СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЕМЯН F ГИБРИДА Российский патент 2000 года по МПК A01G1/00 A01H1/02 

Изобретение относится к способу получения семян F_i гибрида растений, проявляющих гетероморфную самостерильность.

Уровень техники
Под самостерильностью понимают явление, при котором не происходит естественного перекрестного опыления двух растений, имеющих нормальные мужские и женские органы. Гетероморфная самостерильность относится к явлению, когда отсутствуют семена при перекрестном опылении однотипных цветков, имеющих длинные пестики и короткие тычинки или короткие пестики и длинные тычинки. Фактически растения с длиннопестичными цветками являются гомозиготными с рецессивным геном "s", а растения с короткопестичными цветками - гетерозиготными с рецессивным геном "s" и доминантным геном "S". Обычно соотношение растений с длиннопестичными цветками и короткопестичными цветками ss и sS поддерживается равным 1:1. Но если процесс скрещивания проводится в группе, состоящей только из растений с длиннопестичными цветками, то следующее и последующие поколения будут состоять целиком из растений с длиннопестичными цветками.

Когда процесс скрещивания проводится между двумя различными самоопыляющимися линиями (или принудительно опыляющимися), то возможно получение гибридных семян. Полученные гибридные семена могут быть далее использованы для получения гибридных растений, которые называются F_i гибридами. Известно, что для перекрестно опыляющихся культур, таких как пшеница и некоторые овощи, было выведено несколько элитных сортов F₁ гибридов.

В течение долгого времени сельскохозяйственная культура F₁ гибрид доказала свою эффективность. В частности, наиболее полезной она оказалась для получения элитных сортов таких перекрестно опыляющихся растений как пшеница и рапс. Поэтому существует потребность в создании практически полезных способов получения семян F₁ гибрида.

Для этого чаще всего использовали линию с цитоплазменной мужской стерильностью. Однако достаточно трудно найти цитоплазму, обеспечивающую мужскую стерильность во многих видах растений.

Для решения проблемы был предложен способ получения F₁ гибридных семян с использованием несовместимости (см., например статью Дувик Д.Н. Влияние морфологии и стерильности на методологию селекции: в сб. Селекция растений. / Под ред. К. Дж. Фрея: изд. университета штата Айова (США), 1964 г., стр. 85-137). Указанный метод был опробован в процессе выращивания растений, в частности при получении улучшенных разновидностей некоторых сортов овощей, относящихся к виду Brassica, таких как капуста, проявляющая гомоморфную самонесовместимость (самостерильность).

С другой стороны представляется возможным использование метода получения F₁ гибридных семян для растений, которые проявляют гетероморфную самостерильность. Однако в настоящее время не существует метода, который реально позволил бы получить большое количество F₁ гибридных семян для промышленных целей. Именно поэтому до сих пор нет промышленного способа получения линии, состоящей только из растений с длиннопестичными цветками или растений с короткопестичными цветками.

Исследования в области техники опыления указывают на возможности получения гибридных семян экспериментальным путем, при котором опыление длиннопестичных цветков производят вручную, но такая техника неприменима для получения линии, состоящей только из растений с длиннопестичными цветками, которая может быть использована для промышленного получения семян. В настоящее время, как практически полезный, способ получения F₁ гибридных семян на экспериментальном уровне реализуется путем ручного опыления. Растения с длиннопестичными или короткопестичными цветками выбирают из группы, входящей в одну линию, а затем подвергают опылению пыльцой других линий с помощью опылителей.

Однако указанные способы являются дорогостоящими, так как очень трудоемки для производства большого количества F₁ гибридных семян, что исключает их применение для промышленных целей.

Сущность изобретения
Задачей настоящего изобретения является создание эффективного метода получения F₁ гибридных семян растений с гетероморфной самостерильностью и решение таким образом вышеотмеченных проблем, характерных для указанных областей.

Поставленная задача решена в способе получения F₁ гибридных семян растений с гетероморфной самостерильностью, включающем следующие стадии:
- отбор растений с длиннопестичными цветками из группы растений с гетероморфной самостерильностью;
- изолирование отобранных растений;
- осуществление искусственного опыления или естественной гибридизации для инициирования заранее заданной гибридизации, обеспечивающей получение линии, состоящей только из растений с длиннопестичными цветками:
- осуществление искусственным или естественным путем дальнейшей гибридизации особей полученной линии в условиях изоляции этой линии от других линий;
- стимулирование роста семян для получения семенной родительской линии, состоящей только из растений с длиннопестичными цветками;
- посадка семян родительской линии (линии А), состоящей только из растений с длиннопестичными цветками;
- посадка вблизи линии A другой линии (линии B), состоящей только из растений с короткопестичными цветками или из растений обоих видов - как с короткопестичными, так и с длиннопестичными цветками;
- сбор семян линии A, опыленных пыльцой линии B, и получение таким образом F₁ гибридных семян путем гибридизации линий A и B.

Полученные растения, проявляющие гетероморфную самостерильность, включают несколько сортов гречихи, такие как Китавасесоба, Китаюка, Ботансоба, Шинанонатсусоба, Шатиловская 5, Баллада, Сумчанка.

Вышеотмеченные задачи и особенности настоящего изобретения будут более понятны из последующего описания со ссылками на таблицы.

Реализованные способы в соответствии с настоящим изобретением могут быть подробно описаны следующим образом.

Вначале отбирают растения с длиннопестичными цветками из группы растений, проявляющих гетероморфную самостерильность, и создают для них изолированные условия. Далее проводят искусственное опыление или естественную гибридизацию для инициирования заданной гибридизации, обеспечивающей получение линии, состоящей только из растений с длиннопестичными цветками. Затем в условиях изоляции полученной линии от других линий осуществляют последующую гибридизацию искусственным или естественным путем, а проращиванием семян получают родительскую линию, состоящую только из растений с длиннопестичными цветками. Далее в соответствии с настоящим изобретением высаживают семена родительской линии (линии A). Затем вблизи линии A сажают другую линию (линию B), состоящую из растений с короткопестичными цветками или из растений как с короткопестичными, так и с длиннопестичными цветками. Наконец собирают семена линии A, опыленные пыльцой линии B, таким образом получая F₁ гибридные семена путем гибридизации линий A и B.

Сущность изобретения раскрывается в следующих экспериментах.

Сначала растения с короткопестичными цветками были удалены из группы растений сорта Китавасесоба, а растения с длиннопестичными цветками были оставлены. Далее эти растения покрыли изолятором и таким образом их полностью изолировали от окружающей среды. После этого несколько опылителей (насекомых) были помещены в изолятор. Таким образом была достигнута желаемая гибридизация, а полученные семена составляли 1/4 от количества, получаемого в обычных условиях выращивания. Далее полученные семена собрали и посеяли. Было установлено, что следующее поколение растений имело длиннопестичные цветки. Далее полученные растения были посажены в естественных условиях отдельно от других линий гречихи, и далее было установлено, что имеет место заранее заданная гибридизация, и полученные семена являются семенами родительской линии растений, имеющих только длиннопестичные цветки.

Из описанного выше эксперимента ясно, что таким образом можно вырастить линию, состоящую из растений только с длиннопестичными цветками, в количестве, удовлетворяющем промышленные цели.

После проведения нескольких подобных экспериментов над шестью видами гречихи, выращенными как в местных условиях, так и за рубежом, была установлена возможность получения семян гибридизацией растений, имеющих только длиннопестичные цветки, получая родительские линии растений только с длиннопестичными цветками.

Далее группа представителей Китавасесоба, состоящая лишь из растений с длиннопестичными цветками, была посажена на разных расстояниях от группы Китавасесоба растений с длиннопестичными и короткопестичными цветками. Было обнаружено, что скорость образования семян уменьшается при увеличении расстояния между указанными группами. А именно чем дальше расстояние, тем меньше скорость образования семян. Семена были получены на всех подопытных растениях. Когда провели такое же исследование следующего поколения, то обнаружили, что соотношение растений с длиннопестичными цветками и растений с короткопестичными цветками составляет 1:1. Отсюда ясно, что опыление короткопестичным цветком возможно и что почти все группы растений, имеющих лишь длиннопестичные цветки, могут быть опылены пыльцой растений с короткопестичными цветками. Вышеизложенное указывает на то, что настоящее изобретение позволяет путем выращивания вблизи линии, имеющей только длиннопестичные цветки (линии A), другой линии, имеющей только короткопестичные цветки (линия B), получить большое количество F₁ гибридных семян в промышленном масштабе.

Три эксперимента, детальное описание которых представлено ниже, были проведены на цветущих растениях.

Растение: Гречиха (Fagopyrum esculentum Moench)
Сорта: Китавасесоба, Китаюка, Ботансоба, Шинанонатсусоба, Шатиловская 5, Баллада, Сумчанка.

Опылитель: жалящая муха
Эксперимент N 1
Двадцать растений с длиннопестичными цветками Китавасесоба (сорт гречихи) сразу после их зацветания были покрыты изолятором для растений таким образом, что насекомые не могли туда проникнуть. Затем распустившиеся цветки открыли и 100 жалящих мух были внесены в изолятор для растений. Спустя 90 дней созревшие семена были собраны, количество кистей и количество семян сосчитаны. Собранные семена затем были посеяны в теплице или в поле и их цветки изучались. В то же время естественное скрещивание проводилось в естественных условиях. Затем после полного созревания случайным образом выбирались 20 растений, количество кистей и количество семян подсчитывалось.

Результаты.

В этом эксперименте были получены семена инициированием скрещивания в группе особей гречихи, состоящей только из растений с длиннопестичными цветками, как показано в табл. 1. Было установлено, что хотя количество семян, полученных в этом эксперименте, существенно различается от одного индивидуума к другому, семена получаются почти у всех индивидуумов гречихи. Кроме того, было установлено, что после высеивания этих семян в теплице и на поле, которое было значительно удалено от других гречишных полей, желаемые семена были получены при скрещивании индивидуумов гречихи, имеющих только длиннопестичные цветки (все исследуемые растения были растениями длиннопестичными цветками), как это показано в табл. 2. Как следует из табл. 2, когда растения, полученные из изолятора, культивировались в естественных условиях, было установлено, что желаемые семена получаются. В соответствии с табл. 2, хотя количество производимых семян на каждую кисть было только 0.5 от соответствующей величины, получаемой в условиях, когда растения с длиннопестичными цветками и растения с короткопестичными цветками культивировались смешанным образом, можно считать, что достаточный прирост семян и достаточное развитие линии получено. Таким образом, можно утверждать, что разработан практически полезный метод производства и выведения линии, состоящей только из растений с длиннопестичными цветками.

Желаемые семена, полученные в настоящем эксперименте, предназначались для использования в качестве семян родительской линии, состоящей только из растений с длиннопестичными цветками.

Эксперимент N 2
При использовании того же метода, что и в эксперименте 1, процесс скрещивания проводился в каждой из шести групп, состоящих из шести сортов гречихи (Китаюка, Ботансоба, Шинанонатсусоба, Шатиловская 5, Баллада, Сумчанка) на шести изоляторах. Эти шесть сортов гречихи были из тех, что выращивают в местных условиях и за рубежом, и состояли только из растений с длиннопестичными цветками. После их полного созревания 20 индивидов были случайным образом отобраны в каждой группе, количество кистей и количество семян подсчитаны.

Результаты.

Как и в эксперименте N 1, хотя количество полученных в этом эксперименте семян различалось от одного индивидуума к другому, все растения этих шести сортов были все способны давать семена при таком скрещивании, что показано в табл. 3. Как можно понять из табл. 3, возможно получить линии растений, состоящие только из растений с длиннопестичными цветками, независимо от генотипа.

Эксперимент N 3
Группа индивидов растений сорта Китавасесоба, состоящая только из растений с длиннопестичными цветками, была посажена в различных местах на расстояниях 0-12 м от источника пыльцы обычного сорта Китавасесоба, содержащего растения как с длиннопестичными цветками, так и с короткопестичными цветками. Далее другой сорт гречихи (Хоккаи N 3) был посажен между вышеупомянутыми растениями. Затем процесс скрещивания производили в естественных условиях. После созревания 20 индивидов растений выбирались случайным образом, количество кистей и количество семян подсчитывали. Далее 100 семян случайным образом отбирали из этих семян, их засевали и культивировали, после чего исследовали их морфологию.

Результаты.

Хорошо известно, что гибридные семена не могут быть получены при скрещивании растений Китавасесоба и Хоккаи N 3, поскольку первые являются диплоидными, а вторые тетраплоидными. Поэтому семена исследованных растений были получены либо при опылении пыльцой из источника пыльцы обычной Китавасесоба либо при скрещивании среди растений только с длиннопестичными цветками внутри той же экспериментальной площадки. Как показано в табл.4 чем больше удалена экспериментальная площадка от источника пыльцы, тем более затруднено опыление (из источника пыльцы). Как следствие большее расстояние между площадкой и источником пыльцы выражается в меньшей эффективности образования семян на площадке.

Кроме того, было установлено, что растения следующего поколения, выращенные из вышеупомянутых семян, полученных на вышеупомянутых площадках, включают растения с длиннопестичными цветками и растения с короткопестичными цветками в соотношении 1:1. Это означает, что почти все семена, полученные в этом эксперименте на вышеупомянутых площадках, были опылены пыльцой растений с короткопестичными цветками.

Как можно понять из этого эксперимента, если группа состоит только из растений с длиннопестичными цветками и если есть возможность для группы растений быть опыленными короткопестичными цветками, опыление пыльцой растений с короткопестичными цветками будет более вероятным по сравнению с опылением пыльцой растений с длиннопестичными цветками. То есть, если в окрестности линии A, состоящей из растений с длиннопестичными цветками, посажена линия B, содержащая растения с короткопестичными цветками, почти все растения линии A (или 100% растений линии A) будут опылены пыльцой линии B. Таким образом будут получены с высокой эффективностью семена F₁ гибрида.

Как следует из вышеизложенного, заявляемый способ обеспечивает получение семян F₁ гибрида в промышленных масштабах, что позволит совершенствовать новые сорта растений, приспособленные для воспроизводства с высокой продуктивностью и имеющие однородное качество.

Несмотря на то, что в описании представлена только предпочтительная реализация заявляемого способа, ясно, что она раскрывает сущность изобретения и что различные изменения и модификации способа возможны без изменения его сущности, изложенной в формуле изобретения.

Изобретение предназначено для использования в сельском хозяйстве при получении семян F₁ гибрида растений, проявляющих гетероморфную самостерильность. Способ включает отбор растений с длиннопестичными цветками из группы растений с гетероморфной самостерильностью, изолирование отобранных растений, осуществление искусственного опыления или естественной гибридизации для инициирования заранее заданной гибридизации, обеспечивающей получение линии, состоящей только из растений с длиннопестичными цветками, осуществление искусственным или естественным путем последующей гибридизации особей полученной линии в условиях изоляции этой линии от других линий, стимулирование роста семян для получения семенной родительской линии, состоящей только из растений с длиннопестичными цветками, посадку семян родительной линии (линии А), состоящей только из растений с длиннопестичными цветками, посадку вблизи линии А другой линии (линии В), состоящей только из растений с короткопестичными цветками или из растений обоих видов - как с короткопестичными, так и с длиннопестичными цветками, сбор семян линии А, опыленных пыльцой линии В, и получение таким образом F₁ гибридных семян путем гибридизации линий А и В. Способ позволяет получить семена F₁ гибрида в промышленных масштабах. 2 з.п.ф-лы, 4 табл.

1. Способ получения F₁ гибридных семян растений с гетероморфной самостерильностью, включающий следующие стадии: отбор растений с длиннопестичными цветками из группы растений с гетероморфной самостерильностью; изолирование отобранных растений; осуществление искусственного опыления или естественной гибридизации для инициирования заранее заданной гибридизации, обеспечивающей получение линии, состоящей только из растений с длиннопестичными цветками; осуществление искусственным или естественным путем последующей гибридизации особей полученной линии в условиях изоляции этой линии от других линий; стимулирование роста семян для получения семенной родительской линии, состоящей только из растений с длиннопестичными цветками; посадка семян родительской линии (линии А), состоящей только из растений с длиннопестичными цветками; посадки вблизи линии А другой линии (линии В), состоящей только из растений с короткопестичными цветками или из растений обоих видов - как с короткопестичными, так и с длиннопестичными цветками; сбор семян линии А, опыленных пыльцой линии В, и получение таким образом F₁ гибридных семян путем гибридизации линий А и В. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве растений, проявляющих гетероморфную самостерильность, используют сорта гречихи. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что используют следующие сорта гречихи: Китавасесоба, Китаюка, Ботансоба, Шинанонатсусоба, Шатиловская 5, Баллада, Сумчанка.