專利名稱：農(nóng)作物多基因型雜交一代種群的構建與種子生產(chǎn)方法
技術領域：
本發(fā)明涉及農(nóng)作物多基因型雜交一代種群品種的構成和種子生產(chǎn)方法。
背景技術：
生物多樣性是全球新能源、新材料等十大熱點問題之一，以往對于生物多樣性人們更加關注的是自然生態(tài)系統(tǒng)多樣性和為了挽救而進行的種植資源庫(圃)保存的生物多 樣性，而對于大規(guī)模農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)農(nóng)作物的遺傳多樣性衰竭，有很多專家關注，但至今未從 源頭上提出可行的解決方案。著名油菜專家國際油菜咨詢理事會主席傅廷棟院士報告，我 國油菜生產(chǎn)系統(tǒng)品種的多樣性，從50年代1600多個到90年代下降為不到50個，而且只有 5個品種占據(jù)90%以上的面積。據(jù)不完全統(tǒng)計，雜交水稻占據(jù)全國90%以上的生產(chǎn)面積，而 水稻的不育系基因種質(zhì)來源不超過5個系列，被大面積使用的不育系不超過200個，與70 年代的常規(guī)品種數(shù)量相比，遺傳多樣性迅速衰減。其他各作物都普遍面臨，育種的遺傳基礎 越來越狹窄的問題。隨之而來的是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)越來越脆弱，各種生物天敵的危害越來越 嚴重，農(nóng)藥使用越來越大量，從田間到餐桌的污染越來越頻繁，可持續(xù)發(fā)展面臨嚴峻挑戰(zhàn)。 2004年世界糧食日大會宣布，自19世紀至20世紀100年間，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)遺傳多樣性下降 了四分之三，即75%。實際上農(nóng)作物品種是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)遺傳多樣性的載體和決定因素。人 們長期忽略了 100多年前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)是自然種群的生產(chǎn)系統(tǒng)，而不是現(xiàn)代的單基因型品 種生產(chǎn)系統(tǒng)的事實，當時的自然種群品種雖然生產(chǎn)力水平很低，不能進行精確的種子生產(chǎn)， 但具有豐富的遺傳多樣性和系統(tǒng)穩(wěn)定性及可持續(xù)發(fā)展的特征。因為100多年前遺傳學還未 誕生，人們還不認識基因和基因型(按照遺傳學定義，基因型就是基因排列組合方式的總 和，一個常規(guī)品種就是一個純合基因型，一個雜交組合品種就是一個雜合基因型)，直到上 世紀初，孟德爾遺傳規(guī)律被重新發(fā)現(xiàn)，標志著遺傳學的誕生，至此人們理解了通過雜交育種 可以進行遺傳重組即基因型重排，從而實現(xiàn)優(yōu)良品種的選育。實際上按照遺傳學的理論，一 個現(xiàn)代品種就是人們精心挑選的一個最佳基因型。因此，為了敘述方便起見，申請者把現(xiàn)代 品種稱為單基因型品種，其育種技術體系稱為單基因型育種技術體系，相對于本項目提出 的多基因型種群品種概念和相應的多基因型種群育種技術體系而言。目前生產(chǎn)上使用的全部農(nóng)作物幾乎都是單基因型品種，即一個品種一個基因型， 雜種優(yōu)勢利用的雜交組合品種，為品種權益的有效保護提供了技術保障。但各種作物的雜 種優(yōu)勢利用的雜交組合同樣是單基因型的，只是雜合單基因型而已。人類采取的單基因型 育種技術加劇了生物多樣性的日益衰減。歷史上各種病害的大流行，都與大量使用少數(shù)單 基因型品種有關，農(nóng)作物品種的遺傳基礎越來越狹窄，品種對生物天敵的抵抗和耐受性越 來越差。歷史上，水稻胡麻斑病、馬鈴薯晚疫病、小麥條銹病、美國玉米小斑病、大斑病的大 流行，等等，這些都與人類育種一直采取單基因型育種技術有關，即人類育種直接加劇了農(nóng) 業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)遺傳多樣性的衰減過程。2004年10月16日聯(lián)合國大會宣布消息，上世紀農(nóng)業(yè) 生產(chǎn)系統(tǒng)遺傳多樣性損失了四分之三，目前的情況依然十分嚴峻，并繼續(xù)惡化。而在孟德爾 遺傳學誕生之前，人們并不認識基因和基因型，人類實際上是采取了自然雜合種群的作為品種進行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的，其主要特征就是品種內(nèi)遺傳多樣性十分豐富，保持了良好的可持續(xù) 發(fā)展狀態(tài)，但生產(chǎn)力水平很低，不能進行精確的種子生產(chǎn)和大規(guī)模集約化生產(chǎn)。優(yōu)質(zhì)抗性 高產(chǎn)是農(nóng)作物育種的永恒目標，但對單基因型雜交組合和品種而言總是難以協(xié)調(diào)的永恒矛 盾，實現(xiàn)全面超越越來越難。通俗的講，目前傳統(tǒng)的農(nóng)作物育種即單基因型育種都是試圖挑 選“十全十美”個體的育種體系，面對上萬個基因位點的重組，要選擇一個最佳單一基因型， 其顧此失彼的內(nèi)在矛盾可想而知。能否在現(xiàn)代品種高生產(chǎn)力水平基礎上，結合自然種群遺 傳多樣性、系統(tǒng)穩(wěn)定性及可持續(xù)發(fā)展的優(yōu)勢，進行人工多基因型和諧種群育種呢??？李曉方創(chuàng)始提出了多基因型種群育種技術體系(又稱遺傳多樣性育種技術體系，已經(jīng)另申請專利，申請?zhí)枮镻CT/CN2004/000657和PCT/CN2005/000944，其本質(zhì)是“塑造優(yōu) 秀團隊”的育種體系，其概念、思路、技術、選擇標準、評價方法等都具有重大的原創(chuàng)性突破， 將最大限度的協(xié)調(diào)不同基因型個體的矛盾，達到種群在優(yōu)質(zhì)抗性高產(chǎn)方面的全面協(xié)調(diào)和超 越，從根本上解決優(yōu)質(zhì)抗性高產(chǎn)的內(nèi)在矛盾。同時該種群品種體系從技術上主動加強遺傳 多樣性的保護和利用，極大的延緩生物遺傳多樣性的衰減速度，為保護環(huán)境，保護生物多樣 性提供切實可行的技術。因為多基因型種群品種育種的名詞太專業(yè)化，因此，依據(jù)其目的和 效果，可以稱為遺傳多樣性育種，為了農(nóng)民方便多基因型種群品種可以通俗的稱為種群品 種。前2個發(fā)明是針對多個純合基因型組建常規(guī)種群，本發(fā)明主要是針對多個雜交一代基 因型構建雜交一代種群和種子生產(chǎn)技術的發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及雜交一代種群構建的方法和種群構成。本發(fā)明提供作物多基因型雜交 一代種群構成的方法，通過該方法產(chǎn)生一致性、穩(wěn)定性、特異性的多基因型雜交一代種群品 種，同時提供該雜交一代種群種子生產(chǎn)技術，達到符合優(yōu)質(zhì)、高抗、高產(chǎn)等育種目標，并保持 品種一致性、穩(wěn)定性和特異性三大特征。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了作物雜交一代種群構成與生產(chǎn)的方法，將表型一 致的雜交一代按比例混合構成多基因型雜交一代種群。更進一步的，先分別育成2-10000 個用作花粉提供者的父本系和花粉接受者的母本系，將父本系和母本系相互雜交，根據(jù)雜 交一代的表現(xiàn)型，將符合育種目標，整齊一致的雜交一代相互搭配，組建符合不同育種目標 的雜交一代種群，進行種群比較測試，包括不同種群間的產(chǎn)量、抗性、品質(zhì)、適應性的比較， 種群內(nèi)的組份和比例的確定，最后形成農(nóng)作物多基因型雜交一代種群品種。其中所述農(nóng)作物是自花授粉作物、異花授粉作物、常異花授粉作物或無性繁殖作 物。一、雜交一代種群母本系和父本系的產(chǎn)生方法1、育成M個母本系，M為2-10000。2、育成N個父本系，N為2-10000。3、上述母本系與父本系用以下任一方式雜交，產(chǎn)生雜交一代a)母本系與父本系成對雜交，產(chǎn)生MxN個雜交一代。b)多個母本系與一個父本系雜交，產(chǎn)生M個雜交一代。c)多個父本系與一個母本系雜交，產(chǎn)生N個雜交一代。二、種群構建和搭配
上述方法產(chǎn)生的雜交一代，要根據(jù)育種目標進行篩選和評價，淘汰不良雜交一代。 可以根據(jù)育種目標需要，將上述a、b或/和c方式產(chǎn)生的雜交一代按比例進行搭配，最終保 留符合育種目標，整齊一致，在產(chǎn)量、抗性、品質(zhì)諸方面有優(yōu)勢的雜交一代混合種群。也可以 搭配常規(guī)純合株系，形成符合育種目標，整齊一致，在產(chǎn)量、抗性、品質(zhì)諸方面有優(yōu)勢的雜交 一代與常規(guī)純合株系混合搭配種群。為了更好的利用雜種優(yōu)勢，搭配常規(guī)純合株系(純合基因型)的數(shù)量不宜超過總 基因型數(shù)量的10% (以基因型計)，或者不超過1-100個。在種群搭配時可以根據(jù)育種目標需要，對各雜交一代的比例進行調(diào)整。最終確定 搭配好的雜交一代種群內(nèi)基因型數(shù)量(含純合基因型)可以是2-1000個。二、雜交一代種群商業(yè)化種子生產(chǎn)方法分別按照雜交一代種群中確定的各個雜交種一代按比例進行制種a)對所述的各個雜交種一代單獨制種，再按照比例進行搭配構成多基因型雜交一 代種群； b)先對母本系按比例搭配，用一個父本開放授粉制種，形成多基因型雜交一代種 群；c)利用多個父本，控制花粉，在一個母本上授粉獲得多基因型雜交一代種群；商業(yè)種子可以是上述三種方式的一種或多種產(chǎn)生的雜交一代或雜交一代種群按 比例搭配，也可以含有1-100個純合基因型，所述比例根據(jù)育種目標進行調(diào)整。如在病區(qū)可 增加抗病基因型組份的比例，在高檔產(chǎn)品消費區(qū)提高優(yōu)質(zhì)基因型的比例等。雜交一代基因型個體和純合基因型個體能夠通過分子標記技術檢測區(qū)分。三、種子檢測技術由于多基因型雜交一代種群的本質(zhì)特性就是多基因型，商業(yè)種子表現(xiàn)型雖無明顯 差異，但具有遺傳多樣性，在分子水平具有一定非均一性，一般隨機抽取部分種子樣品，并 以單粒種子樣本進行SSR、RAPD等分子檢測，就可以檢測到差異。而傳統(tǒng)單基因型雜交組合 制種的種子及雜交一代植株，是純一的雜合基因型，個體間不具備多樣性和分子遺傳差異 的。
具體實施例方式下面結合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明 而不用于限制本發(fā)明的范圍。實施例1實驗材料_棉花(獨立雜交一代種群法H)育成各種優(yōu)良的父本系和母本系，進行父本系和母本系之間的成對雙列雜交，產(chǎn) 生所有雜交一代，對雜交一代進行育種評價(經(jīng)驗和數(shù)據(jù))的測試后，將表現(xiàn)型和纖維品質(zhì) 等基本一致，以符合育種目標特性的3個雜交一代構建種群，同時進行不同雜交一代的搭 配和比例的調(diào)整，比較種群的綜合優(yōu)勢，確定最終的各雜交一代的比例。最終選中的雜交一代和比例是1號母本(HMl)與1號父本(Ni)的雜交一代(HMlNl)優(yōu)點是產(chǎn)量高；3號母本(HM3)與5號父本(N5)的雜交一代(HM3N5)優(yōu)點是品質(zhì)優(yōu)；
21號母本(HM21)與3號父本(N3)的雜交一代(HM21N3)優(yōu)點是綜合抗性好。上述三個雜交一代除綜合特性符合育種目標，表現(xiàn)型基本一致，外，每個雜交一 代株系還具有突出的優(yōu)點。因此組成的多基因型雜交一代種群，試驗搭配最好的比例是 3 (HMlNl) 2 (HM3N5) 2 (HM21N3)種子生產(chǎn)方法HMl與附雜交，HM3與N5雜交，HM21與N3雜交，即單獨制種，最后按照3 2 2 的比例搭配各雜交一代，形成商業(yè)雜交一代種群品種。分子標記為三種雜合基因型的帶型， 并呈現(xiàn)相應的比例。種群調(diào)整方法1、如果要在病害更嚴重的地區(qū)種植，希望抗性更好可以適當增加標明抗性好的組 合(HM21N3)的種子量。2、對調(diào)整的各雜交一代的比例，應做嚴格登記和記錄，便于下次配制同樣特性的 種群，也可以一次生產(chǎn)種子放在冷庫備用。3、選擇任何其他育種目標或特定種群的方法與此類似。 實施例2實驗材料_玉米(多母本單父本種群方法C)育成各種優(yōu)良的玉米自交系作為母本系(記為CM)，按比例混合種植，用一個配合 力最好的父本向所有母本系授粉，形成多個母本組成的雜交一代，對雜交一代進行育種評 價(經(jīng)驗和數(shù)據(jù))的測試后，將表現(xiàn)型和果穗位置整齊等基本一致，以符合育種目標特性的 5個雜交一代構建雜交一代種群，同時進行母本系比例的調(diào)整，比較種群的綜合優(yōu)勢，確定 最終的種群組份和比例。最終選中的種群組份和比例是1號母本(CMl)與父本(N)的雜交一代(CMlN)優(yōu)點是產(chǎn)量高；5號母本(CM5)與父本(N)的雜交一代(CM5N)優(yōu)點是品質(zhì)優(yōu)；7號母本(CM7)與父本(N)的雜交一代(CM7N)優(yōu)點是品質(zhì)優(yōu)；8號母本(CM8)與父本(N)的雜交一代(CM8N)優(yōu)點是產(chǎn)量高；11號母本(CMll)與父本(N)的雜交一代(CMllN)優(yōu)點是抗玉米螟。上述5個雜交一代除綜合特性符合育種目標，表現(xiàn)型基本一致，外，每個雜交一代株 系還具有突出的優(yōu)點。因此組成的多基因型雜交一代種群試驗搭配最好的比例是3 (CMl) 2 (CM5) 2 (CM7) 3 (CM8) 2 (CMll)種子生產(chǎn)方法將5個母本011、015、017、018、0厘11按照3 2 2 3 2的比例搭配均勻做 為母本系群體，按照通常玉米制種方法與父本N間隔種植，進行制種，在全部母本株系上收 獲雜交一代種群。分子標記呈現(xiàn)五種雜合基因型的帶型，并呈現(xiàn)相應的比例。同時對各個 母本和父本要單獨繁種，以備下次搭配制種所需。種群調(diào)整方法1、如果要在玉米螟更嚴重的地區(qū)種植，希望抗性更好可以適當增加標明抗性好的 母本(CMll)在母本系中的比例。2、對調(diào)整中選的各母本系和比例，應做嚴格登記和記錄，便于下次配制同樣特性 的種群。同時對各個母本和父本要單獨繁種，以備下次搭配制種所需，也可以一次生產(chǎn)種子放在冷庫備用。3、選擇任何其他育種目標或特定種群的方法與此類似。實施例3實驗材料一蔬菜節(jié)瓜(多父本單母本種群方法JG)育成各種優(yōu)良的節(jié)瓜雄性系(記為JGN系列)，用一個配合力最好的母本，用所有父本系向母本授粉，形成雜交一代，對全部雜交一代進行育種評價(經(jīng)驗和數(shù)據(jù))的測試 后，將果型整齊一致，符合育種目標特性的6個雜交一代構建種群，同時進行不同組份搭配 和比例的調(diào)整，比較種群的綜合優(yōu)勢，確定最終的雜交一代種群組份和比例。 最終選中的種群組份和比例是1號父本(JGNl)與母本(M)的雜交一代(JGNlM)優(yōu)點是抗枯萎病3號父本(JGN3)與母本(M)的雜交一代(JGN3M)優(yōu)點是品質(zhì)優(yōu)；5號父本(JGN5)與母本(M)的雜交一代(JGN5M)優(yōu)點是品質(zhì)優(yōu)8號父本(JGN8)與母本(M)的雜交一代(JGN8M)優(yōu)點是產(chǎn)量高；13號父本(JGNl)與母本(M)的雜交一代(JGNlM)優(yōu)點是產(chǎn)量高15號父本(JGN15)與母本(M)的雜交一代(JGN15M)優(yōu)點是耐疫?。簧鲜?個雜交一代除綜合特性符合育種目標，表現(xiàn)型基本一致，外，每個雜交一代 株系還具有突出的優(yōu)點。因此組成的多基因型雜交一代種群試驗搭配最好的比例是1 (JGN 1) 2(JGN3) 2(JGN5) 2(JGN8) 3(JGNl3) 1(JGNl5)種子生產(chǎn)方法將6 個父本 JGN1、JGN 3、JGN5、JGN8、JGN13、JGN15 的花粉，按照 1:2:2:2:3: 1的比例搭配均勻做為父本，向母本人工授粉，收獲母本株上的全部 種子?；蛘叻謩e將每個父本與母本單獨制種，最后把雜交種子按照上述比例搭配，形成商業(yè) 種子，后一種方法不存在花粉競爭力差異引起的偏差，種子質(zhì)量更加符合要求的特性。分子 標記呈現(xiàn)6種雜合基因型的帶型，并呈現(xiàn)相應的比例。同時對各個父本系和母本要單獨繁 種，以備下次搭配制種所需。種群調(diào)整方法1、如果要在疫病更嚴重的地區(qū)種植，可以適當增加標明抗性好的父本(JGN15M) 在雜交一代種群中的比例。2、對調(diào)整父本系的組份和比例，應做嚴格登記和記錄，便于下次配制同樣特性的 種群。同時對各個父本要單獨繁種，以備下次搭配制種所需，也可以一次生產(chǎn)種子放在冷庫 備用。3、選擇任何其他育種目標或特定種群的方法與此類似。實施例4實驗材料_蔬菜青瓜(混合組份方法QG)按照實施例1、2、3的獨立雜交一代種群法、多母本單父本種群法和多父本單母本 種群法，獲得各種雜交一代，在三組之間選擇表型一直符合育種目標的部分雜交一代，組合 按比例搭配形成雜交一代種群品種。QGM21N15是一個獨立的青瓜雜交一代，產(chǎn)量高適應性強；QGM5N和QGM7N是兩個母 本與同一父本N的雜交一代；QGN3M和QGN5M是兩個父本與同一母本M的雜交一代；構建種群 2(QGM2mi5) 1 (QG M5N) 1 (QG M 7N) 1 (QGN3M) 1 (QGN5M)。種群種子生產(chǎn)方法按照獨立制種、多母本單父本制種、多父本單母本制種分類進 行，最后搭配種群?；蛘邔⒚總€雜交一代單獨制種最后搭配種群。分子標記呈現(xiàn)五種雜合 基因型的帶型，并呈現(xiàn)相應的比例。同時對各個母本和父本要單獨繁種，以備下次搭配制種 所需，也可以一次生產(chǎn)種子放在冷庫備用。實施例5 實驗材料_花生(混合組份方法含純種HS)按照實施例4在三組之間選擇表型一直符合育種目標的部分雜交一代，同時在常 規(guī)純合品系中選擇符合同一育種目標的純合種，共同搭配形成雜交一代種群品種。HSM21N15是一個獨立的花生雜交一代，產(chǎn)量高適應性強，HSM5N和HSM7N是兩個母 本與同一父本N的雜交一代。HSN3M和HSN6M是兩個父本與同一母本M的雜交一代，HSC17 是一個高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的純合品系，構建種群3(HSM2mi5) 1 (HSM5N) 1 (HSM7N) 1 (HSN3M) 1 (HSN6M) 2 (HSC17)。種群種子生產(chǎn)方法按照獨立制種、多母本單父本制種、多父本單母本制種分類進 行，最后搭配純種形成種群?；蛘邔⒚總€雜交一代單獨制種、純種自交繁種，最后搭配種群。 分子標記呈現(xiàn)六種雜合基因型的帶型，并呈現(xiàn)相應的比例。同時對各個母本、父本和純種要 單獨繁種，以備下次搭配種群所需，也可以一次生產(chǎn)種子放在冷庫備用。
權利要求
一種多基因型雜交一代種群的構建方法，其特征在于包括以下步驟將表型一致的雜交一代按比例混合構成多基因型雜交一代種群。
2.如權利要求1所述的方法，包括以下步驟1)育成M個母本系，M為2-10000；2)育成N個父本系，N為2-10000；3)將上述母本系與父本系用以下任一方式雜交，產(chǎn)生雜交一代a)母本系與父本系成對雜交，產(chǎn)生MxN個雜交一代；b)多個母本系與一個父本系雜交，產(chǎn)生M個雜交一代；c)多個父本系與一個母本系雜交，產(chǎn)生N個雜交一代；將產(chǎn)生的雜交一代按比例混合，構建表型一致的多基因型雜交一代種群。
3.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于所述多基因型雜交一代種群中的基因型 數(shù)量在2-1000個。
4.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于多基因型雜交一代種群中還含有純合基 因型。
5.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于所述的比例根據(jù)育種目標進行調(diào)整。
6.如權利要求4所述的方法，其特征在于雜交一代基因型個體和純合基因型個體能夠 通過分子標記技術檢測區(qū)分。
7.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，構建多基因型雜交一代種群的作物是自 花授粉作物、異花授粉作物、常異花授粉作物或無性繁殖作物。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種農(nóng)作物雜交一代種群品種的育種、種群構建與種子生產(chǎn)和檢測的方法，其特征在于，將表型一致的雜交一代按比例混合構成多基因型雜交一代種群。更進一步的，先分別育成2-10000個用作花粉提供者的父本系和花粉接受者的母本系，將父本系和母本系相互雜交，根據(jù)雜交一代的表現(xiàn)型，將符合育種目標，整齊一致的雜交一代相互搭配，組建符合不同育種目標的雜交一代種群，進行種群比較測試，包括不同種群間的產(chǎn)量、抗性、品質(zhì)、適應性的比較，種群內(nèi)的組份和比例的確定，最后形成農(nóng)作物多基因型雜交一代種群品種。通過該方法產(chǎn)生一致性、穩(wěn)定性、特異性的多基因型雜交一代種群品種，同時達到優(yōu)質(zhì)、高抗、高產(chǎn)等育種目標。
文檔編號A01H1/02GK101843214SQ200910038179
公開日2010年9月29日 申請日期2009年3月25日 優(yōu)先權日2009年3月25日
發(fā)明者李曉方 申請人:李曉方