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一种大白菜胞质雄性不育系种质材料的选育方法

xiaoxiao2020-06-24  2

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专利名称:一种大白菜胞质雄性不育系种质材料的选育方法
技术领域
本发明涉及农作物杂种优势利用技术领域,特别涉及一种大白菜胞质雄性不育系种质材料的选育方法。
背景技术
大白菜(Brassica campestris L.ssp.pekinensis(Lour)Olsson),又称结球白菜、黄芽菜、包心白菜等。属十字花科芸薹属芸薹种中能形成叶球的亚种,为一二年生草本植物。原产我国,是我国分布最广、栽培面积最大、食用人群最多的大宗蔬菜。据中国农业部统计,2003年全国大白菜面积2699万亩,占全国蔬菜总面积的10.02%,总产量10197万吨,占全国蔬菜总产量的18.87%。白菜类蔬菜具有明显的杂种优势,优良的杂交组合一般比常规品种增产30%左右,除杂种优势能提高产量之外,还可以不需较长时间选择就能把多数显性抗病等基因固定到杂种一代上。因此,杂种一代的应用已成为国内外大白菜抗病、优质、丰产、稳产育种的首要措施。
20世纪80年代中期,我国大白菜生产已基本实现杂优化。目前,大白菜的杂种优势利用主要有两条主要途径一种途径是自交不亲和系的利用。自交不亲和系目前已在生产上广泛应用,自交不亲和系生产杂种一代,存在着原种生产成本高、双亲生活力易衰退和容易出现假杂种,影响杂种一代质量等问题。第二种途径是雄性不育系的利用。利用雄性不育系生产杂种一代,可以克服自交不亲和系的缺点,特别是胞质雄性不育系易得到高质量杂种一代,且具有制种简单、应用方便、成本低廉等优点,多年来一直是作物育种者研究的重点和前沿课题。
二十多年来,大白菜胞质雄性不育系,国内外研究最多最广泛的是Polima甘蓝型油菜胞质雄性不育和Ogura萝卜胞质雄性不育。Polima甘蓝型油菜不育源的优点是转育容易,保持谱和恢复谱广,目前已被转育到多种十字花科作物上,其缺点是育性易受环境条件影响,不育度不能达到100%。Ogura萝卜胞质不育源的优点是雄蕊退化彻底,无花粉,不育株率和不育度均为100%,缺点是植株苗期叶片黄化、生长迟缓、蜜腺退化和配合力差。
本申请的发明人(园艺学报,1992,19(4)333~340)利用甘蓝型油菜Polima胞质不育源育成的大白菜异源胞质雄性不育系CMS3411-7(专利号92104134.9),其不育株率可达100%,不育度在95%以上,用该不育系配出的优势杂交种已广泛应用于生产,但该不育系在一定温湿度变化条件下常会出现微量花粉,影响到杂交种的纯度;孙日飞等(中国蔬菜,1997,(4)32~33)从国外引进的新型萝卜胞质白菜雄性不育材料NYcms,经过多代回交转育,不育株花器正常,有蜜腺,结籽正常,但随着转育代数的增加,退化较快,部分幼苗表现畸形,同时杂种优势不强、配合力差,无法应用;鹿英杰等(中国蔬菜,1994,(4)4~6)将王兆红萝卜雄性不育性与经过60Coγ照射的低世代大白菜杂交,育成了134大白菜雄性不育系,却又因植株生长势弱、配合力不强等原因而未能应用;魏宝琴等(中国蔬菜,1995,(5)18~21)利用Ogrua不育源,通过10多年的艰苦努力,精心研究,将Ogrua不育源成功地转育到结球白菜上,选育出了不育株率和不育度均达到100%的两个大白菜不育系1A1和1A3,但至今未见杂交种应用于生产的报道;余沛涛等(上海农业学报,2000,16(1)17~19)通过基因工程方法,以根癌农杆菌质粒为载体,携带雄性不育基因和抗卡那霉素基因作为报告基因,另以该农杆菌携带的抗利福平基因作为农杆菌的筛选培养,以大白菜幼苗的茎尖为受体,将雄性不育基因转入大白菜,但未见育出杂交种应用于生产的报道;张德双等(华北农学报,2002,17(1)60~63)以引进法国的新型甘蓝型油菜胞质雄性不育源CMS96,在大白菜上转育成01-646、01-644和01-709等3份不育系,虽然报道这些不育系的不育性稳定,配制的杂交组合增产明显,但也未见杂交种应用于生产的报道。

发明内容
针对上述现有技术存在的缺陷或不足,本发明的目的在于提供一种大白菜胞质雄性不育系种质材料的选育方法,该方法既能保持Ogura萝卜胞质不育源大白菜雄性不育系不育性的优点,又能克服其植株叶片黄化、生长迟缓、蜜腺退化和配合力差等缺陷。
为达到上述目的,本发明所采用的技术方案是一种大白菜胞质雄性不育系种质材料的选育方法,其特征在于,该方法以甘蓝型油菜萝卜胞质雄性不育材料RC97-1为母本,以大白菜自交系1138为父本,通过种间杂交获得转育一代种子,选留表现与转育父本相似的无败蕾的优良单株作为下一轮的回交母本;经过连续7代回交转育,并经经济性状选择、抗病性鉴定,选育出不育性稳定,不育株率和不育度达100%,经济性状和对应保持系完全一致的大白菜胞质雄性不育系种质材料RC7。
本发明的大白菜胞质雄性不育系种质材料RC7,具有不育性稳定,不育株率和不育度均为100%;生长健旺,无败蕾,综合抗病性强,幼苗在低温条件下不黄化;蜜腺发育良好,花蜜较多,柱头正常,开花结实性良好;配合力好;杂交制种,种子产量高等优点,具有较高的利用价值。


图1为本发明大白菜胞质雄性不育系种质材料RC7和对应保持系花朵比较,左是不育系,右为保持系;图2为本发明大白菜胞质雄性不育系种质材料RC7及对应保持系花枝比较,左是不育系,右为保持系;图3为本发明大白菜胞质雄性不育系种质材料RC7植株特征。
以下结合本发明人给出的具体实施例来对本发明作进一步详细说明。
具体实施例方式
1.大白菜胞质雄性不育系种质材料RC7的选育以甘蓝型油菜萝卜胞质雄性不育材料RC97-1为母本,以大白菜自交系1138为父本,通过种间杂交获得转育一代种子,选留表现与转育父本相似的无败蕾的优良单株作为下一轮的回交母本;经过连续7代回交转育,并经经济性状选择、抗病性鉴定,选育出不育性稳定,不育株率和不育度达100%,经济性状和对应保持系完全一致的大白菜胞质雄性不育系种质材料RC7。
上述父本大白菜自交系1138来源于内蒙古引进的中青麻叶大白菜,经多代自交分离,按常规方法系统选育所得。其植株外形是莲座叶直立,阔披针形,叶色深绿,叶缘波状,叶面皱缩,叶脉细密,中肋宽厚,淡绿色,叶球高桩型,株高58.6cm,株幅45.3cm,叶长56.6cm,叶宽29.7cm,外叶数13片,叶球纵径48.5cm,横径16.3cm,球形指数2.98,单球重3.6kg左右,生长整齐,综合抗病性强。
1.1不育材料的回交转育从1997年春季开始,本申请的发明人在对引进的甘蓝型油菜萝卜胞质雄性不育材料RC97-1(甘蓝型油菜萝卜胞质雄性不育系是法国学者Bannerot,H.等于1974年将欧洲甘蓝型油菜细胞核导入日本萝卜不育胞质中,经过连续回交转育,育成了甘蓝型油菜萝卜细胞质雄性不育系,该不育系不育彻底,不育性对环境反应不敏感,几乎所有的甘蓝型油菜品种都能作它的保持系,且容易转育成不同熟性、不同品质的不育系,被公认为世界上不育性最稳定的油菜不育材料。中国农科院油料作物研究所1980、1982年分别从法国、加拿大引进该不育材料后,在不同甘蓝型油菜上进行转育。陕西省农科院经济作物研究所1982年由中国油料研究所引进该所转育的不育材料,继续在不同甘蓝型油菜上转育)的花器构造、不育性状等进行观察鉴定,确认了该材料为不育完全、性状稳定的胞质雄性不育材料后,选择其生长势强,蜜腺发育正常,无败蕾,杂交结实率好的全不育单株为母本,先后以本申请人多年选育的不同类型、配合力好的17份大白菜亲本材料为父本,采用人工花期套袋授粉技术,进行不育系RC97-1与不同类型大白菜自交系杂交和多代回交,转育其不育性。方法为开花期,分别将17份优良的大白菜品系的花粉涂于对应的不育系RC97-1的柱头上,获得转育一代种子,秋季进行成株期经济性状选择,调查植株的植物学性状,淘汰叶柄有缺刻、偏向甘蓝型油菜的裂叶型等中间材料,选留表现与转育父本相似的无败蕾的优良单株作为下一轮的回交母本。同时,对其对应的轮回父本进行自交纯化。为了加快转育速度,采取了温室、露地和异地加代转育相结合的方法,具体做法是对入选的回交母本和轮回父本于8月10日左右进行露地直播,11月中、下旬成株期,严格进行经济性状的选择,将入选的种株定植于温室中,温室的温度应保持在20℃~25℃,并给予充分的光照,一般12月底到1月中旬抽薹开花,可与轮回父本进行人工回交授粉,到2月下旬即可收到种子。将收下的种子在22℃~25℃下催芽,待种子萌动露芽时,将其放到2℃~3℃冰箱中,进行不完全春化处理20天,于3月下旬播种到22℃~25℃的温室中育苗,4月中、下旬采用地膜栽培方式,定植在海拔高度1300m~1500m的冷凉地区,一般5月下旬到6月中旬抽薹开花,可与轮回父本继续进行人工回交授粉,7月下旬可收到种子。这样,可保证一年加代转育两次。到回交7代时,得到的不育系种质材料经济性状已同轮回父本(保持系)一致(图1、2)。
1.2农艺性状观察每个转育世代于成株期观察不育材料及其回交父本的叶形、叶色、球形、株高、株幅、单株鲜样质量等农艺性状。花期检查不育材料的花冠、花色、雄蕊、雌蕊和蜜腺的大小、形状以及败蕾情况等。人工授粉后,在种荚成熟时观察其结荚情况,包括结荚总数、荚长、荚粗及每荚种子数等。并且每个世代从始花期到终花期,检查不育材料的雄蕊是否完全退化及其花药内是否存在花粉。表1是转育7代时,转育的各类型大白菜材料与其对应转育父本的主要农艺性状比较。
表1转育7代的大白菜雄性不育材料及其对应转育父本的主要农艺性状比较


注表中“RC”代表不育材料,“B”代表对应的转育父本(即保持系)经过7代的回交转育和严格的经济性状选择,于2003年成功的选育出不育性稳定、不育株率和不育度达100%,经济性状和对应保持系完全一致,生长整齐,可用于组合配制的大白菜胞质雄性不育系种质材料RC7。
1.3不育系种质材料RC7的主要特征特性1.3.1花器官特征不育系种质材料RC7的花朵与保持系相比,花瓣比对应的保持系稍小,雄蕊6枚、乳白色,花药干瘪、白色、纤瘦、退化成短丝状,雄蕊和花药长度明显变短,在显微镜下观察,找不到该不育系的花粉;雌蕊单生,柱头表面多乳突,子房外观形态大小与保持系基本相同,结构、功能正常;蜜腺数量与保持系相同,发育状况良好,色绿,并具芳香味,能吸引蜜蜂等昆虫正常采蜜传粉(表2)。
表2不育系新种质材料RC7与保持系花器官特征比较

注本表为2005年调查数据1.3.2不育系种质材料RC7的不育性表现1.3.2.1温度的影响2003~2006年间,连续4年于冬、春季节在温室和大田,以及不同生态区,对不育系RC7的不育性进行观察鉴定,结果为不育系RC7的不育性稳定,不育株率达100%,不育度也为100%。
1.3.2.2不同播期的影响2003年冬至2004年春,分12月20日、1月5日、1月20日和2月5日四个播期播种不育系RC7,3月25日定植于大田,从始花期起每间隔4天调查一次不育株率和单株不育度。4个播期的调查结果为不育系RC7的不育株率均为100%,不育度也为100%,说明不同播期条件下不育系RC7的不育性不受环境条件的影响。
1.3.3不育系种质材料RC7的细胞形态学观察2006年春季,对不育系种质材料RC7进行了细胞形态学研究,结果表明不育系种质材料RC7花药发育受阻于四分体至单核花粉期,花药在减数分裂早期绒毡层细胞中出现液泡,在花囊腔中央形成一团,造成小孢子发育受阻,形成空腔花药。
1.3.4综合园艺性状经过7代的回交转育和严格的经济性状选择,在主要植物学性状上,育成的不育系RC7经济性状与对应保持系B7基本一致(图2)。生育期85天,株高58.6cm,株幅45.3cm,叶色碧绿,叶缘波状,叶球高桩型,叶长56.6cm,叶宽29.7cm,外叶数13片,叶球纵径48.5cm,横径16.3cm,球形指数2.98,单球重3.6kg左右,生长整齐,综合抗病性强(表3)。
表3不育系新种质材料RC7与保持系的综合园艺性状比较

1.3.5结实能力1.3.5.1与对应保持系结实性比较
2004~2005年连续两年的试验结果表明不育系RC7与保持系B7按3∶1~4∶1的比例定植在纱网棚中,花期人工辅助授粉,不育系RC7的荚长、单荚结籽与保持系B7无明显差异(表4)。
表4不育系新种质材料RC7和保持系的结实性比较

1.3.5.2杂交组合自然授粉结实情况用不育系RC7配制的杂交组合RC7×04S245和RC7×03S1207,2005~2006年在自然隔离区内由蜜蜂自然传粉,通过调查,两个杂交组合的杂交结实率极高,达到100%,其中,单荚结籽数最多可达21粒,最少为9粒,采种株平均分枝数(1、2级)分别为35.8个和37.3个,单株产种量分别为42.6g和44.2g(图3)。这表明不育系RC7自然结实性良好(表5)。
表5不育系新种质材料RC7的自然授粉结实情况

1.3.6抗病性鉴定结果1.3.6.1人工苗期接种抗病性鉴定2004年对不育系RC7及保持系B7进行人工苗期接种抗病性鉴定。结果为不育系RC7病毒病病情指数10.8,表现为高抗(HR);霜霉病病情指数9.9,表现为高抗(HR)(表6)。
表6不育系新种质材料RC7与保持系的人工抗病性鉴定结果

注HR表示高抗,R表示抗病1.3.6.2田间抗病性鉴定2004年对不育系RC7及保持系B7进行田间抗病性鉴定。结果为不育系RC7病毒病病情指数11.2,表现为抗病(R);霜霉病病情指数8.8,表现为高抗(HR);黑斑病病情指数19.2,表现为抗病(R);软腐病发病率为0(表7)。
表7不育系新种质材料RC7与保持系田间抗病性鉴定结果

注HR表示高抗,R表示抗病2.大白菜胞质雄性不育系新种质材料RC7的繁殖用大白菜胞质雄性不育系RC7为母本,以对应保持系B7为父本进行杂交,繁殖大白菜胞质雄性不育系新种质材料RC7。具体步骤是于秋季大白菜收获前,严格按照亲本标准选留不育系RC7和保持系B7母株,进行假植,安全越冬,翌年春季3月初,定植在40~60目纱网隔离区,定植密度为行距60cm,株距40cm。
不育系RC7繁殖棚不育系RC7与保持系B7按4∶1~5∶1比例定植,固定专人授粉,或网棚内人工放蜂,将保持系B7花粉授予不育系RC7,花谢后及时拔除保持系B7植株,种株黄熟期采收。
保持系B7繁殖棚人工花期辅助授粉,或网棚内人工放蜂,自交繁殖,种株黄熟期采收。
权利要求
1.一种大白菜胞质雄性不育系种质材料的选育方法,其特征在于,该方法以甘蓝型油菜萝卜胞质雄性不育材料RC97-1为母本,以大白菜自交系1138为父本,通过种间杂交获得转育一代种子,选留表现与转育父本相似的无败蕾的优良单株作为下一轮的回交母本;经过连续7代回交转育,并经经济性状选择、抗病性鉴定,选育出不育性稳定,不育株率和不育度达100%,经济性状和对应保持系完全一致的大白菜胞质雄性不育系种质材料RC7。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述的大白菜自交系1138的植株外形是莲座叶直立,阔披针形,叶色深绿,叶缘波状,叶面皱缩,叶脉细密,中肋宽厚,淡绿色,叶球高桩型,株高58.6cm,株幅45.3cm,叶长56.6cm,叶宽29.7cm,外叶数13片,叶球纵径48.5cm,横径16.3cm,球形指数2.98,单球重3.6kg左右,生长整齐,综合抗病性强。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述的大白菜胞质雄性不育系种质材料RC7的特征特性为①花器官特征大白菜胞质雄性不育系RC7的花朵与保持系相比,花瓣比对应的保持系稍小,雄蕊6枚、乳白色,花药干瘪、白色、纤瘦、退化成短丝状,雄蕊和花药长度明显变短,在显微镜下观察,找不到该不育系的花粉;雌蕊单生,柱头表面多乳突,子房外观形态大小与保持系基本相同,结构、功能正常;蜜腺数量与保持系相同,发育状况良好,色绿,并具芳香味,能吸引蜜蜂等昆虫正常采蜜传粉;②综合园艺性状生育期85天,株高58.6cm,株幅45.3cm,叶色碧绿,叶缘波状,叶球高桩型,叶长56.6cm,叶宽29.7cm,外叶数13片,叶球纵径48.5cm,横径16.3cm,球形指数2.98,单球重3.6kg左右,生长整齐,综合抗病性强,
4.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述的大白菜胞质雄性不育系种质材料RC7的繁殖方法,采用大白菜胞质雄性不育系RC7为母本,以对应保持系B7为父本进行杂交,具体步骤是于秋季大白菜收获前,严格按照亲本标准选留不育系RC7和保持系B7母株,进行假植,安全越冬,于翌年春季3月初定植在40~60目纱网隔离区内,不育系RC7与保持系B7按4∶1~5∶1比例定植,定植密度为行距60cm,株距40cm,花期固定专人授粉,或网棚内人工放蜂,将保持系B7花粉授予不育系RC7,花谢后及时拔除保持系B7植株,种株黄熟期采收。
全文摘要
本发明公开了一种大白菜胞质雄性不育系种质材料的选育方法,该方法以甘蓝型油菜萝卜胞质雄性不育材料RC97-1为母本,以大白菜自交系1138为父本,通过种间杂交获得转育一代种子,选留表现与转育父本相似的无败蕾的优良单株作为下一轮的回交母本;经过连续7代回交转育,并经经济性状选择、抗病性鉴定,选育出不育性稳定,不育株率和不育度达100%,经济性状和对应保持系完全一致的大白菜胞质雄性不育系种质材料RC
文档编号A01H5/02GK1895029SQ20061004298
公开日2007年1月17日 申请日期2006年6月15日 优先权日2006年6月15日
发明者柯桂兰, 赵利民 申请人:西北农林科技大学, 柯桂兰

【专利交易】【专利代理】【商标和版权申请】【高新技术企业认定】Tel:18215660330

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