无果皮的菠菜种子的制作方法

本发明涉及基本上无果皮的菠菜(spinaciaoleracea)或菠菜(spinach)种子。本发明还涉及用于产生基本上无果皮的菠菜(spinaciaoleracea)或菠菜(spinach)种子和能够产生基本上无果皮的种子的菠菜(spinaciaoleracea)或菠菜(spinach)植物的方法。与果皮包围的菠菜(spinaciaoleracea)或菠菜(spinach)种子相比，本发明的基本上无果皮的菠菜(spinaciaoleracea)或菠菜(spinach)种子提供以下的一种或更多种：1)在运输、储存和处理期间体积和重量减少，2)减少休眠，3)增加萌发，4)增加产量和5)减少病原体压力。本发明进一步提供了保藏形式的遗传来源，其可用于基本上无果皮的菠菜(spinaciaoleracea)或菠菜(spinach)种子。

菠菜(spinach)或菠菜(spinaciaoleracea)是一种来自西亚和中亚的可食用植物。它属于苋科(amaranthaceae)。以前它被称为藜科(chenopodiaceae)的成员；然而这个科在2003年左右被合并在苋科中，且现在是藜亚科(chenopodioideae)。它自1400年左右开始在欧洲栽培。

使用具有雌性开花的植物和具有雄性开花期的植物作为授粉植物，可以容易地产生菠菜的杂交。在雌性植物发育雄花之前，所有雌花由雄性受精。

市场上存在三种基本类型的菠菜：

-具有深绿色、卷曲和褶皱叶子的皱叶甘蓝(savoy)型(用于新鲜市场)；

-扁平或光滑的叶子菠菜，其具有宽阔光滑的可容易清洁的叶子。此类型用于工业(罐装或冷冻菠菜，以及加工食品和婴儿食品)；

-半皱叶甘蓝型是一种中间类型的菠菜，具有与皱叶甘蓝型相当的质地，但易于清洁，如同光滑类型的菠菜。它被栽培用于新鲜市场和工业二者。

-一种耐热的东方型，其具有起泡很少的叶子；长叶柄，具有多个旁瓣的尖叶(或和植物具有直立生长)。

育种产生了快速生长而没有提早开花的菠菜植物。较老的品种倾向于具有较窄的叶子，并具有较强烈、略微苦的味道；较新的品种具有较宽阔的叶子和较温和的味道。此外，最近的类型在温暖条件中几乎没有抽苔的倾向，且因此不会提早开花和产生种子。

关于营养价值，只提供少量卡路里(100克熟的菠菜只有23卡路里)，菠菜是维生素a、b2(或叶酸)、b6、c、e和k；镁、锰、钙、钾、铁和膳食纤维的丰富来源。

菠菜是一年生或二年生植物，具有光滑的有光泽叶子，没有毛状体。最初，叶子长成莲座型叶丛；茎直立生长而且大多无分枝；互生叶的每一个由叶柄和单叶片(asimpleblade)组成；这种叶片是三角形(或甚至箭头形)到卵形，有时具有细长的裂片；具有全缘或齿状缘和锐尖先端。有时，叶子中会出现红色中脉。一般而言，植物是雌雄异株的，雌雄同株植物也会存在。

雄花排列为团伞花序，其形成间断的末端穗状圆锥花序。它们各自由4-5个长圆形花被片和4-5个雄蕊组成。雌花呈位于叶腋中的团伞花序形式。由两个合生的小苞片包围，没有花被，它们由具有4-5个丝状柱头的子房组成。染色体基数是x＝6，这对于藜亚科来说是不寻常的，在该科中更常见的是x＝9或其多倍。在种子形成期间，小苞片变大并变硬，并且可具有齿状缘，有时几朵花变得合生。膜状果皮粘附在垂直取向的种子上。深色种皮是多刺的或光滑的。胚呈环状(annular)或环形(ringshaped)，包围着丰富的颗粒状外胚乳。

果皮是包围种子(胚、胚乳和种皮)的外层物质；它包括(从外到内)外果皮；中果皮和内果皮。关于菠菜的种子，果皮在真正的种子(trueseed)周围形成干燥的壁。菠菜种子周围的果皮的存在在本领域中引起了许多实际问题。

首先，由于果皮相对体积大，果皮的存在导致种批(aseedlot)的体积大幅度增加。在运输期间以及在储存期间，这是一个严重的问题。根据经验，具有果皮外壳的种子的体积增加了2.5倍，且重量增加了1.7倍。此外，果皮的存在妨碍了种子的气体交换和吸涨和萌发；在萌发期间，胚必须突破该相对强的组织层。此外，果皮在某些物种中引起强烈的休眠效应；有时导致大约50％的种子休眠。包围菠菜种子的果皮的缺点可归纳如下：

-果皮通过机械阻碍或通过引起休眠妨碍或延迟萌发；

-由于果皮的结构，果皮中可存在病原体，且难以通过种子处理去除；

-收获的具有果皮的种子的体积比无果皮种子的体积高至少2.5倍；重量增加了1.7倍。这导致运输和储存的高成本。

在过去，开发了从种子物理去除果皮的方法。从细枝岩黄芪(hedysarumscoparium)中机械去除果皮导致萌发率从44％提高到90％(hu,x.w.,wang,y.r.和wu,y.p.“effectsofthepericarponimbibition,seedgermination,andseedlingestablishmentinseedsofhedysarumscoparium”；fisch.etmey.ecol.res.24:559-564(2009))。在专利申请jp1897972(1990；"seedcoatequippedseedanditsproductionmethod”')中，描述了一种通过机械冲击破坏一部分种皮的方法。首先将种子冷冻至在-30℃至-196℃之间的温度，随后，在<＝-7℃的温度对种子进行机械处理以破坏种皮。与现有技术方法不同，针对通过机械方法从种子去除果皮进行的研究显示导致大部分被损坏的种子。在这些处理后剩余的种子具有较低的所得种批的萌发，但这些剩余种子的萌发更快，这也导致收获时每株植物的更高产量。

该问题的另一个物理解决方案见于专利申请jp2005270092(2005；"methodforimprovinggerminationofhardseedbylaserbeamirradiationandgerminationimprovedseed″)，其公开了通过激光束处理几个物种的硬皮种子以增强萌发的方法。该处理导致种子被穿孔，使得能够通过穿孔的果皮或种皮更好地向胚供应氧气和水和/或更容易地显现胚。该现有技术方法要求对种子进行大量处理以及精确调整所使用的设备，并且由于损坏种子而导致种子损失。

除了其他目的之外，本发明的一个目的是至少部分地(如果不是完全地)解决现有技术的上述问题。

除了其他目的之外，本发明的这个目的被满足，提供了如所附权利要求中概述的种子、方法和植物。

具体地，根据第一方面，除了其他目的之外，本发明的该目的通过提供菠菜种子被满足，其中基本上所有种子都无果皮，并且其中种子通过以下可获得：将雌性菠菜亲本植物与雄性菠菜亲本植物杂交，导致由雌性菠菜亲本植物产生种子。雌性菠菜亲本在其基因组中纯合地包含基本上防止在所产生的种子周围形成果皮的隐性性状。

根据本发明，考虑到果皮基本上或完全地是由雌性亲本而不是由后代本身形成的，无果皮的种子可以使用雌性亲本株系在任何遗传背景中容易地获得，其中性状是功能性地(纯合地隐性)存在的。通过这些雌性亲本株系的种子产生基本上产生100％无果皮的fl种子。从这些种子生长的菠菜植物可能具有野生型、果皮覆盖的种子，因为遗传性状在这一代中是杂合的。

对这些无果皮的种子进行的种子技术研究表明，它们更少受病原体感染，并且可以容易地通过例如温水加工和处理用于消毒。同时，种子丸粒化、包壳或包衣的应用可以很好地进行。总之，无果皮的种子的优点是：

-将待运输和储存的种子体积减少60％，重量减少40％；这也可以被设想为一种更加可持续的产生方法；

-减少休眠，萌发率更高；

-萌发更早，产生更均匀的作物(参见例如附图2)；

-在给定的生长期内，作物的产量更高(参见例如附图3)；

-种子上污染病原体的风险更小(参见附图4)；

-(至少部分)种子携带的病原体的不存在导致更健康的种子和可能减少杀真菌剂的应用；

-由于更小的尺寸和更规则的形状，种子的丸粒化、包壳或包衣可以很好地进行；

-这些技术还开辟了如以下的特殊种子处理的可能性：

-添加杀真菌剂、杀虫剂(分布均匀，使用量少)；

-添加有益物质(有利的微生物；生物控制，微量营养素)；

-无果皮的种子的引发比传统菠菜种子的引发更容易进行，并且产生更均匀的产品；

-添加识别系统如某种颜色(例如识别有机种子)、微点、合成dna或荧光染料是可行的。

根据本发明的一个优选方面，本发明的菠菜种子是通过将携带无果皮性状的雌性菠菜亲本植物与雄性菠菜植物杂交获得的杂交种子，所述雄性菠菜植物为与所述雌性菠菜亲本植物不同的品种，从而容易产生杂交种子。

根据本发明的另一个优选方面，本发明的菠菜种子可以生长成不育的、优选雄性不育的菠菜植物。

根据特别优选的实施方案，本发明的果皮较少性状或基本上防止果皮形成的隐性性状，从于2016年2月25日以保藏号ncimb42555在ncimb(英国苏格兰ab219ya，阿伯丁巴克斯本，克雷斯伯恩庄园，弗格森大楼，ncimb有限公司(ncimblimited；fergusonbuilding；craibstoneestate；bucksburnaberdeen；scotland,ab219ya,unitedkingdom.))保藏的菠菜植物可获得、从所述菠菜植物获得或来自所述菠菜植物。应注意，本发明的性状杂合存在于保藏物中，且因此保藏物本身产生正常的种子(被果皮包围的种子)。使用公知的孟德尔遗传，可容易地获得呈纯合隐性形式的本发明的性状。携带纯合隐性形式的本发明的性状的菠菜植物可以通过它们的无果皮的种子容易地鉴定。

根据另一方面，本发明涉及用于产生无果皮的菠菜种子的方法，该方法包括以下步骤：

-将雌性菠菜亲本植物与雄性菠菜亲本植物杂交，导致由雌性菠菜亲本植物产生种子，雌性菠菜亲本在其基因组中纯合地包含基本上防止在所述产生的种子上形成果皮的隐性性状；和

-收获、分离或收集基本上无果皮的菠菜种子。

根据本发明方法的优选实施方案，将雌性菠菜亲本植物与雄性菠菜植物杂交，所述雄性菠菜植物为与所述雌性菠菜亲本植物不同的品种，从而产生杂交菠菜种子，优选不育的杂交菠菜种子，更优选雄性不育的杂交菠菜种子。

根据本发明方法的特别优选的实施方案，本发明的基本上防止果皮形成的性状从于2016年2月25日以保藏号ncimb42555在ncimb保藏的菠菜植物可获得、从所述菠菜植物获得或来自所述菠菜植物。

根据又另一方面，本发明涉及能够产生基本上无果皮的种子的菠菜植物，其中菠菜植物在其基因组中纯合地包含基本上防止在所产生的种子上形成果皮的隐性性状。本发明的植物优选是雄性不育的雌性植物。

根据特别优选的实施方案，本发明的菠菜植物包含基本上防止果皮形成的隐性性状，所述隐性性状从于2016年2月25日以保藏号ncimb42555在ncimb保藏的菠菜植物可获得、从所述菠菜植物获得或来自所述菠菜植物。

根据又另一方面，本发明涉及能够基本上防止在所产生的种子上形成果皮的隐性性状用于产生基本上无果皮的菠菜种子的用途，其中基本上防止果皮形成的性状从于2016年2月25日以保藏号ncimb42555在ncimb保藏的菠菜植物可获得、从所述菠菜植物获得或来自所述菠菜植物。

本发明将在下文的实施例中进一步详细描述。在实施例中，参考了附图，其中：

图1：显示无果皮的本发明的种子(右)和具有果皮的种子的比较照片；

图2：描绘在播种常规含有果皮的种子和本发明的无果皮的种子后幼苗出现的时间；

图3：描绘在播种常规含有果皮的种子和本发明的无果皮的种子后不同时间的每株重量；

图4：显示使用常规含有果皮的种子和本发明的无果皮的种子的病原体的出现。

实施例

将纯合地携带本发明性状的雌性菠菜亲本株系与具有不同遗传背景、不携带本发明性状的几个雄性菠菜亲本株系杂交。随后，产生并收集基本上100％无果皮的种子。使收集的种子经受标准的生活力、产量和疾病测试。其结果概述于图1至4中。

如从图1至4可以清楚地看出的，与传统的菠菜种子相比，本发明种子的重量/体积(图1)；生活力(图2)；产量(图3)和抗病性(图4)显著改进。

关于本发明种子的物理性质(图1)，确定了常规种子与无果皮种子二者的1000粒种子的重量(tgw，千粒重)。无果皮种子的平均tgw为6.1-8.3克；常规种子的平均tgw为11.1-12.5克。确定的另一个参数是种子的平均直径；两个不同批次的无果皮种子和相关的常规种子被用于确定直径。在一部分种子中，常规种子具有3mm的直径，且无果皮种子具有2.6mm的直径；在第二个种批中，平均直径分别为4.4mm和3.0mm。这意味着，无果皮种子的直径比常规种子的直径小25％-30％。

保藏信息

无果皮的菠菜的代表性样品1520124nz的保藏于2016年2月25日在英国苏格兰ab219ya，阿伯丁巴克斯本，克雷斯伯恩庄园，弗格森大楼，ncimb有限公司(ncimblimited；fergusonbuilding；craibstoneestate；bucksburnaberdeen；scotland,ab219ya,unitedkingdom)进行，并被登记为ncimb42555。

定义：

包衣：

向种子提供相对薄的聚合物层；可向该聚合物添加杀真菌剂或杀虫剂以保护种子免受土壤传播的病原体和昆虫损害。另外，可以添加染料，从而有机会检查种子的正确条播。可选择地，也可以添加其他有益化合物如促进幼苗生长的微量营养素或有益微生物。

包壳：

通过包壳，种子不仅覆盖有聚合物(具有或没有如上所描述的额外物质)，而且还为种子提供光滑的表面。这使得条播更容易，并且增加的重量使得以这种方式处理的种子的更精确的直接条播成为可能。

丸粒化：

通过丸粒化，种子被更多的物质覆盖，例如，聚合物结合的粘土，以产生规则形状的圆形丸粒。除了最终具有以上描述的保护物质之外，该丸粒可以以所述丸粒在吸水后溶化或裂开的方式构造。

引发：

引发或预萌发是一种处理，种子被给予足够的水分以使种子内的胚开始生长。这导致更快出苗、更高的出苗率和更好的生长。人们认为，这种抢先起步的优势(head-start)导致良好的根系提早向下到土壤中，并且生长更快。

休眠：

休眠阻止种子萌发，持续一个特定时间段；通常休眠阻止在不利条件下的萌发，但这种延迟最终可持续数月或甚至数年的时间段。

无果皮或基本上无果皮：

在本申请的上下文中，无果皮意指真正的种子周围几乎没有果皮；然而，一些小的果皮残余物最终可能存在。