СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГИБРИДОВ РАСТЕНИЙ Российский патент 2003 года по МПК A01H1/02 

Изобретение относится к способу получения гибридов растений.

Описание известного уровня техники
В основе современных технологий искусственного получения гибридов растений лежат три подхода: 1) трехлинейный подход, заключающийся в том, что линию В скрещивают с линией А для получения семян линии А, после чего линию R скрещивают с линией А для получения гибридов. При получении этих гибридов линия А репродуцирует семена посредством гетерогамии, однако ценой высоких затрат, так как выбор линии R очень сложен. Поэтому применение такого подхода очень ограничено (Yuan Longping et al., "Селекция и выращивание гибридов риса", Hunan Science and Technology Press, 1988; Li Dianrong et al., "Сборник трудов по гибридам капусты", Qinyou 2, Agricultural Press, 1993); 2) двухлинейный подход, заключающийся в том, что выводят свето-температурочувствительную линию путем селекции и преобразования. Однако на современном этапе при использовании обычной технической линии выбранная стерильная линия может либо проявлять неполную мужскую стерильность, что приводит к получению инбредных семян, либо проявлять определенные проблемы при репродукции (Yuan Longping. Техническая стратегия селекции свето-температурочувствительных гибридов ядерно-стерильного риса, 1992 (1)); 3) искусственное удаление мужских растений, которое хотя и является трудоемким, но может применяться для получения гибридов кукурузы, перца и хлопка, однако связано с большими затратами.

В основу изобретения положена задача преодоления проблем известного уровня и создания простого и доступного способа получения гибридов растений, имеющих высокий гетерозис, чтобы усовершенствовать процесс гибридизации семян важных растений.

Раскрытие изобретения
Изобретение позволяет за счет изменения одного определенного условия выращивания сделать более 15% сортов, гибридов или линий мужски стерильными, более 20% мужски стерильных линий или особей мужски фертильными, и более 20% самостерильных линий или особей самофертильными. При изменении двух или более определенных условий выращивания более 50% сортов, гибридов или линий могут стать мужски стерильными, более 50% мужски стерильных линий или особей могут стать мужски фертильными и более 50% самостерильных линий или особей могут стать самофертильными.

В основу изобретения положена теория эколого-генетической мужской стерильности. Эта новая теория мужской стерильности разработана автором изобретения. Согласно этой теории в процессе исторической эволюции растения получили значительно меньшее количество женских гамет, чем мужских, что придало женским гаметам генетический, физиологический и цитологический иммунитет и сделало их более устойчивыми к изменению условий выращивания по сравнению с мужскими гаметами. Поэтому обычной реакцией растений на изменение условий выращивания является мужская стерильность. Теоретически, любой сорт растений может стать мужски стерильным. Как и другие характеристики растений, мужская стерильность растений обусловлена экспрессией гена мужской стерильности при определенных условиях, без которых мужски стерильное растение может стать мужски фертильным. Следовательно, теоретически, все мужски стерильные растения имеют собственные фертильные части, в которых они могут репродуцировать семена путем самоопыления. На базе этой теории автор получил ряд важных результатов в кроссбридинге пшеницы, ячменя, риса, капусты и кукурузы (Не Juemin et а1., "Теория эколого-генетической мужской стерильности и двухлинейные гибриды культур", Hunan Science and Technology Press, China, 1996).

Используемые в данном контексте термины "мужски стерильные особи" и "самостерильные особи" означают те мужски стерильные или самостерильные особи, которые сформировались под воздействием генетических и экологических факторов, включая химические, физические и биологические факторы, в частности такие мужски стерильные или самостерильные особи, которые сформировались в результате генетической мутации, химического мутагенеза, физического мутагенеза (например, радиационного и космического мутагенеза) или биотехнологического мутагенеза (например, трансгенной и тканевой культивации). Термин "искусственное самоопыление" означает, что небольшое количество пыльцы из размятой тычинки мужски стерильного растения помещают на пестик этой особи для получения инбредных семян, или пыльцу особи самостерильного растения помещают на пестик этой особи, и после такого искусственного опыления растение накрывают, чтобы получить инбредные семена.

Согласно изобретению изменение условий выращивания сортов растений, их гибридов, линий заключается в изменении одного или нескольких факторов, таких как место выращивания, период выращивания, влажность, питание, фотопериод и температурные условия. Под изменением места выращивания сортов растений, их гибридов, линий может подразумеваться, например, выращивание растений из регионов, расположенных на большой высоте или географической широте, в регионах, расположенных на меньшей высоте или широте, либо наоборот, выращивание растений из регионов, находящихся на малой высоте или широте, в регионах на большой высоте или широте, чтобы сделать эти сорта, гибриды, линии мужски стерильными. Затем полученные мужски стерильные или самостерильные сорта, гибриды или линии скрещивают с сортами, гибридами или линиями, обладающими мужской фертильностью или выращенными в неизменявшихся условиях, чтобы получить гибриды или полигибриды. Упоминавшееся выше изменение высоты должно составлять, по меньшей мере, 1500 м, а изменение географической широты - по меньшей мере, 5 градусов.

Согласно изобретению изменение периода выращивания сортов растений, их гибридов, линий заключается в переносе даты высевания более чем на 10 дней вперед или назад относительно обычной даты высевания, чтобы сделать определенные сорта, гибриды, линии мужски стерильными. Затем полученные мужски стерильные или самостерильные сорта, гибриды или линии можно скрестить с сортами, гибридами или линиями, обладающими фертильностью или выращенными в неизменявшихся периодах выращивания, чтобы получить гибриды или полигибриды.

Согласно изобретению изменение условий влажности для сортов растений, гибридов, линий заключается, например, в выращивании сортов растений, их гибридов, линий из влажных регионов, или сортов водных растений, их гибридов, линий из влажных регионов, в засушливых условиях или в земле соответственно, или выращивать сорта растений, гибридов, линий из засушливых регионов в условиях высокой влажности или даже в погруженных условиях; или выращивать водные сорта растений, их гибриды или линии в погруженных условиях, чтобы сделать определенные сорта, линии или гибриды мужски стерильными. Затем полученные мужски стерильные сорта, линии или гибриды можно скрестить с сортами, линиями или гибридами, обладающими фертильностью или выращенными в неизменявшихся условиях влажности, чтобы репродуцировать гибриды или полигибриды.

Согласно изобретению сорта растений, их гибриды, линии выращивают в условиях дефицита или избытка питания. Например, выращивая капусту в условиях дефицита бора, можно сделать определенные сорта, гибриды или линии мужски стерильными. Затем полученные мужски стерильные сорта, гибриды или линии можно скрестить с сортами, гибридами или линиями, обладающими фертильностью или выращенными в условиях, в которых были изменены условия дефицита или избытка питания, или в условиях, не подвергавшихся воздействию или свободных от воздействий дефицита или избытка питания, чтобы репродуцировать гибриды или полигибриды. Под упоминавшимся выше избытком питания подразумевается, в частности, избыток азота, а также натрия, железа, марганца, цинка и меди.

Согласно изобретению сорта растений, их гибриды, линии выращивают в условиях измененного фотопериода. Например, сорта растений короткого дня, их гибриды, линии выращивают в условиях с фотопериодом, составляющим 12 час/день и более, или сорта растений длинного дня, их гибриды, линии выращивают в условиях с фотопериодом, составляющим менее 12 час/день, чтобы сделать определенные сорта, гибриды или линии мужски стерильными. Затем полученные мужски стерильные сорта, гибриды или линии используются для скрещивания с сортами, линиями или гибридами, обладающими фертильностью или выращенными в неизменявшихся фотопериодах, чтобы репродуцировать гибриды или полигибриды.

Согласно изобретению сорта растений, их гибриды, линии выращивают в измененных температурных условиях, чтобы сделать определенные сорта, гибриды или линии мужски стерильными. Затем полученные мужски стерильные или самостерильные сорта, гибриды или линии можно скрестить с сортами, гибридами или линиями, обладающими мужской фертильностью или выращенными в неизменявшихся температурных условиях, чтобы репродуцировать гибриды или полигибриды. Например, сорта, гибриды, линии холодолюбивых растений выращивают при температуре выше 25^oС или ниже 15^oС, или сорта, гибриды, линии теплолюбивых растений выращивают при температуре выше 35^oС или ниже 22^oС, чтобы сделать определенные сорта, гибриды или линии мужски стерильными. Затем полученные мужски стерильные сорта, гибриды или линии используют для скрещивания с сортами, гибридами или линиями, обладающими мужской фертильностью или выращенными в неизменявшихся температурных условиях, чтобы репродуцировать гибриды или полигибриды.

Предпочтительный способ осуществления изобретения
В дальнейшем изобретение описывается более подробно со ссылкой на следующие примеры. За особо упомянутыми исключениями все семена были приобретены в компании Hunan Juemin Science and Technology Development Corporation, Changsha, Hunan Province.

Пример 1
Пшеницу сорта "Maris Huntsman" из Великобритании высевали на ферме Kanwondai Японского сельскохозяйственного научно-исследовательского центра в феврале и делали мужски стерильной (Japanese Journal of Breeding Science, 1993, т.43, стр.107-112). Затем ее скрещивали с фертильным сортом "Auburn" и получали семена гибрида Maris Huntsman/Auburn.

Пример 2
Пшеницу сорта "Fan 91" высевали в сентябре, на месяц раньше обычной даты сева в октябре, что вызывало мужскую стерильность. Ее скрещивали с нормальным фертильным сортом "Chuanyu 17" и репродуцировали семена гибрида пшеницы, урожайность которых на 20% превосходила урожайность контрольного сорта "Een 1".

Пример 3
Сорт карликового риса "Zhongzuo 59" высевали вместе с высоким сортом "02428". Их погружали в воду на время мейофазы, в результате чего получали мужски стерильный карликовый сорт и мужски фертильный высокий сорт. Растения скрещивали и репродуцировали гибридные семена.

Пример 4
Высокоурожайный, высококачественный сорт капусты "Xiangyoull" с высокой комбинационной способностью высевали вместе с другим высокоурожайным, высококачественным сортом "85-110" с высокой комбинационной способностью в условиях дефицита бора. Выращенные в условиях дефицита бора указанные сорта стали мужски стерильными. Подкормка сорта "85-110" бором в количестве 5 кг буры на гектар обеспечила мужскую фертильность сорта "85-110". Затем мужски стерильный сорт "Xiangyoull" был скрещен с мужски фертильным сортом "85-110" и были репродуцированы высокоурожайные высококачественные семена гибрида капусты.

Пример 5
Сорт гибрида риса "II You63" с высоким содержанием клейковины выращивали при ≥38^oС и делали мужски стерильным. Его скрещивали с другой R-линией "Се 64-7" и репродуцировали семена тройного гибрида риса.

Промышленная применимость
Изобретение позволяет осуществлять непосредственно из сортов селекцию мужски стерильной линии, которая имеет сильный гетерозис и высокий темп размножения. Репродукция семян трехлинейной мужски стерильной линии путем самоопыления вместо скрещивания может существенно снизить затраты на размножение и повысить чистоту. Кроме того, предложенный способ позволяет извлечь пользу из мужски стерильных линий или особей, которые до настоящего времени считались бесполезными.

Изобретение предназначено для использования в селекции растений. Изменение условий выращивания растений приводит к появлению у них мужской стерильности. Затем такие растения скрещивают с фертильными растениями и получают высокогетероцисные гибриды. Изменение условий выращивания растений заключается в изменении места выращивания, периода выращивания, влажности, питания, фотопериода и температурных условий. 4 з.п. ф-лы.

1. Способ получения гибридов растений, отличающийся тем, что изменяют условия выращивания сортов растений, их гибридов, линий, чтобы сделать указанные сорта, гибриды, линии мужски-стерильными, затем скрещивают полученные мужски-стерильные сорта, гибриды или линии с сортами, линиями или гибридами, обладающими мужской фертильностью или выращенными в неизменявшихся условиях, для получения гибридов или полигибридов, при этом изменение условий роста сортов растений, их гибридов, линий заключается в изменении одного или нескольких факторов их выращивания, таких, как место выращивания, период выращивания, влажность, питание, фотопериод и температурные условия, причем изменение фотопериода для сортов растений, их гибридов, линий заключается в выращивании сортов растений короткого дня, их гибридов, линий в условиях с фотопериодом, составляющим 12 ч/день и более, либо в выращивании сортов растений длинного дня, их гибридов, линий в условиях с фотопериодом меньше 12 ч/день, а изменение температурных условий для сортов растений, их гибридов, линий заключается в выращивании сортов холодолюбивых растений, их гибридов, линий, мужскистерильных линий в условиях с температурой выше 25^oС или ниже 15^oС, либо в выращивании сортов теплолюбивых растений, их гибридов, линий в условиях с температурой выше 35^oС или ниже 22^oС. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что изменение условий выращивания заключается в выращивании сортов растений, их гибридов, линий из регионов, расположенных на большой высоте или широте, в регионах, расположенных на меньшей высоте или широте, либо в выращивании сортов растений, их гибридов, линий из регионов, находящихся на малой высоте или широте, в регионах на большой высоте или широте, чтобы сделать эти сорта, гибриды, линии мужски-стерильными, после чего скрещивают полученные мужски-стерильные сорта, гибриды или линии скрещивают с сортами, гибридами или линиями, обладающими мужской фертильностью или выращенными в неизменявшихся местах, чтобы получить гибриды или полигибриды. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что изменение периода выращивания сортов растений, их гибридов, линий заключается в переносе даты высевания более чем на 10 дней вперед или назад относительно обычной даты высевания, чтобы сделать указанные сорта, гибриды, линии мужски-стерильными, после этого скрещивают полученные мужски-стерильные сорта, гибриды или линии с сортами, гибридами или линиями, обладающими фертильностью или выращенными в неизменявшихся периодах выращивания, чтобы получить гибриды или полигибриды. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что изменение условий влажности для сортов растений, их гибридов, линий заключается в выращивании сортов, гибридов, линий из влажных регионов и сортов водных растений, их гибридов, линий в засушливых условиях или в земле, соответственно, или в выращивании сортов растений, гибридов, линий из засушливых регионов в условиях высокой влажности или даже погруженными в воду, или в выращивании сортов водных растений, их гибридов или линий погруженными в воду, чтобы сделать указанные сорта, линии или гибриды мужски-стерильными, после этого скрещивают полученные мужски-стерильные сорта, линии или гибриды с сортами, линиями или гибридами, обладающими мужской фертильностью или выращенными в неизменявшихся условиях влажности, для получения гибридов или полигибридов. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что изменение условий питания сортов растений, их гибридов, линий заключается в выращивании указанных сортов, гибридов, линий в условиях дефицита или избытка питания, чтобы сделать указанные сорта, гибриды или линии мужски-стерильными, после этого скрещивают полученные мужски-стерильные сорта, гибриды или линии с сортами, гибридами или линиями, обладающими мужской фертильностью, или выращенными в условиях, в которых были изменены указанные условия дефицита или избытка питания, или в условиях, не подвергавшихся воздействию или свободных от воздействий дефицита или избытка питания, для получения гибридов или полигибридов.