專利名稱：使植物花粉不育的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物學(xué)和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，具體地說是涉及選種和種子繁育中使用的使植物花粉不育的方法。
目前世界上正著手解決農(nóng)業(yè)集約化課題，尤其是廣泛使用第一代雜交種以提高糧食、飼料、蔬菜和經(jīng)濟(jì)作物產(chǎn)量。由于呈現(xiàn)雜交優(yōu)勢這些雜交種不同于其親本植物，它們具有更高的產(chǎn)量(高25～30%)和更高的產(chǎn)品質(zhì)量。已有的一種新雜交種培養(yǎng)的方法是基于“細(xì)胞質(zhì)雄性不育性-育性恢復(fù)系”體系。這種方法基于長期(12～14年)和復(fù)雜的選種工作，包括建立不育類似物、不育性保持體和恢復(fù)系。
基于用化學(xué)不育劑(殺配子劑)使植物花粉不育的方法是最有前途的。利用殺配子劑比利用“細(xì)胞質(zhì)雄性不育性”體系要經(jīng)濟(jì)得多，因?yàn)椴恍枰⒗绮挥愃莆?、保持母體不育性類似物和恢復(fù)父本能育性類似物，這樣一些形式。實(shí)際上，無論在原本的選育研究過程中，還是在組織其工業(yè)生產(chǎn)時(shí)，均可以獲得第一代種子雜交種。
至今已有約200種化合物具有殺配子劑活性，按其化學(xué)結(jié)構(gòu)屬于不同類化合物。殺配子劑應(yīng)當(dāng)在保持卵細(xì)胞生命力的條件下使被處理的植物達(dá)到完全雄性不育性，而且應(yīng)當(dāng)保證在自由授粉條件下使結(jié)實(shí)率達(dá)到相當(dāng)高水平(最好不低于對照株的70%)。其植物毒性和對溫血動物的毒性應(yīng)當(dāng)最小。
已知的糧食作物花粉不育方法(Л.ДЖ.Никелл“植物生長調(diào)節(jié)劑，在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用”，莫斯科，“Колос”，1984，28～31頁，SU.A.906457)，其中包括用不育劑，例如，2-氯代乙基膦酸(Этрел)、馬來酸酰肼，二-(多氟代烷基)-磷酸及其鹽類等等來處理植物。
在器官形成的第Ⅴ階段或第Ⅵ階段(按Ф.М.Куперман)對植物使用國產(chǎn)不育劑進(jìn)行處理。
在器官形成的第Ⅴ階段，開始花朵形成和分化過程。此階段結(jié)束時(shí)，發(fā)生新生物-形成孢子的孢原組織。在此階段中，形成花的雄芯、雌芯和外層器官。在第Ⅴ階段觀察到雄芯結(jié)節(jié)開始分化成花絲和雌芯。而第Ⅵ階段的特征在于花朵形成(小孢子發(fā)生和大孢子發(fā)生)的過程。在這階段通常形成單獨(dú)的單核花粉顆粒(Ф.М.Куперман“植物形態(tài)生理學(xué)”，莫斯科，高教出版社，1973年，30～36頁)。
還有一種使禾本科植物花粉不育的方法也是已知的(GB-A-1567153)，其中包括在出現(xiàn)第二節(jié)間至抽穗期內(nèi)用不育劑處理禾本科植物。作為不育劑使用雜環(huán)化合物，主要代表是2-羧基-3，4-甲基吡咯烷或2-甲氧基羰基-3，4-甲基吡咯烷。上述化合物與稀釋劑和表面活性物質(zhì)結(jié)合使用。
本發(fā)明的任務(wù)基本上是通過選擇不育劑而提出一種可以用于各種花粉不育化的改進(jìn)方法，該方法具有高不育活性，而且在自由授粉下保持種子的高結(jié)實(shí)率。
本發(fā)明任務(wù)解決如下在所推薦的使植物花粉不育方法中，通過在器官形成的第五和/或第六階段期間內(nèi)使用與稀釋劑結(jié)合的不育劑處理花粉，按照本發(fā)明，作為不育劑是使用具有以下通式的N-取代的馬來酰胺酸RNHCOCH＝CHCOOH式中，R是(CH3)2NCH2CH2-;(CH3)2NCH2CH2CH2-;
C2H5-;HOC2H4;NH2CO-不育劑可以和任何已知的適當(dāng)稀釋劑配合使用。不育劑與水配合，以0.1～2%水乳化液形式使用是適宜的。用上述不育劑處理的植物最好使用禾本科植物或向日葵。
所推薦的方法可以獲得植物的雄性不育性(98～100%)，而且可以保持高于70%的種子結(jié)實(shí)率。為了保證在不利的氣候條件下使花粉高度不育，在器官形成的第五和/或第六階段(按Куперман)期間內(nèi)用不育劑再次處理植物。
所申請的方法按以下方式實(shí)現(xiàn)。
使用N-取代的馬來酰胺酸作為不育劑處理植物，例如冬小麥和春小麥、二倍體黑麥和四倍體黑麥、小黑麥、黍、向日葵和禾本科草類。
N-取代的馬來酰胺酸，可以與任何適當(dāng)?shù)南♂寗┡浜鲜褂茫鳛橄♂寗┳詈檬褂盟?。這時(shí)最好使用上述化合物的0.1～2%水乳化液。
需要時(shí)可以在工作溶液中加入任何適用的表面活性物質(zhì)。在植物上施用時(shí)，通常推薦在工作溶液中加入任何已知的輔助添加劑，例如濕潤劑、分散劑和粘合劑。
可以使用各種方法，例如水力噴霧法和空氣噴霧法(氣溶膠)等把不育劑施在植物上。在器官形成的第五和/或第六階段(按Куперман)期間內(nèi)用不育劑對植物進(jìn)行處理。不育劑的用量取決于化合物性質(zhì)、被處理的作物、處理階段和自然氣候因素。為了保證在不利的氣候條件下有高的不育效果，最好在器官形成的第Ⅵ階段，對植物進(jìn)行再次處理。不育劑的一般用量為0.6～2.0千克/公頃。
用作不育劑的全部所推薦的N-取代的馬來酰胺酸，都對毒性進(jìn)行了動物試驗(yàn)的研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，上述化合物是低毒性或中等毒性的化合物。對N-(2-二甲氨基乙基)馬來酰胺酸的LD50為250毫克/千克，而對N-(3-二甲氨基丙基)馬來酰胺酸的LD50為＞10000，對N-乙基馬來酰胺酸為2000，對N-(2-羥乙基)馬來酰胺酸為1500和對N-氨基甲?；R來酰胺酸為2000。
在田間條件下不同土壤氣候區(qū)的10米2小塊地上試驗(yàn)時(shí)，在3～4次重復(fù)下查明所推薦的不育劑存在殺配子劑活性。每種不育劑的試驗(yàn)不少于三年。
在細(xì)胞學(xué)上控制器官形成階段的進(jìn)程。按Куперман器官形成的第五階段開始時(shí)，用不育劑處理植物。
在抽穗時(shí)，用堅(jiān)質(zhì)紙隔離袋將主穗與其它層隔開。對于小麥和小黑麥來說，用單獨(dú)的隔離袋。對于黑麥，按照由5～7個(gè)不同排列的植物中有1穗放在普通隔離袋下。黍子則各個(gè)地隔離每個(gè)園錐花序。按下式計(jì)算小麥、黑麥、小黑麥和黍子的不育性百分?jǐn)?shù)X＝[1- (隔離袋下被處理植物結(jié)實(shí)的種子數(shù))/(隔離袋下未處理的對照植物結(jié)實(shí)的種子數(shù)) ]×100%把對照植物未隔離的穗中的種子數(shù)假定為自由授粉下的100%結(jié)實(shí)率。
為了獲得可靠的數(shù)據(jù)，對于小麥和小黑麥每次重復(fù)使用20～25個(gè)隔離袋，而對于黑麥和黍子每次重復(fù)使用10～15組隔離袋。
為監(jiān)測向日葵花粉的化學(xué)不育性，對每種化合物，每次重復(fù)時(shí)使用45株經(jīng)處理的植物，其中15株用于花盤自花授粉，另外15株植物使用由20～25個(gè)處理過的隔離花盤上收集的花粉混合物授粉，最后15株植物用于自由授粉，以便檢查父本花粉的種子結(jié)實(shí)率。
向日葵植物的雄性不育性是通過花粉的能育性和生命力的結(jié)果、精細(xì)胞的形態(tài)學(xué)特征和用未經(jīng)處理的父本花粉授花處理過的隔離植物的種子的結(jié)實(shí)率來評定的。卵細(xì)胞的生命力是由父本自由授粉下處理過的植物種子的結(jié)實(shí)率來測定的。
最好在明朗無風(fēng)的天氣下進(jìn)行植物處理。
N-取代的馬來酰胺酸是一些已知化合物。用已知工藝，例如，用馬來酸酐與相應(yīng)的胺互相反應(yīng)的方法制備這些化合物。
下列實(shí)施例用于更好地理解本發(fā)明。
實(shí)施例1在器官形成的第Ⅴ階段，用背攜式噴霧器噴霧的方法，使用N-(2-二甲氨基乙基)-馬來酰胺酸的2%水乳化液處理Мироновская808品種冬小麥植株。
加入0.1重量%C12～C14烷基苯磺酸鈣作為乳化劑。在乳化液中加入0.01重量%二甲基亞砜作為輔助劑。制劑用量為20千克/公頃。使用不含不育劑的稀釋劑處理的植株作為對照株。結(jié)果列于表1。
實(shí)施例2～5按照例1中所述相同方法進(jìn)行操作。作為不育劑分別使用N-(3-二甲氨基丙基)-馬來酰胺酸、N-乙基馬來酰胺酸、N-(2-羥乙基)-馬來酰胺酸和N-氨基甲酰基馬來酰胺酸的2%水乳化液。結(jié)果列于表1。
在器官形成第Ⅵ階段處理Мироновская808品種小麥時(shí)，得到同樣的結(jié)果。
實(shí)施例6～10在器官形成的第Ⅴ階段，通過用背攜式噴霧器噴霧法處理Безостая 1品種的冬小麥植株，噴霧液是2%N-(2-二甲氨基乙基)-馬來酰胺酸、N-(3-二甲氨基丙基)-馬來酰胺酸、N-乙基馬來酰胺酸、N-(2-羥乙基)-馬來酰胺酸或N-氨基甲?；R來酰胺酸的水乳化液。乳化液中含有0.1重量%C12～C14烷基苯磺酸鈣。在乳化液成份中有0.01重量%四氫呋喃作為輔助劑。
制劑用量為16千克/公頃。將用不含不育劑的稀釋劑處理的植株作為對照株。
試驗(yàn)結(jié)果列于表2。在器官形成的第Ⅵ階段處理Безостая1
實(shí)施例16～20在器官形成的第Ⅴ階段(按Куперман)，對Ботаническая 4品種春小麥植株分別用N-(2-二甲氨基乙基)-馬來酰胺酸、N-(3-二甲氨基丙基)-馬來酰胺酸、N-乙基馬來酰胺酸、N-(2-羥乙基)-馬來酰胺酸和N-氨基甲?；R來酰胺酸的1%水乳化液處理。乳化液中含0.5重量%C12～C14烷基苯磺酸鈣和作為輔助劑的0.01重量%二甲基亞砜。制劑用量為6千克/公頃。使用不含不育劑的稀釋劑處理的植株作為對照。
試驗(yàn)結(jié)果列于表4。在器官形成第Ⅵ階段處理Ботаническая4品種春小麥時(shí)得到相同的結(jié)果。
實(shí)施例21～25在器官形成的第Ⅴ階段(按Куперман)，對Белта四倍體黑麥植株分別用N-(2-二甲氨基乙基)-馬來酰胺酸、N-(3-二甲氨基丙基)-馬來酰胺酸、N-乙基馬來酰胺酸、N-(2-羥乙基)-馬來酰胺酸和N-氨基甲?；R來酰胺酸的1%水乳化液處理。乳化液含有0.5重量%C12～C14烷基苯磺酸鈣和0.01重量%四氫呋喃。制劑用量為10千克/公頃。試驗(yàn)結(jié)果列于表5。
在器官形成的第Ⅵ階段對Белта四倍體黑麥處理，得到相同的結(jié)果。
實(shí)施例26～28在器官形成的第Ⅴ階段(按Куперман)對Украинская 4的四倍體黑麥植株分別用N-(2-二甲氨基乙基)-馬來酰胺酸、N-(3-二甲氨基丙基)-馬來酰胺酸和N-氨基甲?；R來酰胺酸的1%水乳化液處理。乳化液中含有0.1重量%C12～C14烷基苯磺酸鈣和0.01重量%十二烷基硫酸鹽。制劑用量為6千克/公頃。使用不含不育劑的稀釋劑處理的植株作對照。
試驗(yàn)結(jié)果列于表6。在器官形成的第Ⅵ階段對Украинская四倍體黑麥處理，得到相同結(jié)果。
實(shí)施例29～33在器官形成的第Ⅴ階段(按Куперман)，對Восход-2二倍體黑麥植株分別用N-(2-二甲氨基乙基)-馬來酰胺酸、N-(3-二甲氨基丙基)-馬來酰胺酸、N-乙基馬來酰胺酸、N-(2-羥乙基)-馬來酰胺酸和N-氨基甲?；R來酰胺酸的1%水乳化液處理。乳化液中含0.1重量%烷基苯磺酸鈣和0.01重量%二甲基甲酰胺。制劑用量為10千克/公頃。用不含不育劑的稀釋劑處理的植株作對照。試驗(yàn)結(jié)果列于表7。在器官形成的第Ⅵ階段處理Восход-2二倍體黑麥時(shí)，得到相同的結(jié)果。
實(shí)施例34～38在器官形成第Ⅴ階段(按Куперман)，對Чулпан二倍體黑麥植株分別用N-(2-二甲氨基乙基)-馬來酰胺酸、N-(3-二甲氨基丙基)-馬來酰胺酸、N-乙基馬來酰胺酸、N-(2-羥乙基)-馬來酰胺酸和N-氨基甲?；R來酰胺酸的1%水乳化液處理。乳化液含有0.01重量%四氫呋喃和0.1重量%C12～C14烷基苯磺酸鈣。制劑用量為8千克/公頃。使用不含不育劑的稀釋劑處理的植株作對照。
試驗(yàn)結(jié)果列于表8。在器官形成的第Ⅵ階段對Чулпан二倍體黑麥處理時(shí)得到相同的結(jié)果。
實(shí)施例39～43在器官形成的第Ⅴ階段(按Куперман)，對Таловская 12的二倍體黑麥植株，分別用N-(2-二甲氨基乙基)-馬來酰胺酸、N-(3-二甲氨基丙基)-馬來酰胺酸、N-乙基馬來酰胺酸、N-(2-羥乙基)-馬來酰胺酸和N-氨基甲酰基馬來酰胺酸的1%水乳化液處理。乳化液含0.01重量%十二烷基硫酸鹽和0.1重量%C12～C14烷基苯磺酸鈣。制劑用量為6千克/公頃。用不含不育劑的稀釋劑處理的植株作對照。
試驗(yàn)結(jié)果列于表9。在器官形成第Ⅵ階段處理Таловская12二倍體黑麥植株時(shí)，得到相同結(jié)果。
實(shí)施例44～46在器官形成的第Ⅴ階段(按Куперман)，對Ам
идиплоид 206品種小黑麥植株分別用N-(3-二甲氨基丙基)-馬來酰胺酸、N-乙基馬來酰胺酸和N-氨基甲酰基馬來酰胺酸的2%水乳化液處理。乳化液含有0.01重量%二甲基亞砜和0.1重量%C12～C14烷基苯磺酸鈣。制劑用量為12千克/公頃。用不含不育劑的稀釋劑處理的植株作對照。
試驗(yàn)結(jié)果列于表10。在器官形成的第Ⅵ階階段處理Ам
идиплоид 206品種小黑麥時(shí)，得到相同結(jié)果。
實(shí)施例47～48在器官形成的第Ⅴ階段(按Куперман)，對Праг 109品種小黑麥植株分別用N-(3-二甲氨丙基)-馬來酰胺酸和N-氨基甲?；R來酰胺酸的2%水乳化液處理。乳化液含有0.01重量%四氫呋喃和0.1重量%C12～C14烷基苯磺酸鈣。制劑用量為12千克/公頃。用不含不育劑的稀釋劑處理的植株作對照。
試驗(yàn)結(jié)果列于表11。在器官形成的第Ⅵ階段處理Праг109品種小黑麥時(shí)獲得相同結(jié)果。
實(shí)施例49～53在器官形成的第Ⅴ階段(按Куперман)，對Мироновское 94品種的黍植株分別用N-(2-二甲氨基乙基)-馬來酰胺酸、N-(3-二甲氨基丙基)-馬來酰胺酸、N-乙基馬來酰胺酸、N-(2-羥乙基)-馬來酰胺酸和N-氨基甲酰基馬來酰胺酸的1%水乳化液處理。乳化液含有0.01重量%二甲基亞砜和0.1重量%C12～C14烷基苯磺酸鈣。制劑用量為8千克/公頃。用不含不育劑的稀釋劑處理的植株作對照。試驗(yàn)結(jié)果列于表12。在器官形成的第Ⅵ階段處理Мироновское 94品種黍時(shí)，得到相同結(jié)果。
實(shí)施例54～58在器官形成的第Ⅴ階段(按Куперман)。對K-9693Кормовое1的黍植株分別用N-(2-二甲氨乙基)-馬來酰胺酸、N-(3-二甲氨基丙基)-馬來酰胺酸、N-乙基馬來酰胺酸和N-氨基甲酰基馬來酰胺酸的1%水乳化液處理。乳化液含有0.01重量%二甲基甲酰胺和0.1重量%C12～C14烷基苯磺酸鈣。制劑用量為6千克/公頃。用不含不育劑的稀釋劑處理的植株作為對照。試驗(yàn)結(jié)果列于表13。在器官形成的第Ⅵ階段處理K-9693Кормовое 1的黍植株時(shí)，得到相同的結(jié)果。
實(shí)施例59～62在器官形成的第Ⅴ階段(按Куперман)，對Передовик和Линии BK-119品種的向日葵植株用N-氨基甲酰基馬來酰胺酸的0.5%水乳化液處理。乳化液中含0.01重量%二甲基亞砜和0.1重量%C12～C14烷基苯磺酸鈣。制劑用量為3千克/公頃。用N-(3-二甲氨基丙基)-馬來酰胺酸的0.1重量%水乳化液處理這些植株。后者的乳化液中含有0.01重量%十二烷基硫酸鹽和0.1重量%C12～C14烷基苯磺酸鈣。制劑用量為1千克/公頃。使用不含不育劑的稀釋劑處理的植株作為對照。試驗(yàn)結(jié)果列于表14。在器官形成的第Ⅵ階段處理此兩種向日葵時(shí)，得到相同結(jié)果。
所提出的方法可以用于選種和種子繁育中，以便獲得農(nóng)業(yè)作物的高產(chǎn)量品種和雜交種。
權(quán)利要求
1.一種使植物花粉不育的方法，通過在器官形成的第五和/或第六階段期間內(nèi)配合使用不育劑和稀釋劑處理植物，其特征在于，作為不育劑使用具有以下通式的N-取代的馬來酰胺酸RNHCOOH=CHCO2H式中R是(CH3)2NC2H5-；(CH3)2NCH2CH2CH2-；C2H5--；HOC2H4--；NH2CO--。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所說的N-取代的馬來酰胺酸是以0.1～2%水乳化液形式與稀釋劑配合使用。
3.按照權(quán)利要求1～2的方法，其特征在于，作為用不育劑處理的植物，使用禾本科植物和向日葵。
4.按照權(quán)利要求1～3的方法，其特征在于，為了保證在不利的氣候條件下使花粉高度不育化，在器官形成的第五和/或第六階段期間內(nèi)用不育劑對植物進(jìn)行再次處理。
全文摘要
使植物花粉不育的方法，包括在器官形成的第五和/或第六階段期間將不育劑和稀釋劑結(jié)合使用以處理植物。按照本發(fā)明，作為不育劑使用具有如下通式的N-取代的馬來酰胺酸RNHCOCH＝CHCO式中R＝(CHCH
文檔編號A01H3/04GK1043851SQ88109248
公開日1990年7月18日 申請日期1988年12月29日 優(yōu)先權(quán)日1988年12月29日
發(fā)明者馬爾特·亞力山得魯維奇·費(fèi)丁, 塔·亞·庫茲涅佐夫, 米·涅·吉斯卡, 法·阿·薩夫庫科, 馬·伊·卡巴什涅科, 科涅·涅·高多維考夫, 弗·伊·布雷加茨弗·茨·卡姆佩 申請人:以弗·伊·列寧命名的“全蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院全蘇農(nóng)業(yè)工藝科學(xué)研究所”, 以阿·恩·涅斯梅亞諾夫命名的“蘇聯(lián)科學(xué)院有機(jī)元素化合物研究所”, 以弗·伊·列寧命名的“全蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院”, 以恩·伊·瓦維洛夫命名的“全蘇植物栽培科學(xué)研究所”