CN103109738B - 一种聚合改良甘薯胡萝卜素和干率性状的育种方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种聚合改良甘薯胡萝卜素和干率性状的育种方法,属于作物品种选育技术领域。包括：育种亲本的筛选；父、母本的确定和不完全双列杂交的设计；最佳亲本组合的筛选；筛选培育目标品种等步骤。本发明选育周期短、速度快，既提高了胡萝卜素含量，又改良了干率性状，突破了甘薯育种历来受“胡萝卜素含量与干率存在明显负相关特性”的约束，胡萝卜素含量达8～10mg/100g、干率达28～30％，或干率达32～36％、胡萝卜素含量在1～5mg/100g，有效促进了甘薯产业产品质量的提升。本发明可在甘薯育种工作中推广应用。

Description

一种聚合改良甘薯胡萝卜素和干率性状的育种方法

技术领域

    本发明涉及作物育种技术领域，具体涉及一种聚合改良甘薯胡萝卜素和干率性状的方法。

背景技术

    胡萝卜素是甘薯的重要营养品质指标，胡萝卜素作为维生素A的前体，其生理活性已被充分证实、并应用于夜盲症、抗光敏以及一些皮肤病和抗癌治疗中，植物源胡萝卜素被国际上用作简便易行的生物强化项目，应用于欠发达地区儿童的营养干预。

    胡萝卜素呈现鲜艳的桔红到桔黄色，通常红心甘薯富含胡萝卜素，黄心甘薯次之，白肉甘薯则几乎不含胡萝卜素。各类甘薯中的胡萝卜素含量从0～20mg/100g 鲜重不等。我国有关甘薯品种品质的鉴定试验中设定，高胡萝卜素品种的含量指标需达到10mg/100g鲜重，且其干率指标不得低于对照5个百分点（当前的对照为宁紫薯1号，其干率为25％）。富含胡萝卜素甘薯品种除营养价值高以外，其鲜艳的色泽也是增加消费者选择的重要因素。

    干率是甘薯品种最重要的性状指标，即薯块干物质占鲜重的比率，体现了了甘薯薯块固形物的高低。甘薯的淀粉含量及派生的其他品质指标如糖分等都与干率密切相关。有研究认为，干率与食味存在显著正相关，干率高的品种其食味相应就好，大部分人喜欢吃又甜又粉的甘薯。同样，作为加工用途，干率高的品种则其加工产率就高。一般以干率30％的徐薯18作为高干率品种的参照，干率30％以上的品种为高干率品种，干率25％以下的品种为低干率品种。

    但是现有的研究还表明，甘薯的胡萝卜素含量与干率存在明显的负相关特性，即胡萝卜素含量高(10mg或以上/100g鲜重)的品种往往其干率偏低（25％以下），从而影响高胡萝卜素品种的食用品质；如目前通过国家鉴定的2个高胡萝卜素品种“维多丽”(河北省农业科学院育成)、“浙薯81”（浙江省农业科学院育成），胡萝卜素含量分别为15.7和16.03mg/100g，而干率分别为24.5％和23.88％；而干率在30％以上的品种则几乎不含胡萝卜素，从而影响其营养价值与色泽。一般认为甘薯鲜食专用品种的适宜干率为28～30％，而淀粉及食品加工用品种的干率要求32％以上，在这两个干率区间内提高胡萝卜素含量，对发展优质专用甘薯品种具有重要意义。因此，开展研究能聚合甘薯胡萝卜素和干率性状的高效率的亲本选配和育种的方法，培育出胡萝卜素含量在8～10mg/100g、干率在28～30％，或干率32～36％、胡萝卜素含量1～5mg/100g的甘薯品种，这对提高和改良现有甘薯的品质会有极大的意义。

发明内容

本发明目的是，针对甘薯品质育种受胡萝卜素与干率两性状间存在显著负相关特性的局限，提出一种培育胡萝卜素含量在8～10mg/100g、干率在28～30％甘薯双高品种，或干率在32～36％、胡萝卜素含量在1～5mg/100g的干率特高而仍含有一定量胡萝卜素甘薯品种的育种方法。

本发明目的通过如下技术方案得以实现：

一种聚合改良甘薯胡萝卜素和干率性状的育种方法，该方法按以下步骤进行：

    （1）育种亲本的筛选：从现有甘薯种质资源杂交后的中间材料中选择具有以下全部特征的材料作为育种亲本，

    1）胡萝卜素含量在8～16mg/100g 鲜重；

2）干率在22％～25％；

3）干基淀粉率在60％～70％；

4）该育种亲本的父本为30％～35％的高干率品种；

    5）该育种亲本的父母本与其它入选育种亲本的父母本均不相同；

    （2）父、母本的确定和不完全双列杂交的设计：将各入选亲本按胡萝卜素含量由高到低进行排序后，自高至低逐个作为母本，同时以其后的亲本作为父本，按不完全双列杂交设计进行两两组合；

    （3）最佳亲本组合的筛选：将上述的设计组合分别进行人工杂交、获得实生种子后，分别播种并收获各实生种子的薯块；将各薯块分别测定其干率和胡萝卜素含量，并按照不完全双列杂交的统计分析方法，从中找出后代群体平均干率超亲优势最大的组合作为最佳的亲本组合；

    （4）筛选培育目标品种：将最佳亲本组合配制出杂交种子、分别播种、收获后，从中选育胡萝卜素含量8～10mg/100g、干率28～30％，或干率32～36％、胡萝卜素含量1～5mg/100g的优良甘薯品系。

本发明的有益效果是：

    一、本发明所提有关育种亲本的5项选择标准，在现有甘薯种质资源中仍属高胡萝卜素、低干率的品种范畴，因此在现有技术条件下是不难得到的；

    二、本发明育成的优良甘薯品系选育周期短、速度快，且既提高了胡萝卜素含量，同时又改良了干率性状，从而克服了甘薯作物育种历来受“胡萝卜素含量与干率存在明显负相关特性”的约束，改善了这一育种难题；

    三、按本发明选育的优良甘薯品系，其中胡萝卜素含量在8～10mg/100g、干率在28～30％的宜作优质的鲜食专用品种；而干率在32～36％、胡萝卜素含量在1～5mg/100g的干率特高品系，基本解决了以往干率在30％以上的品种几乎不含胡萝卜素的缺陷，宜作优质的淀粉/食品加工用品种，上述两类优良甘薯品系的育成均有效促进了甘薯产业产品质量的提升；

    四、本发明由于明确要求各育种亲本的父母本与其它入选育种亲本的父母本均不相同，因此在各亲本之间首先保持了较远的亲缘关系；并且又要求各育种亲本的父本必须为30％～35％的高干率品种，因此有利于通过表型低干率的高胡萝卜素亲本聚合高干率相关基因，以达到同步改良干率和胡萝卜素性状的目的。其理论依据是：甘薯具有杂合同源异源六倍体的特殊遗传特点，表型低干率品种在部分位点可能含有高干率基因，两个具有互补高淀粉基因的低干率品种杂交后，出现高干率后代的概率大大增加。

    五、本发明步骤（3）先通过不完全双列杂交，每个组合少量杂交，找出后代群体平均干率超亲优势最大的组合作为最佳的亲本组合后，再对该组合大量杂交以选育出目标甘薯品系，从而可大大提高甘薯的育种效率，避免了以往大海捞针的育种方式。通过双列杂交的遗传分析，可以估算到某个目标性状出现的概率和需要配置的杂交数量。

六、本发明首先在步骤（1）全部采用了高胡萝卜素的中间材料作为入选亲本，在步骤（2）中又进一步采用了母本胡萝卜素高于父本的不完全双列杂交设计，确保了后代中高胡萝卜素特性的稳定遗传，从而在步骤（3）中将后代选择的重点放在高干率性状上，避免了同时选择2个负相关性状的困局，提高了育种目标的可实现性。

具体实施方式

    通过以下实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明的内容并不局限于此。

表1：        对以下实施例所涉原始亲本材料的说明

品种名称	来源	国家种质资源库编号	胡萝卜素mg/100g	干率％
					Gem	美国品种，	1132C0003GPGS00561	10	23
冀薯4号	河北省农科院	1132C0003GPGS00587	4	26
					岩薯5号	福建龙岩农科所	福建省主栽品种，资源库尚未收录	8	24
AIS0122-2	亚蔬中心品种	1132C0003GPGS01014	6	25
					南瑞苕	美国品种	1132C0003GPGS00111	1	28
苏薯8号	南京市农科所	江苏、安徽主栽品种，资源库尚未收录	3	24
					浙薯1号	浙江省农科院	1132C0003GPGS00731	0	33
浙薯73半2	浙江省农科院	1144C0002GPGS01081	0	31
					徐薯18	徐州甘薯中心	1132C0003GPGS00301	0	31
浙舟8464	浙江省农科院	1132C0003GPGS00701	0	35
					红红1号	浙江省农科院	浙江省主栽品种，资源库尚未收录	0	32

实施例1：

    （1）育种亲本的筛选：第一年，从现有甘薯种质资源Gem×浙薯73半2、冀薯4号×红红1号、岩薯5号×浙舟8464、AIS0122-2×徐薯18及南瑞苕×浙薯1号杂交后的中间材料中，选择具有以下全部特征的材料:

    1）胡萝卜素含量在8～16mg/100g 鲜重；

    2）干率在22％～25％；

    3）干基淀粉率在60％～70％；

    4）该育种亲本的父本为30％～35％的高干率品种；

5）该育种亲本的父母本与其它入选育种亲本的父母本均不相同；

分别获得 3481、492、1347、738及255作为育种亲本（表2）；

表2：筛选出的5个高胡萝卜素材料

品系号	来源	胡萝卜素	干率	干基淀粉率
					3481	Gem×浙薯73半2	16mg/100g	23.0%	65%
492	冀薯4号×红红1号	14mg/100g	22.0%	68%
					1347	岩薯5号×浙舟8464	13mg/100g	24.0%	60%
738	AIS0122-2×徐薯18	11mg/100g	25.0%	67%
					255	南瑞苕×浙薯1号	10mg/100g	24.5%	70%

    （2）父、母本的确定和不完全双列杂交的设计：第一年的秋季，将入选亲本按其胡萝卜素含量由高到低进行排序后（表2），自高至低逐个作为母本，并以其后的亲本作为父本，按不完全双列杂交设计配制成10个不完全双列杂交组合，每组合可获得100粒左右的实生种子（表3）；

表3、不完全双列杂交表（打√的配制杂交组合）

    （3）最佳亲本组合的筛选：第二年春季，将上一年10个组合获得的实生种子分别播种，长成实生苗后打顶促进分枝生长，每个实生苗即为1个株系，根据实生苗的长势，每株系可剪5～10株健壮薯苗，移栽大田；秋季，分别收获10组合的每个后代株系，按株系进行单株鲜薯产量测定，并记载田间农艺性状（薯型、薯皮色、薯肉色、结薯数）；从每株系中取中等大小薯块1个，纵切2半后分别测定胡萝卜素含量与干率，计算得到10组合后代株系的平均胡萝卜素含量和干率（表4），每个组合后代株系的平均胡萝卜素含量虽全部低于双亲平均值（约为双亲平均值的60～70％），但它们的干率超亲优势明显，全部超过双亲的平均值，其中，3481×255组合后代的平均干率最高达28.9％，故确定该组合作为最佳的亲本组合；

   表4        不完全双列组合薯块的测定结果

    （4）筛选培育目标品种：第三年，将最佳组合3481×255进行人工大量杂交，获得实生种子3500粒；第四年及以后，分别播种、收获后，从中按胡萝卜素含量8～10mg/100g、干率28～30％，或干率32～36％、胡萝卜素含量1～5mg/100g的目标，并结合其他农艺性状进行筛选，得到下列优良品系：

3481×255-23：干率28.5％，胡萝卜素8.5mg/100g

3481×255-70：干率30.0％，胡萝卜素10.0mg/100g

3481×255-13：干率35.8％，胡萝卜素1.8mg/100g。

实施例2：

 （1）育种亲本的筛选：第一年，从现有甘薯种质资源Gem×红红1号、AIS0122-2×浙薯1号、冀薯4号×浙薯73半2及苏薯8号×徐薯18杂交后的中间材料中，按实施例1的相同标准选择3449、70943、181-51及Qo002作为育种亲本（表5）；

表5：筛选出的4个高胡萝卜素材料

品系号	来源	胡萝卜素	干率	干基淀粉率
					3449	Gem×红红1号	15mg/100g	24.0%	63%
70943	AIS0122-2×浙薯1号	13mg/100g	25.0%	66%
					181-51	冀薯4号×浙薯73半2	10mg/100g	22.0%	68%
Qo002	苏薯8号×徐薯18	8mg/100g	23.0%	60%

    （2）父、母本的确定和不完全双列杂交的设计：第一年秋季，将入选亲本按其胡萝卜素含量由高到低进行排序后（表5），自高至低逐个作为母本，并以其后的亲本作为父本，按不完全双列杂交设计配制成6个不完全双列杂交组合，每组合获得100粒左右的实生种子（表6）；

表6、不完全双列杂交表（打√的配制杂交组合）

    （3）最佳亲本组合的筛选：第二年，春季与秋季分别按实施例1的同样播种、管理、收获、检测等方法，计算得到6组合后代株系的平均胡萝卜素含量和干率（表7），每个组合后代株系的平均胡萝卜素含量虽全部低于双亲平均值，但它们的干率超亲优势明显，全部超过双亲的平均值，其中，3449×70943组合后代的平均干率最高达28.2％，故确定该组合作为最佳的亲本组合；       

     表7       不完全双列组合薯块的测定结果

    （4）筛选培育目标品种：第三年，将最佳组合3449×70943进行人工大量杂交，获得实生种子2200粒；第四年及以后，分别播种、收获后，从中按胡萝卜素含量8～10mg/100g、干率28～30％，或干率32～36％、胡萝卜素含量1～5mg/100g的目标，并结合其他农艺性状进行筛选，得到下列优良品系：

3449×70943-17：干率30.0％，胡萝卜素9.8mg/100g

3449×70943-33：干率29.5％，胡萝卜素9.0mg/100g

3449×70943-81：干率28.1％，胡萝卜素8.2mg/100g。

实施例3：

（1）育种亲本的筛选：第一年，从现有甘薯种质资源Gem×红红1号、岩薯5号×浙舟8464、AIS0122-2×徐薯18及南瑞苕×浙薯1号杂交后的中间材料中，按实施例1的相同标准选择3449、1347、738及255作为育种亲本（表8）；

表8：筛选出的4个高胡萝卜素材料

品系号	来源	胡萝卜素mg/100g	干率	干基淀粉率
					3449	Gem×红红1号	15	24.00%	63%
1347	岩薯5号×浙舟8464	13	24.00%	60%
					738	AIS0122-2×徐薯18	11	25.00%	67%
255	南瑞苕×浙薯1号	10	24.50%	70%

    （2）父、母本的确定和不完全双列杂交的设计：第一年秋季，将入选亲本按其胡萝卜素含量由高到低进行排序后（表8），自高至低逐个作为母本，并以其后的亲本作为父本，按不完全双列杂交设计配制成6个不完全双列杂交组合，每组合获得80～100粒实生种子（表9）；

表9、不完全双列杂交表（打√的配制杂交组合）

    （3）最佳亲本组合的筛选：第二年，春季与秋季分别按实施例1的同样播种、管理、收获、检测等方法，计算得到6组合后代株系的平均胡萝卜素含量和干率（表10），每个组合后代株系的平均胡萝卜素含量虽全部低于双亲平均值，但它们的干率超亲优势明显，全部超过双亲的平均值，其中，3449×255组合后代的平均干率最高达28.3％，故确定该组合作为最佳的亲本组合；                  

   表10、     不完全双列组合薯块的测定结果

    （4）筛选培育目标品种：第三年，将最佳组合3449×255组合进行人工大量杂交，获得实生种子2700粒；第四年及以后，分别播种、收获后，从中按胡萝卜素含量8～10mg/100g、干率28～30％，或干率32～36％、胡萝卜素含量1～5mg/100g的目标，并结合其他农艺性状进行筛选，得到下列优良品系：

3449×255-65：干率29.1％，胡萝卜素8.7mg/100g

3449×255-112：干率28.6％，胡萝卜素8.4mg/100g

3449×255-8：干率32.5％，胡萝卜素5.0mg/100g。

Claims (1)

1.一种聚合改良甘薯胡萝卜素和干率性状的育种方法，其特征在于按以下步骤进行：

    （1）育种亲本的筛选：从现有甘薯种质资源杂交后的中间材料中选择具有以下全部特征的材料作为育种亲本，

1）胡萝卜素含量在8～16mg/100g 鲜重；

2）干率在22％～25％；

3）干基淀粉率在60％～70％；

4）该育种亲本的父本为30％～35％的高干率品种；

5）该育种亲本的父母本与其它入选育种亲本的父母本均不相同；

    （2）父、母本的确定和不完全双列杂交的设计：将各入选亲本按胡萝卜素含量由高到低进行排序后，自高至低逐个作为母本，同时以其后的亲本作为父本，按不完全双列杂交设计进行两两组合；

    （3）最佳亲本组合的筛选：将上述的设计组合分别进行人工杂交、获得实生种子后，分别播种并收获各实生种子的薯块；将各薯块分别测定其干率和胡萝卜素含量，并按照不完全双列杂交的统计分析方法，从中找出后代群体平均干率超亲优势最大的组合作为最佳的亲本组合；

    （4）筛选培育目标品种：将最佳亲本组合配制出杂交种子、分别播种、收获后，从中选育胡萝卜素含量8～10mg/100g、干率28～30％，或干率32～36％、胡萝卜素含量1～5mg/100g的优良甘薯品系。