一种冷等离子体处理的甘蓝育种方法及其应用

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本发明公开了一种冷等离子体处理的甘蓝育种方法及其应用，将早熟甘蓝亲本种子置于离子射频种子处理仪中，用适量功率进行处理，适时种植、筛选，测定自交不亲和系的亲和指数，对比早熟材料的生育期和配合力。根据育种目标选出自交不亲和系和早熟材料，结合自交、回交和测交等常规育种手段，并利用分子标记和同工酶标记自交不亲和基因，鉴别分析自交不亲和系，选育得到甘蓝稳定父母本材料，父母本杂交测配而得到甘蓝杂交组合，通过抗性鉴定试验及品比试验，最终得到优良甘蓝新品种。本发明选择适量供电功率处理甘蓝育种材料，可以降低自交不亲和系的自交亲和指数、促进甘蓝的早熟性，缩短育种周期、培育出综合性状优良的极早熟新品种。

1.一种冷等离子体处理的甘蓝育种方法，其特征是：包括步骤如下：(1)将甘蓝亲本种子进行冷等离子体处理；(2)根据育种目标选出自交不亲和系和早熟材料；(3)先采用自交、回交和测交育种手段，并结合分子标记和同工酶鉴定手段进行辅助育种，选育得到甘蓝稳定父母本材料；(4)父母本杂交测配而得到甘蓝杂交组合，通过抗性鉴定试验及品比试验，最终得到极早熟甘蓝新品种；所述目标性状为与未经任何处理的同一批相同品种的甘蓝亲本材料相比具有下列至少一种性状：自交亲和指数降低、系间异交亲和指数降低、生育期提前、杂交率提高。 2.如权利要求1所述的甘蓝育种方法，其特征是：所述步骤(1)中将甘蓝亲本种子置于离子射频种子处理仪内，在1-500W的处理功率下对甘蓝种子进行15-20秒的非电离幅射处理。 3.如权利要求1所述的甘蓝育种方法，其特征是：所述步骤(1)中冷等离子体处理以氦气为工作介质，在真空封闭环境中进行。 4.如权利要求2所述的甘蓝育种方法，其特征是：处理功率为100-400W，处理的时间为15-18s。 5.如权利要求2所述的甘蓝育种方法，其特征是：所述处理功率为150-300W，处理的时间为16-17s。 6.如权利要求2所述的甘蓝育种方法，其特征是：所述处理功率为230W，处理的时间为16s。 7.如权利要求1所述的甘蓝育种方法，其特征是：所述步骤(1)中甘蓝亲本种子为早熟甘蓝亲本种子。 8.如权利要求7所述的甘蓝育种方法，其特征是：所述的甘蓝品种为LZ001、LZ002、LZ003、LZ004、LZ005或LZ006。 9.如权利要求1-8任一所述的育种方法在甘蓝育种中的应用。

技术领域

本发明涉及一种甘蓝育种方法，特别涉及一种冷等离子体处理的甘蓝育种方法及其应 用，属于农业领域。

背景技术

甘蓝(BrassicaoleraceaL.)为十字花科芸苔属的一年生或两年生草本植物。作为主要蔬菜 作物之一，随着产业结构的调整和消费需求的增加，甘蓝种植面积逐年增加，对甘蓝育种提 出了更高的要求。但是，目前甘蓝育种自交不亲和系和雄性不育系的选择利用概率较低，且 杂交种纯度控制较难，影响了甘蓝育种的进程。等离子体是物质存在的第四种状态，即物质 第四态，是一种能量更高的物质聚集态。作用于复杂的生物大分子，吸收的部分能量迫使电 子产生振动而转化为热能，当物质分子吸收了光子时，其电子会从较低能态(基态)跃迁到 较高能态(激发态)，使分子吸收能量而引起能级跃迁。对种子进行处理，能够激发种子内部 生物大分子活性，生物大分子包括的酶和氨基酸(а-淀粉酶、琥珀酸脱氧酶、过氧化物酶、 超氧化歧化酶、脯氨酸等)，使种子呼吸作用增强，生命活力旺盛，生物氧化过程加快，物质 的运输和合成能力也加速进行。从而使种子的生命活力增强，改善种子及幼苗生长环境；酶 和脯氨酸改变使其根系发达、增强抗病虫害能力；改善作物的新陈代谢功能,提高吸收水、 肥的能力,使其稳健生长；最终达到作物增产目的，激活农作物种子性状的记忆性和活力表 达性。

冷等离子体作为一种种子处理新技术，将该技术应用于农业育种在国内外尚属新的研究 领域。专利CN104186060A公开了一种冷等离子体处理的玉米育种方法，玉米是禾本科玉米 属一年生草本植物，该专利中公开的技术方案影响了玉米的发芽势和发芽率，玉米苗高，主 根长，须根长和干、鲜重，玉米株高，穗位高，玉米穗长、穗粗、穗粒数、千粒重和产量。 CN103718848A公开了一种冷等离子体处理的苜蓿育种方法，苜蓿是苜蓿属，一年生或多年 生草本植物，该专利中公开的技术方案影响了苜蓿种子的发芽势和发芽率，苜蓿的株高，苜 蓿的干草增产率，鲜草增产率，苜蓿的结荚个数。CN103999593A公开了一种冷等离子体处 理的小麦育种方法，小麦是禾本科小麦属，该专利中公开的技术方案影响了小麦种子的发芽 势和发芽率，小麦株高，根长，小麦植株干，鲜重，小麦最大分蘖数，有效分蘖数，小麦穗 粒数，千粒重，产量。CN104012208B公开了一种冷等离子处理的花生育种方法，花生是 豆科落花生属，一年生草本植物，该专利中公开的技术方案影响了花生种子的发芽势和发芽 率，花生苗高，主根长，须根长和百苗鲜重，花生株高，第一侧枝长，总分支数，单株饱果 数和单株瘪果数，花生百果重，百仁重，出仁率和产量。CN104855281A公开了一种冷等离 子体处理的西葫芦育种方法，西葫芦是南瓜属葫芦科，一年生蔓生草本，该专利中公开的技 术方案影响了西葫芦种子的发芽势和发芽率，西葫芦苗高，主根长和鲜，干重，西葫芦配合 力相对效应值，西葫芦蔓长，株幅，西葫芦第一雌花着生节位和定植后初次采瓜时间，西葫 芦瓜长，瓜横径，单瓜重，前期产量，总产量，新品种西葫芦父本、母本、杂交组合主要性 状情况。CN104620719A公开了一种冷等离子体处理的大豆育种方法，大豆是豆科大豆属， 该专利中公开的技术方案影响了大豆种子的发芽势和发芽率，大豆的苗高，主根长，须根数 和百苗鲜重，干重，大豆的株高，粗蛋白质含量，粗脂肪含量，大豆的结荚数，全株粒数， 百粒重，产量，表观接触角变化及对大豆萌发影响。

虽然这六篇专利都是冷等离子体处理来育种的方法，但是上述的专利中涉及的物种以及 主要育种目标是不一样的，冷等离子体处理是利用等离子激发种子中生物大分子的活性，被 激活的潜在基因通过种子传递。众所周知，不同的生物大分子被激活所需要的能量是不同的， 物种的不同，其种子内生物大分子的种类、含量等都不同，不同性状的改进需要作用的分子 也是不同的，所以针对不同物种的不同性状的改进，即使都是使用同样的冷等离子体处理方 法，他们之间也是没有任何的借鉴而言的。

目前尚未见冷等离子体在甘蓝育种方面的研究和报道，更没有达到甘蓝早熟性，降低母 本的亲和指数的育种目的的报道，因为其他的研究者无法得知如何设置冷等离子体处理的相 关参数以达到其育种的目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种冷等离子体处理的甘蓝育种方法及其应用，结合先进的冷等离 子体种子处理技术，选择适量供电功率处理甘蓝育种材料，结合分子标记分析自交不亲和基 因，可以降低自交不亲和系的自交亲和指数、促进甘蓝的早熟性，缩短育种周期、培育出综 合性状优良的极早熟甘蓝新品种，在甘蓝育种手段上具有创新性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种冷等离子体处理的甘蓝育种方法，包括步骤如下：

(1)将甘蓝亲本种子(优选：早熟甘蓝亲本种子)进行冷等离子体处理；

(2)根据育种目标选出自交不亲和系和早熟材料；

(3)先采用自交、回交和测交育种手段，并结合分子标记和同工酶鉴定手段进行辅助育 种，选育得到甘蓝稳定父母本材料；

(4)父母本杂交测配而得到甘蓝杂交组合，通过抗性鉴定试验及品比试验，最终得到极 早熟甘蓝新品种；

所述目标性状为与未经任何处理的同一批相同品种的甘蓝亲本材料相比具有下列至少一 种性状：自交亲和指数降低、系间异交亲和指数降低、生育期提前、杂交率提高。

优选：上述冷等离子体处理的甘蓝育种方法，冷等离子体处理为将甘蓝品种的育种材料 种子置于离子射频种子处理仪内，在1-500W的处理功率下对甘蓝种子进行15-20秒的非电离 幅射处理。

优选：处理以氦气为工作介质，在真空封闭环境中进行。

优选：上述冷等离子体处理的甘蓝育种方法，处理功率为100-400W，处理的时间为 15-18s。

更优选：所述处理功率为150-300W，处理的时间为16-17s。

进一步优选：所述处理功率为230W，处理的时间为16s。

优选：所述的甘蓝品种为LZ001、LZ002、LZ003、LZ004、LZ005、LZ006。

上述的任一育种方法在甘蓝育种中的应用。

本发明提供的方法是将甘蓝种子经过冷等离子体处理，等离子可以穿透种子表皮，作用 于复杂的生物大分子，吸收的部分能量迫使电子产生振动而转化为热能，等离子激发了生物 大分子活性，被激活的潜在基因通过一个生长季的充分表达，产生一定的记忆性，刻在种子 里，在下代种植之后，仍然积极表达，具有活力延续性。该方法突破了传统甘蓝育种低水平 重复、同质化严重和转基因育种潜在危险，以及太空育种经济投入巨大的缺点，可以缩短甘 蓝育种周期，在甘蓝育种方法和手段上具有先进性。本发明提供的一种冷等离子体处理的甘 蓝育种方法的优点如下：

1.创造甘蓝育种新思路、创新了甘蓝育种新方法。该方法突破了传统甘蓝育种低水平重复、 同质化严重和转基因育种潜在危险，以及太空育种经济投入巨大的缺点。

2.运用适量功率的冷等离子体种子处理，改良了甘蓝某些性状，提高了变异率。具体表现 在自交不亲和性和早熟性，缩短育种周期。

3.冷等离子体处理的处理功率人为可控，有益变异率高，结合分子标记和同工酶鉴定利用， 可以找到控制甘蓝自交不亲和的基因，通过反复试验得出改良自交不亲和系的最佳的处理功 率，能更好地满足选育极早熟甘蓝品种的需求，进一步缩短甘蓝育种周期，选育出更为优良 的极早熟甘蓝新品种。

附图说明

图1甘蓝新品种选育示意图。

具体实施方式

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

LZ001号是极早熟春甘蓝一代杂种，定植到收获约48天，公众可从山东省种子有限公司 获得。

LZ002号为早熟春播甘蓝品种，，定植到收获约50天，公众可从山东省种子有限公司获 得。

LZ003号为早熟春播甘蓝品种，定植到收获约50天，公众可从山东省种子有限公司获 得。

LZ004号早熟甘蓝品种，定植到收获约50天，公众可从山东省种子有限公司获得。

LZ005号是早熟甘蓝品种，定植到收获约50天，公众可从山东省种子有限公司获得。

LZ005号是早熟甘蓝品种，定植到收获约55天，公众可从山东省种子有限公司获得。

实施例1、一种冷等离子体处理的甘蓝育种方法

利用冷等离子体处理的甘蓝育种方法，可以得到自交亲和指数低、早熟、抗逆性强，高 产等性状特点的甘蓝新品种，具体包括如下步骤，如图1所示：

(1)搜集符合选育目标的育种材料作为重点选育对象，将甘蓝亲本种子置于离子射频种 子处理仪中，用230W供电功率进行16s非电离辐射处理，处理的必要条件是以氦气为工作 介质，在真空封闭环境中进行。具体的实验材料为LZ001、LZ002、LZ003、LZ004、LZ005、 LZ006。

(2)在低温干燥条件下保存，以待适时播种；

(3)种植、筛选，测定自交不亲和系的亲和指数，对比早熟材料的生育期和配合力。

(4)根据育种目标选出自交不亲和系和早熟材料。单株种植时将经过步骤3处理的和与 未经过任何处理的、步骤1选定的相应的甘蓝品种的同一批育种材料(种子)同时分区播种， 进行对比试验，观测农艺性状和变异系数，进行单株选择，选出优良变异。

(5)自交、回交和测交等常规育种手段，并结合分子标记和同工酶鉴定手段进行辅助育 种，选育得到甘蓝稳定父母本材料。利用分子标记技术进行辅助育种，可以快速鉴别自交不 亲和系，评估品种纯度，分析农艺性状基因，分离和鉴别自交不亲和材料，确定自交不亲和 位点上的等位基因，用于亲本性状鉴定来辅助育种。

(6)与未经过任何处理的、步骤(2)选定的相应的甘蓝品种的同一批育种材料进行培 养得到的甘蓝(对照)相比，经过冷等离子体处理的种子进行培养得到的甘蓝实现了对应亲 本材料的自交亲和指数降低、早熟性提高、品种纯度提高。

冷等离子体处理对甘蓝当代自交不亲和株出现率的影响如表1所示：

表1不同冷等离子体处理条件下甘蓝当代自交不亲和株出现率的影响

注：自交不亲和株率是指自交亲和指数≤1的植株占植株总数的比率

表1中，自交当代自交不亲和株率的提高比率表示冷等离子体处理的育种材料与未经过 任何处理的、步骤1选定的相应的甘蓝品种的同一批育种材料相比，自交不亲和株率提高的 比率。例如，处理功率为230W，处理时间为16s时，自交不亲和株率提高的比率最高的是 LZ004品种，为19.11％，最低的是LZ005品种，为8.76％，其余的试验品种自交不亲和株率 的提高幅度在8.76-19.11％。说明冷等离子体处理后甘蓝品种自交当代的自交不亲和株率提 高，自交不亲和的植株增加，自交不亲和系的选择利用率更高。

冷等离子体处理对甘蓝自交不亲和系亲和性和杂交率的影响如表2所示：

表2不同冷等离子体处理条件下甘蓝材料亲和性和杂交率影响

表2中，自交不亲和系自交亲和指数、系间异交亲和指数、杂交率的增减比率表示冷等 离子体处理的育种材料与未经过任何处理的、步骤1选定的相应的甘蓝品种的同一批育种材 料相比，自交亲和指数、系间异交亲和指数、杂交率增减的比率。例如，处理功率为230W， 处理时间为16s时，自交不亲和系自交亲和指数降低比率最高的是LZ003，为5.74％，最低 的是LZ005品种，为3.51％。处理功率为230W，处理时间为16s时，系间异交亲和指数降 低的比率最高的是LZ004品种，为5.98％，最低的是LZ001品种，为2.77％。处理功率为230 W，处理时间为16s时，杂交率增加的比率最高的是LZ002品种，为3.45％，最低的是ZL005 品种，为1.99％。

表2表明，当处理功率为230W时，处理时间为16s时，经过冷等离子体处理的甘蓝自 交不亲和系的自交亲和指数、系间异交亲和指数降低幅度最大，分别比对照降低3.51-5.74％、 2.77-5.98％，冷等离子体处理促进了自交不亲和系的不亲和性，有利于自交不亲和系选育和 制种纯度，此时杂交率增加1.99-3.45％。说明冷等离子体处理后可以更快选择优异的自交不 亲和系。

冷等离子体处理对甘蓝生育期的影响如表3所示

表3不同冷等离子体处理条件下甘蓝定植到收获时间

表3中，甘蓝定植到收获提前天数表示冷等离子体处理的育种材料与未经过任何处理的、 步骤(3)选定的相应的甘蓝品种的同一批育种材料相比，所有品种，定植到收获的提前时间， 表2看出，由经过冷等离子体处理的种子得到的甘蓝植株。当处理功率为230W时，处理时 间为16s时，生育期提前3-5天。

(7)以步骤(6)得到的自交不亲和系和早熟株系，选出优势强、符合选育目标的自交 系作为杂交种的父母本，进行杂交授粉而得到极早熟杂交种。

该方法的主要程序为：原始材料圃、自交系选育圃、杂交圃、鉴定圃、品比圃。

①、原始材料圃。种植供选择自交系用的基本材料，为早代材料圃。冷等离子体处理后 的品种和对应的未经过处理的亲本分别种在其中，根据目标性状选择优良株系。

②、自交系选育圃。包括自交不亲和系、早熟株系、抗病等不同性状的稳定或不稳定自 交系，通过群体内植株自交，回交、测交等选择优良自交系。允许用自交杂交概念进行甘蓝 群体改良，结合点有自交、配合力、杂交表现和主要农艺性状。自交亲和指数和配合力测定 有利于群体改良，把自交亲和指数、早熟性遗传参数作为自交系和杂交种选育的依据，将甘 蓝群体改良和杂交种选育紧密结合。在群体改良过程中，每一步都应根据育种目标的要求， 为杂交种选育服务。

③、杂交圃。准备作为父母本的材料种植在此圃，进行杂交授粉，重在自交不亲和系与 早熟材料的配合力。

④、鉴定圃。种植杂交圃选育出的优良组合，在鉴定圃内进行初级的产量比较、杂交组 合纯度鉴定，同时进行早熟性调查和抗性鉴定，进行供试品种初选。

⑤、品比圃。种植鉴定圃选出的优良组合。品系比较试验在较大面积上进行的更为精确、 更有代表性的鉴定试验，对新品系的纯度、丰产性、早熟性、稳定性、抗逆性等育种目标进 行更为详细的鉴定。

这样将步骤⑤获得的杂交种进行区域试验、生产示范和品质检测等，之后进行品种技术 鉴定，新品种选育工作完成。

通过以上步骤得到自交亲和指数低、极早熟、稳产性状特点的甘蓝新品种，符合预期标 准。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限 制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付 出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

本文标签： 等离子体甘蓝及其应用方法