一种选育适应中国黄淮麦区的小麦温敏不育系的方法

摘要

本发明涉及一种选育适应中国黄淮麦区生态条件的小麦温度敏感雄性不育系的方法，利用何蓓如的另一发明专利(ZL94116537.X)选育的小麦非1B/1R类型K型不育系，其中一些个体的1B染色体短臂带有对黄淮麦区温度异常敏感的育性调控基因，以在黄淮麦区秋播完全不育、春播有40%以上自交可育为选择标准，选育成适应黄淮麦区生态条件的基础温敏不育材料ETS。以ETS为母本与任意小麦品种杂交和回交，选留性状与轮回亲本相似、秋播完全不育、春播有40%以上自交可育、且能恢复T型小麦不育系育性的株系，即为适应黄淮麦区的小麦温敏不育系。本发明的方法简化了杂交小麦种子生产程序，解决了三系杂交小麦种子生产中不育系繁种成本高、保纯难的问题。

说明书

本发明涉及小麦杂种优势利用领域，具体地说，涉及一种选育小麦温度敏感雄性不育系的方法。

1978年日本学者常胁恒一郎育成小麦野生变种斯卑尔脱(T.spelta)保持的K型小麦不育系，但野生变种保持的不育系难于用于杂交小麦生产。何蓓如等1987年利用中国的1B/1R类型优良小麦品种育成1B/1R类型K型不育系，并已用于小麦生产。但1B/1R类型小麦抗病性丧失、品质不佳、易穗发芽，因而保持系资源越来越少，限制了K型不育系的利用。

何蓓如1994年发明了一种将斯卑尔脱小麦1B染色体短臂涉及T型恢复基因Rf₃和K型不育基因rfk₁的片段转移到优良小麦基因组，选育非1B/1R类型K型小麦不育系的方法(中国发明专利号ZL94116537.x)。利用这一发明可将任意适于作为杂交小麦母本的优良小麦改良成非1B/1R类型保持系，进而育成不育系，这种非1B/1R类型的不育系不产生单倍体，恢复源更为广泛，易恢复性提高。是一种较为实用的“三系”育种体系。

杂交小麦利用三系(不育系、保持系、恢复系)进行种子生产，需要在严格隔离条件下，保持系与不育系相间种植，前者给后者授粉生产不育系种子。因保持系与不育系除雄性育性不同外，性状极为相似，生产过程容易产生混杂，而且小麦这样的小株大群体作物去杂效果很差，所以不育系繁种的保纯是杂交小麦大规模走向生产的技术难关之一。再则，为保证不育系繁种时保持系与不育系花期相遇，一般将保持系晚播7～15天，造成保持系株高降低，花期缩短，给母本授粉不良，不育系异交结实率低，产种量少，不育系种子成本高，对于杂交小麦产业化极为不利。

70年代以来，中国的农业科技工作者先后在水稻、高粱、玉米、小麦等主要作物中发现了雄性育性的温度和光周期敏感现象。温、光敏感的作物雄性不育系在生产上正季栽培表现雄性不育，反季栽培则有一定的自交育性，实现不育系繁种不再需要保持系授粉；这种反季繁种，正季制种的不育系，去掉保持系，不育系繁种可安全保纯，提高产量，降低成本。

1992年中国湖南农大、重庆市作物所相继发现小麦的温、光敏不育系并已用于杂交小麦的选育(Hybrid Wheat,China AgriculturalUniversity Press,1998，北京，40-53,316-320)。其在我国小麦主产区黄淮冬麦区秋播试验不表现完全雄性不育；其原因是这两类不育系是在中国长江流域选育的，育性转换温度分别为10～11℃、13～14℃，不能在黄淮麦区孕穗期平均气温14～16℃条件下表达雄性不育。温、光敏小麦不育系的雄性育性与温、光等生态条件紧密相关，因此，又称之为生态雄性不育。黄淮麦区小麦面积约占我国的60～70％，选育适应这一地区的温、光敏感小麦雄性不育系具有科学和经济上的重大意义。

本发明的目的是提供一种可将任意优良小麦品种(系)简便地转育成适应黄淮麦区生态条件的温度敏感的小麦非1B/1R类型K型不育系的方法，以简化杂交小麦生产程序。

选育适应黄淮冬麦区的温度敏感型小麦非1B/1R类型K型雄性不育系的方法，包括利用发明人的前一项专利(ZL94116537.x)方法所选育的非1B/1R类型K型小麦不育系，筛选适应黄淮冬麦区生态条件的基础温敏不育材料ETS，利用基础温敏不育材料ETS与任意优良小麦品种杂交，进而回交转育成该品种的温敏不育系。

发明人研究证实，斯卑尔脱小麦1B染色体短臂上存在T型不育系恢复基因Rf₃和与它连锁的K型不育基因rfk₁，一些个体还存在在K型细胞质背景下，随温度变化调控雄性育性的温敏基因。温敏基因在基因重组时可能存在于1B染色体短臂，也可能丢失，将带有斯卑尔脱小麦1B染色体短臂的非1B/1R类型K型不育系，采用不同温度筛选在黄淮冬麦区秋播完全雄性不育、春播时有一定自交育性的个体并繁殖，可得到温敏不育材料ETS。ETS材料具有K型(粘果山羊草、Ae.kotschyi)细胞质，核内有斯卑尔脱小麦1B染色体短臂，该染色体片段带有T型恢复基因Rf₃、K型不育基因rfk₁和育性温敏基因。在黄淮冬麦区生态条件下，以ETS材料为母本与优良小麦品种杂交、回交，其后代秋播，花期选择完全不育个体，花后剪去全部穗子，再生穗选育有一定自交育性的个体即为优良的非1B/1R类型温敏K型不育系。

本发明内容为选育适应黄淮冬麦区小麦温敏非1B/1R类型K型不育系的方法，其特征在于利用带有斯卑尔脱小麦1B染色体短臂的非1B/1R类型K型不育系，在黄淮麦区生态条件下，选择秋播完全雄性不育、春播自交结实的温敏不育基础材料，进而将任意优良品种(F.W.V.)转育成温敏的非1B/1R类型K型不育系。

选育基础温敏不育材料ETS的方法包括如下步骤：

(1)将带有斯卑尔脱小麦1B染色体短臂的非1B/1R类型K型小麦不育系在黄淮冬麦区秋季播种，抽穗后每株套1-2穗自交，其余分蘗穗从基部2～3节间剪去，适量施肥灌水，促进分蘖再生；

(2)再生分蘖抽穗后逐穗套袋自交，成熟前按株收获自交结实种子；

(3)将秋播不育而再生穗可育单株种子在黄淮冬麦区逐株秋播和春播，选留秋播完全不育、春播自交可结实的株系即为基础温敏非1B/1R类型K型不育系(ETS)；

将任意优良小麦品种(F.W.V.)改良成温敏非1B/1R类型K型不育系的方法，依该优良品种属1B/1R类型或非1B/1R类型而利用不同的方法。

将非1B/1R类型优良小麦品种改良成温敏非1B/1R类型K型不育系的方法包括如下步骤：

(1)秋播条件下，以基础温敏不育材料(ETS)作母本与非1B/1R类型优良小麦品种(NON-1B/1R F.W.V.)杂交，得育性恢复的F1代；

(2)F₁代自交得F₂代；

(3)F₂代在黄淮冬麦区秋播，开花期拔除可育株，不育株逐株套袋1～2个，并逐株与F.W.V.回交，其余分蘖穗从基部2～3节间剪去，适当施肥灌水，促进分蘖再生，收获再生分蘖穗自交结实单株上的回交种子B₁F₁代；

(4)B₁F₁代自交得B₁F₂代；

(5)B₁F₂代在黄淮冬麦区秋播，开花期拔除可育株，不育株逐株套袋1～2个，并逐株与F.W.V.回交，其余分蘖穗从基部2～3节间剪去，适当施肥灌水，促进分蘖再生，收获再生分蘖穗自交结实、且性状接近F.W.V的单株上的回交种子B₂F₁代；

(6)B₂F₁代自交得B₂F₂代；

(7)B₂F₂代在黄淮冬麦区秋播，开花期拔除可育株，不育株逐株套袋1～2个，并逐株与F.W.V.回交，其余分蘖穗从基部2～3节间剪去，适当施肥灌水，促进分蘖再生，收获再生分蘖穗自交结实、且性状接近F.W.V的单株上的回交种子B₃F₁代；

(8)B₃F₁代自交得B₃F₂代；

(9)将B₃F₂代秋播穗表现不育、再生穗可育且性状与F.W.V相似株自交种子在黄淮冬麦区分株系秋播和春播，选留秋播完全不育、春播自交可育的株系，即为优良品种F.W.V的温敏非1B/1R类型K型不育系。

将1B/1R类型优良小麦品种改良成为温敏非1B/1R类型K型不育系的方法，分二种情况而采用不同方法。

(一)将未转育成K型不育系的1B/1R类型优良品种F.W.V改良成为温敏非1B/1R类型K型不育系的方法：

(1)秋播条件下，以基础温敏材料ETS为母本，与1B/1R类型优良品种F.W.V杂交得F₁；

(2)F₁在黄淮麦区秋播，每株各留一穗自交，以1～2穗为母本与F.W.V回交，收获自交完全不育株上的回交种子得B₁F₁；

(3)B₁F₁在黄淮麦区秋播，花期从基部2～3节间剪去全部穗子，适当灌水施肥，促进分蘖再生；

(4)将可育再生穗去雄与黄淮麦区春播的F.W.V回交得B₂F₁代；

(5)B₂F₁代黄淮麦区春播，选性状与F.W.V相似的可育株与F.W.V回交得B₃F₁；

(6)B₃F₁单株在黄淮冬麦区秋播，选择性状与F.W.V相似的不育株逐株套1穗自交；选留秋播完全不育、再生穗自交结实的单株；

(7)上代选留单株，逐株分秋播、春播2个处理，选留性状与F.W.V相似，秋播完全雄性不育、春播可育株株系并与春播的任意T型不育系测交；

(8)将上述中选株系分秋播、春播两个处理，同时秋播这些株系与T型不育系测交F₁，决选秋播完全雄性不育、春播自交可育、T型不育系测交F₁有40～50％结实率的株系，即为该1B/1R品种的非1B/1R类型K型不育系。

(二)将1B/1R类型品种保持的K型不育系(K)F.W.V.A改良成温敏非1B/1R类型K型不育系的方法，包括如下步骤：

(1)在黄淮麦区春播条件下，以该品种保持的K型不育系为母本与温敏基础材料(ETS)杂交得F₁；

(2)在春播条件下，以F₁作父本与(K)F.W.V.A回交得B₁F₁；

(3)在春播条件下，以性状与F.W.V相近的B₁F₁可育株作父本与(K)F.W.V.A回交得B₂F₁；

(4)在春播条件下，选性状与F.W.V相似的B₂F₁可育株作父本与(K)F.W.V.A回交得B₃F₁；

(5)B₃F₁春播，选留性状与F.W.V相似可育株自交得B₃F₂；

(6)B₃F₂中选单株在黄淮冬麦区分秋播、春播两个处理，选留秋播完全雄性不育、春播可育且性状与F.W.V相似株系，在春播可育条件下与任意T型不育系测交得测交F₁；各株系自交得B₃F₃；

(7)中选B₃F₃株系，在黄淮冬麦区分秋播、春播2个处理，同时秋播中选株与T型不育系测交F₁，决选秋播完全雄性不育、春播自交可育、与T型不育系测交F₁有40～50％的育性的株系即为黄淮冬麦区温度敏感的非1B/1R类型K型不育系。

上述方法中的春播过程也可在配子形成期日平均气温＞20℃的温室或异地进行。

在黄淮麦区生态条件下，采用秋播剪穗再生和秋播、春播筛选，利用ZL94116537.x专利技术选育的非1B/1R类型K型不育系中得到基础温敏不育系ETS。ETS材料的遗传结构特点是：

具有粘果山羊草(Ae.kotschyi)细胞质(简称K型细胞质)，核内存在斯卑尔脱小麦(T.spelta)1B染色体短臂，该染色体片段上存在T型小麦不育系的主效恢复基因Rf₃、K型不育基因rfk₁和在K型细胞质下的育性温度敏感基因。Rf₃是1B染色体的标记基因，在选育过程中用于鉴别中选系是否属于非1B/1R类型。

ETS材料作母本与非1B/1R类型小麦杂交、回交后代均具有K型细胞质，因而在秋播条件下完全雄性不育即表现带有K型不育基因rfk₁，春播和秋播剪穗再生穗自交可育表明带雄性育性温敏基因。

1B/1R类型小麦的1B/1R易位染色体带有K型不育基因rfk₁，以ETS为母本与它杂交、回交后代只需在春播条件下淘汰不育株，选留性状与该1B/1R品种相似的可育株系，再经与T型不育系测交，决选非1B/1R类型即可完成。

将1B/1R类型K型不育系改良成非1B/1R类型温敏K型不育系的方法的技术路线与上述方法相似，仅是减少杂交工作量。用该不育系在春播条件下与ETS材料杂交、回交，选留性状接近选育目标可育株系，再经与T型不育系测交，决选非1B/1R类型。

K型小麦不育系是指具有粘果山羊草(Ae.kotschyi)细胞质的小麦雄性不育系。核基因类型有3种：

1．主效不育基因存在于小麦-黑麦易位1B/1R染色体。

2．野生小麦斯卑尔脱保持的K型不育系，主效基因存在于斯卑尔脱1B染色体。

3．利用ZL94116537.x专利技术选育的具有优良小麦核基因组并带斯卑尔脱1B染色体涉及的T型恢复基因Rf₃和K型主效不育基因rfk₁的片段。

第一种类型由于1R染色体片段上其他基因的效应，往往产生频率不等的单倍体，品质不佳、易穗发芽、易感病，给选育高产优质杂交小麦带来困难。第二类虽不产生单倍体，但属野生类型，性状很差，难于用于杂交小麦育种。第三类将斯卑尔脱小麦1B染色体短臂转移到优良小麦基因组，比前两类有更好的应用前景。

一般K型不育系，需要在隔离条件下，由保持系给不育系授粉生产不育系种子，不育系与恢复系杂交生产杂交小麦一代种子。小麦是小株大群体作物，播种行距小，管理相对粗放。利用由不育系、保持系、恢复系组成的“三系”体系生产杂交小麦种子，在保持系给不育系授粉繁殖不育系生产过程中，由于这两者性状相似，极易产生混杂；且两个系株高相近，异交授粉程度差，繁种过程中保纯困难、繁种产量低成为制约杂交小麦大规模应用的关键因素。

温度敏感型小麦雄性不育系，正季播种完全雄性不育可用于制种，在温度较高的生态条件下栽培有一定自交育性可以自交繁种。去掉了保持系，克服了不育系繁种过程中的主要混杂来源，简化了杂交小麦种子生产程序。运用相应高产栽培措施，可降低杂交小麦种子生产成本。中国长江流域的湖南、重庆已研制成温敏小麦不育系。这两种温敏不育系在冬季温暖条件下发育，在气温较低的2～3月份抽穗，因而育性转换温度较低，经试验，这两种不育系在我国主产小麦的黄淮麦区秋播不能表现完全雄性不育，因而没有在该区域大面积利用的价值。

本发明的方法中用于检测斯卑尔脱小麦1B染色体短臂存在与否的T型不育系，是指具有提莫菲维小麦(T.timopheevi)细胞质的普通小麦不育系。检测依据的原理是：T型不育系的恢复基因Rf₃仅存在于斯卑尔脱小麦1B染色体短臂。利用本发明将1B/1R类型小麦改良成的温敏K型不育系，在春播条件下可育，给T型不育系授粉所得F₁如育性恢复，则表明斯卑尔脱1B染色体片段存在，即为非1B/1R类型。

本发明的优点和积极效果：

1．简化杂交小麦种子生产程序，提高繁种效益。不育系K3314A的繁种过程包括：不育系与保持系在同一隔离区相间种植，先播不育系，10～15天后播保持系，花期辅助授粉，收获时先收父本，再收母本，一般亩产不育系种子50kg。利用本发明方法将K3314A改良为温敏非1B/1R类型K型不育系KTS3314A，秋播完全雄性不育，用于制种，黄淮麦区2月下旬至3月中旬春播，无需保持系，自交结实，6月底收获，亩产不育系种子200kg。

2．不产生单倍体，育性易恢复。K3314A平均单倍体频率1～4％。利用本发明方法，改良的温敏菲1B/1R类型K型不育系KTS3314A，单倍体频率为0。与10个品种分别测交的F₁代，比非温敏的1B/1R类不育系K3314A恢复度高17.4％。

3．能将任意品种改良成温敏非1B/1R类型K型不育系。发明人已利用本发明方法把1B/1R类型品种3314、427-3、1376等和非1B/1R类型品种早优504、植763、86S1002等改良成温敏非1B/1R类型K型不育系。

附图为本发明选育小麦温敏非1B/1R类型K型不育系的方法图。

实施例1：

(1)将带有斯卑尔脱小麦1B染色体短臂的非1B/1R类型K型不育系KTSP3314A在黄淮麦区秋播，次年抽穗期每株任选一穗套袋自交，从基部2～3节间剪去其他穗茎，适量施肥灌水，促进分蘖再生；约5月下旬，再生分蘖抽穗后逐穗套袋自交，留取秋播穗完全不育、再生穗自交可育单株。

(2)将上述各株秋播完全不育、再生穗可育的自交种子一分为二，一份秋播，另一份2月底至3月上旬春播，选择秋播完全雄性不育、春播自交可育株系，即为基础温敏非1B/2RK型不育系ETS。ETS材料秋播可与恢复系杂交生产杂交小麦种子，春播可自交繁殖不育系，具有非1B/1R类型K型不育系的不产生单倍体、易恢复等优点。

KTSP3314A是何蓓如等利用染色体转移方法将斯卑尔脱小麦1B染色体短臂转移到1B/1R类型K型不育系K3314A基因组而得到的非1B/1R类型K型小麦不育系。该方法已获中国发明专利授权，专利号ZL94116537.x。

实施例2：

(1)以ETS材料为母本，与非1B/1R类型小麦品种植763杂交碍F₁；F₁秋播或春播，育性恢复自交得到F₂；将F₂秋播，花期拔除可育株，不育株任取1穗套袋自交，并选1～2穗去雄与植763回交，剪去其余穗茎，促进分蘖再生，再生穗花前套袋自交，选留秋播完全不育、再生穗可育单株上的回交种子B₁F₁。

(2)B₁F₁自交得到B₁F₂。B₁F₂秋播，花期拔除可育株，不育株1穗套袋自交，剪去其余穗茎，促进分蘖再生，拔除再生穗不育单株，各再生穗可育株去雄与植763回交得B₂F₁。B₂F₁自交得B₂F₂，B₂F₂秋播，花期拔除可育株及性状与植763不相似单株，不育株1穗套袋自交，剪去其余穗茎，促进分蘖再生，选留再生穗可育且性状与植763相似，单株自交种子B₂F₃。

(3)B₂F₃各中选单株自交种子一分为二，一份秋播，另一份春播，决选秋播完全不育、春播可育株系，即温敏非1B/1R类型K型植763不育系。

植763是西北植物研究所利用小麦与长穗偃麦草杂交后代选育的小麦优良品种，属非1B/1R类型，对K型不育系有较强恢复力。株高70cm左右，为春性，极早熟，品质优、综合抗病性突出。

实施例3：

(1)以基础温敏不育系材料ETS为母本，与1B/1R类型小麦品种1376杂交得F₁，F₁代秋播与1376回交得B₁F₁。

(2)B₁F₁春播(或在孕穗期日平均气温＞202℃其它生态条件下，下同)，花期选择可育株作母本与1376回交得B₂F₁。

(3)B₂F₁春播，选择性状与1376相近的可育株作母本与1376回交得B₃F₁。

(4)B₃F₁春播，选择性状与1 376相似可育株逐株与任意T型不育系测交并自交得B₃F₂。

(5)B₃F₂代各中选株春播，并秋播其与T型不育系测交F₁，决选性状与1376相似、能恢复T型不育系育性、春播稳定自交可育株系即温敏非1B/1R类型K型不育系，KTS1376。

1376是西北农业大学用杂交育种方法选育的小麦良种。半冬性，株高80cm，早熟，抗病性较好，属1B/1R类型，可保持K型不育系不育性。

实施例4：

(1)将1B/1R类型K型不育系K427-3A与基础温敏材料ETS春播，以K427-3A为母本与ETS杂交得F₁。

(2)春播条件下，以K427-3A为母本与F₁回交得B₁F₁，春播条件下，在B₁F₁代中选性状与427-3相近的可育株为父本与K427-3A回交得B₂F₁,B₂F₁春播，选性状与427-3相似可育株作父本与K427-3A回交得B₃F₁。

(3)B₃F₁春播，选性状与427-3相似可育株逐株自交，并与T型不育系测交。

(4)B₃F₁中选单株及其与T型不育系测交F₁在黄淮冬麦区秋播，各株系的单株均在开花前取1穗套袋自交，剪去其余分蘖穗茎，促进分蘖再生，再生穗花前套袋，决选秋播穗完全不育、再生穗可育、并能恢复T型不育系育性的株系即为温敏非1B/1R类型K型427-3不育系。

K427-3A是西北农业大学选育的具有半显性致矮能力的1B/1R类型K型不育系。冬性、株高55cm，中早熟、抗性较好。