專利名稱：生產(chǎn)f的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生產(chǎn)表現(xiàn)異型自交不親和性的植物的F1雜交種子的方法。
長期以來，已經(jīng)證明一般用于處理異體受精植物的F1雜交技術(shù)在植物育種中非常有效。特別是已經(jīng)證明這種技術(shù)在得到異體受精農(nóng)作物如玉米和油菜的優(yōu)良品種方面特別有用。因此，建立能高效獲得F1雜交種子的實際應(yīng)用技術(shù)是長期以來的需求。為建立這樣的技術(shù)，最常用的是細胞質(zhì)雄性不育株系。但是，這種技術(shù)的問題是在許多種植物中常常難以找到誘發(fā)雄性不育性的細胞質(zhì)。為了解決這個問題，已提出通過利用不親和性來生產(chǎn)F1雜交種子的方法。這種技術(shù)已實際應(yīng)用于植物育種過程，特別是用于產(chǎn)生表現(xiàn)同型自交不親和性的幾種十字花科蔬菜如甘藍的改良品種。
另一方面，可以考慮使用生產(chǎn)表現(xiàn)異型自交不親和性的植物的F1雜交種子的方法。但是目前還沒有任何實際可用的方法可以用來獲得適用工業(yè)目的的大量F1雜交種子。這種情況的原因之一是還沒有工業(yè)上有用的方法來生產(chǎn)僅有長柱花植株或短柱花植株的株系。
根據(jù)受精生理學(xué)領(lǐng)域的研究，眾所周知在通過手工操作進行長柱花植株之間的交配實驗中，可以得到小量的雜交種子，但是這種交配方法不適合在培育用于工業(yè)種子生產(chǎn)的僅有長柱花植株的株系時使用。目前，作為在實驗水平上實際可用的得到F1雜交種子的方法，可以通過人工操作進行不同株系之間的交配過程。選擇性地，可以從含一個株系的群體中抽出長柱花植株或短柱花植株，然后通過授花器被來自其它株系的花粉傳粉。然而，已證明上述方法花費很高，因為在生產(chǎn)大量F1雜交種子時需要大量的勞動力，所以這些方法不適用于工業(yè)目的。
本發(fā)明的目的是提供改良的生產(chǎn)表現(xiàn)異型自交不親和性的植物的F1雜交種子的方法，以解決上述先有技術(shù)中存在的問題。
根據(jù)本發(fā)明，提供了生產(chǎn)表現(xiàn)異型自交不親和性的植物的F1雜交種子的方法，此方法包括以下步驟從表現(xiàn)異型自交不親和性的植物群體篩選長柱花植株；將篩選到的長柱花植株置于隔離的條件下；為實現(xiàn)預(yù)定的雜交進行人工授粉或自然雜交以培育僅有長柱花植株的株系；在此株系與其它株系隔離的條件下，人工或在自然條件下進一步進行上述株系內(nèi)部的雜交；繁殖種子以得到僅有長柱花植株的種子親本株系；種植僅有長柱花植株的種子親本株系(株系A(chǔ))；在株系A(chǔ)的附近，種植僅有短柱花植株或既有短柱花植株又有長柱花植株的另一株系(株系B)；收獲用株系B的花粉受精的株系A(chǔ)的種子，由此通過株系A(chǔ)和株系B之間的雜交得到F1雜交種子。
在本發(fā)明的一個方面中，表現(xiàn)異型自交不親和性的植株包括蕎麥的幾個栽培品種。詳細地說，蕎麥的幾個栽培品種包括Kitawasesoba，kitayuki，Botansoba，Shinanonatsusoba，Shatilovskaya 5，Ballada，Sumchanka。
本發(fā)明的上述目的和特征將更好地從下面有關(guān)所附表格的描述中得到理解。
根據(jù)本發(fā)明的方法在以下詳細描述。
首先，從表現(xiàn)異型自交不親和性的植物群體篩選長柱花植株交將其放在隔離的條件下。為實現(xiàn)所需的雜交，進行人工授粉或自然雜交以培養(yǎng)僅有長柱花植株的株系。另外，在此植株與其它株系隔離的條件下，人工或在自然條件下進行進一步雜交，由此繁殖種子以得到僅有長柱花植株的種子親本株系。
另外，根據(jù)本發(fā)明，種植僅有長柱花植株的種子親本株系(株系A(chǔ))。然后在株系A(chǔ)的附近種植僅有短柱花植株或既有短柱花植株又有長柱花植株的另一株系(株系B)。最后收獲用株系B的花粉受精的株系A(chǔ)的種子，由此通過株系A(chǔ)和株系B之間的雜交得到F1雜交種子。
首先從Kitawasesoba植株群體(表現(xiàn)異型自交不親和性的蕎麥栽培品種)去除短柱花植株，這樣僅留下長柱花植株。用套籠蓋住長柱花植株以使他們完全與周圍環(huán)境隔離。然后，向同一籠子放入一些傳粉媒介昆蟲。這樣，發(fā)生了所需的雜交，得到的種子量是普通栽培條件下收獲量的1/4。然后收獲得到的種子并播種，發(fā)現(xiàn)下一代都是長柱花植株。另外，在自然條件，將上述植株放在遠離其它蕎麥株系的田野中，發(fā)現(xiàn)發(fā)生了預(yù)定的雜交并結(jié)出了種子，由此得到僅有長柱花植株的種子親本侏系。從以上方法可知培育大量僅有長柱花植株的株系以適于工業(yè)目的是可能的。
對國內(nèi)外得到的其它6種蕎麥進行一些相似實驗之后，也發(fā)現(xiàn)通過僅在長柱花植株之間的雜交得到種子，由此得到僅有長柱花植株的種子親本株系是可能的。
另外，將僅有長柱花植株的Kitawasesoba個體的群體與既有短柱花植株又有長柱花植株的Kitawasesoba個體的群體隔開不同的距離種植發(fā)現(xiàn)如果前一群體(僅含長柱花植株的Kitawasesoba個體的群體)和后一群體(含短柱花植株或既含短柱花植株又含長柱花植株的Kitawasesoba個體的群體)的任一個體之間的距離增加，種子形成率將下降。也就是前一群體離后一群體越遠，種子形成率越低。但是可看到在所有試驗個體上都形成了種子。
當(dāng)對下一代花柱進行研究時，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)長柱花植株和短柱花植株的比例是1∶1。從這一事實可清楚地了解由短柱花授粉是可能的，并且?guī)缀跛袃H有長柱花植株的個體的群體都可用來自短柱花植株的花粉受精。
根據(jù)從上述描述中理解的，如果培育僅有長柱花植株的株系(株系A(chǔ))并將有短柱花植株的另一株系(株系B)栽培在株系A(chǔ)的附近，使用本發(fā)明可能得到工業(yè)水平的大量F1雜交種子。
異型自交不親和性自交不親和性是指盡管兩個植株具有正常雄性和雌性器官并進行自花傳粉卻沒有受精發(fā)生的現(xiàn)象。異型自交不親和性是指這樣一種現(xiàn)象，其中盡管存在長柱花植株(具有長花柱和短花絲)和短柱花植株(具短花柱和長花絲)，但是具有相同類型花的兩個植株之間的雜交過程中不產(chǎn)生種子。
實際上，長柱花植株是隱性基因“s”的純合子，而短柱花植株是隱性基因“s”和顯性基因“S”的雜合子。在這些長柱花植株和短柱花植株之間的雜交過程中，ss和Ss將以1∶1的比例出現(xiàn)，長柱花植株和短柱花植株通常維持在1∶1的比例。但是，如果在僅有長柱花植株的群體之間進行雜交，其后代都變?yōu)殚L柱花植株。
F1雜種當(dāng)在兩個不同的自體受精株系(或自交系)之間進行交配時，可以在這樣的交配過程中得到雜交種子。然后可培育所得的雜交種以得到雜交植株，此時稱為F1雜種。最近對于異體受精農(nóng)作物如玉米或一些其它蔬菜，已培育出一些優(yōu)良的F1雜種品種。
實驗使用開花植物，按下面詳細描述的方法進行三個實驗。
植物蕎麥(Fagopyrm esculentum Moench)品種Kitawasesoba，Kitayuki，Botansoba，Shinanonatsusoba，Shtilovskaya 5，Ballada，Sumchanka，Hokkai No.3傳粉媒介昆蟲Stinging fly實驗1操作用套籠將剛開始開花的20株Kitawasesoba(一種蕎麥)長柱花植株蓋住以防止昆蟲飛入。然后除去已開放的花并向罩子中放入100只昆蟲stinging fly。90天后，收獲成熟的植物個體，計算所產(chǎn)生的總狀花序和種子的數(shù)目。然后在溫室或田間播種收獲的種子，并觀察它們的花柱。同時，在自然條件下進行自然傳粉。然后在它們達到完全成熟之后，隨機選取20株植株，計算所產(chǎn)生的總狀花序和種子的數(shù)目。
結(jié)果如表1所示，在這個實驗中能夠通過在僅有長柱花植株的蕎麥個體的群體之間有效地進行雜交得到所需的種子。發(fā)現(xiàn)盡管在本實驗中得到的種子數(shù)在各個個體之間顯著不同，但是幾乎所有蕎麥個體都得到了種子。
如表2所示，發(fā)現(xiàn)在將上述種子播種于溫室中或與其它蕎麥田完全隔離的田間之后，通過僅有長柱花植株(所有實驗植株都是長柱花植株)的蕎麥個體之間的雜交可得到所需的種子。
如表2中所示，當(dāng)在自然條件下栽培從套籠1和套籠2中生長的植物的種子長出的植株時，發(fā)現(xiàn)可得到所需的種子。如表2中所示，盡管對應(yīng)于每個總狀花序產(chǎn)生的種子的數(shù)目僅是當(dāng)長柱花植株和短柱花植株混合栽種時得到的1/2，但是應(yīng)該認為已實現(xiàn)足夠的種子生長和株系維持。這樣，可確定已建立了用于生產(chǎn)和保持僅有長柱花植株的株系的實際有用的方法。
上述在本實驗中得到的所需種子預(yù)期作為僅有長柱花植株的種子親本株系。
表1通過在套籠內(nèi)進行的長柱花植株之間的交配形成種子
表2從在長柱花植株之間進行的交配過程中得到的種子長出的植株的花柱以及通過雜交的種子形成
>*未進行試驗**使用既有長柱花植株又有短柱花植株的Kitawasesoba實驗2操作使用與實驗1所用相同的方法，用6個套籠在分別由6種蕎麥(Kitawasesoba，Kitayuki，Botansoba，Shinanonatsusoba，Shatilovskaya 5，Ballada，Sumchanka)的6個群體內(nèi)部進行雜交。這6種蕎麥來自國內(nèi)外并僅有長柱花植株。在它們達到完全成熟之后，從每個群體隨機選取20株個體，計算花的數(shù)目和種子的數(shù)目。
結(jié)果與實驗1相似，盡管在此實驗中得到的種子數(shù)在各個個體之間不同，但是六種植株都能在上述交配過程中得到種子(如表3所示)。如從表3中可了解到的，不管其基因型，得到僅有長柱花植株的植物株系是可能的。
表3通過在套籠內(nèi)進行的長柱花植株之間的交配形成種子
實驗3操作將僅含長柱花植株的Kitawasesoba植物個體的群體栽種到離既含長柱花植株又含短柱花植株的普通Kitawasesoba花粉源0-12m的不同位置。另外，將另一種蕎麥植株(Hokkai3號)栽種在上述植株之間。然后在自然條件進行交配。成熟隨機選取20株植株個體，計算總狀花序的數(shù)目和種子的數(shù)目。另外從上述種子中隨機選取100粒種子，在溫室內(nèi)播種培養(yǎng)并觀察它們的花柱。
結(jié)果盡管眾所周知因為Kitawasesoba植株是二倍體而Hokkai3號植株是四倍體，所以在Kitawasesoba植株和Hokkai3號植株之間的雜交不會開會形成雜交種子；但是，不論通過由來自普通Kitawasesoba花粉源的花粉授粉，還是通過在同一試驗區(qū)域內(nèi)僅在長柱花植株之間的雜交，試驗植株上都形成了種。如表4中所示，試驗區(qū)域離花粉源越遠，傳粉(由花粉源)將更難發(fā)生。結(jié)果是，試驗區(qū)域與花粉源的距離越遠將導(dǎo)致在試驗區(qū)域種子形成的效率越低。
另外，發(fā)現(xiàn)從在上述試驗區(qū)域中得到的上述種子長出的下一代植株含有1∶1比例的長柱花植株和短柱花植株。這意味著一個事實，即幾乎所有在本實驗中在上述試驗區(qū)域得到的種子都已由短柱花植株的花粉受精。
如從此實驗可了解到的，如果僅有長柱花植株的群體可能接受來自短柱花植株的授粉，那么由來自短柱花植物的花粉受精優(yōu)先于由來自長柱花植株的花粉受精。也就是說，如果在僅有長柱花植株的株系A(chǔ)的附近，種植有短柱花植株的株系B，那么幾乎所有的株系A(chǔ)植株(或100％的株系A(chǔ)植株)都會受到來自株系B的花粉受精，由此可高效率地得到F1雜交種子。
表4取決于試驗位置與花粉源之間的距離的花粉傳粉和種子形成
如從上述說明可了解到的，使用上述生產(chǎn)F1雜交種子的方法，使得在工業(yè)水平上生產(chǎn)F1雜交種子成為可能，使人們能夠開發(fā)具有高產(chǎn)率和穩(wěn)定品質(zhì)的新植物品種。
盡管以上已表明并描述了本發(fā)明目前優(yōu)選的實施方案，但是應(yīng)當(dāng)理解這些公開是為解釋的目的，并且可能進行不超出如所附權(quán)利要求書中列出的本發(fā)明范圍的改變和修飾。
權(quán)利要求
1.生產(chǎn)表現(xiàn)異型自交不親和性的植物的F1雜交種子的方法，此方法包括以下步驟從表現(xiàn)異型的自交不親和性的植物群體篩選長柱花植株；將篩選到的長柱花植株置于隔離的條件下；為實現(xiàn)預(yù)定的雜交進行人工授粉或自然雜交以培育僅有長柱花植株的株系；在此株系與其它株系隔離的條件下，人工或在自然條件下進一步進行上述株系內(nèi)部的雜交；繁殖種子以得到僅有長柱花植株的種子親本株系；種植僅有長柱花植株的種子親本株系(株系A(chǔ))；在株系A(chǔ)的附近，種植僅有短柱花植株或既有短柱花植株又有長柱花植株的另一株系(株系B)；收獲用株系B的花粉受精的株系A(chǔ)的種子，由此通過株系A(chǔ)和株系B之間的雜交得到F1雜交種子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中表現(xiàn)異型自交不親和性的植物包括幾種蕎麥的栽培品種。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中蕎麥的幾個栽培品種包括Kitawasesoba，Kitayuki，Botansoba，Shinanonatsusoba，Shatilovskaya5，Ballada，Sumchanka.
全文摘要
本發(fā)明涉及生產(chǎn)表現(xiàn)異型自交不親和性的植物的F
文檔編號A01H1/04GK1243665SQ99101280
公開日2000年2月9日 申請日期1999年1月27日 優(yōu)先權(quán)日1998年8月4日
發(fā)明者船附秀行, 我妻正迪, 丸山稚子 申請人:農(nóng)林水產(chǎn)省北海道農(nóng)業(yè)試驗場長