[发明专利]扩繁植物雄性不育系的高效种子标记方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种扩繁植物雄性不育系的新方法，该方法利用细胞核雄性不育基因、控制籽粒特殊形状(如大小、长短、宽窄、薄厚等)基因及转基因技术扩繁植物雄性不育系，属于植物遗传育种及种子生产领域。 

背景技术

由于杂种优势的存在，使得杂交种的生物量、抗病虫能力、耐胁迫(干旱、高温、低温、盐碱等)能力较其双亲有相当的提升，如杂交玉米、杂交水稻的产量远远高于纯合的双亲。生产杂交种通常采用的方法为：将雌性亲本和雄性亲本种在一起，将雌性亲本的雄穗去除，而保留雄性亲本的雄穗，雌性亲本收获的种子即为杂交种。 

自然界中的植物存在自花授粉、异花授粉及常异花授粉三种类型，自花授粉指一株植物的花粉，对同一个体的雌蕊进行授粉的现象。在两性花的植物中，又可分为同一花的雄蕊与雌蕊间进行授粉的同花授粉(菜豆属)和在一个花序(个体)中不同花间进行授粉的邻花授粉，以及同株不同花间进行授粉的同株异花授粉。有的植物雄蕊和雌蕊不长在同一朵花里，甚至不长在同一棵植株上，无法自花授粉，它们的雌蕊只能得到其他花的花粉，这叫做异花授粉。将天然杂交率高于50％且自交衰退的一类作物归为常异花授粉作物，如玉米。 

玉米为雌雄同株，并且雌雄花位于植株的不同部位，玉米既可通过自花授粉也可通过异花授粉繁衍后代，自然条件下，当风将花粉从雄穗吹到雌穗的花丝上时即完成了天然授粉。 

在玉米育种中首先应开发出纯合的玉米自交系，然后将两个自交系进行杂交，对杂交的后代进行产量、抗逆性等进行评估，以确定其是否具有商业化潜力。其中每个自交系都可能具有另一个自交系所缺乏的一种或多种优良性状，或补充另一个自交系的一种或多种不良性状。两个自交系杂交的第一代种子为F1代种子，F1代的种子发芽后获得F1代植株，F1代植株较两个自交系亲本(父母本)更健壮，同时拥有更多的生物量。 

可以通过对母本人工去雄来生产杂交种，即将未散粉的母本(其可与父本在田间间隔播种，如播种5行母本，一行父本)雄穗去除，保留父本雄穗。随后，只要对外来玉米花粉进行隔离，母本雌穗只能接受父本的花粉，得到的种子即为杂交种(F1)，该杂交种即可用于农业生产。 

在生产杂交种的过程中由于环境的变化可能导致去雄完成后植株又雄穗化，或去雄不 完全，以上两种情况均能导致母本自交授粉，致使生产的杂交种中混杂了母本自交系的种子，母本自交系的产量远低于杂交种的产量，这样的种子为不合格产品，即会影响农民收入又会影响制种公司信誉，严重的将导致制种公司承担相应的赔偿责任。 

也可采用机器对母本进行去雄，机器去雄和手工去雄的可靠性基本相同，但更快并且成本更低。然而，较之手工去雄，大多数去雄机器会对植株造成更大的破坏，因此，目前没有令人完全满意的去雄手段，人们仍在寻找成本更低，去雄更彻底的替换方法。 

稳定的雄性不育系统提供了简单高效的手段，通过使用核-质互作雄性不育(CMS)自交系，可以在一些基因型中得以避免繁重的去雄工作。该手段包括三个主要材料，即不育系：雄性不育材料，保持系：可以为不育系提供花粉，使不育系的后代仍为不育系，恢复系：可以恢复不育系的育性。不育系与恢复系杂交产生F1，即用于农业生产的杂交种。更具体的说，核-质互作不育型，表现为核-质互作遗传。不但需要细胞质有不育基因S，而且需要细胞核里有纯合的不育基因(rfrf)，二者同时存在，方能使植株表现为雄性不育。如胞质基因为可育N，则不论核基因是可育(RfRf)还是不育(rfrf)，都表现为雄性可育。同样，如核里具有可育基因(RfRf)或(Rfrf)，则不论胞质基因是可育N还是不育S，也都表现为雄性可育。这种由核-质互作形成的雄性不育系，其遗传组成为S(rfrf)，不能产生正常的花粉，但可作为杂交母本。由于能找到保持系N(rfrf)[用它与不育系杂交，所产生的F1仍能保持雄性不育，即：S(rfrf)(♀)×N(rfrf)→S(rfrf)(不育)]并能接受恢复系S(RfRf)或N(RfRf)[用它们与不育系杂交，所产生的F1都是可育的，即：S(rfrf)(♀)×S(RfRf)→S(Rfrf)(F1)(可育)，或S(rfrf)(♀)×N(RfRf)→S(Rfrf)(F1)(可育)]的花粉，使F1恢复为雄性可育，F1植株自交产生F2，所以在农业生产上可以广泛应用。雄性不育系可以免除人工去雄，节约人力，降低种子成本，还可保证种子的纯度。目前水稻、玉米、高粱、洋葱、蓖麻、甜菜和油菜等作物已经利用核质互作雄性不育进行杂交种子的生产；对其他作物的核-质互作雄性不育系，也正在进行广泛的研究。