专利名称：一种细胞核雄性不育杂交小麦的培育方法
技术领域：
本发明涉及作物栽培领域，尤其是杂交小麦的培育方法。
技术背景与作物细胞质雄性不育"三系，，杂交优势利用体系相比较，作物细胞核雄 性不育性不存在特殊的恢复、保持关系，因此，核不育作物杂交优势利用的最 大优点，是可用于选育优良不育系、保持系和父本系的亲本材料极为丰富，有 利于选育强优势杂交组合。但是，用常规方法难以实现核不貫性的有效保持， 即难以生产大量纯合不育系种子。用小麦细胞遗传学的理论，通过小麦染色体 工程技术，设计某种特殊细胞遗传机制，可实现核不育系的有效保持。其遗传育种原理是在纯合雄性不育基因型中，附加一条外缘染色体或一条工程化染 色体(Engineered Chromosome,或称^"饰染色体Modified Chrcanosome,它是用 有关属、种的部分同源染色体为目标材料，人工加工培育(合成)而成)，这条 外缘或工程化染色体必需具备以下特殊遗传功能 一、可以在普通小麦遗传背景中独立遗传传递、表达，而不与ABD基因组的任何部分同源染色体在减数分 裂期发生配对；二、携带显性同源(部分同源)雄性可育基因Ms和显性标记基 因Ma;三、不能够通过雄配子途径传递，而仅以雌配子途径传递。因此，这个 带有纯合核不育基因(msms)的单体异附加系小麦，自交可结实，后代种子(植 林)有两种基因型个体， 一是不携带异源染色体的具有纯合msms基因型小麦的 整倍体，植抹表现完全雄性不育，二是带有一条外缘染色体的具有纯合msms 基因型小麦的单体异附加系自身。通过附加染色体携带的显性标记基因的表达, 将上述整倍体雄性不育的种子或植株与雄性可育单体异附加系的种子(种子标 记性状)或植抹(植抹标记性状)相区分。将整倍体雄性不育系和另一个纯系 杂交，生产杂交F1种子用于生产，将单体异附加系通过自交或与整倍体不育系 杂交，用于繁殖整倍体雄性不育系和其自身。由此实现了小麦细胞核雄性不育 性的保持，并将其应用于杂交小麦开发上。根据上述细胞遗传理论设计原理， 国内外公开报道了数例成功实例(包括本发明公开的内容)将黑麦的5R染色体导入小麦细胞核雄性不育突变体Cornerstone(mslc)上，Driscoll(1972)获得了 XYZ杂交小麦生产体系X系、Y系和Z系分别是msms 基因型小麦5R二体异附加系(2n=42W(msms)+5R， ， =44) 、 5R单体异附加系 (2n=42W(msms)+5R， =43 )和msms基因型小麦整倍体(2n=42W(msms)+=42 )。 5R染色体上携带有部分同源等位的显性雄性可育基因Ms和穗茎有绒毛显性标 记基因，5R染色体在减数分裂时不与普通小麦的染色体发生配对，而是独立遗 传的。用Z系做母本与X系杂交生产Y系，再由Z系做母本和Y系杂交繁殖Z 系，再由Z系和父本系杂交生产杂交种用于生产。XYZ体系开创了小麦核不育 杂交优势利用的新途径、新方法。但是，由于5R染色体在Y系中能以一定的传 递率通过花粉传递，同时，X系中两个5R染色体间常常发生不配对的现象。为 此，后来Driscoll ( 1985)提出了改良XYZ体系，其将原系统中5R染色体改换 为5R等臂染色体，改良系统中的外缘染色体，通过雄配子途径的传递率有所减 少，但仍然能传递，意味着系统仍然不能够生产纯合度高的核不育系种子，由 此限制了它的生产应用。另外，区分可育与不育，是根据植株穗茎有绒毛(可 育抹Y系)和无绒毛(不育抹Z系)实现的，这需要等到抽穗后进行，由此增 加了不育系繁殖成本。黄寿松等(1991 )将长穗催麦草的4E染色体附加到一份隐性核不育小麦上， 获得的"蓝标型小麦核雄性不育、保持系"，是带有純合核不育基因的小麦的 4E染色体单体异附加系，它自交可结实，后代可分离出三种粒色的种子 一种 为白粒(正常小麦粒色)，约占64%，表现雄性不育，可用于F1制种；另一种 为浅蓝粒，约占33%,自交可结实，后代可永久分离出白粒不育和蓝粒可育种 子；第三种为深蓝粒，占3%，自交可结实，后代仅为深蓝粒亲本自身。该报道 的"蓝标型小麦核雄性不育、保持系"(相当于本发明的浅蓝粒系)的结实率 约为40-50%，自交后代分离出的白粒不育系种子只有64%左右。 发明内客本发明的目的是提供一种自交结实率和从自交后代分离出的白粒不育系种 子都高的细胞核雄性不育杂交小麦的培育方法。 实现上述目的的^R术方案为一种细胞核雄性不育杂交小麦的培育方法，是以小麦隐性细胞核雄性不育 材料为母本，以4F附加系蓝粒小麦为父本杂交，小麦隐性细胞核雄性不育材料采用"兰州核不育小麦"突变体材料，4E附加系蓝粒小麦采用长穗催麦草。通 过浅蓝粒系自交或通过白粒、浅蓝粒、深蓝粒三色混合系种植混交，即自交加 异交，繁殖白粒不育系和浅蓝粒可育系种子。在培育过程中①淘汰杂交当代种子的白粒，选留其中蓝粒种植；②F2代后 按单林分蓝、白粒成对行种植，并选留白粒行出现不育林的相应蓝粒行植林； ③下代按林分蓝、白粒成对行种植，而白粒行不出现不育抹的株系淘汰，Fs代 以后部分林系白粒行的不育林率为100%，按育种目标将相应的可育蓝粒林继续 自交选育，直至形成稳定的4E-ms浅蓝粒系。繁殖白粒雄性不育系可通过光电色选机分拣出深、戌蓝粒种子群体中的浅 蓝粒，再用浅蓝粒自交繁殖白粒不育系，也可用80-90%的白粒和10-20%的深、 浅蓝粒的混合种子(主要是浅蓝粒系)，在隔离种植条件下种植，将白粒不育系 和两种蓝粒可育系杂交，繁殖白粒不育系，同时，通过浅蓝粒系自交繁殖白粒 核不育系。上述技术方案实质包含以下特点U)4E-ms杂交小麦生产体系的创建以"兰州核不育小麦"突变体为母本， 以4E附加系蓝粒小麦为父本杂交，Fl代种子为的浅蓝粒(蓝粒性状的花粉直感 效应产生的)；F2代淘汰所有白粒种子，仅将蓝粒种子点播；将F3代种子分单 林分蓝、白粒后成对行种植，F3代及其以后时代，将出现白粒行的不育抹率为 100%,而相应蓝粒行自交结实的成对家系，说明该家系的核不育基因已纯合， 只需按育种目标将其相应的可育蓝粒林继续自交选育，直至形成稳定的4E-ms 浅蓝粒系(见图示)。(2)4E-ms体系浅蓝粒系的培育 一、杂交系统选育法此类似于品种间杂交 常规系统选育纯系品种的方法和途径。以需改良的浅蓝粒系为母本，以与育种 目标相符的另一亲本为父本杂交，淘汰杂交当代种子的白粒，选留其中的蓝粒 种植，F2代后按单林分蓝、白粒成对行种植，并选留白粒行出现不育株的相应 蓝粒行植株，下代按抹分蓝、白粒成对行种植，而白粒行不出现不育抹的株系 淘汰。F3代以后，部分林系白粒行的不育抹率为100%,说明该家系的核不育基 因已纯合，只需按育种目标将其相应的可育蓝粒抹继续自交选育，直至形成稳 定的4E-ms浅蓝粒系(见图示)。二、连续回交定向选育法已知某亲本材料的丰产性、配合力及异交结实性表现优良，可用此法将这一目标材料转育成相应 的浅蓝粒系。此法的优点是目标明确，缺点是工作量大。此方法和化学杂交小麦技术(CHA)相结合，可以将已在试验、生产上证明具有应用前景的优良化 杀组合的母本系，回交转育成相应4E-ms体系的浅蓝粒系，由此实现优良组合 母本系的蓝粒化一一遗传控制的雄性不育化(复制该组合)，而不再使用化学杂 交剂。图为以甘麦8号为不育系目标转育材料的设计方案.三、杂交+有限回交 十系统选育法首先用优良亲本材料与优良不育系(林)杂交获MSms基因型的 优良F1代做父本，然后再与优良浅蓝粒系为母本杂交，选留杂交当代的浅蓝粒 种子种植并分单林收获，理论上认为，这些蓝粒单林的一半其核不育基因是纯 合的，其下代白粒行的不育株率是100%，将这些蓝粒单抹按育种目标系统选育 直至稳定。此法的优点是可以早代迅速地实现不育基因的纯合，有效选择群体 (MSms和msms基因型的蓝粒个体)较大，而无效选择群体(MSMS基因型的 蓝粒个体)小，即选择效率高(见图示) 本发明具有以下有益效果与黄寿松等人的报告比较，可以发现虽然和本发明的相关遗传育种机理相 同，但是，二者存在以下不同之处1、所采用细胞核雄性不育材料的来源不同。 本发明所利用的细胞核雄性不育材料一—"兰州核不育小麦"，H明者发现的 自然突变体材料，系统地研究表明，"兰州核不育小麦"是一单隐性核基因突变 而致，不育性遣传稳定，不受外界光、温环境因子的影响，不貫基因位于4B染 色体短臂上，和前人已经报道的msl位点上的其它六个突变体(Pugsley，s (msla), Probus (mslb)， Cornerstone (mslc), FS2 (msld)， FS3 (msle) and FS24 (mslf)，) 等位，我们将其基因符号命名为mslg; 2、本发明在这一研究报道的基础上取得 了以下进步A、本发明涉及的浅蓝粒系的自交结实率髙，几乎接近正常小麦品 种的结实率(85%以上)，而黄寿松等报道的"蓝标型小麦核雄性不育、保持系" (相当于本发明的浅蓝粒系)的结实率约为40-50%,这可能与二者采用的核不 育材料不同有关，也可能与二者采用的蓝粒小麦亲本不同有关。B、本发明涉及 的浅蓝粒系自交后代蓝、白粒的分离比率与"蓝标型小麦核雄性不育、保持系" 不同，本发明的浅蓝粒系中自交后代分离出的白粒不育系种子可以达到80%左 右，而"蓝标型小麦核雄性不育、保持系"自交后代分离出的白粒不育系种子只有64%左右。 附圉说明图l为4E-ms体系白粒不育系、浅蓝粒系的选育困解；图2为4E-ms杂交小麦生产体系白粒不育系及杂交种F,繁育机制图解；图3为4E-ms杂交小麦生产体系白粒不育系的混交(杂交+自交)繁殖方式 图解；图4为4E-ms杂交小麦生产体系浅蓝粒系的杂交系统选育法图解；图5为连续回交定向选育具有目标亲本遣传背景的浅蓝粒系的图解；图6为杂交+有限回交+系统选育法选育浅蓝粒系的图解。
具体实施方式
1、 在小麦4B染色体上任何隐性雄性不育突变体材料上，附加一条来自长 穗偃麦草的4E染色体，获得的msms基因型小麦4E单体异附加系的种子为浅 蓝粒，自交可正常结实，后代有三种粒色 一种为白粒(正常小麦粒色)，种植 后表现雄性不育，可用于F1制种；另一种为浅蓝粒，自交可结实，后代可永久 分离出白粒不育和蓝粒可育种子；第三种为深蓝粒，自交可结实，后代仅为深 蓝粒亲本自身。上述白、浅蓝、深蓝粒的基因组组成分别为2n=42W(msms)=42， 2n=42W(msms)+4E，=43， 2n=42W(msms)+4E"=44。可以通过以下两种途径繁殖 白粒雄性不育系 一、用光电色选机，分拣出深、浅蓝粒种子群体中的浅蓝粒， 再用浅蓝粒自交繁殖白粒不育系；二、当光电色选机不能完全分拣深、浅蓝粒 时，用80-90%的白粒和20-10°/。的深、浅蓝粒(主要是浅蓝粒)的混合种子，在 隔离种植条件下种植，使白粒不育系和两种蓝粒可育系(主要是浅蓝粒系)杂 交，繁殖白粒不育系，同时，通过浅蓝粒系自交繁殖白粒核不育系。2、 用白粒细胞核雄性不育系做母本，用另一开花习性良好、配合力优良的 纯系材朴敝父本杂交，培育商用杂交F1小麦。3、 "兰州核不育小麦"突变体的不育性，受位于4B染色体短臂上一对等 位纯合隐性不育基因控制，基因位点与前人已经报道的咖l位点上的其它六个 突变体(Pugsley，s (ms 1 a) ， Probus (ms 1 b), Cornerstone (ms 1 c), FS2 (ms 1 d)， FS3(咖le)andFS24(mslf)，)等位，基因符号为咖lg。4、 4E-ms杂交小麦生产体系组成材料一一白粒核不育系、浅蓝粒可育系(保 持系)、深蓝粒可育系材料。一、4E-ms体系白粒核不育系的基因组組成为 2n=42W(msms)=42，种植后植林表现近100%的雄性不育度和雄性不育林率，可 以作为母本系和父本系杂交生产商用Fl种子；二、 4E-ms体系浅蓝粒核不育保 持系(简称浅蓝粒系)的基因组组成为2n=42W(msms)+4E，=43,自交可结实， 后代有三种粒色A、白粒(正常小麦粒色)，约占50-80%,表现雄性不育，基 因型为2iF42W(msms)42，可用于Fl制种；B、浅蓝粒亲本自身，约占47-18.6%， 自交可结实，基因型为2n=42W(msms)+4E，=43,自交后代可永久分离出白粒不 育和浅、深蓝粒可育种子；C、深蓝粒，约占3-1.4%,自交可结实，基因型为 2n=42W(msms)+4E"=44 ，自交后代M是深蓝粒自身。5、 4E-ms体系浅蓝粒核不育保持系的育种培育方法。 一、杂交系统选育法 此类似于品种间杂交常规系统选育纯系品种的方法和途径。以需改良的浅蓝粒 系为母本，以与育种目标相符的另一亲本为父本杂交，淘汰杂交当代种子的白 粒，选留其中的蓝粒种植，F2代后按单抹分蓝、白粒成对行种植，并选留白粒 行出现不育林的相应蓝粒行植林，下代按林分蓝、白粒成对行种植，而白粒行 不出现不育抹的林系淘汰。F3代以后，部分林系白粒行的不育株率为100%，说 明该家系的核不育基因已纯合，只需按育种目标将其相应的可育蓝粒林继续自 交选育，直至形成稳定的4E-ms浅蓝粒系(见图示)。二、连续回交定向选育法 已知某亲本材料的丰产性、配合力及异交结实性表现优良，可用此法将这一目 标材料转育成相应的浅蓝粒系。此法的优点是目标明确，缺点是工作量大。此 方法和化学杂交小麦技术(CHA)相结合，可以将已在试验、生产上证明具有 应用前景的优良化杀组合的母本系，回交转育成相应4E-ms体系的浅蓝粒系， 由此实现优良组合母本系的蓝粒化一一遗传控制的雄性不育化(复制该組合)， 而不再使用化学杂交剂。图为以甘麦8号为不育系目标转育材料的设计方案。 三、杂交+有限回交+系统选育法首先用优良亲本材料与优良不育系(抹)杂 交获MSms基因型的优良Fl代做父本，然后再与优良浅蓝粒系为母本杂交，选 留杂交当代的浅蓝粒种子种植并分单抹收获，理论上认为，这些蓝粒单林的一 半其核不育基因是纯合的，其下代白粒行的不育株率是100%，将这些蓝粒单株按育种目标系统选育直至稳定。此法的优点是可以早代迅速地实现不育基因的纯合，有效选择群体(MSms和msms基因型的蓝粒个体)较大，而无效选择群 体(MSMS基因型的蓝粒个体)小，即选择效率高(见图示)。
权利要求
1. 一种细胞核雄性不育杂交小麦的培育方法，是以小麦隐性细胞核雄性不育材料为母本，以4F附加系蓝粒小麦为父本杂交，其特征为小麦隐性细胞核雄性不育材料采用“兰州核不育小麦”突变体材料，4E附加系蓝粒小麦采用长穗偃麦草，通过浅蓝粒系自交或通过白粒、浅蓝粒、深蓝粒三色混合系种植混交，即自交加异交，繁殖白粒不育系和浅蓝粒可育系种子。
2、 根据权利要求l所述的细胞核雄性不育杂交小麦的培育方法，其特征为 在培育过程中①淘汰杂交当代种子的白粒，选留其中蓝粒种植；②F2代后按单 林分蓝、白粒成对行种植，并选留白粒行出现不育株的相应蓝粒行植林；③下 代按抹分蓝、白粒成对行种植，而白粒行不出现不育林的林系淘汰，F3代以后 部分抹系白粒行的不育林率为100%，按育种目标将相应的可育蓝粒抹继续自交 选育，直至形成稳定的4E-ms浅蓝粒系。
3、 根据权利要求l所述的细胞核雄性不育杂交小麦的培育方法，其特征为 繁殖白粒雄性不育系可通过光电色选机分拣出深、浅蓝粒种子群体中的浅蓝粒， 再用浅蓝粒自交繁殖白粒不育系，也可用80-90%的白粒和10-20%的深、浅蓝粒 的混合种子(主要是浅蓝粒系)，在隔离种植条件下种植，将白粒不育系和两种 蓝粒可育系杂交，繁殖白粒不育系，同时，通过浅蓝粒系自交繁殖白粒核不育 系。
全文摘要
本发明为一种细胞核雄性不育杂交小麦的培育方法，涉及农作物栽培领域，现有的将长穗偃麦草的4E染色体附加到一份隐性核不育小麦上，获得的蓝标型小麦核雄性不育保持系的结实率为40-50％，自交后代分离出的白粒不育系种子只有64％左右，本发明采用了兰州核不育小麦为母本，将长穗偃麦草作为父本杂交，通过浅蓝粒系自交或通过白粒、浅蓝粒、深蓝粒三色混合系种植混交(自交+异交)，繁殖白粒不育系和浅蓝粒可育系种子。用光电色选机分拣上述繁殖生产的白粒种子和蓝粒种子，并在蓝粒种子群体中尽可能分拣除去深蓝粒种子。用白粒不育系和父本系杂交生产商用杂种F1种子。获得的浅蓝粒系的自交结实率高，为85％以上，白粒不育系种子可以达到80％左右。
文档编号A01H1/04GK101243770SQ20071008022
公开日2008年8月20日 申请日期2007年2月14日 优先权日2007年2月14日
发明者周宽基, 王世红 申请人:甘肃省农业科学院