植物航天育种种质辐射诱变试验研究程序.docx

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植物航天育种种质辐射诱变试验研究程序

植物航天育种试验研究程序

一、种子繁殖植物的航天育种

一般是对种子进行搭载处理，回收后进行地面种植、观察和选育。

种子繁殖植物按花器官结构与授粉方式不同，可划分为自花授粉、异花授粉和常异花授粉植物三类。

（一）自花授粉植物

自花授粉植物以水稻和小麦为例。

1、SP1代（卫星回收后当代，即第一代）

（1）种植：

种子经空间搭载后，应与地面对照种子同时播种。

尽可能做到正季播种，并适当增加株行距。

播种与苗期管理，应求精细，以保证幼苗能有较高存活率。

SP1代群体应当隔离种植，防止在种植及收获过程中发生机械混杂，也有利于防止由于经过空间搭载部分SP1植株的花粉失去授粉能力而造成田间品种间自然杂交。

实行隔离的方式大体有3种：

①空间隔离，就是把SP1代材料与同类或其它亲缘植物相隔一定的空间距离进行种植，或设法在SP1代周围设置屏障；②时间隔离，即适当提早或推迟相邻植物或SP1代材料的播种期，错开与相邻植物的花期；③机械隔离，即套袋隔离，此法隔离效果最佳，但较费工。

（2）观察：

经空间搭载的种子长出的SP1代植株会表现出一定程度的生理损伤。

观察与记载SP1代的生理损伤表现是航天诱变育种前期试验的一个重要步骤。

主要观察项目有：

发芽率、田间出苗率、存苗率、幼苗高度、株高、分蘖成穗率、抽穗开花期、成株率、育性与不育株率、结实率和形态畸变等。

（3）选择与收获：

SP1代植株由于生理损伤所致的形态变异一般不遗传。

SP1代所发生的突变大多为隐形突变，一般在当代不表现。

即使发生少数显性突变，也多以嵌合体形式存在，SP1代仍难以在整体上表现出来。

故SP1代一般不进行选择，但如遇有特殊变异类型或优异变异株，也可先行单株保留，及时套袋自交，并单株收获、保存，供SP2代种成株行，作进一步观察、选择。

有意识地利用SP1代的损伤表现与SP2代变异之间的关系，对SP1代加以归类预选，有助于提高SP2代突变体的选择机会。

对其它植株，SP1代的收获方法必须根据植物类型、选种目标、SP2群体规模、种植方法与选择方法加以确定。

对自花授粉植物，最常用的有以下三种：

①穗收法，通常每株只收主穗，SP2种成穗行。

大豆采用谱系法时，按株按枝采收，在SP2种成株行。

这种穗收法主要适用于选择以数量性状为主的突变体，如高产、优质等，也适用于稍早熟、稍矮秆等较难识别的突变体选择，采用此法为统计突变体的分离频率提供方便。

②混收法，经去伪后，对SP1代群体实行混收混脱，全部或部分种成SP2代，此法较适合亲本材料纯度较高，SP1代分蘖受到控制，以及SP1代隔离种植的材料，也适用于突变频率较低的抗病、抗逆突变体的选择，以及易于识别的特早熟、特矮秆等突变体的选择。

③一穗一粒或少粒混收法，SP1代经除伪去劣后，从每一株主穗（主枝）或低位一次分蘖穗上，或者从每一SP1代植株上随机采收1粒或少数几粒种子，收后混合，种成SP2群体。

同混收法一样，这种方法只适用于亲本纯度很高和SP1代植株分蘖受到控制的材料，以及突变性状很易识别的材料，此法要求育种工作者须有丰富的选种经验，善于从相当大的SP2代群体中识别出各种较难辨别的突变体。

由于搭载条件对种子的诱变难以在SP1代完全显现，为使有益变异材料不致漏失，建议尽可能多收SP1种子，供分批种植、观察、选择用。

2、SP2选择世代（第二代）

（1）种植：

SP1的收获方法决定SP2的种植方法，SP2代种植规模应大于SP1代。

对SP1已发现的变异，SP2应种成株系，观察记录其变异的表现及分离情况，供进一步选择。

SP1代实行单穗（株）收获的，SP2代采用穗系法或穗行法种植，即按预定的穗（株）系数及每一穗（株）的种植株数，将SP1代各个单穗（株）种植成SP2代穗（株）系或穗（株）行。

注意采用单株种植。

为了便于田间的鉴定和比较，应每隔若干穗（株）系设置一个对照区。

SP1代采用混收、一粒或少粒或者分类型混收的，SP2代应实行混播或分类型混种。

每隔一定距离插播对照材料，以利日后开展单株的鉴别与选择。

（2）观察：

大多数以种子繁殖植物的SP2代会出现多种多样的变异，所以对本代植株，应进行认真细致的观察、记录。

观察、记录项目可参照SP1的要求，应根据选种目标及创造新种质资源的要求确定观察、选择重点。

（3）选择与收获：

SP2代突变体的选择，一般以田间选择为主。

选择方法在本质上与常规育种无甚差异，所不同的是空间诱变育种须从比F2规模大得多的SP2群体中选出为数不多的突变体。

在对SP2代材料进行选择时，应尽量排除那些因SP1代损伤出现不良后遗效应的SP2代植株，外界条件所导致的性状反常的SP2代单株，以及严重畸变与高度不育的SP2代植株。

入选的SP2代突变体作为收获重点可单株全收，并应对其农艺性状作全面的调查。

对于其它正常的SP2植株，也宜随机混收或穗收一部分，到SP3继续种植观察。

3、SP3及以后世代

（1）SP2选出的单株，一般应种成株系或穗系，单行单株种植。

视植物不同，每一株（穗）系种植20-50株，用以调查突变性状的稳定程度，或供作继续选择之用。

选择时与原品种等对照材料进行比较，确定为突变株系后，先选优异突变株系，然后在入选株系中选择优异单株若干株。

其中从高度稳定的优异突变株系中选出的单株，分株混收后转入SP4代的产量预备试验和特性（抗性、品质等）鉴定试验。

根据试验结果，从SP4代的参试株系中再选出最佳株系，并在最佳株系中选出优株进行繁种。

对于突变性状尚欠稳定的突变株系，选株后在SP4代甚至SP5代仍按株系进行种植，继续选优汰劣，直至稳定，再行决选。

（2）在一般情况下，纯系种子诱变后代通过SP3代的选择，多数SP4代株系已稳定，故SP4代除了开展产量预备试验外，应同时进行种子繁殖工作，为SP5参加产量试验提供种子准备。

对其中表现遗传稳定性突出，有希望成为品种的品系，应设法加快种子繁殖速度，采用稀播栽培，异地加代繁殖等措施，加速扩繁。

（3）对已选出并稳定的优良株系，在SP4代或其后代进行有3次重复的测产试验（设原品种为对照），并对其主要农艺性状及各增产因子进行观察分析，为以后多点区域试验提供依据。

SP5要进行区域试验，大田示范，对其性状和应用潜力全面观察，为中试和品种鉴定做好准备。

（二）异花授粉植物

异花授粉植物以玉米为例。

1、SP1代（卫星回收后当代，即第一代）

（1）种植：

玉米SP1代的种植不同于一般自花授粉植物。

因玉米异花授粉，突变性状的选择必须通过连续人工自交才能分离出纯合的突变体。

SP1代是玉米空间诱变的基本群体，要选定一个适当的群体规模。

种子经空间搭载后，应与地面对照种子同时种植。

一般单粒点播，不需设置隔离区。

玉米自交系SP1代如须进行控制授粉的，也应注意隔离问题。

（2）观察：

经空间搭载的种子长出的植株会表现出一定程度的生理损伤和形态变异，一般不能遗传给后代，但对SP1代植株仍需要进行田间调查和选择。

调查项目有出苗率、成活率、株高、穗长、抽穗期和吐丝期、不育株率和畸形株率，及病虫害情况等，并与对照植株进行比较。

（3）选择和收获：

慎重选择生长正常的并表现性状优良的单株进行人工套袋授粉。

为了准确选好基本单株，在人工授粉结束后，还要对前期不能充分表现的性状，继续进行选择。

将表现抗病差、抗逆；力弱，及其它不良性状的单株，摘除纸袋和挂牌，不再收获。

入选优穗脱粒后，编号登记保存，供作SP2播种材料。

2、SP2-SP3代

一般采用自交分离和系谱选择的方法。

（1）SP1选留的自交一代（S1）单穗材料，SP2每穗种子播种一个穗行。

SP2群体规模取决于SP1材料的多少，一般每个诱变亲本SP1选留100-200个单穗。

SP2同样进行选株自交，故不需设置隔离区。

（2）根据育种目标，对SP2要在苗期、抽穗期、授粉后进行多次严格、准确的选择。

单穗收获后分别进行脱粒考种，根据穗部性状如穗长、穗粗穗轴粗、粒色、粒形和百粒重等进行选择，不好的予以淘汰。

脱粒后编系谱号，并登记主要性状，作为播种SP3的材料。

SP2选留数量应根据材料的表现而定，选择重点放在穗行中间。

每份亲本材料一般收获200-300个自交穗，经过脱粒考种，最后入选150-200份单株材料进入SP3。

（3）SP3是玉米航天育种进行分离和选择的重要世代。

SP2选留的穗系按系谱号顺序种植，SP3种植方法和SP2相同。

SP3来自同一基本株的不同穗行，互称姊妹行，用他们继续自交和选择育成的突变自交系，互称为姊妹系。

根据玉米突变育种实践，玉米的主要突变性状在SP3穗行内已基本趋向稳定，不再出现较大分离。

但SP3仍需要进行严格选择，在苗期、抽穗开花期和收获前进行多次筛选，着重穗行间的选择。

在入选穗行内，继续选择3-5株优良单株人工自交。

对入选穗行和单株的优良性状应作详细观察记载。

收获前对SP3材料进行综合评定，最后选留1/5-1/4穗行的自交穗供作下年继续选育。

3、SP4及以后世代

（1）通过SP3继续选株自交，SP4不同穗系内的植株性状已基本稳定。

SP4种植方法与SP2-SP3相同，将不同亲本材料的姊妹行按系谱号相邻排列在一起，以便于比较。

对SP4播种的穗系材料，在抽穗开花期仍需选择优良单株，每系人工自交3-5穗，作为以后选育突变自交系的材料。

这时对不同穗系的选择，一方面要注意系内的整齐度，另一方面要重视综合优良性状的选择。

（2）在SP3为测定诱变后代的配合力而配制的测交种，SP4应设置测交种比较试验，根据测交种试验结果选出配合力高的穗系。

对这些系的主要性状再进行综合评定。

如果符合育种目标并具有与原亲本不同的特点和明显的改进，则可作为突变系选出。

在SP5如果系内植株已经整齐一致，则可在系内进行混合授粉以繁育原种。

（3）选择几个在生产上和育种上常用的骨干系与突变自交系进行测配，组配成新的杂交组合，并进行新组合比较试验。

根据新组合比较试验的田间调查和产量统计分析结果，评选出少数综合性状优良，并且增产显著的组合，下年提升参加杂交种比较试验，进一步比较其优劣。

最后选出的最优良的组合参加省或大区的玉米杂交种区域试验，以验证其增产效果和地区适应性。

同时还需进行栽培试验和生产试验，形成适合其生育特点的栽培技术，经品种管理部门审定后即可在生产上推广应用。

（三）常异花授粉植物

常异花授粉植物以高粱为例。

1、SP1代（卫星回收后当代，即第一代）

（1）种植：

高粱种子经空间搭载后，应与地面对照种子同时种植。

SP1代的群体规模根据选育目标，原材料对空间环境的敏感性、目标性状出现的频率，以及SP2要求的群体数量来决定。

（2）观察：

经空间搭载的种子长出的植株会表现出一定程度的生理损伤和形态畸变，一般不能遗传。

SP1代生长期间应调查出苗率、存活率、株高、穗长、畸变株率和不育株率等，并与对照进行比较，以评价原材料对空间环境的敏感性。

（3）收获：

因植株常出现雄性不育现象，故在抽穗后应进行套袋，以防串花混杂；开花完毕后及时摘除纸袋。

成熟后，选手生长正常的单株，作为进一步选育的基础材料。

因突变多发生在主穗上，有分蘖的植株一般只收主穗，如群体较小也可收分蘖穗与主穗一起作为SP2进行系谱选择的材料。

高粱突变形成的特点是以枝梗为单位，故在脱粒时可在一个穗子的每个枝梗上收获2-3粒种子，然后将其混合，作为播种SP2的材料。

如SP2采用系谱选择法，则将收获的单株分别脱粒，装袋编号，作为SP2穗行播种之用。

如SP2采用混合选择法，可将每穗脱粒种子混合起来，作为SP2播种材料。

2、SP2代

（1）在高粱SP2代，诱发的隐性突变基因得到纯化而显现出来。

SP2代应有足够的群体规模，才能取得理想的突变选择效果。

SP2代的种植根据选择方法不同而定，系统选择法采用穗行法，混合选择法则采用混合法。

（2）对穗行法种植的SP2代，在不同生育阶段，对穗行间和穗行内植株进行观察鉴定，以发现性状变异的单株。

可先进行穗行间的选择，对发生符合育种目标性状变异的穗行，则要进行仔细选择，并注意综合性状的选择。

根据多次观察鉴定，确定选择的穗行和单株。

收获前再根据成熟情况进行筛选，将表现优良的突变单株分别收获。

考种、脱粒后，装袋编号，作为播种SP3代的材料。

在SP2代中如发现完全雄性不育单株，可用同行内的可育株进行回交，成熟后将不育株与可育株成对收获脱粒，作为选育雄性不育系的材料。

（3）对混合法种植的SP2代，在生长期间在群体中进行观察调查，以发现有利变异植株。

收获前再根据育种目标对入选单株进行筛选，入选单株分别收获脱粒，脱粒时结合考种，淘汰穗部性状不良的单穗，并分别装袋编号，作为播种SP3代的材料。

3、SP3及以后世代

（1）SP3代是突变株系趋向稳定的世代。

但对由若干基因控制的高粱性状，在SP3和以后世代还会出现分离。

SP3代按SP2系谱编号顺序种植，每系播种2行，每隔20-30个穗系播种原品种2行，以利比较鉴定性状的变异，种植方法与SP2代穗行法相同。

（2）SP3代的选择应根据育种目标先在穗行间选择，将表现综合性状优良的穗行选出，然后再在优系内选择优株。

对SP3代应加强目标性状的选择压力，优中选优。

在高粱生育的主要阶段，均要对不同穗系的群体进行仔细调查记载，收获前和脱粒时再对入选单株进行挑选，脱粒后编系谱号，作为SP4代播种材料。

一般在基本稳定的穗系中，每系选择优良单株3-5个。

对雄性不育系选育，在SP3及以后世代仍需进行回交，逐步提高不育程度，一般回交5-6代后即可育成稳定的雄性不育系。

不育系还需要进行恢复系的选择和配合力的测定，如表现高产优质和适应性强，才能配成新的高粱杂交种应用于生产。

（3）SP4代多数穗系性状基本稳定，这时应着重穗系间的选择。

表现综合性状优良，并且性状稳定一致的穗系即可入选，收获后混合脱粒，作为参加突变品系鉴定试验的材料。

对虽有分离，但有突出表现的穗系继续进行系谱选择，待后代性状稳定，可选出参加突变品系鉴定试验。

（4）通过突变品系鉴定试验选出少量产量和品质都显著好于对照品种，并具有其它优良特性如抗病性、抗旱性等的突变品系，进一步参加高粱品种比较试验和生产试验。

通过严格的试验鉴定，决选出最优良的突变系参加省或大区的高粱品种区域试验。

如突变系在区域试验中表现的丰产性、稳定性和适应性均显著优于当前推广品种，经过品种审定即可定名推广。