專(zhuān)利名稱(chēng)：利用對(duì)環(huán)境條件高度敏感基因的近等基因系實(shí)現(xiàn)植物雜交制種防雜保純的技術(shù)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
農(nóng)林牧漁 背景技術(shù)-
植物雜種優(yōu)勢(shì)就是利用兩個(gè)或兩個(gè)以上的有遺傳差異的親本(如不同的高 度、色澤、形狀、抗性、產(chǎn)量等)進(jìn)行雜交，其子代具有超越其親本的優(yōu)良表 現(xiàn)(如更高的產(chǎn)量、抗性等)。然而雜種優(yōu)勢(shì)的利用一直到1900年孟德?tīng)栠z傳 定律被重新發(fā)現(xiàn)后，在Shul1(1908)、 East (1908)和Jones (1917)等的共同努力下 才得以實(shí)現(xiàn)。當(dāng)前，農(nóng)作物，如水稻、玉米、高梁、棉花、番茄、辣椒、洋蔥、 西瓜等，產(chǎn)量的增產(chǎn)主要依賴(lài)于雜種優(yōu)勢(shì)的利用。植物雜種優(yōu)勢(shì)的利用為全球 創(chuàng)造了數(shù)千億美元的商業(yè)機(jī)會(huì)。
雜種優(yōu)勢(shì)的利用，雜交種子的生產(chǎn)是關(guān)鍵。而雜交種子的生產(chǎn)由分為兩大
步驟其第一步就是生產(chǎn)親本；其第二步就是利用親本生產(chǎn)雜交種子。而選擇
完成兩個(gè)生產(chǎn)步驟的方法主要依賴(lài)于植物的繁殖方式和其穎花結(jié)構(gòu)。在植物繁 殖方式中有有性繁殖、無(wú)性繁殖、有性無(wú)性交替繁殖三種。本申請(qǐng)將涉及有性
繁殖、有性無(wú)性交替繁殖兩種。有以下幾種情形
第一種情形雌雄同花同株，如水稻、小麥、大豆等。這些作物通常被稱(chēng) 為自花授粉作物。
第二種情形雌雄異花同株，如玉米等。這些作物通常被稱(chēng)為異花授粉作 物。
第三種情形雌雄異株，如木瓜等。這些作物通常也被稱(chēng)為異花授粉作物。 本申請(qǐng)將涉及第一、二兩種情形。
在親本的繁殖方法中有兩個(gè)可攻選擇的手段 一是使用人工的方法去除一 方親本的雄花或雄性器官造成母本，另一方則保持自然狀態(tài)使之成為父本；二 是利用遺傳學(xué)的手段，利用遺傳基因制造母本，另一方保持自然狀態(tài)使之成為 父本。本申請(qǐng)僅涵蓋第二兩種情形。
再利用遺傳學(xué)的手段生產(chǎn)雜交種子有兩種方法 一是三系法、二是兩系法。 所謂的三系法即是利用雄性不育系(通常稱(chēng)A系)與其姊妹系雄性不育保持系 (通常稱(chēng)B系)雜交繁殖A系，從而完成制種的第一步；再用繁殖的A系和雄 性不育恢復(fù)系(通常稱(chēng)R系)雜交形成雜交第一代種進(jìn)入市場(chǎng)，從而完成雜交 制種的第二步。因?yàn)榇朔ㄊ褂肁系、B系和R系，所以稱(chēng)三系法。
所謂兩系法就是利用其中的一個(gè)親本在一種環(huán)境下(如某一特定溫度、日
照長(zhǎng)度)雄性和雌性可育，自交繁殖，從而完成制種的第一步；當(dāng)把這些繁殖 的種子置于另一種環(huán)境下，則表現(xiàn)為雄性不育而雌性可育，在于另一親本雜交 形成雜交第一代種進(jìn)入市場(chǎng)，從而完成雜交制種的第二步。這種在不同條件下 可轉(zhuǎn)換雄性育性的親本通常稱(chēng)兩用系。因?yàn)榇朔ㄖ簧婕耙粋€(gè)兩用系和另一個(gè)親 本，所以稱(chēng)兩系法。本申請(qǐng)涵蓋使用這兩種方法但不含方法本身。
無(wú)論是利用三系法還是兩系法，在雜交種子親本的生產(chǎn)中常常有混雜現(xiàn) 象。如在三系法中，母本中會(huì)混入B系和由于育性不穩(wěn)定而形成的A系自交株；
在兩系法中，由于環(huán)境條件(如溫度、濕度、施肥水平)的不穩(wěn)定和發(fā)生無(wú)法 預(yù)測(cè)的變化而導(dǎo)致兩用系在第二步制種中自交，形成混雜。在實(shí)際生產(chǎn)中，如
果不去除混雜，會(huì)導(dǎo)致種性退化、雜交種生產(chǎn)力嚴(yán)重下降；而如要去除混雜，
則需耗費(fèi)大量的人力物力，增加制種成本。事實(shí)上有許多農(nóng)民因種子混雜導(dǎo)致 嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，而更多的種子公司則因混雜官司纏身、破產(chǎn)倒閉。
為此，本發(fā)明的目的就在于利用與植物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量無(wú)直接關(guān)系、對(duì)某個(gè)化 學(xué)物質(zhì)、物理?xiàng)l件髙度敏感的基因，通過(guò)常規(guī)雜交或轉(zhuǎn)基因的方法在雜交親本 中培育該基因的近等基因系，從而在制種的第二階段的苗期徹底清除A系自交 株和混入的B系和在兩系雜交種的苗期去除自交的兩用系，同時(shí)為經(jīng)營(yíng)者和農(nóng) 民保駕護(hù)航。為作物生產(chǎn)的增產(chǎn)提供保障。 發(fā)明的內(nèi)容
本發(fā)明是下三個(gè)內(nèi)容的組合 (一)、使用對(duì)化學(xué)、物理環(huán)境極度敏感的基因培育雜交親本的近等基因系
本發(fā)明中的基本概念的定義
一化學(xué)環(huán)境是指環(huán)境中的某一個(gè)化學(xué)物質(zhì)，如殺菌劑、誘變劑、低濃度 二氧化碳等；
一物理環(huán)境是指環(huán)境中土壤、水的溫度和光照條件或其他非化學(xué)條件； 一高度敏感是指在特定的環(huán)境條件下，其個(gè)體發(fā)生顯著的物理化學(xué)變
化，如個(gè)體死亡、嚴(yán)重矮化、顯著色變等；
—近等基因系是指兩個(gè)或兩個(gè)以上的品系，除敏感基因外，其余的基
因構(gòu)成基本相同的選系。
—培育近等基因系方法是指常規(guī)的有性回交法和無(wú)性的轉(zhuǎn)基因法。
一用于培育近等基因系的親本本發(fā)明中所指的用于選育近等基因系雜
交親本是三系法中的B系(或雄性不育保持系)和兩系法中的兩用系。 轉(zhuǎn)育方法如圖一所示。
(二) 、使用這一近等基因系通過(guò)有性雜交形成后代
在三系法中，首先使用帶有敏感基因的近等基因B系與A系雜交，進(jìn)行 擴(kuò)大繁殖。在最后的一次雜交(即雜交后的種子提供第二步雜交一代制種)中， 使用不帶有敏感基因的近等基因B系與A系雜交，形成只在敏感基因位點(diǎn)上 雜合的不育系母本。用此母本與正常的恢復(fù)系R系雜交形成雜交一代種。在兩 系法中，首先使用帶有敏感基因的近等基因的兩用系自我繁殖。用此母本與正 常的恢復(fù)系R系雜交形成雜交一代種。雜交方法如圖二所示
(三) 、使用特定的化學(xué)、物理?xiàng)l件在制種中處理雜交后代去除不需要的混雜株
敏感基因在純合狀態(tài)下，對(duì)特定的化學(xué)、物理?xiàng)l件敏感；而在雜合狀態(tài) 下則鈍感。為此在三系法中，對(duì)用于與正常的恢復(fù)系R系雜交形成雜交一代種 用的母本，進(jìn)行處理，從而去除其中混入的原B系和由于育性不穩(wěn)定而形成的 A系自交株。在使用雜種一代時(shí)，對(duì)幼苗實(shí)時(shí)處理，從而去除自交個(gè)體。
使用兩系法生產(chǎn)出的雜交一代，由于在一代中凡是雜交的后代，其敏感 位點(diǎn)均雜合，而由于環(huán)境條件(如溫度、濕度、施肥水平)的不穩(wěn)定和發(fā)生無(wú) 法預(yù)測(cè)的變化而導(dǎo)致兩用系在第二步制種中自交個(gè)體、其敏感位點(diǎn)均呈純合 態(tài)。為此，在種植雜種一代時(shí)，對(duì)幼苗實(shí)時(shí)處理，從而去除自交個(gè)體，以保證 雜交種的生產(chǎn)純度。處理步驟如圖三所示。
發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及積極效果
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于
(一)、選用的敏感基因?yàn)閱我坏闹骰蛭稽c(diǎn)，如使用常規(guī)回交方法轉(zhuǎn)育簡(jiǎn) 單方便，易于得到近等基因系；如采用轉(zhuǎn)基因的方法，則更加快速準(zhǔn)確。選用 的敏感基因只對(duì)特定的環(huán)境敏感，而不影響雜種優(yōu)勢(shì)的表現(xiàn)。
(二) 、無(wú)論是三系法還是兩系法制種，使用近等基因系均不會(huì)額外地增加 雜交步驟，或?qū)е律a(chǎn)成本的增加；
(三) 、在三系法雜交一代制種時(shí)，對(duì)母本幼苗實(shí)時(shí)處理，可以徹底清除混 雜株，從而大大地減少了人工去雜的勞動(dòng)強(qiáng)度、減少了成本投入。對(duì)三法和兩 系法制得的雜交一代的苗期進(jìn)行處理，則可大大地減少母本自交株，從而保障 了在生產(chǎn)中使用的雜交一代的純度。
(四) 、在雜交水稻的生產(chǎn)實(shí)踐中，由于花粉粒敗育階段不同的不育系，其 接受花粉的能力有明顯的差異。在很多情況下，花粉粒敗育越晚的不育系，其 制種產(chǎn)量就越高；而花粉粒敗育越晚，不育系自交的可能性也就越大，如粳型 雜交稻的不育系一BT型、滇型和某些紅連型不育系等。嚴(yán)重地制約了這些雜交 親本的利用。兩用不育系的發(fā)展也因由于環(huán)境條件(如溫度、濕度、施肥水平) 的不穩(wěn)定和可能發(fā)生無(wú)法預(yù)測(cè)的變化，而在生產(chǎn)上的應(yīng)用有限。本發(fā)明則徹底 地解決了這些后顧之憂(yōu)，為中國(guó)雜交水稻的發(fā)展創(chuàng)造了又一美好的前景。
發(fā)明的實(shí)施例及最佳實(shí)施方案 本發(fā)明的實(shí)施方案將以水稻為例加以說(shuō)明。
水稻是亞洲各國(guó)人民的主食。袁隆平院士發(fā)明的雜交水稻不僅是對(duì)中國(guó)也 是對(duì)世界人民作出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。然而、水稻是一種穎花很小、雌雄同花 的自花授粉植物。通過(guò)人工去雄獲得母本是不可能的，只有通過(guò)遺傳學(xué)的方法 才可得以實(shí)現(xiàn)。目前常用的是三系法和兩系法。
在三系法中，使用本發(fā)明的步驟如下
(一)、獲取一個(gè)雜交組合的不育系(A系)、保持系(B系)、恢復(fù)系(R系)和 一個(gè)敏感基因的載體(M系)；
(二) 、以B系為輪回親本，M系為母本進(jìn)行雜交和回交。再回交過(guò)程中盯
住敏感基因?qū)嵤┻x擇。并同時(shí)選擇的單株和A系雜交。在6 — 7代后，自交一 代，并可獲得B系的含有敏感基因的近等基因系Bm和相應(yīng)的Am系。
(三) 、以Am系和Bm系雜交不斷地繁殖帶有敏感基因的A系，即Am系；
(四) 、在最后的一次雜交(即雜交后的種子提供第二步雜交一代制種)中， 使用不帶有敏感基因的近等基因B系與Am系雜交，形成只在敏感基因位點(diǎn)上 雜合的不育系母本；
(五) 、用此母本與正常的恢復(fù)系R系雜交形成雜交一代種。在母本秧田， 對(duì)母本實(shí)施處理。由于敏感基因在純合狀態(tài)下，對(duì)特定的化學(xué)、物理?xiàng)l件敏感； 而在雜合狀態(tài)下則鈍感，所以混入的原Bm系和由于育性不穩(wěn)定而形成的Am系 自交株將被去除。
(六) 、在雜交一代種中，就敏感基因來(lái)說(shuō)，應(yīng)處于雜合狀態(tài)。然而由于母 本的可能的自交，也會(huì)有部分處于純合狀態(tài)的個(gè)體。在種植雜種一代時(shí)，對(duì)幼 苗實(shí)時(shí)處理，自交個(gè)體則被去除。
在兩系法中，使用本發(fā)明的步驟如下-
(一) 、獲取一個(gè)兩系雜交組合的兩用系(D系)、恢復(fù)系(R系)和一個(gè)敏 感基因的載體(M系)；
(二) 、以D系為輪回親本，M系為母本進(jìn)行雜交和回交。再回交過(guò)程中盯 住敏感基因?qū)嵤┻x擇。在6 — 7代后，自交一代，并可獲得D系的含有敏感基 因的近等基因系Dm。
(三) 、Dm系不斷地繁殖擴(kuò)大帶有敏感基因Dm系群體；
(四) 、用此母本與正常的恢復(fù)系R系雜交形成雜交一代種；
(五)、在雜交一代種中，就敏感基因來(lái)說(shuō)，應(yīng)處于雜合狀態(tài)。然而由于母本的可能的自交，也會(huì)有部分 處于純合狀態(tài)的個(gè)體。在種植雜種一代時(shí)，對(duì)幼苗實(shí)時(shí)處理，自交個(gè)體則被去除。
若在其他作物中，則可參考水稻進(jìn)行。


圖l.雜交親本敏感基因回交轉(zhuǎn)育法培育近等基因系。1，敏感基因載體；2，雜交親本B系或兩 用系；3，雜交一代；4,回交一代；5,回交二代；6，回交三代；7,回交四代；8，回交五代；9，
回交六代；10,自交一代選株，與2構(gòu)成近等基因系。
圖2.使用近等基因系通過(guò)有性雜交形成后代。l,帶有敏感基因的近等基因保持系；2,帶有敏感基因 的不育系；3,不帶有帶有敏感基因的近等基因保持系；4，在敏感基因位點(diǎn)雜合的的不育系；5，恢復(fù)系；6,
雜種一代。
圖3.使用特定的化學(xué)、物理?xiàng)l件處理雜交后代并去除不需要的混雜株。1，在處理前；2,處理后。 參，正常株；▼，處理后發(fā)現(xiàn)的雜株。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明是一種在植物雜交繁殖、制種中除雜保純的技術(shù)和方法，其中包括利用敏感基因在純合狀態(tài)下，對(duì)特定的化學(xué)、物理?xiàng)l件敏感，即表現(xiàn)為死亡、色變、病變和顯著矮化；而在雜合狀態(tài)下則鈍感的特點(diǎn)，使用特定的化學(xué)、物理?xiàng)l件在雜交制種中處理目標(biāo)親本或后代，去除不需要的混雜株，即混入的保持系(B系)、由于育性不穩(wěn)定而形成的不育系(A系)自交株、由于環(huán)境條件(如溫度、濕度、施肥水平)的不穩(wěn)定和可能發(fā)生無(wú)法預(yù)測(cè)的變化而導(dǎo)致兩用系在制種中的自交個(gè)體，其特征在于在三系組合中培育雜交組合母本的敏感基因的近等基因系、再使用近等基因系繁殖僅在敏感基因位點(diǎn)雜合的母本，最后在用所得的敏感基因位點(diǎn)雜合的母本進(jìn)行制種時(shí)實(shí)施理化處理去除混雜單株；在兩系組合中，將敏感基因轉(zhuǎn)入兩用系，繁殖帶有純合敏感基因的兩用系，再使用此兩用系與正常父本雜交形成雜交種；在生產(chǎn)中，使用帶有敏感基因的三系或兩系母本制得的雜交種時(shí)，對(duì)其種子或幼苗實(shí)施處理，則可再次去除混雜單株。
全文摘要
本發(fā)明是一種利用對(duì)環(huán)境條件高度敏感基因的近等基因系實(shí)現(xiàn)植物雜交制種防雜保純的技術(shù)和方法。其特點(diǎn)在于利用與植物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量無(wú)直接關(guān)系、對(duì)某個(gè)化學(xué)物質(zhì)、物理?xiàng)l件高度敏感的基因，通過(guò)常規(guī)的有性雜交或無(wú)性轉(zhuǎn)基因的方法在雜交親本中培育該基因的近等基因系，然后在雜交種子的制種過(guò)程中對(duì)親本實(shí)施處理，徹底清除不育系(A系)自交單株和混入的保持系(B系)株，或者在使用帶有敏感基因的三系或兩系法制得的雜交種時(shí)，對(duì)其幼苗實(shí)施處理，可有效去除混入雜交種中的自交不育系，從而保證雜交種子的生產(chǎn)力。
文檔編號(hào)A01H1/02GK101356891SQ20061006260
公開(kāi)日2009年2月4日 申請(qǐng)日期2006年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月15日
發(fā)明者許為軍 申請(qǐng)人:許為軍