[00334065]大麦小孢子育种技术与"花11"的选育及应用

随着我国人民生活水平的逐步提高,中国的啤酒业将进一步发展,啤麦市场的需求量巨大,每年耗费巨资大量进口啤麦的局面必将逐步改变,国产啤麦的发展必将加快。大麦是啤酒工业的主要原料,大麦的籽粒品质决定了麦芽的品质性状,麦芽品质是决定啤酒质量的主要因素。上海市郊沿海地区和崇明岛地区拥有成片的含盐土壤,邻近的江苏、浙江沿海地区也拥有大量的含盐土壤另外,次生盐渍化土壤面积正不断扩展。这些地区也是大麦的主栽区。培育耐盐性强,优质的大麦品种,既能改良盐渍化土壤,又能生产更多啤酒和饲用原料。同时,可以增加上海市周年的绿色面积,改进环境质量。在当前可耕地资源日益减少的严峻形势下,充分提高土地利用率具有重要的政治意义和经济价值。氮肥是农作物的主要营养元素,大量的施用会造成严重的环境污染,上海的小河已大面积污染,一些大河也受到不同程度的污染,给上海市民的身体健康造成很大的危胁。培育耐低氮品种必将降低氮污染,同时,降低农本,提高农户收入。由于当今常规育种技术的某些局限性,其难度愈来愈大。急需采用全新的育种理念和更有效的育种技术,以适应农业生产发展的需要。与常规育种技术和植株水平的筛选相比,离体胁迫筛选技术具有增强育种方向性、不受时间和季节限制和节省空间、人力的优越性。小孢子培养是真正意义上的细胞培养系统,且是单倍体、单细胞系统,其所形成的再生植物全部为单倍体或加倍单倍体。并且,更容易获取多个目的基因重组的个体。通过培养F1小孢子（F2群体）,在培养过程中给予逆、病、营养、生长等胁迫处理,可以获得携带相应抗性基因的再生加倍单倍体（DHs）植株,所有基因一次性纯合,经过大田一次性筛选,即可获得理想的纯合株系。小孢子育种技术的研发,必将大大地提升中国在大麦种质创新,新品种选育与相关核心育种技术上的国际竞争力。在种植优良啤酒大麦品种的前提下,为获得良好的啤酒大麦必须执行适宜的栽培措施（良种良法）,方能保证啤酒大麦的优良品质。 植物细胞全能性科学原理是本研究的核心理论依据。小孢子细胞内只有一套染色体（基因）,单倍体细胞内基因发生的任何变化,可以通过染色体加倍一次性纯合。F1花药中含有丰富多样的基因重组配子体（小孢子）,小孢子水平的耐逆性定向筛选,可以提高目标配子体的捡出率,经染色体加倍后,所获的基因可一次性纯合,其控制性状的遗传稳定性高,便于田间的一次性定向选择。花粉植株经染色体加倍成纯合双单倍体（DHs）后所有基因都已纯合,理想的等位基因不会在以后的世代中由于分离而丢失,可以避免杂种后代的严重分离,从而加速性状重组过程,缩短育种年限,使各种隐性性状得以表现出来,以致可以在配子体水平上进行优良基因的筛选,极大地提高选择效率,尤其可以提高主效基因控制的质量性状和多基因控制的数量性状的选择效率。 首次报道采用培养基中添加完整离体小花可以明显提高大麦游离小孢子培养胚状体诱导及植株再生率;以小孢子胁迫筛选培养方法为核心技术,结合传统育种手段,研制成大麦小孢子育种技术;依托小孢子培养技术,发明了小孢子水平耐盐和耐低氮筛选方法;国际上首次利用小孢子育种方法育成优良啤酒大麦品种“花11”; 首次阐明培养基中添加完整小花明显提高大麦游离小孢子培养脱分化、再分化的可能机理;明确了NaCl胁迫下,幼苗生长量的差异与相关生理生化指标变化的联系;证实了低氮胁迫下,苗期相关生长指标与籽粒产量呈显著正相关,为早期鉴定耐低氮性提供了理论上的支持;揭示了小孢子培养过程中耐NaCl和氮素胁迫能力与植株水平耐盐、耐低氮能力之间的相关性;与花药胁迫培养筛选方法相比,该方法的灵敏度更高,更易筛选出抗性变异体,经染色体加倍后,抗性变异体的纯合率达100%;与花药培养技术相比,游离小孢子脱离了花药壁的保护,直接置于离体培养环境,诱导形成的胚状体和再生植株的抗逆性比花药培养的更强;不同生态地区的适宜栽培方法,可以最大程度地挖掘该品种的优良特性。国家一级查新机构的结论认为本研究成果总体水平达国际先进。