本发明涉及农作物育种领域技术领域，具体为利用逆境胁迫的远缘共生及表观遗传培育长穗小麦的技术。
背景技术：
由于小麦与玉米作为亲缘关系甚远的两种植物，其解剖结构差异巨大，生理特征与代谢途径不同，体细胞亲和度差而导致砧穗间的接触面不易融合，如使用常规的嫁接方法，其操作难度极高，接穗成活率极低，砧穗间无法形成有效的物质与信息交流通道，故应通过特殊的方法进行嫁接以实现接穗高效成活的目标并完成砧穗间物质与信息交流的使命，最终获得携带了优质的遗传基因与性状的高产的超级小麦可育品系。
玉米作为高产的c4作物，其在光合作用的效率上具有以小麦为代表的c3作物所无法比拟的优势，故为获取比传统育种方式更为高产的小麦品种，将玉米作为砧木，以小麦作为接穗进行嫁接，在人为控光控温控湿所制造的逆境胁迫下，以远缘嫁接，即远缘共生的方式来促进砧穗间各种物质与信息的交流，以此实现砧穗间遗传物质水平转移、遗传物质的长距离运输、表观遗传调控、砧穗与环境互作等效果，从而把玉米的光合作用的高效性、果穗长度特征、种粒数量特征以及种粒的大小特征转移到小麦之上，再通过合适的选择与强化方式使普通小麦成为类似于由c3作物向c4作物过渡的类型的高产作物。
现有技术存在以下缺陷与不足：
大量的研究认为cef对光合作用贡献了电子流，且在环境胁迫时起重要作用。目前已经证实ndh复合体参与c3植物体内的cef过程。c3植物在正常无胁迫时，cef对调节atp/nadph比例来说是必不可少的。正常生长条件下的c3植物中，cef大概只有lef的5％～15％，然而，即使是低比例的cef也可以形成δph，合成atp，维持叶绿体内atp/nadph比例平衡。植物在c3到c4的进化过程中，ndh蛋白表达量显著增加，以致ndh成为c4植物中最主要的cef途径调控蛋白。在c4植物中,ndh-cef起着至关重要的作用，导致c4植物的atp几乎完全由cef提供。对c3植物来说，除胁迫条件外，ndh-cef很少起生理效应。可以认为，增加c3植物细胞中ndh的数量能够促进c3植物体内的cef过程，进而增加atp的合成数量，为物质的合成提供更多的能量，达到增产的目的。长期以来，嫁接已被广泛应用于作物生产，通过嫁接可以保持良种特性、矮化植株、提高产量和品质等，而砧木可以提高接穗的生长活力和对病害的抗性。经多项研究证实，嫁接引起植物遗传信息交流是一种客观存在的现象，砧穗间遗传物质水平转移、遗传物质的长距离运输、表观遗传调控、砧穗与环境互作等已被广泛承认。小麦与玉米都是人类在漫长的农业生产过程中所培育的重要作物，其中小麦属于c3植物，而玉米属于c4植物，两者亲缘关系甚远，生理基础差异巨大。c4植物的光合作用效率远比c3植物高出许多，但使用常规育种方式难以将c4植物光合作用的优点直接赋予c3植物，使传统育种方式在小麦的持续增产方面遭遇了不可突破的瓶颈。因此，有必要以嫁接的方式来创造小麦与玉米的远缘共生现象，通过创造逆境胁迫下的远缘共生来促进砧穗间各种物质与信息的交流并诱导产生某些表观遗传现象，进而增强ndh复合体等物质介导的cef过程以及赋予小麦接穗所育后代的新性状以实现小麦高产的目的。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明提供了利用逆境胁迫的远缘共生及表观遗传培育长穗小麦的技术，可以解决现有的传统育种方式在小麦的持续增产方面遭遇了不可突破的瓶颈问题；本发明通过创造逆境胁迫下的远缘共生来促进砧穗间各种物质与信息的交流并诱导产生某些表观遗传现象，进而增强ndh复合体等物质介导的cef过程以及赋予小麦接穗所育后代的新性状以实现小麦高产的目的。
为实现上述的利用逆境胁迫的远缘共生及表观遗传培育长穗小麦的技术目的，本发明提供如下技术方案：利用逆境胁迫的远缘共生及表观遗传培育长穗小麦的技术，其技术步骤以及内容为：
步骤一：挑选适合当地气候的小麦与玉米品种以及健康饱满的种子；
步骤二：将春化处理之后的小麦置入日光灯的低温芽箱中，在适宜温湿度条件下，在普通土壤中进行苗期培养；
步骤三：小麦胚芽培养至两片真叶阶段，以平切的方式进行断根处理；
步骤四：将玉米种子播于大田，待拔节至三节以上时挖出重栽于营养钵内，以钢制钻头在玉米杆第一节以上部位向下打孔至髓部，迅速将断根时间不足30s的小麦插入孔中直至触底，以医用胶带缠绕砧木与接穗进行固定与封闭；
步骤五：将嫁接之后的砧木移至暗处，在适宜温湿度条件下培养一段时间之后，若接穗成活，将砧木移栽至大田进行培养；
步骤六：在接穗与砧木共生一段时间之后，视小麦接穗的成熟状况将该麦种收获备用；
步骤七：将前述步骤六中采集到的麦种分成等量的两份，随机取其中一份作为参照物留存，将另外一份进行播种，待收获之后与作为参照物的麦种进行对比，观察其性状是否存在变化；
步骤八：随后将作为参照物的麦种继续再重复步骤二到步骤七的步骤共三次以强化其性状并促进其分化，将最后一次收获的麦种全部播种于大田以观察并选择有益的性状，将其包含有益性状的单株选出之后继续留种并进行大田播种以选育优良品系。
优选的，所述低温芽箱长120cm、宽60cm，功率为5w，所述苗期培养温度为3℃、湿度为50％，苗期培养时间35d。
优选的，所述玉米种子播种时间以阳历9月20日作为起点，所述钢制钻头直径为1.5mm左右，所述向下打孔角度呈40度左右斜角，所述打孔深度约10mm，所述孔与砧木叶片的角度为90度左右，所述将断根小麦插入孔中的角度以两片真叶所在平面与地面的夹角呈约60度的角度，所述断根小麦插入孔中深度约1cm。
优选的，所述培养温度条件为20℃至25℃，湿度条件为50％。
优选的，所述接穗与砧木共生时间约90d。
与现有技术相比，本发明提供了利用逆境胁迫的远缘共生及表观遗传培育长穗小麦的技术，具备以下有益效果：
自2000年起，在长达20年的育种试验的探索过程中，发明人团队发现如以玉米胚芽作为砧木来嫁接小麦胚芽接穗的方式进行嫁接，其接穗虽也可成活，但其成功率极低，操作难度极大，且此种以细胞分化不完全且未全面启动光合作用的玉米胚芽作为砧木来向幼嫩的接穗传递物质与信息的方法存在诸多劣势，其嫁接材料均处于细胞及组织的分化期，此时接穗对砧木的反作用影响力占比较高，导致砧木尚未分化彻底的细胞及组织不能够以最优的程度来赋予或诱导小麦的高效光合作用、难以有效地传递砧木的种粒数量遗传特征、不易大幅提高小麦的千粒重数值，且很难诱导接穗出现可稳定遗传的有益的表观遗传现象，故在实验探索阶段予以完全摒弃，最终选择玉米幼苗及小麦幼苗作为嫁接材料。
本技术使用斜钻砧木插接接穗法，提高了把玉米和小麦这两个不同种属的禾本科植物嫁接在一起的成活率，以较低的难度及较高的成功率实现了远缘嫁接的目标，有利于细胞与组织分化成熟的玉米砧木将其已启动的优良生理特性传递给小麦接穗，最终使普通小麦获得了玉米的高产特性，转变成为具有加倍穗长、加倍粒数与千粒重量倍增特点的新品系。
本育种技术的特点在于利用尚未分化完全的小麦幼苗作为接穗，以营养生长初期已全面启动光合作用的拔节数量超过三节的幼嫩玉米植株作为砧木，通过在砧木第一节以上部位斜钻打孔之后将断根的小麦胚芽接穗直接插入的方式，使接穗与砧木的合体处于控光控温控湿的人造逆境下，迫使处于活跃的分化与生长状态的砧穗之间缩小生理与代谢差异、激发某些生理机能、加速断面融合并建立物质与信息的交流渠道，使接穗细胞能够在愈伤组织的生成前后逐步接收砧木的有益性状所对应的遗传物质以及调控激素并获得有益的表观遗传性状，最终产生具有特殊经济价值的可育种子。这与传统育种方式比较，在不改变核染色体的情况下可快速地获取传统育种所难以产生的新性状并缩短育种周期，提高了改良作物品种的效率。由于小麦与玉米的亲缘关系甚远导致植物体的解剖结构差异显著，本技术的难度在于精确地切割接穗以及在砧木之上的钻孔，使插入砧木孔洞中的接穗能够与砧木紧密贴合以获取足以成活的水分及营养物质等。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的内容，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
技术成果具体实施例：
利用逆境胁迫的远缘共生及表观遗传培育长穗小麦的技术，其具体实施步骤为：
1.挑选适合当地气候的小麦与玉米品种以及健康饱满的种子；
2.将春化处理之后的小麦置入长120cm、宽60cm且安装了功率为5w的日光灯的低温芽箱中，在温度为3℃、湿度为50％的条件下，在普通土壤中进行35d的苗期培养；
3.小麦胚芽培养至两片真叶阶段，以平切的方式进行断根处理；
4.以阳历9月20日作为起点将玉米种子播于大田，待拔节至三节以上时挖出重栽于营养钵内，以直径为1.5mm左右的钢制钻头在玉米杆第一节以上部位，以40度左右斜角向下打孔约10mm深度至髓部(孔与砧木叶片的角度为90度左右)，迅速将断根时间不足30s的小麦以两片真叶所在平面与地面的夹角约60度的角度插入孔中深度约1cm直至触底，以医用胶带缠绕砧木与接穗进行固定与封闭；
5.将嫁接之后的砧木移至暗处，在20℃至25℃且湿度为50％的条件下培养30d之后，如接穗成活，将砧木移栽至大田进行培养；
6.在接穗与砧木共生约90d之后，视小麦接穗的成熟状况将该麦种收获备用(将麦种随机分成等量的两份)；
7.将前述步骤6中采集到的麦种分成等量的两份，随机取其中一份作为参照物留存，将另外一份进行播种，待收获之后与作为参照物的麦种进行对比，观察其性状是否存在变化；
8.随后将作为参照物的麦种继续再重复步骤二到步骤七的步骤共三次以强化其性状并促进其分化，将最后一次收获的麦种全部播种于大田以观察并选择有益的性状，将其包含有益性状的单株选出之后继续留种并进行大田播种以选育优良品系。
综上，
经“利用逆境胁迫的远缘共生及表观遗传培育超级小麦的技术”所种植得到的小麦种子进行大田种植，得到了穗长为25cm的优异植株，其穗数为2穗，单穗种粒为150粒。在将该株小麦的所有种子进行大田试种的实验中，株高平均80cm，穗长在18cm到20cm之间，单穗种粒数量在100到120粒之间，千粒重平均为80g，其主要性状与普通品种的小麦存在明显区别，为超高产小麦新品系。
本利用逆境胁迫的远缘共生及表观遗传培育长穗小麦的技术在使用时，该超高产小麦新品系获取了玉米穗长的遗传特性与c4植物的高效光合作用特性，导致营养物质积累充足，其穗长是正常小麦的2到3倍，麦种单粒大小约为正常小麦种子的1.5倍左右。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。