利用SNP促使温敏核不育小麦BNS不育系花粉彻底败育的方法

摘要

本发明公开了一种利用SNP促使温敏核不育小麦BNS不育系花粉彻底败育的方法，将温敏核不育小麦BNS在不育期播种条件下播种形成不育系，自雄蕊发育至雌雄蕊原基分化期开始，至麦穗刚完全从旗叶叶鞘中抽出为止，从第一天起每4天一次，采用摩尔浓度为200μmol/L的硝普钠溶液对BNS植株进行全株喷施处理，喷施量为50‑80L/亩，其它参照一般大田栽培管理模式。本发明通过大田栽培，采用摩尔浓度为200µmol/L的SNP溶液处理，从而使BNS不育系花粉败育率达到全不育水平，自交结实率为0%，达到杂交小麦生产中对不育系的要求，操作相对简单，所投成本较低，省时省力，具有广阔的应用前景。

说明书

技术领域

本发明属于温敏核不育小麦BNS花粉育性化学调控技术领域，具体涉及一种利用 SNP促使温敏核不育小麦BNS不育系花粉彻底败育的方法。

背景技术

小麦光温敏雄性不育（PTSMS）的利用，是杂交小麦研究的一个重大进步。我国发现 的小麦光温敏不育系，如ES、C49S、ZP、BS、YS和BNS等类型，已成为杂交小麦研究的重要试 材。

温敏核不育小麦BNS，由茹振钢2002年培育成功，BNS具有不育彻底和育性转换彻 底的特性，育性变化趋势为：完全败育-半不育-完全可育。低温是影响BNS育性转换的主要 原因，表现低温不育，高温可育。BNS感受低温的敏感部位为发育的幼穗。BNS育性转换敏感 期在抽穗前5-18d，即雌雄蕊分化期至四分体形成期，在温度敏感期内，最低温度低于8℃时 表现彻底不育，形成不育系；8-12℃是育性转换温度；高于12℃时表现完全可育，形成可育 系即为保持系。在豫北地区，9月23日至10月17日播种，表现彻底不育，可用于生产杂交种； 11月18日以后播种均表现完全可育，可以自交繁殖不育系种子。BNS不育系在我国的黄淮小 麦主产地区表现不育性好、转换容易、有特定恢复性的优良特性，是一个非常有利用价值的 可用于杂交小麦的不育系材料。在BNS育性转换敏感期，经常出现最低气温周期性波动，在 某段时间最低气温出现高于8℃的情况，其育性稳定性也受到干扰而发生波动，由彻底不育 出现部分育性恢复，可检测到部分可育花粉粒，自交结实率也有所回升，这会降低制种田杂 交种子的纯度，将是两系杂交小麦在大面积生产应用中的一个潜在的严重威胁。

克服最低气温周期性波动对BNS育性稳定性干扰的基本对策理论上存在多种可 能。一种可能是配合小麦对光周期的敏感性，育成对光周期和低温均敏感的双重敏感核不 育系，但这需要漫长的科学研究过程才有实现的可能，目前对此仅限于理论分析，实践中仍 无实现可能。另一种可能是采用现代化农业设施控制短期温度升高，但这对设施要求较高， 难以满足大面积杂交制种的需要。在育性转换敏感期已受气温周期性波动影响，或预测会 出现气温周期性波动影响情况下，同期辅之适宜的化学调控措施杀雄，也可以作为一种补 救措施以提高制种田两系杂交种子纯度。前人研究指出，乙烯利等现有化学杀雄剂可以达 到有效杀雄的效果，但乙烯利使用后存在小麦花发育进程减慢，抽穗困难，容易贪青晚熟， 容易感染病虫害等诸多问题，其他现有化学杀雄剂多存在对小麦植株毒性大，降低雄性育 性的同时，对雌蕊育性也有强烈的抑制效应，人工辅助授粉后结实率低且籽粒不饱满，药品 价格成本较高，因而限制了已有化学杀雄剂在生产上的应用，且采用已有化学杂交剂用于 克服育性转换敏感期气温周期性波动对温敏核不育小麦BNS不育系育性稳定性干扰的研 究，目前报道较少，利用硝普钠（SNP）喷施处理促使小麦BNS不育系花粉彻底败育的研究目 前尚未见报道。针对温敏核不育小麦BNS不育系，筛选对雄性育性降低程度较大和雌性育性 降低幅度不大，且价格低廉的新型化学杂交剂，用于促进BNS不育系彻底不育，对于其在杂 交小麦制种中的有效利用，降低制种成本具有重要的意义。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种利用SNP促使温敏核不育小麦BNS不育系花 粉彻底败育的方法，以使BNS不育系不育彻底，进而保障杂交种子的纯度和制种效率，降低 杂交小麦的制种成本。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案：利用SNP促使温敏核不育小麦BNS 不育系花粉彻底败育的方法，其特征在于：将温敏核不育小麦BNS在不育期播种条件下播种 形成不育系，自雄蕊发育至雌雄蕊原基分化期开始，至麦穗刚完全从旗叶叶鞘中抽出为止， 从第一天起每4天一次，采用摩尔浓度为200μmol/L的硝普钠溶液对BNS植株进行全株喷施 处理，喷施量为50-80L/亩，其它参照一般大田栽培管理模式，其中雌雄蕊原基分化期具体 为植株第一节间伸长至0.9-1.1cm，显微镜下观察到穗中部小穗第一位小花中部的圆形雌 蕊原基和外围的三个圆形凸起状且无微型纵沟的雄蕊原基，硝普钠溶液的喷施时间为当天 的18:00-19:00。

进一步优选，所述的不育期播种条件具体为：在黄淮小麦主产地区将温敏核不育 小麦BNS于当年9月23日至10月17日播种。

进一步限定，所述的不育期播种条件具体为：在黄淮小麦主产地区将温敏核不育 小麦BNS于当年10月13日播种。

本发明采用化学药物对BNS植株进行喷雾处理，这样能够弥补温度控制技术的缺 陷，更方便地调控BNS育性，使其不育系花粉彻底败育，自交结实率为零，达到杂交小麦制种 对不育系的要求，对设施要求不是很严格。采用本发明的方法能够免除控制温度对设施和 人工的要求，投入较少。

本发明选用摩尔浓度为200μmol/L的SNP溶液对BNS植株进行喷施处理，仅参照一 般大田栽培管理模式即可。通过大田栽培，采用摩尔浓度为200μmol/L的SNP溶液处理，从而 使BNS不育系花粉败育率达到全不育水平，自交结实率为0%，达到杂交小麦生产中对不育系 的要求，目前，已经通过试验获得了成功。本发明操作相对简单，所投成本较低，省时省力， 具有广阔的应用前景。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本 发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发 明的范围。

实施例1

以温敏核不育小麦BNS为试验材料，2013年10月13日播种，即形成BNS不育系。试验地点 为河南师范大学小麦试验田，土壤为砂壤土，0-30cm土层的土壤含有机质10.7g/kg、全氮 0.46g/kg、碱解氮60.1mg/kg、速效磷为31.1mg/kg、速效钾92.1mg/kg。小区面积为1.5m× 3m（4.5m²），行距24cm，株距10cm（先采用低于10cm株距摆播，待出苗后再按10cm株距定苗）。 随机区组排列，重复3次。各小区于耕地前施干鸡粪1.7t/亩，史丹利（三安）复混肥料50kg/ 亩，N-P₂O₅-K₂O=18:18:18，总养分≥54%，N-P₂O₅-K₂O的亩用量为9kg，于拔节期和孕穗期分 别配合浇水追施史丹利（三安）复混肥料各25kg/亩，N-P₂O₅-K₂O的亩用量分别为4.5kg，史丹 利化肥（平原）有限公司生产。于籽粒灌浆初期即开花后15d，补充叶面肥为12.5g/L（净含量 1.238×10g/L）磷酸二氢钾，磷酸二氢钾由山东科赛基农控股有限公司生产，KH₂PO₄≥99%， K₂O≥34%，P₂O₅≥52%。从温敏核不育小麦BNS早播不育系雄蕊发育至雌雄蕊原基分化期 （植株第一节间伸长至0.9-1.1cm，显微镜下可观察到穗中部3-4个小穗的第一位小花中部 的圆形雌蕊原基和外围三个圆形凸起状且无微型纵沟的雄蕊原基）开始，至麦穗刚完全从 旗叶叶鞘中抽出停止，自第一天起每4天一次，采用摩尔浓度为200μmol/L的SNP溶液对BNS 不育系植株进行全株喷施处理。以自然生长为对照1，以喷清水为对照2。所有喷施措施包括 对照2（清水）和摩尔浓度为200μmol/L的SNP溶液喷施处理均以5.0mL/L吐温-80为助粘剂， 以便其在叶片上的粘附，喷施量均为50-80L/亩，于傍晚18:00-19:00进行。

根据雄蕊发育进程观察记录，BNS不育系在2014年3月16日进入雌雄蕊分化期，至 2014年3月30日出现四分体，此期间为其育性转换敏感期，最低气温逐天记录显示为6℃（3 月16日）、8℃（3月17日）、7℃（3月18日）、5℃（3月19日）、4℃（3月20日）、5℃（3月21日）、9℃ （3月22日）、10℃（3月23日）、9℃（3月24日）、12℃（3月25日）、12℃（3月26日）、15℃（3月27 日）、13℃（3月28日）、13℃（3月29日）、12℃（3月30日），即在BNS不育系持续15天的育性转换 敏感期中，尽管平均最低气温为7.9℃，为BNS育性表现彻底不育的温度，但其中有7天最低 气温为8-12℃，为育性转换温度，自3月27日后连续3天最低气温高于12℃，为育性表现完全 可育的温度，这种最低气温波动干扰了BNS不育系育性的稳定性，自交结实率也有一定程度 回升，在利用BNS进行杂交小麦育种过程中，不利于保障杂交小麦种子的纯度。

在每畦中间区域（畦两端和两边不取材），每处理于始花期取10个当天即将开花的 穗子，以手动剥开中部小穗第1、2小花后看到花药为黄色且花丝伸长至将要伸出但尚未伸 出颖壳为准。每穗为一个样品，分别取中部小穗自下而上，每1、2小花中各取花药1枚共3枚， 在载玻片上尽可能挤出花药中所有花粉，去除花药壁碎片后，用质量浓度为1%的I-KI染 色，显微镜下观察育性。镜检计数正常可育花粉率和败育花粉粒，以5个视野求其平均值为 一个测定值并求花粉败育率。将10穗所得10个测定值及所得花粉败育率再求平均值为最终 测定值。

败育率（%）=败育花粉粒数/（正常花粉粒数+败育花粉粒数）×100%。

在每畦中间区域（畦两端和两边不取材），在抽穗后开花前在每个区随机取10株套 袋，每株套主茎穗，收获时测定其结实率求平均值；同时在每个区随机取10株，每株套主茎 穗，用普通小麦周麦18花粉进行人工饱和授粉，测定饱和授粉结实率；成熟时每个区（畦两 端和两边不取材）随机收10株未套袋植株主茎穗，测定异交结实率。同时采用国内法和国际 法统计结实率。结实率计算公式分别为：

结实率（%）=（基部小花结实数/小穗数×2）×100%（国内法）

结实率（%）=（穗粒数/小穗数×2）×100%（国际法）

BNS不育系育性测定结果见表1。

表1温敏核不育小麦BNS不育系在不同处理方法下的育性比较

注：数据后的大小写字母分别表示同列数字在0.01和0.05水平上的差异显著性。

实验证明：参照一般大田栽培管理模式，摩尔浓度为200μmol/L的SNP溶液处理能 够增加温敏核不育小麦BNS不育系花粉败育率使其达到100%全不育水平，自交结实率为0%， 且与对照2（清水）相比，饱和授粉结实率和异交结实率下降虽有一定程度下降，但仍可以维 持一定水平，从而证明这种促使温敏核不育小麦BNS不育系花粉彻底败育的新技术确实能 够克服气温波动对其育性的干扰，保持其彻底不育，保障杂交种子的纯度和制种效率，有利 于降低杂交小麦的制种成本和风险。

以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该 了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原 理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入 本发明保护的范围内。