棉花超强纤维种质库高效杂交育种方法

摘要

一种涉及棉花超强纤维种质库高效杂交育种方法，通过高效远缘杂交技术，包括克服种间杂交的不可交配性，杂交一代不育性及后代疯狂分离的新方法，从而克服了不可交配性，高度不育性以及野生不良性状的连锁累赘，经过人工选育，从不同的野生棉后代中分别培养出了超高品质种质系，构成了棉花高品质育种的种质基因库，为棉花高品质育种奠定了基因基础，也为开展纤维品质基因组学研究提供重要基因资源。因此，应用本发明的种间杂交方法，可以最大程度的利用多个野生棉的优异基因资源，创造出为育种可利用的高品质种质系，已育成超强纤维种质系列33个系，高强纤维种质系56个系，可满足纺80支以上高支纱的需求。

说明书

技术领域

本发明的棉花超强纤维种质库高效杂交育种方法属棉花种与种间的杂交方法。

背景技术

由于棉属种与种之间在进化过程中所形成的生物学隔离，在形态和遗传等方面变异很大，如在染色体组间和染色体间的结构、植株器官、生理特征等方面都存在一定程度的差异，一些棉种在长期的自然环境和人工选择下还形成了各自特别的形态类型。按染色体从大到小排列的染色体组大致为F、E、C、G、A、B和D，这些染色体组大多由各种途径演化而发生了遗传分化，除A和B染色体组间杂种F1有一定的育性外，所有其余染色体组间杂交的杂种F1都为高度不育，在一些染色体组间甚至还存在杂交不亲和性，难以获得种间杂种，成为种间杂交以及种间杂种胚甚或成株顺利发育的障碍，这就是棉属的高度保守性，即遗传稳定性。因此，在通常的棉花育种中，野生种的优异基因资源，由于存在三大障碍，即种间杂交的不亲和性、杂种一代的不育性和后代的疯狂分离等问题，难以被克服，育种家很难直接利用野生棉资源，或即使少量能利用，但效率不高。

为了克服种间生物学隔离的障碍，实现棉属种间种质渗入和转移到栽培棉的目的，国内外许多学者和专家都进行了广泛的研究，采取了一系列的杂交手段。如采用“胚珠离体培养法”、“激素处理法”、“激素保铃法”、等来克服种间杂交育种的不亲和性。但现有这些方法，一般时间较长，或过程繁锁，成本高，或幼苗成活率低，或对有些材料也难以得到组合；采用“直接回交法”、“异源多倍体法”等来克服种间杂种F₁的不育性，但现有的这些方法，仅对一些组合有效，或后代不易稳定，育种周期长等；采用回交技术，杂种品系间杂交技术等来克服杂种后代疯狂分离问题，若采取单一的过多的回交技术，常引起遗传背景的狭窄，野生棉许多重要基因的排斥，无法达到远缘杂交的目的，过少的回交，则后代野生性状多，丰产性不理想，而杂种品系间杂交技术可以释放被束缚的变异，取得较优良的重组合，提高种间杂种后代的结实率，克服经济性状间的不利连锁，缺点是周期长。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术，提供一种更加简便，稳定，组合更成功的种间杂交育种方法，以达到高效利用野生种的优异基因资源，进行高纤维品质的种质系的创造。

为实现本发明的目的，本发明采用的种间杂交育种方法是：

1)克服杂交不可交配性的亲本，首先，将盆钵中的土壤预先消毒，在苗期用0.7％的多菌灵水溶液浇苗，当幼苗长到10片真叶左右，将野生棉亲本进行光照处理，每天光照时间不超过9小时，促使棉花从营养生长转到生殖生长，直至棉花开花；当棉花进入开花后期后，应将野生棉置于阴凉处，使棉花的环境温度在28～30℃，夜间温度保持在18～20℃；在棉花的杂交期间，保证杂交的父本、母本的植株健壮，处于最佳生长状态，一般栽培品种作母本，在开花前一天去雄，套上吸管，在父本开花当天进行杂交，将父本的花粉轻轻地均匀地授予母本的柱头上，做好杂交的标记，同时在母本的杂交花的苞叶内外点滴50ppm的赤霉素保铃，连续一周即可；

2)克服杂种一代不育性，是在白天温度28～30℃，夜间温度15～20℃的环境条件下，将杂种F₁作母本，陆地棉常规品种作父本，采用直接回交法，回交时，在花的苞叶内外点滴50ppm的赤霉素保铃，连续一周即可；

3)克服后代疯狂分离问题，主要是掌握好一个平衡，一般以3～4次回交为宜，在回交过程中应随机选择单株进行，在早代应采用品质好的品种作回交亲本，当回交3～4次并自交4代后，高品质达到稳定阶段时，可以选择丰产性较好的品种作亲本。

采用上述高效远缘杂交新技术体系，克服了种间杂交的不可交配性，杂种一代的高度不育性以及野生棉不良性状的连锁累赘，经过长期的有目的的人工选育，从不同的野生棉后代中培育出了超高品质种质系，构成了棉花高品质育种的种质基因库，将为棉花高品质育种奠定了坚实的基因基础，也为开展纤维品质基因组学研究提供了重要基因资源。

应用本发明，可以最大程度地利用多个野生棉的优异基因资源，创造出为育种可利用的高品质种质系，已有超强纤维种质系列33个系，高强纤维种质系列共56系，其绒长在35mm左右，比强度在40CN/tex左右，马克隆值在3.7～4.2之间，可以满足纺80支以上的高支纱的需求。

具体实施方式

本发明的种间杂交育种方法：

1、克服杂交的不可交配性：对于感病野生棉的管理重点在于防病，其主要措施是，首先，将盆钵中的土壤预先消毒，在苗期用0.7％的多菌灵水溶液浇苗，防止枯、黄萎病的侵袭。当幼苗长到10片真叶左右，将野生棉亲本进行光照处理，确保其每天受光照时间不超过9小时，促使棉花从营养生长转到生殖生长，直至棉花开花。

当棉花进入开花期后，为防止夏天高温到棉花的影响造成花粉败育，应将野生棉置于阴凉处，使棉花的环境温度在于28～30℃，夜间温度保持在18-20℃。确保棉花生长期间有一定的昼夜温差，利用棉花的养分积累，有利于花粉的活力。

在棉花的杂交期间，保证杂交的父本、母本的植株健壮，处于最佳生长状态。一般栽培品种作母本，在开花前一天去雄，套上吸管，防止其它外来花粉污染。在父本开花当天进行杂交，将父本的花粉均匀轻轻地将花粉授予母本的柱头上，做上杂交的标记。同时在母本的杂交花的苞叶内外点滴50ppm的赤霉素保铃，连续一周即可。利用这一方法，一些不易杂交成功的组合也已获得，如陆地棉×施温迪茫棉、陆地棉×三裂棉、陆地棉×纳尔逊氏棉等很多组合。

该方法的关键点是：亲本健壮，营养生长与生殖生长协调；杂交的环境温度要求合适，白天：28-30℃，晚上：18-20℃，有适宜的温差；采用赤霉素保铃即可。

另外对于一些难以人工栽培成功的、来自澳大利亚的野生棉，采用组织培养的技术，获得幼苗，但幼苗无法获得成株，通过幼苗嫁接到四倍体栽培种陆地棉砧木上，使得这些野生棉能顺利开花，能通过上述方法与栽培种陆地棉杂交，成功获得了杂种一代。如陆地棉×稀毛棉等。

2、杂种一代不育性的克服

在适宜的环境条件下，即白天温度在28-30℃间，夜晚温度在15-20℃间。白天温度过高过低，都不利母本雌配子的发育，不易形成正常胚囊，以及影响花粉的生活力和花粉管的生长速度；晚上温度过高则影响母本养分的积累，不利于胚囊的发育，过低则同样影响胚囊的形成。因此，温度是否恰当常常影响回交成功与否。将杂种F1作母本，陆地棉常规品种作父本，直接回交法，回交时，在花的苞叶内外点滴50ppm的赤霉素保铃，连续一周左右即可。

该方法相对于秋水仙碱法简便，无需染色体加倍，一旦得到BC1F1，不存在后代的育性问题，其后代容易稳定。对大多数组合有效。对于少数不易成功的组合，可借助于桥梁亲本——海岛棉加以克服。

3、后代的疯狂分离

在这个阶段，主要是掌握好一个平衡，既要防止过多回交，导致野生棉优良基因的迅速丢失，又要保证有足够的回交，使远缘杂交后代在丰产性方面恢复到栽培棉水平。一般以3-4次为宜。在回交过程中应随机选择单株进行，不宜进行过多的早代选择，以确保基因的随机性和广泛性，同时在早代不宜采用品质较差的品种作回交亲本。当高品质稳定到一定阶段，如回交3-4次并自交4代后以后，可以选择丰产性较好的品种作亲本，以提高高纤维品质种质系的丰产性。

4、采用该技术方案的成效

通过高效的远缘杂交创新技术体系，克服了种间杂交的不可交配性、杂种一代的高度不育性以及野生棉野生不良性状的连锁累赘，经过长期的有目的的人工选育，从不同的野生棉后代中分别培育出了超高品质种质系，构成了棉花高品质育种的种质基因库，将为棉花高品质育种奠定了坚实的基因基础，也为开展纤维品质基因组学研究提供重要基因资源。

在高品质种质基因库中的材料，其绒长在35mm左右，比强度在40cN/tex左右、马克隆值在3.7-4.2，可以满足纺80支以上高支纱的需求。(为确保种质系间指标的可比性，所有种质系的纤维品质来自2001年农业部棉花品质监督检验测试中心的检测结果。其标准均为HVICC标准。以下同)

本发明所创立的技术体系，可以最大程度地利用多个野生棉的优异基因资源，创造出为育种可利用的高品质种质系。主要有：

超强纤维种质系列(比强度在40cN/tex)：共计33个系及高强纤维种质系列(比强度在35-40CN/tex)：共计56系。