CN103875462B

CN103875462B - 一种三系杂交小麦育种方法

Info

Publication number: CN103875462B
Application number: CN201410101036.9A
Authority: CN
Inventors: 田笑明; 聂迎彬; 穆培源; 韩新年; 桑伟; 徐红军; 崔凤娟; 刘小芳; 相吉山
Original assignee: Xinjiang Academy of Agricultural and Reclamation Sciences
Current assignee: Xinjiang Academy of Agricultural and Reclamation Sciences
Priority date: 2014-03-18
Filing date: 2014-03-18
Publication date: 2015-03-11
Anticipated expiration: 2034-03-18
Also published as: CN103875462A

Abstract

本发明公开了一种三系杂交小麦育种方法，该方法是把常规杂交育种与杂种优势育种两个技术紧密结合的杂交小麦育种方法。具体的，该技术方法由六个模块有机构成，包括：种质资源和亲本圃模块、杂交种亲本选育模块、杂种优势测选模块、杂交种繁殖模块、常规杂交育种模块、生产性能比较试验模块，模块之间的联系及模块内工作程序的关系清楚明了。本发明解决了两种育种方法之间育种资源和信息不能有效共享，导致杂种优势育种效率不高的问题。

Description

一种三系杂交小麦育种方法

技术领域

本发明涉及小麦育种技术领域，特别是涉及一种三系杂交小麦育种方法。

背景技术

小麦是世界上总产量最多，营养价值高的粮食作物。随着人口数量的进一步增加，人均耕地面积逐年减少，粮食问题是我们当前面临的首要问题之一。杂种优势是生物界中的一种普遍现象。目前，利用小麦杂种优势是提高小麦产量的的主要措施之一。小麦利用杂种优势的主要途径有三条：既“三系法”、“两系法”和“化学杀雄法”，本发明仅针对前两种方法。

三系法是指将不育系、保持系和恢复系进行三系配套，不育系为母本，保持系为父本，相间种植，不育系所结种子下代仍为雄性不育，不育系继续繁殖或用以配制杂交种；以不育系为母本，恢复系为父本，相间种植，通过恢复系授给不育系花粉，不育系植株上生产的种子即为杂交种。

两系法是指只有光温敏雄性不育系和恢复系二系配套。光温敏雄性不育受隐性主基因控制，其育性的表达受外界温光条件的影响。在敏感期，当环境温度在不育临界温度范围时，表现为完全不育，这时不育系可用来与恢复系制种；当环境温度在可育临界温度范围时，不育系又恢复正常可育，自交结实繁殖。

在小麦育种工作中，常规杂交育种和杂种优势育种是两个研究方向，一般由两个育种团队分别开展。由于育种方向不同，育种方法不同，育种程序不同，选择重点不同，所以各自一体，很少结合。杂种优势育种的亲本是不育系和恢复系，杂交小麦利用的关键是强优势组合选配，选择的重点是表现强优势的杂种一代(F1)组合；常规育种的亲本育性正常，评价杂交组合优劣主要看分离世代(F2～Fn)所选的单株、株系和家系多世代的综合表现，一般不对F1组合进行选择。杂种优势育种受亲本特性限制(亲本必须是稳定不育系和恢复系)每年杂交小麦配置组合数目较少，强优势组合出现概率很低。而小麦常规杂交育种不受亲本育性限制，每年可以配置数百甚至成千的杂交组合，但由于F1世代不选择损失了其中表现强优势组合的育种信息。

此外，在三系法小麦育种选配杂交组合时，需要在抽穗后人工给不育系套羊皮纸袋，再人工授予恢复系花粉，特别到优势组合产量比较阶段，每个杂种组合需种量较大，田间大量套袋和授粉人工操作，更是费时费工效率低下。限制了杂种小麦优势组合批量化制种效率。

发明内容

本发明的目的是提出一种三系杂交小麦育种方法，以解决两种育种方法之间亲本资源和信息不能有效共享，导致杂种优势育种效率不高的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用了由六个模块有机构成的技术方法，包括：种质资源和亲本圃模块、杂交种亲本选育模块、杂种优势测选模块、杂交种繁殖模块、常规杂交育种模块、生产性能比较试验模块，模块之间的联系及模块内工作程序的关系清楚明了。

种质资源和亲本圃模块。亲本圃中搜集自国内外丰富的品种材料以及生产性能比较试验中有特色的品系材料，有些材料可作为常规育种中的骨干亲本利用，进入常规杂交育种模块。有些材料可作为杂种优势育种的亲本，进入杂交种亲本选育模块，回交转育成不育系(母本)或者恢复系(父本)。

常规杂交育种模块。对常规杂交育种单交F1代进行杂种优势测产，鉴测出强优势组合母本和强优势组合父本；强优势组合母本和父本分别进入杂交种亲本选育模块作为杂种优势育种亲本选育的候选亲本。其余组合进入常规育种程序进行后代选择。

杂交种亲本选育模块。杂交种亲本选育有三个来源：常规杂交育种获得的强优势组合母本和强优势组合父本；生产性能比较试验中产生的优秀品系；亲本圃中搜集自国内外的小麦品种材料；根据亲本特点，确定转育不育系和恢复系的方案。

杂种优势测选模块。来自杂交种亲本选育的优秀稳定的不育系与优秀稳定的恢复系在隔离条件下每个父本与多个母本间行种植，形成n个一父多母单元(n＝父本数目)，次年进行杂种组合优势鉴定，鉴定出的强优势杂种组合再进行一年强优势杂种组合产量比较，确定升级的组合进入生产性能比较试验模块；同时，强优势杂种组合的亲本不育系和恢复系进入杂交种繁殖模块进行种子繁殖。

杂交种繁殖模块。不育系育种家繁殖，采用套袋种子穗行循环法，每穗行套袋2穗人工授予保持系花粉单独分收，其余混系收获；不育系原原种繁殖，不育系:保持系按5:1行比种植，授粉完成后提前割除保持系，再收获不育系；恢复系育种家繁殖，采用穗行循环法，每穗行选1-2穗单独收获，其余混系收获，次年混系种子繁殖恢复系原原种；杂交种繁殖，不育系原原种：恢复系原原种按5:1行比种植，授粉完成后提前割除恢复系，再收获杂交种。

生产性能比较试验模块。依次包括家系比较、品系比较、品种比较和区域品种比较。

如上所述的三系杂交小麦育种方法，进一步，鉴定出的强优势杂种组合，再进行一年强优势杂种组合产量比较，确定升级的组合直接进入生产性能比较试验中的品种比较试验。

如上所述的三系杂交小麦育种方法，进一步，杂交种亲本选育包括不育系选育和恢复系选育；在恢复系选育过程中，采用SSR分子标记Xgwm95和Barc61基因辅助选择技术在早代对目标性状进行选择。小麦育性恢复由两对主效基因控制，分别定位于2A染色体和1B染色体上，并分别与SSR分子标记Xgwm95和Barc61连锁。

如上所述的三系杂交小麦育种方法，进一步，不育系选育中，稳定不育系套袋自花授粉结实率≤0.5％。恢复系选育中，稳定恢复系套袋自花授粉结实率≥90％；与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明由种质资源和亲本圃；常规杂交育种；杂交种亲本选育；杂种优势测选；杂交种繁殖和生产性能比较试验六个模块有机构成，模块之间的联系及模块内工作程序的关系清楚明了。其中，常规杂交育种与杂种优势育种(杂种优势测选、杂交种繁殖)紧密结合是突出的创新点。在现有的小麦育种工作中常规杂交育种与杂种优势育种是两个研究方向，一般由两个育种团队分别开展，各自一体，很少有关系。

2、常规杂交育种与杂种优势育种结合。常规杂交育种通常对单交子一代(F1)不选择，田间鉴评后留种进入子二代后(F2)开始选择。本发明的方法中，常规育种单交F1代就进行杂种优势测产。强优势组合的母本和父本分别作为杂种优势育种亲本选育(不育系和恢复系)的候选亲本，通过对F1数据分析提供了强优势组合的丰富信息，扩展了强优势组合的来源。另外，经过生产性能比较试验的鉴定，常规育种的其它优秀后代又进入种质资源和亲本圃待利用。

3、采用分子标记辅助选择技术选育恢复系。小麦育性恢复为两对主效基因控制，分别定位于2A染色体和1B染色体上，并分别与SSR分子标记Xgwm95和Barc61连锁。在恢复系选育的过程中，采用分子标记辅助选择技术在早代对目标性状进行选择，大幅度缩短育种周期和提高了育种效率。优选的，优秀的恢复系也进入生产性能比较试验，特别突出的可以参加新品种审定。

4、强优势杂交组合测选。本发明以一父多母(一个恢复系与多个不育系)为单元，在制种隔离罩内父本恢复系自由授粉，从母本不育系上收获得种子，就是杂交种。如此，田间可以设置多个一父多母单元。用这种方法，每个杂交组合可以生产批量的杂交种子，既可以用于杂交组合强优势比较鉴定又可以用于杂种优势遗传方面的研究，大大提高了杂交小麦优势组合的批量制种效率。

附图说明

图1为本发明三系杂交小麦育种方法的流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。

如图1所示，为本发明一种实施方式的三系杂交小麦育种方法。包括：种质资源和亲本圃；常规杂交育种；杂交种亲本选育；杂种优势测选；杂交种繁殖和生产性能比较试验；

(1)种质资源和亲本圃：亲本圃中包括搜集自国内外的丰富的小麦品种材料；种质资源和亲本圃为常规杂交育种和杂交种亲本选育提供原材料；

(2)常规杂交育种：常规杂交育种单交F1代进入生产性能比较试验进行杂种优势测产，选择强优势组合母本和强优势组合父本，强优势组合母本和强优势组合父本分别进入杂交种亲本选育作为杂种优势育种亲本选育的候选亲本；

(3)杂交种亲本选育：杂交种亲本选育的亲本有三个来源：常规杂交育种获得的强优势组合母本和强优势组合父本；生产性能比较试验中产生的优秀品系；亲本圃中搜集自国内外的小麦品种材料；杂交种亲本选育包括不育系选育和恢复系选育；在恢复系选育过程中，采用SSR分子标记Xgwm95和Barc61基因辅助选择技术在早代对目标性状进行选择。小麦育性恢复由两对主效基因控制，分别定位于2A染色体和1B染色体上，并分别与SSR分子标记Xgwm95和Barc61连锁。

(4)杂种优势测选：来自杂交种亲本选育的优秀稳定的不育系与优秀稳定的恢复系在隔离条件下每个父本与多个母本间行种植，形成多个一父多母单元，鉴定出的强优势杂种组合再进行一年强优势杂种组合产量比较，确定升级的组合进入生产性能比较试验；同时，强优势杂种组合的亲本不育系和恢复系开始进入杂交种繁殖进行种子繁殖；

(5)杂交种繁殖：不育系育种家繁殖，采用套袋种子穗行循环法，每穗行套袋2穗人工授予保持系花粉单独分收，其余混系收获；不育系原原种繁殖，不育系:保持系按5:1行比种植，授粉完成后提前割除保持系，再收获不育系；恢复系育种家繁殖，采用穗行循环法，每穗行选1-2穗单独收获，其余混系收获，次年混系种子繁殖恢复系原原种；杂交种繁殖，不育系原原种：恢复系原原种按5:1行比种植，授粉完成后提前割除恢复系，再收获杂交种。

(6)生产性能比较试验依次包括家系比较、品系比较、品种比较和区域品种比较。

上述育种方法的具体应用

1、常规杂交育种。规杂交组合配置，根据育种目标，从亲本圃选择生态远源或地理远源或血缘远源的小麦父本和小麦母本，母本人工去雄3～5穗套袋，授以父本花粉。如此，每年可配置数百个单交组合，成熟后按组合收获种子。

2、杂交组合种植、收获。每个组合为5行区，中间3行种植杂交F1，两边行分别种植父本和母本。行长1.5m，行距20cm，每行30粒种子点播。每20个组合间播3行推广对照品种。生育期对F1组合的生长表现进行观察记载。成熟期，每组合F1收10～15株，亲本和对照品种各收获10株。

3、杂交组合优势测定。室内考察各组合F1、亲本和对照株高及产量性状(穗数、千粒重、10株籽粒产量)，计算每组合产量超标(对照)优势，并由高到低排序，选择超标优势≥45％的组合。

4、杂交种亲本选育，确定转育不育系和恢复系的技术方案。进一步分析产量超标优势≥45％的组合中小麦父本和小麦母本的生长性状(株高、抽穗期、抗逆性等)，分别确定转育为不育系的强优势组合小麦母本和转育为恢复系的强优势组合小麦父本。

回交转育优良不育系(母本)应饱和回交，套袋自交100％不育，不育性稳定，株高≤85cm，扬花期麦穗颖壳张开角度大，雌蕊外露时间较长。优良恢复系(父本)转育，以不育细胞质为基础有限回交，结合分子标记辅助选择，选择与轮回亲本很近似，套袋恢复率和恢复度＞85％，株高在85～95cm，扬花期花药外露度高，花粉量大，散粉特性较好的自交稳定系。

5、杂种优势测选。选择若干性状优良的稳定不育系(母本)和恢复系(父本)进行种植，父本和母本的田间种植方式如下。根据制种量需要，父本:母本可按1:1、1:2或1:3行比间行种植。即种植1行恢复系间行1～3行不育系。行长1.5～1.8m，行距20cm，每行播种30粒。

小麦抽穗期时，以父本为单元将每个父本以及与该父本间行种植的母本罩上制种隔离罩，形成一父多母单元；一父多母单元的数量与所用的父本数目相同。小麦抽穗期时将一父多母单元分别罩上制种隔离罩，形成多个一父多母制种单元。

上述步骤所使用的制种隔离罩包括：隔离罩支架、尼龙布、拉链、口袋外盖；隔离罩支架构成小麦制种隔离罩的框架；尼龙布覆盖在隔离罩支架上；拉链安装在隔离罩的正面和背面上；口袋外盖位于拉链的上方；小麦植株位于隔离罩的内部；在本发明一种具体实施方式中，所述制种隔离罩为长4.5m，宽1.8m，高1.2m；隔离罩正面和背面各安装2个拉链，拉链呈U型，拉链长0.95m，U字形高0.2m，拉链底部距地面0.6m，距边框0.2m，两个拉链之间距离为0.2m。

父本和母本的种植方法为，父本:母本根据制种量需要，按1:1、1:2或1:3行比间行种植，制种隔离罩的宽度恒定为1.8m,而隔离罩的长度优选为4.5m(依隔离单元种植的行数确定)，要便于在小麦抽穗期罩上制种隔离罩。

6、父本和母本花期调节。不育系比恢复系早抽穗2～3天或同期抽穗最佳。不育系比恢复系晚抽穗1～2天，可在父本抽穗后父母本同时喷赤霉素，可促进抽穗并延长花药的生命力。人工辅助授粉。恢复系(父本)扬花散粉期间，每天通过隔离罩的操作孔人工竹竿赶粉2次，连续5～7天，提高不育系(母本)的异交结实率。

7、种子收获。成熟期，撤除隔离罩。每个单元的不育系(母本)分别收获，不育系所结的种子，即杂交种。恢复系(父本)可混系收获，扩繁了恢复系的种子量。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种三系杂交小麦育种方法，其特征在于，所述方法由六个模块有机构成，包括：种质资源和亲本圃模块、杂交种亲本选育模块、杂种优势测选模块、杂交种繁殖模块、常规杂交育种模块、生产性能比较试验模块，模块之间的联系及模块内工作程序的关系如下；

种质资源和亲本圃模块；亲本圃中搜集自国内外丰富的品种材料以及生产性能比较试验中有特色的品系材料，有些材料可作为常规育种中的骨干亲本利用，进入常规杂交育种模块；有些材料可作为杂种优势育种的亲本，进入杂交种亲本选育模块，回交转育成不育系(母本)或者恢复系(父本)；

常规杂交育种模块；对常规杂交育种单交F1代进行杂种优势测产，鉴测出强优势组合母本和强优势组合父本；强优势组合母本和父本分别进入杂交种亲本选育模块作为杂种优势育种亲本选育的候选亲本；其余组合进入常规育种程序进行后代选择；

杂交种亲本选育模块；杂交种亲本选育有三个来源：常规杂交育种获得的强优势组合母本和强优势组合父本；生产性能比较试验中产生的优秀品系；亲本圃中搜集自国内外的小麦品种材料；根据亲本特点，确定转育不育系和恢复系的方案；

杂种优势测选模块；来自杂交种亲本选育的优秀稳定的不育系与优秀稳定的恢复系在隔离条件下每个父本与多个母本间行种植，形成多个一父多母单元，次年进行杂种组合优势鉴定，鉴定出的强优势杂种组合再进行一年强优势杂种组合产量比较，确定升级的组合进入生产性能比较试验模块；同时，强优势杂种组合的亲本不育系和恢复系进入杂交种繁殖模块进行种子繁殖；

杂交种繁殖模块；不育系育种家繁殖，采用套袋种子穗行循环法，每穗行套袋2穗人工授予保持系花粉单独分收，其余混系收获；不育系原原种繁殖，不育系:保持系按5:1行比种植，授粉完成后提前割除保持系，再收获不育系；恢复系育种家繁殖，采用穗行循环法，每穗行选1-2穗单独收获，其余混系收获，次年混系种子繁殖恢复系原原种；杂交种繁殖，不育系原原种：恢复系原原种按5:1行比种植，授粉完成后提前割除恢复系，再收获杂交种；

生产性能比较试验模块；依次包括家系比较、品系比较、品种比较和区域品种比较。

2.根据权利要求1所述的三系杂交小麦育种方法，其特征在于，对常规杂交育种单交F1代进行杂种优势测产，鉴测出强优势组合母本和强优势组合父本作为杂种优势育种亲本选育的候选亲本。

3.根据权利要求1所述的三系杂交小麦育种方法，其特征在于，来自杂交种亲本选育的优秀稳定的不育系与优秀稳定的恢复系在隔离条件下种植多个一父多母单元，进行强优势杂种组合产量比较，确定升级的组合直接进入生产性能比较试验中的品种比较试验。

4.根据权利要求1所述的三系杂交小麦育种方法，其特征在于，杂交种亲本选育模块包括不育系选育和恢复系选育；在恢复系选育过程中，采用SSR分子标记恢复基因辅助选择技术在早代对目标性状进行选择。

5.根据权利要求1所述的三系杂交小麦育种方法，其特征在于，不育系选育中，稳定不育系套袋自花授粉结实率≤0.5％；恢复系选育中，稳定恢复系套袋自花授粉结实率≥90％。