一种基于矮败小麦的多父本动态育种方法

1.本发明属于小麦育种技术领域，具体涉及一种基于矮败小麦的多父本动态育种方法。


背景技术：

2.现代小麦来源于远缘杂交，人类最早种植的是产量很低的二倍体一粒小麦，约80万年前它与另一种二倍体植物拟斯卑尔脱山羊草发生天然远缘杂交，产生产量稍有提高的四倍体二粒小麦；这种四倍体二粒小麦再与二倍体的粗山羊草杂交，就形成了最古老的六倍体普通小麦，经过9000多年的自然选择和人类有意识地不断将不同优良品质的小麦进行杂交、选择，才形成了我们今天种植的具有高产、优质、抗逆等优良性能的小麦，小麦是自花授粉作物，大自然中异花杂交成功率很低，人工有性杂交是最常用的小麦育种方法。
3.矮败小麦是中国农科院作物所刘秉华研究员创制的具有矮秆基因标记的太谷核不育小麦。矮败小麦授以非矮秆父本的花粉，其后代总是有一半靠异交结实的矮秆不育株，一半靠自交结实的非矮秆可育株。矮败小麦的矮秆不育株，把外来花粉(基因)接收进去并进行重组，重组后的基因通过后代分离出的非矮秆可育株自交纯合稳定，下个世代分离出的矮秆不育株可继续接收外来花粉(基因)。现有小麦的核心种质利用频次较高，可直接利用的优异资源匮乏，同质化问题日益严重，单一基因品种抗病能力差，在小麦生产实践中潜在的风险不断加大，一定程度上限制了小麦育种水平的进一步提升，亟需通过现代育种技术创制可利用的农艺性状更好、产量潜力更高、品质更优的多抗种质资源，进而解决同质化问题，利用矮败小麦基因优化现有基因品种，提高丰产性、抗病性以及抗倒性，而传统育种选育目的表型时间较长，需要花费长时间进行选择育种操作。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种基于矮败小麦的多父本动态育种方法，具备快速、高效的特点，解决了现有技术的优异资源匮乏，同质化问题日益严重，单一基因品种抗病能力差，在小麦生产实践中潜在的风险不断加大以及传统育种选育目的表型时间较长的问题。
5.为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为，本发明提供一种基于矮败小麦的多父本动态育种方法，包括以下步骤：
6.(1)结合小麦育种的中长期目标选择15个推广面积比较大的品种做父本，入选亲本分别与矮败不育株杂交，并与对应的f1的矮秆不育株再回交2-3次，选择出稳定遗传并且高秆可育、综合性状优异的后代，然后将矮败不育株上收获的回交种子按亲本分类分别保存；
7.(2)对步骤(1)组建的基础群体中的不育株进行1-3轮的目标父本人工控制授粉杂交，杂交穗收获后分类种植，在小麦开花前对目标矮败穗进行套袋隔离，引入目标父本花粉对套袋穗进行授粉，开花前对高秆可育穗进行选择与剔除，对生长较晚的矮败穗进行剪颖处理作为母本，通过高秆自由授粉和目标父本自由授粉形成轮回群体；
8.(3)轮回群体、定向授粉群体组成新基础群体，从轮回群体和新基础群体的高秆可育且表型优势明显单株单穗收获进入系统选择，形成新品系。
9.具体的，所述步骤(2)中，所述轮回群体抽穗以后至开花散粉前要及时淘汰群体内不良的矮败不育株和可育株，根据目标要求选择可育行作标记备选，针对目标行的不育株剪颖套袋，回交3次后代淘汰比例要远大于首次杂交比例，首次杂交后代淘汰要严格控制，以免把目标基因和性状淘汰出群体。
10.具体的，所述步骤(2)中，所述母本分期多次选择，在矮败小麦群体中选择株高45-50cm的矮败不育株做母本。
11.具体的，所述步骤(2)中的种植方案为双排交叉短距离种植。
12.具体的，所述可育株和不育株根据目标性状选择，将不育株进行定向亲本回交和目标亲本的杂交，进行下一世代的选择，构成回交行和杂交行，杂交行的数量比例占比要大于50％，有目的性的引入新基因的同时将不良基因在行选的过程中淘汰。
13.具体的，所述不育株与可育株互交重组构建轮回群体。
14.与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于，
15.1、本发明能有效提高新品种选育的效率，通过定向矮秆动态轮回群体的精准授粉方法，加快目标亲本优异基因的交换频率，在品种优异性状选择方面针对性强、改良速度快，育种效率高；
16.2、本发明具备快速、高效的特点，解决了现有技术的优异资源匮乏，同质化问题日益严重，单一基因品种抗病能力差，在小麦生产实践中潜在的风险不断加大以及传统育种选育目的表型时间较长的问题。
具体实施方式
17.为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
18.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。
19.实施例1，一种基于矮败小麦的多父本动态育种方法，包括以下步骤：
20.(1)结合小麦育种的中长期目标选择15个推广面积比较大的品种做父本，15个父本的单个性状突出，品种间互补性状明显，且均为各地当家主栽品种，能增强群体选育品种的适应性，入选亲本分别与矮败不育株杂交，并与对应的f1的矮秆不育株再回交2-3次，选择出稳定遗传并且高秆可育、综合性状优异的后代，然后将矮败不育株上收获的回交种子按亲本分类分别保存；
21.(2)对步骤(1)组建的基础群体中的不育株进行1-3轮的目标父本人工控制授粉杂交，杂交穗收获后分类种植，在小麦开花前对目标矮败穗进行套袋隔离，防止外界花粉对目标穗授粉，引入目标父本花粉对套袋穗进行授粉，开花前对高秆可育穗进行选择与剔除，对生长过程中表型性状不符合选育要求的，要在开花前及时剪掉，防止花粉散落到矮败单穗上，对生长较晚的矮败穗进行剪颖处理作为母本，剪颖处理的时候根据雌蕊生长高度处理，
尽量不要伤及雌蕊，保证高秆可育穗花粉自由散粉到矮败单穗上授粉速率和成功率，通过高秆自由授粉和目标父本自由授粉形成轮回群体；
22.(3)轮回群体、定向授粉群体组成新基础群体，从轮回群体和新基础群体的高秆可育且表型优势明显单株单穗收获进入系统选择，形成新品系。
23.其步骤(2)中，所述轮回群体抽穗以后至开花散粉前要及时淘汰群体内不良的矮败不育株和可育株，防止外界花粉落入，在目标父本开花后及时给套袋不育穗进行授粉，根据目标要求选择可育行作标记备选，针对目标行的不育株剪颖套袋，回交3次后代淘汰比例要远大于首次杂交比例，首次杂交后代淘汰要严格控制，以免把目标基因和性状淘汰出群体。
24.其步骤(2)中，所述母本分期多次选择，在矮败小麦群体中选择株高45-50cm的矮败不育株做母本，株高40-50cm的不育株除含rht1矮秆基因外，因还可能含有其他矮秆基因，故致矮能力较强，株高较矮；而60cm左右的矮败不育类型则一般不含rht1基因，株高较高。因不育株的高度直接影响后代分离出的可育株的株高，为了控制可育株株高，矮败不育株应选择相对较矮的。
25.其步骤(2)中的种植方案为双排交叉短距离种植，尽量减少花粉传播距离，保证不育穗的授粉结实率。
26.其可育株和不育株根据目标性状选择，将不育株进行定向亲本回交和目标亲本的杂交，进行下一世代的选择，构成回交行和杂交行，杂交行的数量比例占比要大于50％，有目的性的引入新基因的同时将不良基因在行选的过程中淘汰，有效减少了不良基因对群体造成的损失。
27.其不育株与可育株互交重组构建轮回群体，基于传统杂交基础上，将矮败轮回群体明晰化选育，矮败群体的每一代既是选择世代也是被选择世代，作为选择世代，能直接将可育穗筛选出进入系统选育中去，进行规模化的系统选育，选择优良的后代材料。
28.定向杂交群体是一个动态的群体，阶段时间内单一父本的群体的基因重组率不高，但对于多个入选父本的多群体组装群体来讲，优良品种基因的交流较大，基因重组率较高，在提高品种优异性状方面具备针对性强、改良速度快等优点。通过研究完成基础群体、轮回选择群体、定向矮秆动态轮回群体的构建完成后，杂交速度明显提高，传统育种花期每人每天可以去雄套袋60-100穗左右，而应用本发明后，每人每天可以套袋300-600穗左右。传统育种选育目的表型需要4-6年的时间，应用项目构建群体选育目的表型仅需要2-3年的时间。
29.该群体构建利用能有效提高新品种选育的效率，通过定向矮秆动态轮回群体的精准授粉方法，加快目标亲本优异基因的交换频率，在品种优异性状选择方面针对性强、改良速度快，育种效率高，丰产性、抗病性、抗倒性比较好。
30.在实施例1中所述的一种基于矮败小麦的多父本动态育种方法中，选择烟农1212、烟农999、济麦22、太麦198、烟农215、济麦44、矮抗58、百农207、周麦30、山农28、良星77、山农32、鲁原502、山农29、中麦578、泰农18这15个黄淮麦区推广面积比较大的品种做父本，通过这种定向杂交群体选择法选出了中间材料烟1201，选育的烟农757、烟农758、烟农857、烟农858、烟农38、烟农39、烟农40、烟农41八个小麦品系因丰产性、抗病性、抗倒性比较好，分别被推荐到参加烟台预试和黄淮北片水地比较试验。
31.实施例2，按照实施例1中所述的一种基于矮败小麦的多父本动态育种方法，将矮抗58、周麦30、周麦28等定向亲本引入定向矮败杂交群体，经过回交、杂交和轮选等方法，选择出一批株型半紧凑、旗叶短宽、抗性较好、穗粒数较多、千粒重较高的中间材料，命名为烟1201。
32.首年选用黄淮麦区推广面积最大的品种济麦22为母本，与烟1201进行有性杂交，获得杂交种子18粒，秋播单粒播种到试验地；
33.次年该组合f1表现出植株健壮、群体株型协调、抗病性突出等特点，将f1混收混脱；
34.第三年该组合f2小区进行选穗，经田间选穗和室内考种，保留单穗120行于本年秋播于小麦试验田；
35.第四年在120行f3代中，经过田间农艺性状观察，根据其株高、穗部性状、分蘖力和综合抗性等性状，选中单穗240个，经室内考种淘汰后保留单穗120行于秋季播种到试验田；
36.第五年在120行f4代中，经过田间农艺性状选择和室内考种总结后，保留90穗秋播于小麦试验田；
37.第六年在90行f5代中，根据株高、分蘖率、抗性等田间性状选中穗行24行，并对每一行单独取24穗；穗行混脱后室内严格考种，根据饱满度、穗粒数、千粒重等指标选择后，保留穗行24行，保留相应的单穗60穗；本年度秋季将单穗播种于高代试验田，将穗行播种于品比试验田；
38.第七年将稳定穗行全部收获，根据品比试验结果，选中12行符合选育标准的穗行，将品种命名为烟农301并于本年度秋季播种于品比试验田。
39.第六至七年间，烟农301在所内品比试验小区折合亩产715kg，比对照济麦22增产10.5％；第七至八年间，烟农301在所内品比试验小区折合亩产702kg，比对照济麦22增产11.1％。
40.本说明中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
41.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

技术特征：
1.一种基于矮败小麦的多父本动态育种方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)结合小麦育种的中长期目标选择15个推广面积比较大的品种做父本，入选亲本分别与矮败不育株杂交，并与对应的f1的矮秆不育株再回交2-3次，选择出稳定遗传并且高秆可育、综合性状优异的后代，然后将矮败不育株上收获的回交种子按亲本分类分别保存；(2)对步骤(1)组建的基础群体中的不育株进行1-3轮的目标父本人工控制授粉杂交，杂交穗收获后分类种植，在小麦开花前对目标矮败穗进行套袋隔离，引入目标父本花粉对套袋穗进行授粉，开花前对高秆可育穗进行选择与剔除，对生长较晚的矮败穗进行剪颖处理作为母本，通过高秆自由授粉和目标父本自由授粉形成轮回群体；(3)轮回群体、定向授粉群体组成新基础群体，从轮回群体和新基础群体的高秆可育且表型优势明显单株单穗收获进入系统选择，形成新品系。2.根据权利要求1所述的一种基于矮败小麦的多父本动态育种方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述轮回群体抽穗以后至开花散粉前要及时淘汰群体内不良的矮败不育株和可育株，根据目标要求选择可育行作标记备选，针对目标行的不育株剪颖套袋，回交3次后代淘汰比例要远大于首次杂交比例，首次杂交后代淘汰要严格控制，以免把目标基因和性状淘汰出群体。3.根据权利要求1所述的一种基于矮败小麦的多父本动态育种方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述母本分期多次选择，在矮败小麦群体中选择株高45-50cm的矮败不育株做母本。4.根据权利要求1所述的一种基于矮败小麦的多父本动态育种方法，其特征在于，所述步骤(2)中的种植方案为双排交叉短距离种植。5.根据权利要求1-4任一项所述的一种基于矮败小麦的多父本动态育种方法，其特征在于，所述可育株和不育株根据目标性状选择，将不育株进行定向亲本回交和目标亲本的杂交，进行下一世代的选择，构成回交行和杂交行，杂交行的数量比例占比要大于50％，有目的性的引入新基因的同时将不良基因在行选的过程中淘汰。6.根据权利要求5所述的一种基于矮败小麦的多父本动态育种方法，其特征在于，所述不育株与可育株互交重组构建轮回群体。

技术总结
本发明属于小麦育种技术领域，涉及一种基于矮败小麦的多父本动态育种方法，选择15个品种做父本，分别与矮败不育株杂交，并与对应的F1的矮秆不育株再回交2-3次，选择出稳定遗传并且高秆可育、综合性状优异的后代，基础群体中的不育株进行1-3轮的目标父本人工控制授粉杂交，杂交穗收获后分类种植，高秆自由授粉和目标父本自由授粉形成轮回群体，与定向授粉群体组成新基础群体，从轮回群体和新基础群体的高秆可育且表型优势明显单株单穗收获进入系统选择，形成新品系。本发明能有效提高新品种选育的效率，通过定向矮秆动态轮回群体的精准授粉方法，加快目标亲本优异基因的交换频率，在品种优异性状选择方面针对性强、改良速度快，育种效率高。育种效率高。


技术研发人员：孙晓辉 张丽丽 严美玲 郑建鹏 王新语 徐维华 彭幸幸 李鹏
受保护的技术使用者：山东省烟台市农业科学研究院（山东省农业科学院烟台市分院）
技术研发日：2023.08.10
技术公布日：2023/10/15