專利名稱：短季棉早熟不早衰性狀的生化標(biāo)記輔助育種技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)科技領(lǐng)域的農(nóng)作物育種方法，用于在雜交后代群體中選擇早熟不早衰、青枝綠葉吐白絮的短季棉新品種。
背景技術(shù)：
短季棉品種的選育成功，為解決我國(guó)棉區(qū)長(zhǎng)期以來(lái)糧棉爭(zhēng)地、爭(zhēng)季的矛盾，提高棉田的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益開(kāi)辟了廣闊的前景，由于短季棉可以避開(kāi)棉花苗期的低溫和病蟲(chóng)害，省工、省投資，經(jīng)濟(jì)效益顯著，深受棉農(nóng)的歡迎。
在短季棉育種過(guò)程中存在的主要問(wèn)題是協(xié)調(diào)好早熟和早衰的關(guān)系，早熟性是實(shí)現(xiàn)麥(油、菜)棉兩熟的關(guān)鍵，但是早熟棉花品種往往伴隨著早衰，早衰嚴(yán)重影響了棉花的鈴重、衣分和纖維品質(zhì)，給產(chǎn)量帶來(lái)嚴(yán)重的損失，生產(chǎn)急需要選育早熟不早衰熟、優(yōu)質(zhì)、豐產(chǎn)的棉花新品種。
傳統(tǒng)的短季棉育種對(duì)早熟不早衰性狀的選擇是在不甚明了基因背景的條件下，通過(guò)雜交和各種育種技術(shù)，根據(jù)分離群體的形態(tài)表現(xiàn)和育種者的經(jīng)驗(yàn)等對(duì)表現(xiàn)型選擇，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)早熟不早衰性狀的改良。由于環(huán)境效應(yīng)較易掩蓋基因效應(yīng)，因而育種者對(duì)早熟不早衰性狀的選擇是比較耗時(shí)和費(fèi)力的。因此，迫切需要建立一個(gè)提高選擇短季棉早衰不早衰性狀效率和精確度的方法。
1941年，美國(guó)遺傳學(xué)G.W.BeaDle和生化學(xué)家E.L.Tatum通過(guò)研究紅色面包霉的生化突變型，對(duì)一系列營(yíng)養(yǎng)缺陷型進(jìn)行遺傳分析，提出了“一個(gè)基因一個(gè)酶，，的假說(shuō)，創(chuàng)立了生化遺傳學(xué)。1959年C.L.Markert和F.Moller根據(jù)對(duì)幾種動(dòng)物乳糖脫氫酶的多種形式的研究，提出了用同工酶(isozyme)一詞來(lái)描述具有同一底物專一性的為同分子形式的酶，并證實(shí)了同工酶具有組織、發(fā)育及物種的特異性。因此可以作為一種遺傳標(biāo)記加以利用，并可以將編碼酶的基因通過(guò)遺傳分析定位在染色體上，又叫生化標(biāo)記或蛋白質(zhì)標(biāo)記。蛋白質(zhì)是基因表達(dá)的產(chǎn)物，與形態(tài)性狀、細(xì)胞學(xué)特征相比，數(shù)量上更豐富，受環(huán)境影響更小，能較好的反應(yīng)遺傳多態(tài)性，因此蛋白質(zhì)標(biāo)記是一種較好的遺傳標(biāo)記，已被廣泛應(yīng)用于物種起源和進(jìn)化研究、種質(zhì)鑒定、分類和抗病性篩選等領(lǐng)域。
通過(guò)對(duì)不同類型的短季棉品種進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，與短季棉早熟不早衰有關(guān)的生化物質(zhì)主要有抗氧化系統(tǒng)酶(SOD、POD、CAT)、氧化產(chǎn)物之一丙二醛含量和激素(IAA、ABA)含量。對(duì)不同品種這些生化物質(zhì)在棉株生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)期的變化及遺傳特性進(jìn)行分析表明，短季棉在發(fā)育進(jìn)程中，超氧化物岐化酶(SOD)、過(guò)氧化物酶(POD)、過(guò)氧化氫酶(CAT)和丙二醛(MDA)含量與早熟不早衰密切相關(guān)，并且受環(huán)境條件影響小，因此，將這4種生化物質(zhì)確定為短季棉早熟不早衰的生化遺傳標(biāo)記。根據(jù)這四種生化遺傳標(biāo)記與短季棉發(fā)育進(jìn)程的關(guān)系，SOD和POD酶適于棉花發(fā)育的花鈴期進(jìn)行選擇，CTA酶和MDA含量適于棉花發(fā)育的吐絮期進(jìn)行選擇。選擇大面積推廣的短季棉品種早熟早衰類型、早熟不早衰類型、晚熟類型三種，進(jìn)行早熟不早衰的生化物質(zhì)的變化規(guī)律研究。結(jié)果表明SOD酶活性為了探討三種類型的衰老特性與SOD酶之間關(guān)系，我們研究了葉片在暗處理過(guò)程中SOD酶的變化。結(jié)果表明衰老與SOD酶活性存在負(fù)相關(guān)。暗處理分0、5、11天。暗處理0、5天SOD酶的活性大小依次為晚熟類型、早熟不早衰類型、早衰類型，分別為177.3、149.7和144.2 unit/gFW，早熟不早衰類型的品種明顯優(yōu)于早衰類型品種和晚熟類型品種，暗處理11天早熟不早衰類型和晚熟類型品種的SOD酶活性最高，早熟早衰類型最低。測(cè)定大田真葉SOD酶活性，早熟不早衰類型品種的SOD酶活性前、中、后期均高于早熟早衰類型品種，說(shuō)明早熟不早衰類型品種SOD酶活性強(qiáng)且穩(wěn)定，而早衰類型品種SOD酶活性低且不穩(wěn)定，晚熟類型品種前期SOD酶活性居首位，后期次于其他類型品種。
POD酶活、CAT酶活早熟不早衰類型品種、晚熟類型品種在棉株生長(zhǎng)的前、中、后期均高于早熟早衰類型品種。
總之，早熟不早衰類型品種葉綠素、蛋白質(zhì)降解慢，SOD、POD、CAT酶活性強(qiáng)，說(shuō)明該品種抗氧化系統(tǒng)保護(hù)酶能及時(shí)清除自由基，保護(hù)細(xì)胞器、核酸、蛋白質(zhì)等物質(zhì)免受傷害，使棉株本身能充分發(fā)揮其潛能，充分利用光、溫和水，使棉株在有限的生長(zhǎng)發(fā)育期內(nèi)既早熟而又不過(guò)早衰老。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是篩選一個(gè)或幾個(gè)與短季棉早衰不早衰性狀密切相關(guān)且受環(huán)境影響較小的生化標(biāo)記，將這些標(biāo)記用于短季棉早衰不早衰性狀的育種過(guò)程中，可以加快短季棉新品種的選育進(jìn)程，選育出早熟不早衰熟、優(yōu)質(zhì)、豐產(chǎn)的棉花新品種。
確定早熟不早衰品種的生化物質(zhì)的相對(duì)選擇標(biāo)準(zhǔn)，(1)選擇范圍在親本選配方面，選擇早熟不早衰品種作親本；在雜種后代鑒定方面，因此，POD酶活的選擇應(yīng)在品系的早代進(jìn)行，CAT酶活、SOD酶活、MDA含量的選擇應(yīng)在品系的高代進(jìn)行。(2)選擇酶活量早熟不早衰品種的CAT酶活和POD酶活較早衰品種高30～50％，SOD酶活較早衰品種高5～8％，MDA含量較早衰品種低6～10％。根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)來(lái)選擇早熟不早衰的親本和后代材料。(3)選擇時(shí)間在棉株生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)期對(duì)CAT酶活、POD酶活、SOD酶活選擇應(yīng)有8月24日以后進(jìn)行，對(duì)MDA含量的選擇可在8月3日-17日。
通過(guò)生化標(biāo)記育種技術(shù)選育了中棉所16、24、27和36等短季棉新品種。這些品種生育期僅為110天左右，霜前花率90％以上；棉株體內(nèi)延緩衰老生化物質(zhì)的活性高，在全生育期進(jìn)程中，該系列品種的抗氧化系統(tǒng)酶(POD、SOD和CAT)活性始終高于早衰棉花品種，而導(dǎo)致早衰的氧化產(chǎn)物丙二醛(MDA)含量比早衰品種低，從而延長(zhǎng)葉綠素的功能，提高光合作用效率；表現(xiàn)豐產(chǎn)性突出，全國(guó)夏棉品種區(qū)試霜前皮棉產(chǎn)量較對(duì)照中棉所16增產(chǎn)14.6％～24.7％；纖維品質(zhì)綜合指標(biāo)優(yōu)良，比強(qiáng)度較對(duì)照提高1.4～2.8cN/tex，達(dá)到33.1cN/tex以上，可紡60支精梳棉紗；抗逆性強(qiáng)，該系列品種均達(dá)到高抗枯萎病、抗黃萎病水平，并兼抗根腐病、葉斑病和抗棉蚜等多抗特性。
具體實(shí)施例方式
在棉株體內(nèi)的生化物質(zhì)的最佳選擇時(shí)期由浙江大學(xué)朱軍教授的加性-顯性-母體效應(yīng)模型(ADM)分析計(jì)算，在8月3日-9月3日這個(gè)花鈴期時(shí)間段內(nèi)，不同酶的酶活表達(dá)量不同，根據(jù)該酶在某一期表達(dá)量較大，且能穩(wěn)定遺傳給后代，來(lái)確定該酶的最佳選擇時(shí)期。
CAT酶活母體效應(yīng)在這個(gè)時(shí)間內(nèi)都很明顯(遺傳方差比率為4.13％～42.63％)，達(dá)極顯著水平，并隨著棉株的生長(zhǎng)發(fā)育，顯性效應(yīng)逐漸增加，至8月24日以后最大(遺傳方差比率為61.73％)，達(dá)極顯著水平，而加性效應(yīng)較小，至9月3日才測(cè)到加性效應(yīng)(遺傳方差比率為27.41％)。
POD酶活在8月3日～8月17日這個(gè)時(shí)間段內(nèi)以顯性效應(yīng)為主(遺傳方差比率為62.81％～72.70％)，達(dá)極顯著水平，8月17日以后即棉株生長(zhǎng)后期(9月3日)以母體效應(yīng)為主(遺傳方差比率為16.81％～45.44％)，在8月24日以后加性效應(yīng)才檢測(cè)出來(lái)(遺傳方差比率為43.03％～27.30％)。
SOD酶活在這個(gè)時(shí)間段內(nèi)以母體效應(yīng)主，母體效應(yīng)隨著棉株的衰老越來(lái)越明顯(遺傳方差比率為16.82％～40.13％)，達(dá)極顯著水平；顯性效應(yīng)在8月17日達(dá)最大，為64.82％，以后逐漸降低，至9月3日，SOD酶活顯性效應(yīng)又較明顯；隨著棉株的衰老，SOD酶活加性效應(yīng)至9月3日才檢測(cè)到，為18.51％，達(dá)顯著水平。
丙二醛(MDA)含量的遺傳變化，表明MDA含量在這個(gè)時(shí)間內(nèi)以母體效應(yīng)為主(遺傳方差比率為19.31～46.87％)，一直處于極顯著水平；其次為顯性效應(yīng)(遺傳方差比率為7.70～45.80％)，隨著棉株的衰老顯性效應(yīng)逐漸增加；MDA含量也存在著一定的加性效應(yīng)，在8月3日和8月17日最大，分別為37.51％和58.62％，達(dá)極顯著水平。
由此，在8月3日-9月3日這個(gè)花鈴期時(shí)間段內(nèi)，對(duì)抗氧化系統(tǒng)酶(CAT、POD、SOD)選擇最好在8月24日以后進(jìn)行，而對(duì)MDA的選擇在8月3日～8月17日，這樣選擇效果較好。
以利用本發(fā)明選育的中棉所24和27來(lái)介紹進(jìn)行實(shí)施方案親本選配收集國(guó)內(nèi)外優(yōu)良種質(zhì)、鑒定、篩選可利用的優(yōu)良材料。選擇綜合性狀優(yōu)良早熟不早衰品種為親本，尤其選擇早熟不早衰品種做母本。中棉所24以豐產(chǎn)、抗病、適應(yīng)性廣的早熟不早衰品種中343為母本，以高強(qiáng)力的優(yōu)質(zhì)材料(中10×美B早)n代為父本進(jìn)行雜交，將美國(guó)品種的高強(qiáng)、優(yōu)質(zhì)性狀轉(zhuǎn)入國(guó)內(nèi)自育中間材料，使之重組，育成早熟不早衰、優(yōu)質(zhì)、多用型的新種系中621。中棉所27以具有美B早為親緣的早熟優(yōu)質(zhì)新晶系中0710為母本，與出苗快、長(zhǎng)勢(shì)旺、抗病性好的中5427為父本雜交，雜種后代進(jìn)行南繁加代和異地選擇。
后代選擇在F2～F3分別進(jìn)行POD酶活的選擇，F(xiàn)4～F7分別進(jìn)行CAT酶活、SOD酶活、MDA含量的選擇。選擇標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)早熟不早衰品種的CAT酶活和POD酶活較早衰品種高30～50％，SOD酶活較早衰品種高5～8％，MDA含量較早衰品種低6～10％。同時(shí)采用生態(tài)適應(yīng)性鑒定。高世代品系同時(shí)在黃河流域、西北內(nèi)陸棉區(qū)進(jìn)行不同生態(tài)區(qū)生態(tài)適應(yīng)性鑒定。同時(shí)進(jìn)行抗病鍛煉與選擇。F2代在本所試驗(yàn)地和病圃進(jìn)行抗性鍛煉，增加選擇壓力；F3、F5代在海南加代并選育，選擇目標(biāo)以早熟為前提，兼顧鈴數(shù)、鈴重與衣分諸因素的協(xié)調(diào)與多菌系下的抗性表現(xiàn)。從而確定早熟不早衰新品系中621和中5427參加全國(guó)和不同省的區(qū)域和生產(chǎn)試驗(yàn)，兩品系都表現(xiàn)早熟不早衰、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、抗病，通過(guò)全國(guó)和河南省審定。
生化標(biāo)記的測(cè)定方法見(jiàn)中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院“碩士學(xué)位論文”關(guān)于“短季棉早熟不早衰生化機(jī)制及遺傳研究”論文中第11頁(yè)關(guān)于“2.3生理生化測(cè)定”一節(jié)。
權(quán)利要求
一種短季棉早熟不早衰性狀的生化標(biāo)記輔助育種技術(shù)，其特征在于確定早熟不早衰品種的生化物質(zhì)的相對(duì)選擇標(biāo)準(zhǔn)(1)選擇范圍在親本選配方面，選擇早熟不早衰品種做親本；在雜種后代鑒定方面，POD酶活的選擇應(yīng)在品系的早代進(jìn)行，CAT酶活、SOD酶活、MDA含量的選擇應(yīng)在品系的高代進(jìn)行。
(2)選擇酶活量早熟不早衰品種的CAT酶活和POD酶活較早衰品種高30～50％，SOD酶活較早衰品種高5～8％，MDA含量較早衰品種低6～10％CAT。根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)來(lái)選擇早熟不早衰的親本和后代材料。
(3)選擇時(shí)間在棉株生長(zhǎng)發(fā)育期對(duì)CAT酶活、POD酶活、SOD酶活選擇應(yīng)在8月24日以后進(jìn)行，對(duì)MDA含量的選擇應(yīng)在8月3日-17日。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種短季棉早熟不早衰形狀的生化標(biāo)記輔助選擇方法。發(fā)明涉及的生化標(biāo)記為超氧化物岐化酶(SOD)、過(guò)氧化物酶(POD)、過(guò)氧化氫酶(CAT)和丙二醛(MDA)含量，其選擇方法是選擇早熟不早衰親本進(jìn)行雜交，以SOD、POD、CAT三種酶關(guān)鍵時(shí)期活性的相對(duì)高低作為選擇標(biāo)記，對(duì)雜交后代的群體從F
文檔編號(hào)A01H1/02GK1582637SQ20031011022
公開(kāi)日2005年2月23日 申請(qǐng)日期2003年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月16日
發(fā)明者喻樹(shù)迅, 宋美珍, 范術(shù)麗, 原日紅, 黃禎茂 申請(qǐng)人:中國(guó)農(nóng)科院棉花研究所