一种有限生长习性芝麻的高产育种方法

1.本发明涉及芝麻育种领域，具体涉及一种有限生长习性芝麻的高产育种方法。


背景技术：

2.芝麻(s.indicum l.，2n＝26)是我国重要的传统优质油料作物，也是世界上古老的油料作物之一。芝麻籽具有很高的营养价值和广阔的消费群体，是我国许多传统食品不可或缺的原材料。芝麻籽含油量高，富含不饱和脂肪酸(其中油酸和亚油酸占总量的85％左右)，还含有芝麻素(sesamin)、芝麻酚(sesamol)、维生素e等天然抗氧化类物质，十分有益于人体健康，是重要的优质食用油源和营养保健食品。
3.普通栽培芝麻品种为无限生长习性，其开花期为30
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40d，甚至更长，能够适应多变的气候环境，有利于物种的自身生存。但是在生产利用上，无限生长习性则极大地影响了芝麻产量、品质和机械化收获等。芝麻生长后期，无限生长习性导致植株顶部的空稍尖或黄稍尖干重占成熟单株干物质总重的5％左右，增加了芝麻生物量的无效消耗，减少了单株种子产量潜力的发挥。花期过长导致不同部位蒴果和籽粒成熟不一致，顶部花期还没有结束，底部蒴果已经成熟并开始炸裂，很难决定合理的收获时间，收获过早或过晚都将引起种子产量的减少和损失，严重制约芝麻机械化收获的应用。同时，籽粒成熟不一致也是影响芝麻含油量、种子颜色等品质性状的重要原因，成熟不一致的种子含油量、蛋白质含量和脂肪酸组成都有较明显的差异，种子颜色也与成熟度有关，特别是黑芝麻种子颜色，成熟不一致的黑芝麻种子颜色差异较大，甚至有种皮黑色素来不及积累的白籽和黄籽存在，严重影响了黑芝麻的外观品质，这是制约黑芝麻生产，特别是出口品质的瓶颈性问题之一。总之，无限生长习性一定程度上制约了芝麻生产和耕作制度改革的发展与突破。目前，克服这一问题的主要方法是芝麻后期人工打顶，摘除茎尖生长点，抑制无限生长，已有的研究表明，适期打顶能够限制空稍尖的分生，减少无效消耗，实现增产9.8％～17.6％，商品品位提高1
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2个等级，但该技术存在打顶时间难以控制，且费时费工等缺点，难以大规模生产利用。自有限性突变体出现以来，选育有限生长习性的芝麻品种，已经成为克服无限生长带来的问题的最理想的途径之一，有限生长习性芝麻突变材料的创建和选育也一直是芝麻研究的一个重要方向。
4.但是，有限生长习性芝麻具有固定的蒴果腋节数，在单株蒴果数上存在“天花板”现象，严重限制了有限生长习性芝麻产量的提高，严重制约了有限生长习性芝麻品种的应用。因此，建立一种有限生长习性芝麻的高产育种方法，在腋节数相对固定的基础上，大幅增加每叶腋蒴果数，从而实现单株蒴果数和单株产量的大幅增加，达到有限生长习性芝麻的高产目标，为有限生长习性芝麻的生产应用提供技术支撑。


技术实现要素：

5.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的有限生长习性芝麻产量低的缺陷，从而提供一种有限生长习性芝麻的高产育种方法。
6.本发明提供了一种有限生长习性芝麻的高产育种方法，包括如下步骤：
7.s1、将三蒴型芝麻种质资源按行距≥40cm播种，于1
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2对真叶期进行间苗，苗株距3
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5cm；于3
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4对真叶期进行定苗，苗株距≥30cm；
8.s2、待步骤s1中的芝麻植株进入盛花期后对植株开花情况进行观察和记录，对每叶腋开花数大于3的种质资源进行标记；在终花后对结蒴情况进行调查记录，对每叶腋结蒴数大于3的种质资源进行标记；待植株成熟后对每叶腋开花数和结蒴数均大于3的种质资源标记进行考种分析，从中选择植株中部的节位中≥50％的节位出现每叶腋着生s个蒴果的芝麻植株，5个≤s≤7个，从而获得多蒴果芝麻种质；
9.s3、以步骤s2中获得的多蒴果芝麻种质和有限生长习性芝麻为亲本进行人工杂交，收获f1代杂交种；
10.s4、种植f1代杂交种得到f1植株，待f1植株开花后，对所述f1植株中部的节位中≥50％的节位每叶腋蒴果数≥5的植株进行混合收获，得到f2代种子；
11.s5、种植f2代种子得到f2分离群体，待f2分离群体植株开花结蒴后，选择植株中部的节位中≥50％的节位每叶腋蒴果数≥5且表现有限生长习性的单株进行标记编号，成熟后按单株进行收获，得到f3代种子；然后按照上述方法对f3
‑
f6代种子进行种植，并选择同时兼具植株中部的节位中≥50％的节位每叶腋蒴果数≥5和有限生长习性性状的株系进行编号，成熟后按单株进行收获；最后对f7以上的世代种子进行种植并混合收获。
12.在本发明中，植株由上至下包括植株上部(高度为a)、植株中部(高度为b)和植株下部(高度为c)，整个植株的长度为h，其中b和h的比值≥1/3。
13.可选的，在步骤s1中行距为40
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60cm，定苗后苗株距为30
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40cm。
14.可选的，所述杂交种在种植时选择稀植的方式进行种植。
15.可选的，所述的稀植方式为：将所述杂交种按行距≥40cm播种，于1
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2对真叶期进行间苗，苗株距3
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5cm；于3
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4对真叶期进行定苗，苗株距≥30cm。
16.可选的，所述的稀植方式为：将所述杂交种种植的行距为40
‑
60cm，定苗后苗株距为30
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40cm。
17.可选的，所述人工杂交获得的每一代分离群体植株数量为≥30株。
18.可选的，所述人工杂交为：先于前一日傍晚对亲本之一进行人工去雄，然后于次日早晨取另一亲本正在开放花朵的花粉对人工去雄后的亲本雌蕊进行授粉。
19.本发明技术方案，具有如下优点：
20.1.本发明提供的一种有限生长习性芝麻的高产育种方法，包括如下步骤：s1、将三蒴型芝麻种质资源按行距≥40cm播种，于1
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2对真叶期进行间苗，苗株距3
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5cm；于3
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4对真叶期进行定苗，苗株距≥30cm；s2、待步骤s1中的芝麻植株进入盛花期后对植株开花情况进行观察和记录，对每叶腋开花数大于3的种质资源进行标记；在终花后对结蒴情况进行调查记录，对每叶腋结蒴数大于3的种质资源进行标记；待植株成熟后对每叶腋开花数和结蒴数均大于3的种质资源标记进行考种分析，从中选择植株中部的节位中≥50％的节位出现每叶腋着生s个蒴果的芝麻植株，5个≤s≤7个，从而获得多蒴果芝麻种质；s3、以步骤s2中获得的多蒴果芝麻种质和有限生长习性芝麻为亲本进行人工杂交，收获f1代杂交种；s4、种植f1代杂交种得到f1植株，待f1植株开花后，对所述f1植株中部的节位中≥50％的节位每叶腋蒴果数≥5的植株进行混合收获，得到f2代种子；s5、种植f2代种子得到f2分离群体，待f2
分离群体植株开花结蒴后，选择植株中部的节位中≥50％的节位每叶腋蒴果数≥5且表现有限生长习性的单株进行标记编号，成熟后按单株进行收获，得到f3代种子；然后按照上述方法对f3
‑
f6代种子进行种植，并选择同时兼具植株中部的节位中≥50％的节位每叶腋蒴果数≥5和有限生长习性性状的株系进行编号，成熟后按单株进行收获；最后对f7以上的世代种子进行种植并混合收获；由于有限生长习性芝麻具有固定的蒴果腋节数且三蒴类型芝麻的每叶腋多蒴果性状发生率极低且性状表现稳定性极低，因此在提高有限生长习性芝麻产量方面，研究人员忽略了将每叶腋多蒴果性状作为有限生长习性芝麻的改良性状，至今也未有相关的有限生长习性芝麻改良每叶腋多蒴果性状以及成功的相关报道，由于三蒴型芝麻为单杆型芝麻，通常不分枝，宜于密植，因此未有研究人员发现低密度种植将影响三蒴型芝麻的每叶腋多蒴果性状发生率和性状表现的稳定性，而申请人在研究过程中发现，当按照步骤s1实施时，可以显著提高三蒴型芝麻的每叶腋多蒴果性状发生率和性状表现的稳定性，能够高效获得三蒴型芝麻的每叶腋多蒴果性状种质资源，为芝麻遗传改良提供新的有利性状基因资源；通过步骤s2可以有效筛选出三蒴型芝麻的每叶腋多蒴果性状种质资源；通过步骤s3
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s5的选育方法，可完成有限生长习性芝麻品种的改良，大幅增加有限生长习性芝麻品种的每叶腋成蒴数和单株蒴果数，实现有限生长习性芝麻单产的大幅提高，打破有限生长习性单产低的“瓶颈”，使得有限生长习性芝麻品种有望在实际生产中得到应用。
具体实施方式
21.提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
22.实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
23.下述实施例中涉及的傍晚时间段为16:00
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19:00，早晨时间段为7:00
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9:00。
24.实施例1
25.本实施例所用材料为107份三蒴型芝麻种质资源(种质资源由江西省作物种质资源中心&江西省农业科学院作物研究所提供，种质资源见表2，其中部分种质资源为江西省作物种质资源中心&江西省农业科学院作物研究所命名编号)和有限生长习性芝麻品系“nfs23”(由江西省作物种质资源中心&江西省农业科学院作物研究所提供并编号命名。“nfs23”由赣芝14号与有限生长习性芝麻ds899杂交选育而来，选育方法为以赣芝14号为母本，ds899为父本，人工杂交，连续多代(f2
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f8)选育而成，每世代均选择有限生长习性的植株，其亲本ds899引自河南省农业科学院芝麻研究中心)，具体操作步骤如下：
26.(1)三蒴型芝麻种质资源的稀植鉴定。选择适宜芝麻种植的土地，将107份芝麻种质资源按40
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60cm行距(在本实施例中选择40cm行距)播种，于1
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2对真叶期进行间苗，要求苗株距3
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5cm(在本实施例中选择3cm苗株距)；于3
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4对真叶期进行定苗，株距30
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40cm(在本实施例中选择30cm行距)；待植株盛花期后进行蒴果性状的观察记录。其他田间管理与正常
芝麻种植基本一致。
27.(2)多蒴果变异类型的筛选获得。待步骤(1)稀植的芝麻种质资源进入盛花期后对植株开花情况进行观察记录，对每叶腋开花数大于3的种质资源进行标记；在终花后对结蒴情况再次进行调查记录，对每叶腋有效结蒴数大于3的种质资源进行标记；待植株成熟后对每叶腋开花数和结蒴数均大于3的种质资源标记进行考种分析。107份资源中每叶腋开花数在1.0
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4.35之间，每叶腋平均成蒴数在1.0
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3.66之间，从中选择满足植株中部的节位中≥50％的节位着生5
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7个蒴果的要求的芝麻种质资源，在满足植株中部的节位中≥50％的节位着生5
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7个蒴果的要求的芝麻种质资源中，“rx786”(由江西省作物种质资源中心&江西省农业科学院作物研究所提供并编号命名)是最优的多蒴果芝麻种质资源，具体为上部和下部每叶腋着生1
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5个蒴果，全株每叶腋开花数平均为4.35，全株每叶腋成蒴数为3.66，单株蒴果数平均高达300.11个，单株产量平均41.51g，因此，在本实施例中选择rx786为多蒴果芝麻植株。
28.(3)人工杂交。利用上述步骤(2)鉴定筛选获得的多蒴果芝麻“rx786”和有限生长习性芝麻“nfs23”为亲本，进行人工杂交。具体方法为：于头一天傍晚16:00
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19:00对亲本之一进行人工去雄，次日早晨7:00
‑
9:00取另一亲本正在开放花朵的花粉对已经人工去雄后的亲本雌蕊进行授粉。
29.(4)杂交后代种植与选择。利用步骤(3)杂交后收获的种子(f1代杂交种)稀植(按照步骤(1)中稀植方法种植，行距，间苗苗株距，以及定苗苗株距均相同)于适宜芝麻种植的土壤中，待f1植株开花种子成熟后，对植株中部的节位中≥50％的节位每叶腋蒴果数≥5的多蒴果植株进行混合收获，得到f2代种子。然后将f1植株上收获的种子(2代种子)稀植，获得f2分离群体，分离群体植株尽量足够大(大于30株以上)，待植株开花结蒴后，选择植株中部的节位中≥50％的节位每叶腋蒴果数≥5且表现有限生长习性的单株进行标记编号，成熟后按单株进行收获。然后继续按上述方法对f3
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f6世代株系进行稀植(按照步骤(1)中稀植方法种植，行距，间苗苗株距，以及定苗苗株距均相同)，并选择同时兼具植株中部的节位中≥50％的节位每叶腋蒴果数≥5和有限生长习性性状的株系进行编号，同时考虑株系抗性、种子品质等性状。随后对f7以上(在本实施例中选择f7世代)世代中多蒴果的有限生长习性植株进行混合收获。
30.将上述步骤(4)中f7世代混合收获的种子在田间种植期间鉴定各品系的抗病、抗旱、耐湿等抗逆性和种子品质(株系之间比较)，获得综合性状较好且有限多蒴果的品系开展比较试验，比较试验方法为：试验小区长3米、宽2m，随机区组设计，三次重复，种植行距40cm，1
‑
2对真叶期间苗，3
‑
4对真叶期定苗，株距10cm，其他田间管理如常。主要性状表现如表1所示。获得的兼具有限生长习性和多蒴性状的改良品系sr06、sr09和sr24(自行命名)两年平均产量分别比亲本增加40.05％、41.22％和40.91％，实现了有限生长习性芝麻的高产改良目标。
31.表1 nfs23与改良后代品系的性状比较
[0032][0033]
表2、芝麻种质资源
[0034][0035][0036]
实施例2
[0037]
本实施例所用材料为实例1中的107份芝麻种质资源和有限生长习性芝麻品系“st04”(st04由江西省作物种质资源中心&江西省农业科学院作物研究所提供并编号命名。
st04由中国农业科学院油料作物研究所国家油料作物种质资源中期库保存的dt45和中芝11号杂交选育而来。)，具体操作步骤如下：
[0038]
(1)利用实例1中的第(1)和(2)步获得的多蒴果芝麻“rx786”和有限生长习性芝麻“st04”为亲本，进行人工杂交。具体方法为：于头一天傍晚对亲本之一进行人工去雄，次日早晨取另一亲本正在开放花朵的花粉对已经人工去雄后的亲本雌蕊进行授粉。
[0039]
(2)对上述杂交后代各世代进行种植与选择，具体操作与实例1中步骤(4)相同。
[0040]
将上述步骤(2)中获得的f7世代混合收获的种子在田间种植期间鉴定各品系的抗病、抗旱、耐湿等抗逆性和种子品质(株系之间比较)，获得综合性状较好且有限多蒴果的品系开展比较试验，比较试验方法为：试验小区长3米、宽2m，随机区组设计，三次重复，种植行距40cm，1
‑
2对真叶期间苗，3
‑
4对真叶期定苗，株距10cm，其他田间管理如常，主要性状表现如表3所示获得的兼具有限生长习性和多蒴性状的3个改良品系tr19、tr28和tr39(自行命名)两年平均产量分别比亲本增加36.62％、39.10％和37.46％，详见表3。实现了有限生长习性芝麻的高产改良目标。
[0041]
表3 st04与改良后代品系的性状比较
[0042][0043]
实验例1
[0044]
本实验例考察了不同的种植密度对于“rx786”芝麻的每叶腋多蒴果性状发生率的影响，rx786植株每叶腋多蒴果性状发生率(多蒴植株发生率)是指是指中部的节位中≥50％的节位出现每叶腋着生5
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7个蒴果的芝麻植株数量占小区总芝麻植株数量的百分比。
[0045]
试验方法：按照表3中的行距设置小区，小区宽2m，每个小区种植10行，随机区组设计，重复三次。于1
‑
2对真叶期间苗，3
‑
4对真叶期定苗。
[0046]
以“rx786”芝麻种质资源按照实施例1中的步骤(1)和步骤(2)实施，其中步骤(1)中的行距和定苗后的苗株距见下表4，统计的rx786植株每叶腋多蒴果性状发生率见下表4。
[0047]
表4 rx786植株每叶腋多蒴果性状发生率结果
[0048]
[0049][0050]
由上述表4可知，通过控制行距/cm和株距/cm可以显著提高三蒴型芝麻的每叶腋多蒴果性状的发生率。
[0051]
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。