一种小麦化学杀雄剂及其雄性不育系的诱导方法

技术领域

本发明属于杂交小麦杂交制种技术领域，具体涉及一种复配的小麦新型化学杀雄剂及其雄性不育系的诱导方法。

背景技术

高等植物雄性不育现象在自然界广泛存在，目前多数植物已利用雄性不育系实现了杂种优势的利用，且均达到了大幅度增产的目的，其中玉米、水稻、油菜等作物产量增幅表现尤为突出。

前人研究表明，小麦虽是一个自花授粉作物，但也具有明显的杂种优势，其杂种优势利用一直受到小麦育种者的关注，多年来都是小麦育种界研究的热点。目前可供利用的小麦雄性不育途径主要分为以下4类：CMS(Cytoplasm-Nucleus Male Sterility，质核互作型雄性不育)、CHA(Chemical Hybridizing Agents，化学杂交剂诱导雄性不育)、GMS(Genomic Male Sterility，核型不育)与PMS(Photo-Thermo-Sensitive Male Sterility，光温敏不育，包括光敏、温敏和光温互作型不育)等。其中，化学杂交剂诱导雄性不育被人们认为是目前最有应用前景的杂种优势利用途径之一，化学杂交剂(chemical hybridizingagent，CHA)是一类基于雌雄蕊生长发育过程中对化学药剂的耐受力不同，而对雄配子选择性杀伤或阻滞其发育，造成花粉生理型不育的一类化学物质，其对雌蕊活性无不良影响或影响微小。一个优良的化学杂交剂基本不受亲本基因型限制，任何小麦品种和材料都能被化学杂交剂所诱导成为生理型不育系，并可用作配制杂交组合的母本，直接组配组合，以提供强优势小麦杂交种的选育，从而大大地缩短了育种年限，同时增加了优势组合出现的几率。因此，在利用化学杂交剂来培育小麦杂交种的过程中，选择一个高效、廉价的化学药剂就显得非常重要。

科学家们通过深入筛选与研究，也相继开发出了一批小麦化学杂交剂，如：KMS-1、WL84811、RH0007、Genesis、BAU9403、SQ-1等，其中SQ-1具有杀雄窗口期长，药效稳定，杀雄率高等优点，且配制的杂交种已在生产上较大面积推广。但是通过多年的实践，证明上述各化学杂交剂均存在自身的缺陷，因此以至于很难将小麦化控二系杂交制种推向更大面积的生产。如：RH0007(商品名Hybrex)虽用于商业化生产，但其因种子干瘪、生活力低等问题，未能大面积推广。美国筛选的小麦化学杂交剂WL84811，虽具有去雄率高、对植物安全、施药时间较长等优点，曾被认为是在小麦、水稻上极有希望的化学杂交剂，但后来发现有残毒问题，亦不能得到广泛应用；天津市农业科学院1988年引进筛选了化学杂交剂SC2053，初试结果比较理想，但随研究深入，发现其对小麦后生分蘖的杀雄效果不好；Genesis于1996年被引进我国，其诱导小麦雄性不育彻底，且对小麦生长发育无不良副效应，但存在对倒二叶有灼伤和对某些品种反应过于敏感的现象，在杀雄的同时，随剂量增大有损伤柱头的副作用，同时生产成本较高。

因此，筛选出一种质优、廉价、安全、高效的化学杂交剂，并将其应用于小麦雄性不育的诱导，试图大幅度降低小麦制种成本，进而将化控二系杂交小麦推向更大面积生产，对我国乃至世界农业生产和粮食安全都具有十分重要的理论和实践意义。

发明内容

针对现有制备技术的缺陷和不足，本发明提供了一种小麦化学杀雄剂及其雄性不育系的诱导方法，解决现有的小麦化学杀雄剂生产成本高、施用剂量过大的缺陷，同时也克服了部分化学杀雄剂与小麦基因型互作而引发的杀雄效果不好的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种小麦杂交剂，由异丙草·莠、BAU9403和辛基酚聚氧乙烯醚配置而成。

进一步的，所述的异丙草·莠的浓度为0.5g/L，BAU9403的浓度为1.6g/L。

一种小麦雄性不育系的诱导方法，待小麦发育至Feek's＝8.5时期，将上述小麦杂交剂喷施于试验区小麦叶片表面，得到小麦雄性不育系。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)现有的异丙草·莠专用于玉米田播后苗前土壤封闭除草，但未见研究表明该药剂具有诱导小麦产生高比率雄性不育的功能。另外，BAU9403对不同基因型小麦品种之间存在着明显的互作效应。然而，本发明的化学药剂既拓展了异丙草·莠的用途，又降低了BAU9403的使用量，同时也克服了BAU9403对小麦基因型的选择，从而显著的降低了化学杂交剂诱导小麦雄性不育的成本。

(2)本发明丰富了化学杂交剂诱导的小麦生理型雄性不育系的创制途径，利用两类植物生长调节剂按一定比例进行复配，提供了一种具备高效、广谱、稳定特性的新型小麦化学杂交剂，扩大了小麦化学杂交剂的种类，为杂交小麦新品种培育及大田制种提供了新的药物基础。

(3)本发明在大田喷施过程中，药物配比简单，施药方便，且不育率高，可诱导小麦产生98％以上雄性不育率，适合推动杂交小麦产业化发展。

附图说明

图1是不同浓度本发明的化学药剂诱导不同生态区小麦雄性不育率差异显著性分析；其中，M表示40％异丙草·莠悬乳剂；S表示1.6g的BAU9403；CK表示喷施等量清水植株作为对照。

图2是不同浓度本发明化学药剂诱导不同蜡质小麦雄性不育率差异显著性分析。

图3是本发明化学药剂诱导小麦矮抗58花药形态及花粉粒KI-I₂染色。a、CK-矮抗58；b、XN-1-矮抗58；c、CK-矮抗58；d、CK-矮抗58；e、XN-1-矮抗58；f、XN-1-矮抗58。

图4是本发明化学药剂诱导小麦矮抗58植株形态及灌浆后期结实表现。a、植株表型；b、灌浆后期穗表型；c、XN-1-矮抗58；d、CK-矮抗58(S：Seed；NS：No Seed)。

图5是不同浓度本发明化学药剂诱导小麦矮抗58旗叶面积、株高、穗下节长及穗长等指标分析。

图6是本发明药剂诱导杀雄后的植株进行授粉后获得的杂交种子。

以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

本发明的一种小麦化学杀雄剂，由异丙草·莠、BAU9403和辛基酚聚氧乙烯醚配置而成。辛基酚聚氧乙烯醚为表面活性剂，其中，异丙草·莠的浓度为0.5g/L，BAU9403的浓度为1.6g/L。

本发明选用异丙草·莠悬乳剂为市售的40％异丙草·莠悬乳剂溶液，BAU9403为纯BAU9403干粉。

本发明的小麦雄性不育系的诱导方法，待小麦发育至Feek's＝8.5时期，将权利要求1中的小麦杂交剂喷施于试验区小麦叶片表面，得到小麦雄性不育系。

本发明的化学杂交剂适用于各种小麦品种，具体选择西农1376、矮抗58、银川A、银川B、西宁A、西宁B分别种植于各自的适生区，水肥管理同大田，对本发明的效果进行说明。

(1)药剂的配制：称量1.25g化学药剂40％异丙草·莠悬乳剂，20ml的表面活化剂辛基酚聚氧乙烯醚(OP-10)，1.6g BAU9403干粉，用自来水定容至终体积1L，得到化学药剂，称作XN-1溶液。

(2)药剂的喷施：待小麦发育至Feek's＝8.5时期，设计1米双行的喷施面积，取复配好的化学药剂XN-1溶液，均匀喷施于小麦叶片表面；以喷施等量清水为对照(CK)。

(3)药剂处理植株套袋：待小麦发育至二核期，于各药剂处理小区及其对应的对照小区内分别随机选择30穗进行整穗并套上羊皮纸袋，用大头针固定，防止脱落及串粉。

(4)药剂处理植株花粉粒育性的检测：取即将散粉的小麦(整)穗3个，放入冰盒，快速带回实验室，用1％KI-I₂对花粉粒染色，观察花粉内淀粉粒的积累，镜检花粉粒活性。

(5)药剂处理植株杂交授粉：散粉期，雌蕊发育成熟，在上午9:00-11:00之间，采集可育且散粉性好的穗子对前期药剂处理的10个套袋穗子进行饱和授粉。

(6)农艺性状及育性统计：待小麦成熟期，调查本发明化学药剂处理植株穗下节长、穗长、叶面积、株高、雄性不育率和饱和授粉结实率，其中，雄性不育率＝(1-处理套袋穗平均结实粒数/未处理套袋穗平均结实粒数)×100％，饱和授粉结实率＝(平均授粉小花结实数/平均授粉小花数)×100％，并利用统计学方法对上述数据进行分析。

实验结果分析：

图1为不同浓度的化学药剂诱导不同生态区小麦雄性不育率差异显著性分析，从图中可以看出，0.75g/L、1.00g/L、1.25g/L的40％异丙草·莠悬乳剂溶液可诱导银川A、银川B、西宁A、西宁B仅产生70％以上的雄性不育率，花粉败育不彻底。而(0.75g M+S)/L、(1.00g M+S)/L和(1.25g M+S)/L三种药剂均能诱导银川A、银川B、西宁A、西宁B小麦产生80％以上雄性不育率，其中，M表示40％异丙草·莠悬乳剂；S表示1.6g的BAU9403；尤其是本发明杂交剂XN-1，即(1.25g M+S)/L，可诱导植株群体产生98％以上的雄性不育率，且植株群体表型与对照群体相比无明显变化，仅株高降低约5～10cm。上述结果与本发明杂交剂处理冬小麦西农1376和矮抗58的结果相同，如图2所示，说明本发明的化学杂交剂在Feek's＝8.5时期诱导小麦产生雄性不育具有很好的广谱性和高效性特征。

不同药剂处理西农1376(浅蜡质材料)和矮抗58(厚蜡质材料)群体的不育率调查结果如图2。结果表明，(0.25g M+S)/L、(0.5g M+S)/L、(0.75g M+S)/L、(1.00g M+S)/L和(1.25g M+S)/L(XN-1)五种药剂分别处理西农1376和矮抗58小麦群体，可诱导植株产生一定比例的雄性不育率，本发明杂交剂XN-1表现最优，可诱导两类小麦群体产生98％以上的雄性不育率。

小麦矮抗58发育至Feek's＝8.5时期，单独喷施1.6g/L的BAU9403，并在成熟期调查不育率，结果表明诱导杀雄不育率仅为65.7％。

图3是本发明化学药剂诱导小麦矮抗58花药形态及花粉粒KI-I₂染色。首先，取散粉期未用药剂处理的对照花药进行形态观察，外观整体饱满、润泽，且开裂散粉，如图3a。而本发明杂交剂XN-1处理的花药外观整体干瘦、失水，与正常花药相比表现出严重的早衰现象，且无开裂散粉迹象，图3b所示。图3d为散粉期未用药剂处理的植株雌蕊，柱头蓬松呈羽毛状；图3e为本发明杂交剂XN-1诱导的不育株雌蕊，也呈蓬松羽毛状，但仅花药呈干瘪状且不开裂。散粉期，取各处理和对照植株花药，经KI-I₂染色，结果表现为：未用药剂处理的对照花粉粒染色呈深蓝色，见图3c。而本发明杂交剂XN-1处理的花粉粒呈浅黄色，同时XN-1处理的花药花粉粒体积较小，且粉量较少，见图3f。其余药剂处理的花粉粒呈深蓝色或部分浅黄色。通过比较图3c、3f可知，Feek's＝8.5时期，本发明杂交剂XN-1处理小麦群体可诱导植株完全雄性不育，其花粉粒均呈现黄色(图3f)，表现为败育，而正常对照花粉粒内积累大量的淀粉，呈现蓝黑色(图3c)，具有活性。

图4是本发明化学药剂XN-1诱导小麦矮抗58植株形态及灌浆后期结实表现，图4a为小麦矮抗58灌浆后期，田间植株形态调查表明，本发明化学药剂XN-1处理植株株高比对照株高矮5cm，且田间剥去颖壳看到XN-1处理植株为空壳而对照结实饱满(图4b，c，d)，说明本发明化学药剂完全可以在适宜的植株发育时期诱导小麦矮抗58花粉粒完全败育，且雌蕊发育正常。

图5是不同浓度本发明化学药剂诱导小麦矮抗58旗叶面积、株高、穗下节长及穗长等指标分析，从图中可以看出：(0.25g M+S)/L、(0.5g M+S)/L、(0.75g M+S)/L、(1g M+S)/L和(1.25g M+S)/L(即XN-1)5种药剂处理矮抗58小麦群体，表现为各处理间小麦穗长和旗叶面积差异不显著(图5a，5c)，株高和穗下节长差异显著(p<0.05)(图5b，5d)，植株平均株高降低约5cm，主要原因是由于穗下节缩短。

图6是对XN-1诱导杀雄后的植株进行饱和授粉所获得的杂交种子，统计饱和授粉结实率为91.5％。生产中一个理想的化学杂交剂除了能诱导目标作物产生彻底的雄性不育外，还要使其保持较高的人工饱和授粉异交结实率，这样才能说明该药剂诱导后雌蕊发育正常，且具有在生产实践中广泛应用的价值。

需要说明的是本发明并不局限于以上的具体实施方式，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。