CN111480570A - 一种金荞麦与苦荞种间的杂交育种方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种金荞麦与苦荞种间的杂交育种方法及应用，本发明以四倍体苦荞为母本、二倍体金荞麦复合物植物加倍系和/或天然存在的四倍体金荞麦为父本进行杂交，采用金荞麦与苦荞种间的杂交育种方法得到的杂交品种，在南方较温暖地区可以越冬，而实现年复一年的无性扩繁生产栽培；本发明的育种方法不仅利用了金荞麦与苦荞之间的种间杂种优势，还利用了不同金苦荞品系之间的杂种优势，进一步提升金苦荞这个种间杂种的多年生特性及多次再生能力，使得杂交种植株的枝条扦插和多次扦插再生能力强大到可以支持越冬和多次枝条扦插扩繁，从而永久保持了杂交种的杂种优势，并可以在生产上广泛推广应用。

Description

一种金荞麦与苦荞种间的杂交育种方法及应用

技术领域

本发明涉及一种植物育种及繁殖方法，具体涉及一种金荞麦与苦荞种间的杂交育种方法及应用。

背景技术

荞麦属植物大约有23个种类，其中包含一年生栽培种类为普通荞麦(又称甜荞，Fagopyrum esculentum)和苦荞(F.tataricum)，还有多年生种类大野荞(F.megaspartanium)、毛野荞(F.pilus)、金荞麦(F.cymosum)等植物。上述后面的三个多年生荞麦种类由于形态较为相似，非专业人士难以分辨，也常常被混称为金荞麦复合物(F.cymosum complex)。荞麦属植物种间杂交较为困难，目前还没有杂交成功并在生产上利用的例子。

关于荞麦的杂种优势利用研究，目前主要是在甜荞上。高立荣等利用甜荞不同植株花柱异长自交不亲和特征，先培育甜荞近交系，然后利用2个近交系相间种植，在近交系间不同花型植株之间天然杂交授粉，获得大约50-80％的杂种植株。这是一种部分利用杂种优势的成功办法，可提高产量大约10-20％。

关于作物杂交种的利用，主要是在水稻、玉米、高粱等主要作物上被普遍采用。其基本方法都是先培育雄性不育系，在将雄性不育系与恢复系进行天然杂交，生产杂交种子。主要作物采用上述杂交方法，主要是因为缺乏多年生特性。如果有多年生特性的话，就不需要每年都进行制种了。可以直接将杂种植株进行扦插繁殖等无性扩繁，生产推广。在荞麦上虽然还没有人获得雄性不育系，更没有利用不育系生产杂交荞麦的报道，但是荞麦属植物中有多年生荞麦种类，因此可以利用多年生荞麦的特性进行荞麦杂种优势利用和杂交种生产、通过无性扩繁进行生产推广应用。目前这种多年生特性为基础的荞麦杂交种还没有见报道。

鉴于此，申请此专利。

发明内容

基于上述问题，本发明人采用四倍体苦荞为母本、二倍体金荞麦复合物植物加倍系或天然存在的四倍体金荞麦为父本进行杂交，培育金荞麦与苦荞杂交品种，利用该杂交导入的多年生金荞麦复合物植物的多年生特性的遗传使得杂种的再生能力大幅度提高，因此可采用无性繁殖方法对杂种植株进行扩繁和生产利用。该品种具有大粒、黄酮含量高、割刈后再生力强等优点，不仅可以节省播种环节，还可以提高产量10％以上、改善籽粒品质。

本发明采用的技术方案为：

一种金荞麦与苦荞种间的杂交育种方法，所述方法包括以下步骤：

(1)选择亲本：以四倍体苦荞为母本、二倍体金荞麦复合物植物加倍系和/或天然存在的四倍体金荞麦为父本；

(2)去雄、授粉：将步骤(1)中的所述母本和所述父本分别栽培并调节母本播期使两者花期相遇；对所述母本进行去雄，将父本的花粉粒对所述母本的花柱进行授粉；授粉完毕后，等待杂交所结种子成熟，收获，得到杂交种子，

(3)在下一播种季将步骤(2)得到的所述杂交种子进行稀播，长成双二倍体种间杂种植株(称金苦荞,F.tatari-cymosum)，然后收获种子，再次稀播，从其后代选择早熟、不落粒、粗壮、再生力强、种子饱满、种子形态好且产量高的植株，经历多代选择繁育稳定后，形成金苦荞优良品系；

(4)优良品系间杂交：以不同的四倍体苦荞为母本得到多种所述金苦荞优良品系，对这些品系之间进行第二次有性杂交，并进行培育，得到金荞麦与苦荞杂交品种(称金苦荞杂交种)。不同种类的四倍体苦荞是因为天然存在很多不同的二倍体常规苦荞，它们可用本发明的步骤(1)中的四倍体苦荞的获得方法得到了不同的多种四倍体苦荞，做母本。而且本发明中的父本包括二倍体的大野荞等的加倍系和天然存在的四倍体金荞麦，也会与本发明的母本形成多种杂交种。

进一步地，所述天然存在的四倍体金荞麦为分布在贵州、云南、西藏等地的一些天然的四倍体类型金荞麦。所述天然存在的四倍体金荞麦的叶、花、果均较小，地下茎多为细长型而且大多数都有地下横走茎，是金荞麦复合物中的四倍体类型。

进一步地，步骤(1)中，所述四倍体苦荞的获得方法为：将苦荞种子用0.1-0.3wt％秋水仙素水溶液浸泡处理20-28小时，播种栽培；出苗后到二叶期，将棉花包住植株的茎尖，每天早晚各1次在棉花上滴加秋水仙素水溶液至充分湿润；5-9天后去掉棉花，等待处理位置新芽发出，可见叶变厚、花果变大，待结实，收获大粒种子即为所述四倍体苦荞。

进一步地，步骤(1)中，所述二倍体金荞麦复合物植物加倍系的获得方式为：将野外存在的二倍体金荞麦复合物中的种类大野荞，收集所述大野荞植株，于春季开始发新芽时，用棉花包住植株的茎尖，每天早晚各1次在棉花上滴加0.1-0.3wt％的秋水仙素水溶液至充分湿润；5-9天后去掉棉花，等待处理位置新芽发出，可见叶变厚、花果变大，收获大粒种子即为所述二倍体金荞麦复合物植物加倍系。

所述野外存在的二倍体金荞麦复合物中的种类大野荞为分布在贵州省、四川省、云南省等南方省份存在的大量的二倍体金荞麦复合物中的种类大野荞，所述大野荞的叶、花、果均较大，地下根茎球状，一般无地下横走茎。

进一步地，所述秋水仙素水溶液为0.2wt％。

进一步地，步骤(2)中，所述去雄具体操作为：待所述母本植株开花初期时，在早上8-11点，将正在开放的苦荞花朵中的花药未开裂散粉时的雄蕊去掉。

进一步地，步骤(2)中，所述授粉具体操作为：将所述父本的长花柱短雄蕊型刚开花朵的刚散粉花药的花粉粒涂到母本苦荞已去雄花朵的花柱上。

更进一步地，步骤(2)中，所述去雄和授粉具体为：母本植株开花初期时，在早上8-11点，带上放大镜，将正在开放的苦荞花朵中的花药未开裂散粉时的雄蕊去掉，然后将金荞麦刚开花朵的刚散粉花药的花粉粒涂到苦荞花柱上。

进一步地，步骤(2)中，授粉完毕后，等待25天，杂交所结种子成熟并收获。由于杂交种子生长出来的植株是苦荞和金荞麦复合物植物的双二倍体种间杂种(F.tatari-cymosum，金苦荞)，在植株形态和生长发育上介于一年生苦荞和多年生金荞麦复合物植物之间，很容易识别。杂种后代出现落粒性、结实率、分支粗细和多少、长花柱短雄蕊或短花柱短雄蕊等分离。从其后代重点选择早熟、不落粒、粗壮、再生力强、种子饱满、种子形态好、产量高的植株，经历多代选择稳定后，形成较早熟、自交结实率高、种子饱满、种子形态好的金苦荞优良品系。

进一步地，步骤(3)中，所述植株可采用枝条扦插或种子繁殖等方式来进行繁育或生产上利用，所述稀薄的植株间的距离为5cm以上。

进一步地，步骤(4)中，所述培育的具体操作方法为：以不同的四倍体苦荞为母本得到不同的所述金苦荞优良品系，对品系之间进行第二次有性杂交，选择杂种优势强、产量高、品质好的组合杂种植株，经枝条扦插繁殖形成形态一致的杂交品种。

上述金荞麦与苦荞种间的杂交育种方法在育种中的应用。

进一步的，所述应用包括采用本发明的金荞麦与苦荞种间的杂交育种方法得到的杂交品种。

发明人已使用本发明的方法获得了大苦1号、长黑4T苦荞、米55-4T等四倍体苦荞母本，红心金荞麦、贵金荞麦2号等四倍体金荞麦父本，以及其种间杂种(金苦荞)5个等杂种，并也将彼此后代不落粒品系之间进行第2次有性杂交，获得了极壮杂种植株，经枝条扩繁收获了春、秋2季，并越冬存活，形成了贵金苦荞2号新品种。

荞麦种间很难杂交成功，本方法中使用四倍体苦荞与四倍体金荞麦杂交才能取得成功。其原因可能是苦荞是自花授粉作物，长期自花授粉能保持其自身的遗传稳定性，在长期无需严格花粉亲和性识别下，导致这种花粉识别能力退化，从而相对容易地在人工去雄授粉条件下，实现种间杂交。

关于为什么苦荞杂交育种很少开展并很少有人获得苦荞与金荞麦种间杂种问题，主要因为苦荞花朵极小，非常不便于进行人工杂交。本研究中使用的人工杂交方法是当苦荞花朵刚开始打开时，花朵雄蕊在数十秒时间内暴露并未开裂，此时最容易在放大镜辅助下去雄和授粉，这就是刚开花朵人工去雄授粉法。正是这一技术，使得苦荞杂交育种和种间杂交育种能顺利取得成功。

本发明的有益效果为：

采用本发明金荞麦与苦荞种间的杂交育种方法得到的杂交品种在南方较温暖地区可以越冬，而实现年复一年的无性扩繁生产栽培。即扦插栽培一次，可连续收获当年的春、秋两季，在南方安全越冬的情况下，实现年复一年的栽培1次、收获多季的低投入生态农业粮食生产模式。

本发明的育种方法用于培育多年生特性较强的苦荞与金荞麦复合物植物种间杂种，一般简单的杂交形成的金苦荞新物种的多年生特性介于多年生金荞麦与一年生苦荞之间，大多数不足以有足够的越冬性和强大的多次再生能力。本发明的杂交育种方法不仅利用了金荞麦与苦荞之间的种间杂种优势，还利用了不同金苦荞品系之间的杂交，产生品系间杂种优势，进一步提升金苦荞这个种间杂种的多年生特性及多次再生能力，使得杂交种植株的枝条扦插和多次扦插再生能力强大到可以支持越冬和多次枝条扦插扩繁，从而永久保持了杂交种的杂种优势，并可以在生产上广泛推广应用。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。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的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

实施例1：本实施例提供一种金荞麦与苦荞种间的杂交育种方法及应用，具体步骤包括：

(1)选择亲本：以四倍体苦荞为母本、二倍体金荞麦复合物植物加倍系或天然存在的四倍体金荞麦为父本；

(2)去雄、授粉：将步骤(1)中的所述母本和所述父本分别栽培并调节母本播期使两者花期相遇；对所述母本进行去雄，将父本的花粉粒对所述母本的花柱进行授粉；授粉完毕后，等待杂交所结种子成熟，收获，得到杂交种子，

(3)在下一播种季将步骤(2)得到的所述杂交种子进行稀播，株间距离为6cm，长成双二倍体种间杂种植株，然后收获种子，再次稀播，株间距离为6cm，从其后代选择早熟、不落粒、粗壮、再生力强、种子饱满、种子形态好且产量高的植株，经历多代选择繁育稳定后，形成金苦荞优良品系；

(4)优良品系间杂交：以不同的四倍体苦荞为母本或不同的父本得到的多种所述金苦荞优良品系，对品系之间进行第二次有性杂交，并进行培育，得到金苦荞品系间杂交品种。

实施例2：本实施例提供一种金荞麦与苦荞种间的杂交育种方法及应用，具体步骤包括：

(1)不同苦荞品种的四倍体类型苦荞的获得：将常规苦荞种子用秋水仙素0.2％浸泡处理24小时，播种栽培在花盆中；出苗后到二叶期，将棉花少量包住植株的茎尖，每天早晚各1次在棉花上滴加0.2％的秋水仙素溶液至充分湿润；约1周后去掉棉花，等待处理位置新芽发出，可见叶变厚、花果变大，所结实的大粒种子，就是该苦荞同源四倍体；由此可以培育出多个不同苦荞品种的四倍体品系，为金苦荞种间杂种准备好母本；

(2)四倍体金荞麦的获得：在贵州省、四川省、云南省等南方各省份的野外存在大量的二倍体金荞麦即大野荞；将常规的二倍体金荞麦种类即大野荞收集系植株，于春季开始发新芽时，将棉花少量包住植株的茎尖，每天早晚各1次在棉花上滴加0.2％的秋水仙素溶液至充分湿润；约1周后去掉棉花，等待处理位置新芽发出，可见叶变厚、花果变大，所结实的大粒种子，就是该金荞麦的同源四倍体。同时采用贵州、云南、西藏等地也分布的一些天然存在的四倍体类型，即四倍体金荞麦；由此可得多个不同金荞麦四倍体品系，为金苦荞种间杂种准备好父本；

(3)四倍体苦荞与四倍体金荞麦的种间杂交：将上述方法产生的苦荞同源四倍体和四倍体金荞麦(长花柱短雄蕊型植株)分别做母本和父本，栽培到花盆中并调节母本播期使二者花期相遇。母本植株开花初期时，在早上8-11点，带上放大镜，将正在开放的苦荞花朵中的花药未开裂散粉时的雄蕊去掉，将金荞麦刚开花朵的刚散粉花药的花粉粒涂到苦荞花柱上；如此进行种间杂交，授粉上百朵花；25天后，杂交所结实种子成熟后，收获得到杂交种子；下一季稀播播种栽培到地里，由于杂交种子生长出来的植株是苦荞和金荞麦的双二倍体种间杂种(F.tatari-cymosum，金苦荞)，在植株形态和生长发育上介于一年生苦荞和多年生金荞麦之间，一般表现为自交可育、杆壮实、木质化增强、根系发达，类似于父本多年生金荞麦，花朵白色，花柱同短、自交可育，花朵和果实都大于作为母本的苦荞，而且果实无沟槽，不同于作为母本的苦荞，因此真杂种是很容易识别的，杂种后代出现落粒性、结实率、分支粗细和多少、长花柱短雄蕊或短花柱短雄蕊等分离；从中重点选择早熟、不落粒、粗壮、再生力强、种子饱满、种子形态好、花柱同长自交可育、产量高的植株，经历多代选择稳定后，形成较早熟、自交结实率高、种子饱满、种子形态好的金苦荞优良品系；同样的方法，可以获得不同苦荞和不同金荞麦的种间杂种品系；

(4)苦荞-金荞麦种间杂种(金苦荞)不落粒的优良品系之间的杂交：将上述所得不同金苦荞品系间再次进行杂交，选择杂种优势强的产量高、品质好的组合杂种植株，经枝条扦插繁殖形成新的杂交品种，包括贵金苦荞2号新品种；

在温度和湿度良好的条件，该类杂种植株的枝条甚至不需要使用吲哚丁酸等生长素处理，就能自行生根和存活再生；

(5)对杂交种植株的枝条分别进行直接扦插生根或用吲哚丁酸75ppm等生长素处理数小时至1天后，再进行扦插生根，扩繁形成群体，在南方较温暖地区可以越冬，而实现年复一年的无性扩繁生产栽培。即扦插栽培一次，可连续收获当年的春、秋两季，在南方安全越冬的情况下，实现年复一年的栽培1次、收获多季的低投入生态农业粮食生产模式。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种金荞麦与苦荞种间的杂交育种方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)选择亲本：以四倍体苦荞为母本、二倍体金荞麦复合物植物加倍系和/或天然存在的四倍体金荞麦为父本；

(2)去雄、授粉：将步骤(1)中的所述母本和所述父本分别栽培并调节母本播期使两者花期相遇；对所述母本进行去雄，将父本的花粉粒对所述母本的花柱进行授粉；授粉完毕后，等待杂交所结种子成熟，收获，得到杂交种子，

(3)在下一播种季将步骤(2)得到的所述杂交种子进行稀播，形成双二倍体种间杂种植株,然后收获种子，再次稀播，从其后代选择早熟、不落粒、粗壮、再生力强、种子饱满、种子形态好且产量高的植株，经历多代选择繁育稳定后，形成金苦荞优良品系；

(4)优良品系间杂交：以不同的四倍体苦荞为母本得到多种所述金苦荞优良品系，对这些品系之间进行第二次有性杂交，并进行培育，得到金荞麦与苦荞杂交品种。

2.根据权利要求1所述的金荞麦与苦荞种间的杂交育种方法，其特征在于，步骤(1)中，所述四倍体苦荞的获得方法为：将苦荞种子用0.1-0.3wt％秋水仙素水溶液浸泡处理20-28小时，播种栽培；出苗后到二叶期，将棉花包住植株的茎尖，每天早晚各1次在棉花上滴加所述秋水仙素水溶液至充分湿润；5-9天后去掉棉花，等待处理位置新芽发出，可见叶变厚、花果变大，待结实，收获大粒种子即为所述四倍体苦荞。

3.根据权利要求1所述的一种金荞麦与苦荞种间的杂交育种方法，其特征在于，步骤(1)中，所述二倍体金荞麦复合物植物加倍系的获得方式为：将野外存在的二倍体金荞麦复合物中的种类大野荞，收集所述大野荞植株，于春季开始发新芽时，用棉花包住植株的茎尖，每天早晚各1次在棉花上滴加0.1-0.3wt％的秋水仙素水溶液至充分湿润；5-9天后去掉棉花，等待处理位置新芽发出，可见叶变厚、花果变大，收获大粒种子即为所述二倍体金荞麦复合物植物加倍系。

4.根据权利要求2或3所述的一种金荞麦与苦荞种间的杂交育种方法，其特征在于，所述秋水仙素水溶液为0.2wt％。

5.根据权利要求1所述的一种金荞麦与苦荞种间的杂交育种方法，其特征在于，步骤(2)中，所述去雄具体操作为：待所述母本植株开花初期时，在早上8-11点，将正在开放的苦荞花朵中的花药未开裂散粉时的雄蕊去掉。

6.根据权利要求1所述的一种金荞麦与苦荞种间的杂交育种方法，其特征在于，步骤(2)中，所述授粉具体操作为：将所述父本的长花柱短雄蕊型刚开花朵的刚散粉花药的花粉粒涂到母本苦荞已去雄花朵的花柱上。

7.根据权利要求1所述的一种金荞麦与苦荞种间的杂交育种方法，其特征在于，步骤(2)中，授粉完毕后，等待25天，杂交所结种子成熟并收获。

8.根据权利要求1所述的一种金荞麦与苦荞种间的杂交育种方法，其特征在于，步骤(3)中，所述植株可采用枝条扦插或种子繁殖的方式来进行繁育或生产上利用，所述稀播的植株间的距离为5cm以上。

9.根据权利要求1所述的一种金荞麦与苦荞种间的杂交育种方法，其特征在于，步骤(4)中，所述培育的具体操作方法为：以不同的四倍体苦荞为母本得到不同的所述金苦荞优良品系，对这些品系之间进行第二次有性杂交，选择杂种优势强、产量高、品质好的组合杂种植株，经枝条扦插繁殖形成形态一致的杂交品种。

10.权利要求1-9任一项所述金荞麦与苦荞种间的杂交育种方法在育种中的应用。