构的杂种植株作材料与普通小麦回交容易获得2n＝42具有普通小麦染色体组的后代，有效地缩短核置换周期。
本发明的目的是提供一种新的培育核质杂种小麦的方法，以克服野生种山羊草作母本与小麦杂交不亲和性和缩短核置换的周期。
本发明的培育核质杂种小麦的方法包括1、选取山羊草的呈尖毛笔状幼令柱头，去雄，用普通小麦花粉授粉，初次授粉后第2-3天至少重复授粉1次；2、最后一次授粉后4-6小时，将0.5-2.0％的对氯苯氧乙酸(PCPA)溶液1至5滴滴加在授过粉后的母本柱头上；3、授粉后15-20天剥下有胚、胚乳发育正常的杂种种子，把带冠毛的一端切除约占种子长度1/2-1/4的一段；4、将带胚种子部分接种在培养基上，长成F1植株并移植到土壤中；5、用F1作母本以普通小麦作父本回交得到回交第1代BC1；
6、检查BC1植株体细胞染色体数目，选取体细胞染色体数为普通小麦体细胞染色体条数和母本野生种单倍体细胞染色体条数总和的植株，以这种植株作母本用普通小麦作父本回交得到BC2；7、BC2植株体细胞染色体数检查，选出具有42条染色体的植株，形态学性状似父本的植株，至此即完成核置换获得核质杂种小麦。
在本发明的方法中，所述的山羊草可以是节节麦。
在本发明的方法中，在将0.5-2.0％的对氯苯氧乙酸(PCPA)溶液1至5滴滴加在授过粉后的母本柱头上之后的第二天最好是重复滴加1次。
在本发明的方法中，在步骤(1)中的初次授粉后第二天最好是重复授粉1次。
在本发明的方法中，步骤(4)中所述的培养基最好为不含有2，4-D，每1000毫升溶液中加7.5克琼脂的修改后的B5培养基。
在本发明的方法中，最好将选出的具有42条染色体的BC2植株作母本回交产生BC3，并对BC3植株体细胞染色体数检查，选出2n＝42，形态学性状似父本的植株，以此作为完成了核置换而获得的核质杂种小麦。
为了利用某些野生种作母本与普通小麦杂交开拓核质杂种小麦新质源，目前迫切需要解决的主要问题是提高远缘杂交结实率，特别是胚乳发育正常的杂种种子结实率。本发明的方法采用幼令母本柱头、重复授粉提高了杂交成功率；用对氯苯氧乙酸溶液适时处理授粉后的母本柱头，促进了受精后胚和胚乳的正常发育，使正常种子的结实率提高25-38倍。与一般作法不同，培养接种时，本方法不将幼胚剥下而是将种子切除一部分，这样作不易损伤胚明显提高成活率而且有利于破除种子休眠期，植株长势健壮。
在长期沿用的一般核置换回交过程中，从子一代开始每代对所用杂种植株不加区别或者仅根据外部形态选择盲目性大，核置换回交需要6代以上。本项技术方案对BC1和BC2植株进行体细胞染色体数检查，简单易行，能及时选出2n＝42的植株，再以其为母本进行一、两次置换回交，就可以完成核置换程序，育种周期可以减少3-4年。如果过去从远缘杂交开始到核置换完成需要8-10年的话，那么采用本项技术方案可于3-4年完成。实验中配合利用人工气候室(箱)加速世代培育核质杂种小麦的时间不过2-3年。
实施例以节节麦(Aegilops Squarrosa)品系011作母本。在自然条件下栽培。选出182朵小花在穗子自然抽出前在植株上从包叶中拉出穗子，先将小花颖壳上部剪去1/3进行整穗，此时柱头处于幼令阶段呈尖毛笔状。去雄后，授以普通小麦(Triticum aestivum)品种肯尼亚(Kenya)的花粉。授粉于上午9-10时进行，授粉套袋隔离。第2天用相同父本花粉重复授粉1次。第2次授粉后6小时，将1.0％的对氯苯氧乙酸溶液用滴管滴加在授过粉后的母本柱头上，每柱头3滴，24小时后重复滴点1次。另选出180朵小花作为对照，以上述方法处理，只是用蒸馏水代替1.0％的对氯苯氧乙酸溶液滴点在授过粉后的母本柱头上。用上述方法得到胚和胚乳发育正常的杂种种子63粒，从对照植株获得的杂种种子2粒。
授粉后18天，将外形正常的杂种种子从穗子上剥下来，用0.1％升汞溶液消毒5分钟，把种子带冠毛的一端切除约占种子长度1/3的一段。带胚种子部分接种在经过修改的B5培养基上(不含2，4-D，每1000毫升溶液中加7.5克琼脂)。培养室温度25℃-28℃，每天光照10小时。
通过离体培养的杂种子一代(F1)植株生长发育正常，具有双亲特征，花粉母细胞减数分裂染色体配对行为检查表明，大多数F1有7个二价体和14个游离单价体，杂种F1的染色体组型应是ABDD。
当年冬季在温室种植。以F1为母本用普通小麦肯尼亚花粉回交得到BC1。对48株BC1植株作根尖染色体数检查，从中选留12株有49条染色体的植株，再用普通小麦肯尼亚回交产生BC2，对BC2植株检查根尖染色体数只选留具有42条染色体的，并以此作回交母本产生BC3。冬季温室种植BC3，其植株形态学性状、花粉育性、酯酶同工酶酶谱都与普通小麦肯尼亚相似，表明核置换已经完成。以后的调查证明，部分2n＝42的BC2植株已经完成了普通小麦核置换。
权利要求
1.一种培育核质杂种小麦的方法，包括(1)选取山羊草的呈尖毛笔状幼令柱头，去雄，用普通小麦花粉授粉，初次授粉后第2-3天至少重复授粉1次；(2)最后一次授粉后4-6小时，将0.5-2.0％的对氯苯氧乙酸(PCPA)溶液1至5滴滴加在授过粉后的母本柱头上；(3)授粉后15-20天剥下有胚、胚乳发育正常的杂种种子，把带冠毛的一端切除约占种子长度1/2-1/4的一段；(4)将带胚种子部分接种在培养基上，长成F1植株并移植到土壤中；(5)用F1作母本以普通小麦作父本回交得到回交第1代BC1；(6)检查BC1植株体细胞染色体数目，选取体细胞染色体数为普通小麦体细胞染色体条数和母本野生种单倍体细胞染色体条数总和的植株，以这种植株作母本用普通小麦作父本回交得到BC2；(7)BC2植株体细胞染色体数检查，选出具有42条染色体，形态学性状似父本的植株，即获得核质杂种小麦的植株。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的山羊草为节节麦。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，最后一次授粉后4-6小时，在将0.5-2.0％的对氯苯氧乙酸(PCPA)溶液1至5滴滴加在授过粉后的母本柱头上之后的第二天重复滴加1次。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中的初次授粉后第二天重复授粉1次。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中所述的培养基为不含有2，4-D，每1000毫升溶液中加7.5克琼脂的修改后的B5培养基。
6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(7)中将选出的具有42条染色体的BC2植株作母本再进行回交，得到BC3植株，对其体细胞染色体数检查，选出2n＝42，形态学性状似父本的植株，即获得核质杂种小麦。
全文摘要
本发明提供了一种培育核质杂种小麦的方法。为克服某些野生种山羊草作母本与小麦杂交不亲和性和缩短核置换的周期,本发明采用幼令母本柱头、重复授粉,并用对氯苯氧乙酸溶液适时处理授粉后的母本柱头,使正常种子的结实率提高25—38倍;本发明对BC
文档编号A01H1/02GK1248394SQ9811984
公开日2000年3月29日 申请日期1998年9月18日 优先权日1998年9月18日
发明者吴郁文, 刘春光, 张炎, 张翠兰, 任树新, 侯宁 申请人:中国科学院遗传研究所