本发明涉及一种农业育种技术领域，且特别涉及一种菱人工杂交育种方法。
背景技术：
菱起源于欧洲和亚洲的温暖地区，中国是菱的原产地之一，菱在中国已有2500多年的栽培历史。菱属一年生浮水水生草本植物，着生水底，水中泥根细铁丝状，5～10月开花，7～11月结果。菱的果实，即为菱角，垂生于密叶下水中，呈三角状菱形，表面具淡灰色长毛，腰角位置无刺角，果喙不明显，内具1种子。菱角皮脆肉美，蒸煮后剥壳食用，亦可熬粥食。菱角含有丰富的蛋白质、不饱和脂肪酸及多种维生素和微量元素，具有利尿通乳、止渴、解酒毒之功效。
菱是一种有性繁殖的作物，其种子极易发芽。长期以来，生产栽培的菱品种多为传统的地方品种，还有少量选育品种。而这些选育品种也是在地方品种的基础上通过提纯复壮得来的，选育的预见性不强。因此，目前所栽培的菱存在品种单一、种性退化严重等缺点。另一方面，虽然有性杂交作为许多作物的主要育种方法，已用来选育出大量品种，但目前还没有通过人工杂交定向选育菱品种的报道，也没有菱人工杂交技术。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种菱人工杂交育种方法，通过人工杂交技术，定向选育出生长势强、抗逆性强、杂交优势明显的菱品种。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
本发明提出一种菱人工杂交育种方法，其包括如下步骤：
选择父本菱、母本菱作为亲本，分别培育，父本菱长出父本花蕾，母本菱长出母本花蕾；
选取萼片刚开裂至花瓣未松动的父本花蕾，并对父本花蕾进行套袋；选取萼片刚开裂的母本花蕾，除去母本花蕾的萼片、花瓣，再掐掉雄蕊，并对母本花蕾进行套袋；
将套袋揭开，取套袋后开花的父本菱的花粉对母本花进行授粉，继续培育，收获授粉后的母本菱的种子，即得菱杂交种子。
进一步地，在本发明较佳实施例中，除去母本花蕾的萼片的方法是用医用眼科剪刀剪去萼片中部以上部位，除去母本花蕾的花瓣的方法是用镊子掐掉花瓣，掐掉雄蕊的方法是用镊子掐掉雄蕊。
进一步地，在本发明较佳实施例中，授粉是在母本花蕾去掉雄蕊后0～4h进行。
进一步地，在本发明较佳实施例中，授粉时间在授粉当日的9：00～18：00。
进一步地，在本发明较佳实施例中，授粉方法是：将父本花倒扣在母本花的柱头上摩擦，使父本花的花粉均匀授于母本花的柱头上。
进一步地，在本发明较佳实施例中，父本菱的花粉为父本菱开花后0～4.5h的花粉。
进一步地，在本发明较佳实施例中，父本菱开花是指花瓣完全张开，且花药开裂，释放花粉。
进一步地，在本发明较佳实施例中，亲本的培育方法为：于3月下旬，将菱种子在育苗田中播种，育苗田保持5～10cm水深，菱苗出水后，逐渐加深育苗田的水深，直至在移栽前一周与定植田同等水深30～40cm；播种后40～45d，将菱苗在定植田中定植，行距1.5～2.0m，穴距1.5～2.0m，每穴栽植2～4株菱苗。
进一步地，在本发明较佳实施例中，完成授粉后的继续培育方法为：对授粉后的母本花进行套袋，2d后，除去套袋，并将母本花摁入水中；授粉后22～28d，用纱网袋将母本菱的种子套住，种子成熟后，即得菱杂交种子。
进一步地，在本发明较佳实施例中，其还包括以下步骤：将菱杂交种子水藏，第二年春季再育苗种植，选择符合育种目标的单株。
本发明实施例的菱人工杂交育种方法的有益效果是：本发明实施例的菱人工杂交育种方法为：首先，选择父本菱、母本菱分别培育；其次，选取萼片刚开裂至花瓣未松动的父本花蕾套袋，选取萼片刚开裂的母本花蕾，除去萼片、花瓣，掐掉雄蕊，套袋；然后，在母本花蕾去掉雄蕊后0～4h，将套袋揭开，取套袋后开花的父本菱的花粉对母本花进行授粉，通过人工杂交技术，定向选育出生长势强、抗逆性强、杂交优势明显的菱杂交种子。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的菱人工杂交育种方法进行具体说明。
本发明实施例提供一种菱人工杂交育种方法，其包括如下步骤：
S1、选择父本菱、母本菱作为亲本，分别培育，父本菱长出父本花蕾，母本菱长出母本花蕾。其中，亲本的培育方法为：于3月下旬，将菱种子在育苗田中播种、催芽育苗，育苗田保持5～10cm水深，菱苗出水后，逐渐加深育苗田的水深，直至在移栽前一周与定植田同等水深，均为30～40cm；播种后40～45d，将菱苗在定植田中定植，行距1.5～2.0m，穴距1.5～2.0m，每穴栽植菱苗2～4株。
按照Dafni的方法对菱进行杂交指数(OCI)的测量，表明菱有性繁育系统为自交亲和，有时需要传粉者。依据Cruden以P/O评判繁育系统的标准，表明菱的繁育系统为兼性异交。研究菱的开花动态结果表明：菱花期在5～10月，盛花期在7～8月，单朵花期15h，不同品种菱花开放高峰有差异，人工栽培菱大部分花在11：00～20：00开放，野生菱大部分花在5:00～14：00开放。以早晨开放的菱花为例，菱花从开放到凋谢的全过程为：8:00花蕾的萼片开裂；10:10花瓣高出萼片0.4cm，花瓣开始松动(此时剥开同种状态的其他花蕾，可以见到1枚雄蕊与柱头同高，并有少量花粉紧挨柱头)；11:00菱花开放，雄蕊散粉；14：00花粉已散尽，花柄依然挺立；23:00花柄倒入水中，即凋谢，35d后菱果成熟。
S2、选取萼片刚开裂至花瓣未松动的父本花蕾，并对父本花蕾进行套袋，以免花粉混杂或花粉被风吹落和被虫子携带走；选取萼片刚开裂的母本花蕾，除去母本花蕾的萼片，具体是用医用眼科剪刀剪去萼片中部以上部位，以防杂交种子裂果，然后除去母本花蕾的花瓣，具体是用镊子掐掉花瓣，再掐掉雄蕊，具体是用镊子掐掉雄蕊，然后对母本花蕾进行套袋，等待授粉。本实施例中，套袋为套硫酸纸袋，硫酸纸袋厚0.05mm，大小为6.5cm×5.5cm。
研究结果显示：花蕾的萼片开裂后2h，花瓣开始松动，此时剥开同种状态的其他花蕾，可以见到1枚雄蕊与柱头同高，并有少量花粉紧挨柱头，因此母本花蕾的去雄时间优选在萼片刚开裂至开裂后1h的时间段内。
S3、在母本花蕾去掉雄蕊后0～4h，优选在去掉雄蕊后0～3h，更优选在去掉雄蕊后0～2h，此时将母本花蕾套袋揭开，取套袋后开花的父本菱的花粉对母本花进行授粉，授粉时间最好在授粉当日的9：00～18：00，继续培育，收获授粉后的母本菱的种子，即得菱杂交种子。其中，授粉方法是：将父本花倒扣在母本花的柱头上并轻轻摩擦，使父本花的花粉均匀授于母本花的柱头上。另外，完成授粉后的继续培育方法为：对授粉后的母本花进行套袋，2d后，除去套袋，并将母本花摁入水中；授粉后22～28d，优选25d，用10.0cm×15.0cm纱网袋将母本菱的种子套住，同时将纱网袋栓在竹竿上，以防种子落入水中，35～40d种子成熟，此时可采收，即得杂交种子。
通过柱头可授性检验结果表明：菱花在萼片开裂时即具强可授性，菱花在萼片开裂4h后，柱头可授性急剧下降，为19.8％；菱花在萼片开裂3h后，柱头可授性为47.0％；菱花在萼片开裂0～2h后，柱头可授性为52.0～50.0％，此时，菱花的柱头可授性相对最高，最适宜授粉。因此，在母本花蕾的萼片刚开裂时应立即去雄，才能保证在母本花蕾的萼片开裂0～2h(即在母本花蕾去掉雄蕊后0～2h)进行授粉，以保证母本花柱头具有较高的可授性。此期杂交的菱的结实率达52.0％。
而且，由于授粉当天已对父本花蕾套袋，套袋1.5～3.5h后，父本菱开花，父本菱开花是指花瓣完全张开，且花药开裂，释放花粉，即可对父本花采粉。由菱花粉活力检验结果表明：从花瓣完全张开且花药开裂，开始计算开花时间，菱花粉活力在开花之初较高，在开花1.5h后，花粉活力维持在48.8％，在开花4.5h后，花粉活力迅速下降；在开花24h后，花粉活力几乎为零，完全失去活性。因此，本实施例中的父本菱的花粉为父本菱开花后0～4.5h(自花瓣完全张开且花药开裂，开始计算开花时间)，优选为父本菱开花后0～1.5h的花粉，更优选为父本菱开花后0～1h的花粉，最优选为父本菱开花后0～0.5h的花粉。对菱花粉活力和柱头的可授性检测结果显示，同一朵花的雌、雄器官在同一高度，时间上也能重合，自花授粉可以受精结实。
S4、将菱杂交种子水藏，第二年春季再育苗种植，选择符合育种目标的单株。应该注意，采收后的成熟杂交种子应浸泡水中保存，自然发芽率高达95.0％以上。
其中，菱杂交种子培育方法为：
育苗及定植：3月下旬，将上述菱杂交种子在育苗田播种，播种后40～45d分单株在1m2的育种池定植，每1m2的育种池栽植1个单株，同时做好登记编号。
肥水管理：育苗田每667m2施复合肥10～15kg作基肥，水深宜为5～10cm。育种池基肥宜每667m2施复合肥30～40kg、钙镁磷肥45～55kg。在菱苗旺盛生长期，每667m2施复合肥8～12kg；开花结果期，每次间隔15d喷施0.2％磷酸二氢钾叶面肥3～4次；8～10月，根据菱盘长势，每隔30d施复合肥20～30kg/667m2。育种池前期保持15～25cm水深，初花后保持30～40cm水深。
选择符合育种目标的单株的方法为：
M1初选：对上述菱杂交种子进行单株种植，选择生长势旺、抗性强、早熟高产的优良单株，标记编号，并调查优良单株菱生长过程中的各项指标，如菱盘直径、叶片长度、叶片宽度、单株菱盘数、单个菱盘结果数，嫩菱果皮颜色、果角个数、果实长度、果实宽度、单果质量、单果肉质量、果肉率、熟性、产量及抗病虫能力等。
M2复选：根据观察记载资料综合分析结果，决定取舍，淘汰不符合指标要求的单株菱的种子，将符合育种目标的后代，继续在1m2的育种池分单株种植。按上述过程一般应进行6～7年自交纯合。
M3初步繁殖：将入选的单株，分别繁殖一定数量的群体，供品系比较试验用，同时调查分析其繁殖力。
M4品系比较试验：入选单株的繁殖后代称为品系；以亲本和有代表性的当地主栽培品种作为对照，在同等栽培条件下进行比较试验，比较鉴定的项目有菱盘直径、叶片长度、叶片宽度、嫩菱果皮颜色、果角个数、果实长度、果实宽度、单果质量、单果肉质量、果肉率、熟性、产量及抗病虫能力等。
M5报请审(认)定：经品系比较试验和区域适应性试种筛选出的优良品系，即可报请省级作物品种审定委员会审(认)定。
M6原种繁殖：对所选育出的优良菱品系，经过相关单位审定后，进行繁殖，繁育出优良菱原种。
M7繁育推广：经审定合格的优良种苗即可繁育和大规模推广。
本发明研究结果显示：菱自然授粉结实率达85.7％，不去雄套袋(自交)结实率为80.9％，表明菱的传粉形式是以自花授粉为主，采用本发明人工杂交育种方法的菱杂交结实率达52％。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
实施例1提供一种菱人工杂交育种方法，包括以下步骤：
亲本材料：嘉鱼菱，原产湖北省嘉鱼县；汉川红菱，原产湖北省汉川市。均来自国家种质武汉水生蔬菜资源圃。
亲本的育苗及定植：选用嘉鱼菱作为母本，汉川红菱作为父本，3月底在育苗田中播种育苗，用种量0.6kg/m2，育苗田保持8cm水深，菱苗出水后，逐渐加深育苗田的水深，直至在移栽前一周与定植田同等水深35cm，播种后45d定植，定植前撒施基肥，行距1.8m，穴距1.8m，每穴栽植菱苗3株，父本菱长出父本花蕾，母本菱长出母本花蕾。
父本套袋：选取生长健壮饱满、萼片刚开裂至花瓣还未松动前的父本花蕾，用硫酸纸袋套好，并扎口、挂牌，以免花粉混杂或被风吹落和虫子携带走。
母本去雄套袋：选取生长健壮饱满、萼片刚开裂的母本花蕾，先用医用眼科剪刀剪去萼片中部以上部位，再用镊子掐掉花瓣、雄蕊，用硫酸纸袋套好，并扎口、挂牌。
授粉：在菱母本花去掉雄蕊后0～3h内，将所套硫酸纸袋揭开，将刚开放的父本花倒扣在母本花的柱头上并轻轻摩擦，使父本花粉均匀授于母本花的柱头上，保证授粉时间在9：00～18:00，授粉后再用硫酸纸袋将母本花套好，扎口、挂牌，并在植株旁边插上竹竿作为标记。授粉2d后，除去所套硫酸纸袋，同时将母本花摁入水中。
种子采收：授粉后25d用纱网袋将母本菱的种子套住，同时将纱网袋栓在竹竿上，以防落入水中，35～40d种子成熟，采收即得菱杂交种子，采收后的菱杂交种子应浸泡水中保存。
杂交种子的播种、育苗及定植：第二年3月底，将上述菱杂交种子在育苗田播种，播种后45d分单株在1m2的育种池定植，每1m2的育种池栽植1个单株即可。育苗田宜每667m2施复合肥12kg，水深宜为7cm；育种池基肥宜每667m2施复合肥35kg、钙镁磷肥50kg；在菱苗旺盛生长期，每667m2施复合肥10kg；开花结果期，每次间隔15d喷施0.2％磷酸二氢钾叶面肥4次；8～10月，根据菱盘长势，每隔30d施复合肥25kg/667m2。育种池保持35cm左右水深即可。
选育：选择早熟、高产的菱单株。
(1)初选：根据育种目标，选择生长势旺、抗性强、早熟高产的若干优良单株，标记编号，以供观察；
(2)观察：调查菱生长过程中的各项指标，如菱盘直径、叶片长度、叶片宽度、单株菱盘数、单个菱盘结果数，嫩菱果皮颜色、果角个数、果实长度、果实宽度、单果质量、单果肉质量、果肉率、熟性、产量及抗病虫能力等；
(3)复选：根据观察记载资料综合分析结果，决定取舍，一般应进行6～7年自交纯合；
(4)初步繁殖：将入选的单株，分别繁殖一定数量的群体，供品系比较试验用，同时调查分析其繁殖力；
(5)品系比较试验：入选单株的繁殖后代称为品系；以亲本材料和当地主栽培品种作为对照，在同等栽培条件下进行比较试验，比较鉴定的项目有菱盘直径、叶片长度、叶片宽度、嫩菱果皮颜色、果角个数、果实长度、果实宽度、单果质量、单果肉质量、果肉率、熟性、产量及抗病虫能力等；
(6)报请审(认)定：经品系比较试验和区域适应性试种筛选出的优良品系，即可报请省级作物品种审定委员会审(认)定；
(7)原种繁殖，对所选育出的优良菱品系，经过相关单位审定后，进行繁殖，繁育出优良菱原种；
(8)繁育推广：经审定合格的优良种苗即可繁育和大规模推广。
本实施例通过将嘉鱼菱(母本)与汉川红菱(父本)杂交，选育出菱13-68新品系，该菱新品系与母本(嘉鱼菱)、父本(汉川红菱)关于产量和始采期的对比如表1所示。
表1 13-68及亲本菱的产量和始采期情况
由上表可看出，该菱新品系的始采期比母本(嘉鱼菱)提早28d，产量比母本(嘉鱼菱)提高12.1％；始采期与父本(汉川红菱)比较相当，产量比父本(汉川红菱)提高36.8％。因此，该菱新品系具有生长势旺、熟性早、产量高等杂交优势。
实施例2
实施例2提供一种菱杂交种子，其按照以下菱人工杂交育种方法获得：
亲本材料：汉川红菱，原产湖北省汉川市；水红菱，原产江苏省苏州市。均来自国家种质武汉水生蔬菜资源圃。
亲本的育苗及定植：选用汉川红菱作为母本，水红菱作为父本，于3月底在育苗田中播种育苗，用种量0.5kg/m2，育苗田保持5cm水深，菱苗出水后，逐渐加深育苗田的水深，直至在移栽前一周与定植田同等水深30cm，播种后45d定植，定植前撒施基肥，行距1.5m，穴距1.5m，每穴栽植菱苗2株，父本菱长出父本花蕾，母本菱长出母本花蕾。
选取生长健壮饱满、萼片刚开裂至花瓣未松动的父本花蕾，用硫酸纸袋套好，并扎口、挂牌，以免花粉混杂或被风吹落和虫子携带走。选取生长健壮饱满、萼片刚开裂的母本花蕾，先用医用眼科剪刀剪去萼片中部以上部位，再用镊子掐掉花瓣、雄蕊，用硫酸纸袋套好，并扎口、挂牌。
在菱母本花去掉雄蕊后3～4h内，将所套硫酸纸袋揭开，将刚开放的父本花倒扣在母本花的柱头上并轻轻摩擦，使父本花粉均匀授于母本花的柱头上，保证授粉时间在9：00～18:00，授粉后再用硫酸纸袋将母本花套好，扎口、挂牌，并在植株旁边插上竹竿作为标记。授粉2d后，除去所套硫酸纸袋，同时将母本花摁入水中。授粉后22d用纱网袋将母本菱的种子套住，同时将纱网袋栓在竹竿上，以防落入水中，种子成熟，采收即得菱杂交种子，采收后的菱杂交种子应浸泡水中保存。
第二年3月底，将上述菱杂交种子进行育苗栽培：
育苗田宜每667m2施复合肥10kg作基肥，水深宜为5cm；育种池基肥宜每667m2施复合肥30kg、钙镁磷肥45kg，播种后45d分单株在育种池定植，每1m2育种池栽植1个单株，育种池前期保20cm水位，初花后保持30cm水深即可。在菱苗旺盛生长期，每667m2施复合肥8kg；开花结果期，每次间隔15d喷施0.2％磷酸二氢钾叶面肥4次；8～10月，根据菱盘长势，每隔30d每667m2施复合肥20kg。经过与实施例1相同的方法选育后，得到菱新品系12-56，该新品系亩产量为710kg，明显高于父本和母本产量，始采期明显提前于父本，具体结果如表2所示。
表2 12-56及亲本菱的产量和始采期情况
实施例3
实施例3提供一种菱杂交种子，其按照以下菱人工杂交育种方法获得：
亲本材料：南湖菱，原产浙江省嘉兴市；L野菱-4，原产湖北省武昌县。均来自国家种质武汉水生蔬菜资源圃。
亲本的育苗及定植：选用南湖菱作为母本，L野菱-4作为父本，于3月底在育苗田中播种育苗，用种量0.7kg/m2，育苗田保持10cm水深，菱苗出水后，逐渐加深育苗田的水深，直至在移栽前一周与定植田同等水深40cm，播种后45d定植，定植前撒施基肥，行距2.0m，穴距2.0m，每穴栽植菱苗4株，父本菱长出父本花蕾，母本菱长出母本花蕾。
选取生长健壮饱满、萼片刚开裂至花瓣还未松动前的父本花蕾，用硫酸纸袋套好，并扎口、挂牌，以免花粉混杂或被风吹落和虫子携带走。选取生长健壮饱满、萼片刚开裂的母本花蕾，先用医用眼科剪刀剪去萼片中部以上部位，再用镊子掐掉花瓣、雄蕊，用硫酸纸袋套好，并扎口、挂牌。
在菱母本花去掉雄蕊后0～2h内，将所套硫酸纸袋揭开，将刚开放的父本花倒扣在母本花的柱头上并轻轻摩擦，使父本花粉均匀授于母本花的柱头上，保证授粉时间在9：00～18:00，授粉后再用硫酸纸袋将母本花套好，扎口、挂牌，并在植株旁边插上竹竿作为标记。授粉2d后，除去所套硫酸纸袋，同时将母本花摁入水中。授粉后28d用纱网袋将母本菱的种子套住，同时将纱网袋栓在竹竿上，以防落入水中，种子成熟，采收，即得菱杂交种子，采收后的菱杂交种子应浸泡水中保存。
第二年3月底将上述菱杂交种子进行育苗栽培：
育苗田每667m2施复合肥15kg作为基肥，水深宜为10cm；育种池基肥宜每667m2施复合肥40kg、钙镁磷肥55kg，播种后45d分单株在育种池定植，每1m2育种池栽植1个单株，育种池前期保持25cm水深，初花后保持40cm水深即可。在菱苗旺盛生长期，每667m2施复合肥12kg；开花结果期，每次间隔15d喷施0.2％磷酸二氢钾叶面肥3次；8～10月，根据菱盘长势，每隔30d每667m2施复合肥30kg。经过选育后，得到菱新品系11-79，该新品系的亩产量为650kg，明显高于父本和母本亩产量，始采期明显提前于母本，具体结果如表3所示。
表3 11-79及亲本菱的产量和始采期情况
综上所述，本发明实施例的菱人工杂交育种方法，通过人工杂交技术，定向选育出生长势强、抗逆性强、杂交优势明显的菱杂交种子。以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。