一种异源多倍体小黑麦种质的育种方法
阅读说明：本技术 一种异源多倍体小黑麦种质的育种方法 (Breeding method of allopolyploid triticale germplasm ) 是由 孟凡华 游光霞 杨丽 李桂英 刘秉华 王增远 孙元枢 于 2020-12-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种异源多倍体小黑麦种质的育种方法,将染色体构型为RR的二倍体黑麦用秋水仙素处理,得到染色体RRRR型四倍体黑麦,以染色体RRRR型四倍体黑麦为父本,染色体AABB型四倍体硬粒小麦为母本杂交,即得多倍体小黑麦种质资源。通过本方案得到的多倍体小黑麦新种质结合了小麦的矮秆、丰产、硬质性状和黑麦的抗三锈、抗白粉病特性,为通心粉小黑麦品种的培育奠定了材料基础,拓展了小黑麦的利用空间。(The invention discloses a breeding method of an allopolyploid triticale germplasm, which comprises the steps of treating diploid rye with RR in chromosome configuration to obtain chromosome RRRR type tetraploid rye, and hybridizing with chromosome RRRR type tetraploid rye as a male parent and chromosome AABB type tetraploid durum as a female parent to obtain the polyploid triticale germplasm resource. The novel polyploid triticale germplasm obtained by the scheme combines the characteristics of short stalk, high yield and hard property of wheat and the characteristics of three rust resistance and powdery mildew resistance of rye, lays a material foundation for cultivating the macaroni triticale variety, and expands the utilization space of the triticale.)
技术领域
本发明属于小麦育种技术领域，具体涉及一种异源多倍体小黑麦种质的育种方法。
背景技术
1888年，德国育种家琳堡(Rimpau)首次获得了小麦-黑麦杂种Rimpau，1935年，瑞典遗传学家A.Muntzing在细胞学水平鉴定了世界上第一个小麦-黑麦双二倍体系Rimpau为异源八倍体小黑麦。1957年前后，鲍文奎先生用小麦“中国春”(染色体组构型AABBDD)与黑麦(RR)杂交，杂种F1经人工加倍后，国内首次合成了八倍体小黑麦(AABBDDRR)。上世纪70年代末，加拿大曼尼托巴大学利用四倍体分枝麦T.Turgidum L.(染色体构型AABB)与二倍体黑麦杂交，杂种幼胚经胚培养后合成了六倍体小黑麦(AABBRR)。国内现有的六倍体小黑麦是利用加拿大育成的六倍体小黑麦与国内育成的八倍体小黑麦经杂交后育成的次级六倍体小黑麦，因其杂种优势强、植株高大、遗传稳定性好在生产上用于生产优质饲草和青贮饲料。小黑麦因为是人类创造的新物种，自然界中没有其野生型近缘种，导致小黑麦的遗传资源匮乏，现有种群的遗传基础极其狭窄，对小黑麦的遗传改良极其不利。育种工作的初期，育种家对八倍体小黑麦的利用前景寄予厚望，期望利用普通小麦与小黑麦杂交进行遗传改良，培育符合生产需求的粮用八倍体小黑麦新品种。在长达30～40年的时间内，人们全力投入到八倍体小黑麦的育种工作中，但由于属间杂交，染色体组协调性、包容性差，导致八倍体小黑麦遗传稳定性差，染色体的数量在54～57条间波动，并时常伴有非整倍体出现，导致双授精障碍，致使植株的育性较低，穗结实率在84％左右，籽粒不饱满，至今没有育成优于普通小麦的有生产价值的八倍体小黑麦品种。
异源多倍体作物远缘杂交与遗传改良的难点在于：①由于物种的遗传隔离、或生殖系统包容性差，导致杂交不亲和、无法完成双受精作用，不能形成有生活力的种子；②杂种一代往往是异源双单倍体，导致杂种不育，不能自交结实、延续后代。这二点严重制约着小黑麦的遗传进化进程与改良效果。
发明内容
本发明的目的在于解决远缘杂交难以逾越的杂种F0生活力低，杂种F1代植株雄性不育、自交不实，后代遗传稳定性差等诸多难题。
为了达到上述技术目的，本发明具体通过以下技术方案实现：
一种异源多倍体小黑麦种质的育种方法，将染色体构型为RR的二倍体黑麦用秋水仙素处理，得到染色体RRRR型四倍体黑麦，以染色体RRRR型四倍体黑麦为父本，染色体AABB型四倍体硬粒小麦为母本杂交，即得多倍体小黑麦种质资源。
进一步的，所述的RR型二倍体黑麦优选为Верхночська。
进一步的，所述的RRRR型四倍体黑麦优选为黑麦ZS507。
进一步的，所述的染色体AABB型四倍体硬粒小麦优选为四倍体硬粒小麦Диана(T.durum Desf.)、四倍体硬粒小麦Магдалена(T.durum Desf.)。
进一步的，所述四倍体硬粒小麦Диана与四倍体黑麦ZS507杂交得到AABBRRRR型八倍体小黑麦。
进一步的，所述四倍体硬粒小麦Магдалена与黑麦ZS507杂交得F0代种子，F0代种子点播到田间，其杂种染色体ABRR型F1植株，授予AABBRR型六倍体小黑麦花粉得AABBRR型六倍体小黑麦及AARR和BBRR型四倍体小黑麦；或授予AABBRRRR型八倍体小黑麦的花粉得AABBRRRR型八倍体小黑麦。
进一步的，所述的AABBRR型六倍体小黑麦通过四倍体硬粒小麦Диана和二倍体黑麦Верхночська杂交得到。
本发明的有益效果为：
新型六倍体和八倍体小黑麦的合成与遗传改良方案解决了远缘杂交难以逾越的杂种F0生活力低，杂种F1代植株雄性不育、自交不实，后代遗传稳定性差等诸多难题。特别是具有可自发诱导受精卵染色体加倍特殊功能的硬粒小麦Диана的发现与应用，极大地简化了异源多倍体小黑麦合成的步骤与程序，可推而广之，应用到麦类作物多倍体的合成与品种遗传改良中，使得麦类作物多倍体的合成与外缘优异(抗病、矮秆、抗逆等)基因的导入不再是难不可及的工作。通过本方案，创造的多倍体小黑麦新种质结合了小麦的矮秆、丰产、硬质性状和黑麦的抗三锈、抗白粉病特性，为通心粉小黑麦品种的培育奠定了材料基础，拓展了小黑麦的利用空间。
附图说明
图1是本发明育种方法技术路线示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明具体的实施例，对本发明技术方案进行清楚、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。
如图1所示，本发明提供一种异源多倍体小黑麦种质的育种方法。
1)将二倍体的黑麦(RR)用秋水仙素处理，经染色体加倍后得到四倍体的黑麦ZS507(染色体构型为RRRR，2n＝28)。将二倍体的黑麦(RR)用秋水仙素处理，得到四倍体的黑麦(RRRR)，增加二倍体黑麦染色体组的数量到四倍体，是为了在与四倍体硬粒小麦杂交时，使得双亲(来源于两个种属)的染色体组数对等，这样便于杂种植株完成双受精作用，得到有生活力的杂交种子F0。
2)四倍体硬粒小麦的进化水平高于黑麦，其所含有的A和B染色体组经历了长期的自然进化过程，两者协调性高，包容性强，硬粒小麦的穗子、小穗、小花等花器发育好、整穗、去雄方便，故用做接受花粉的母本；黑麦进化程度相对较低，染色体包容性差，且植株较高、茎秆软，穗子瘦窄，小穗、小花等花器生长紧实，不便于整穗、去雄，然而其花粉量大，花期长，便于采粉，故将黑麦用做父本。
利用四倍体硬粒小麦Диана(T.durum Desf.，染色体构型为AABB)做母本与四倍体黑麦(RRRR)品种ZS507杂交，直接合成双二倍体新型八倍体小黑麦DZ系(AABBRRRR)。
利用四倍体硬粒小麦Диана(T.durum Desf.，染色体构型为AABB)做母本与二倍体黑麦(RR)品种Верхночська杂交，直接合成双二倍体新型六倍体小黑麦DВ系(AABBRR)。用四倍体硬粒小麦Диана(T.durum Desf.，染色体构型为AABB)做母本与四倍体黑麦(RRRR)品种杂交，直接合成了双二倍体新型八倍体小黑麦DZ系(AABBRRRR)。此两种现象是一种特殊情况，在用硬粒小麦Диана做母本时，发现无论其与四倍体黑麦还是二倍体黑麦杂交，其杂交当代F0都得到了饱满、有生活力的种子，并且其F1代植株表现100％雄性可育，可自交结实。经过研究发现该硬粒小麦品种Диана能够诱导远缘杂交受精卵自然加倍，形成天然双二倍体小黑麦植株。这一特性彻底解决了远缘杂种F1代植株不育的问题，同时增强了基因型的稳定性。
3)利用四倍体硬粒小麦Магдалена(T.durum Desf.，染色体构型为AABB)做母本与四倍体黑麦品种ZS507(RRRR)杂交，得到F0代种子。F0代种子点播到田间得到杂种F1(ABRR)植株，F1植株雄性不育，授予DB系列六倍体小黑麦或DZ系列八倍体小黑麦的花粉，得到可育的复交种子，可育株经过自交纯化得到新型重组四倍体、六倍体或八倍体小黑麦MZ系列。
将远缘杂交获得的F0代种子种于田间，其长成的F1代植株一般情况下是单倍体植株，在未经秋水仙素处理加倍前是雄性不育的，不能自交结实，所以，常规的作法是在苗期用万分之二的秋水仙素溶液处理(浸根)，单倍体植株吸收秋水仙素溶液后，使得生长点染色体加倍，变成二倍体植株，才能开花结实。本申请直接给单倍体杂种植株授予六倍体或八倍体小黑麦可育株的花粉，即可结实，得到重组体(植株)。重组体(植株)自交纯化得到重组四倍体、六倍体或八倍小黑麦品系。复交F1代植株上结的种子经根尖细胞学鉴定后，下一代点播于田间，自交可实，经纯化、选择，即可得到含目标性状的四倍体、六倍体或八倍体小黑麦纯合类型--MZ系列。
远缘杂交杂种当代(F0代)种子非常的瘪、无生活力，主要是因为被籽植物存在着双受精作物，即授粉后，供体的花粉粒在受体的柱头上萌发，花粉管通过珠孔进入珠心，最终进入胚囊喷出2个精细胞，一个精细胞与卵细胞结合形成受精卵，另一个与中央细胞(含2个极核，极核为单倍体)结合，形成初生胚乳核。同一物种因染色体组及染色体的数目是对等的，双受精过程不存在障碍，可以形成有活力的种子。而不同物种之间远缘杂交，因染色体组数目不匹配，双受精作用不能完成，尤其中央细胞(含2个极核)对供体精细胞染色体组的匹配度要求严格，如果染色体组的数目不匹配，就不能形成初生胚乳核，不能积累淀粉，进而形成有生活力的种子。四倍体的硬粒小麦与四倍体的黑麦杂交，保证染色体组数量上的对等，杂交后能够结出有生活力的种子。
远缘杂交F1代植株是异源物种组成的双单倍体植株，杂种本身雄性不育，一般不经人工干预是不能结实的。用可育的六倍体或八倍小黑麦植株的花粉给杂种F1不育植株授粉，因父、母本双亲的染色体组同源且染色体数目对等，双方很容易完成双受精作用，结出健全的种子。省去了用秋水仙溶液处理单倍体植株人工加倍的繁琐工作，提高了杂交改良的效率。
硬粒小麦材料Диана能天然诱导受精卵染色体加倍，产生双二倍体合子。硬粒小麦材料Диана与四倍体的黑麦或二倍体的黑麦杂交，能够诱导杂种在胚胎期进行染色体加倍，形成双二倍体种子，即保证了杂种的生活力，又使得F1代植株变成雄性可育株，进一步提高了远缘杂交合成八倍体、六倍体小黑麦的效率、增加了新型异源多倍体的遗传稳定性。
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。
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