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专利名称:作物花药的绝育方法
技术领域:
本发明属于生物学和农业领域,更准确地说是涉及在选种和良种繁育过程中采用的作物花药的绝育方法。
世界上目前正在解决使农业集约化的任务,特别是广泛应用第一代杂交种来提高谷类、饲料、蔬菜及经济作物的产量。由于杂交效果这些杂交种产量高于其亲本型(超过25%~30%),产品质量好。一种培育新的杂交种的方法是以“细胞质雄性不育-恢复育性”体系为基础的。这种方法建立在长期的(进行12~14年)复杂育种工作的基础上。育种工作包括育成不育相似系、不育保持系和育性恢复系。最有前途的方法是采用化学绝育剂(杀配子剂)使作物花药绝育。采用杀配子剂比采用“细胞质雄性不育性”体系经济得多,因不需育成不育相似系-母本型保持不育相似系与父本型育性恢复相似系。实践中第一代杂交种子可以在始本形态的选种研究过程中获得,也可在组织杂交种子的工业生产时获得。
目前已制备出将近200种可杀灭配子活性的化合物。按它们本身的结构,属于各类化学的化合物。在保持卵细胞生命力的情况下,杀配子剂应能在被处理的作物中引起完全的雄性不育性,并能在自由授粉的情况下保证相当高的结实性(最好不低于对照物的70%)。它们的植物毒性与对温血动物的毒性应当是最低限度的。
已知几种使谷类作物花药绝育的方法(Л·ДЖ·尼盖尔,作物生长调节剂,在农业中的应用,莫斯科,“穗”,28~31页;SU-A-906457)。其实质是用绝育剂对作物进行处理,如用双-***乙基磷酸(乙烯利)、顺丁烯二酸酰肼、双-(聚***烷基)-磷酸,及它们的盐类等等。用苏联国产的绝育剂在器官生成的第五和/或第六阶段对作物进行处理(按Ф·М·库别尔曼)。
在器官生成的第五阶段花的发生和分化过程就开始了。在这个阶段的终了,新生体-孢原组织形成。在这个阶段花的雄蕊、雌蕊和花被器官的胚原基发育。在第五阶段可以观察到雄蕊原始体开始分化为花丝和雌蕊。第六阶段是花形成的过程(小和大孢子发生)。在这个阶段通常会形成分隔的单核花粉丝(Φ·М·库别尔曼,“植物形态生理学”,莫斯科,“高等学校”,1973,30-36页)。
还有另一种使禾本科作物花药绝育的已知方法(GB-A-1567153),就是在出现第二节间到抽穗期间对本科类作物进行绝育剂处理,采用杂环化合物作为绝育剂。这类化合物中有代表性的为2-羧基-3,4-***吡咯烷或2-甲氧羰基-3,4-***吡咯烷。上述化合物与稀释剂及表面活性剂配合使用。
本发明的基本任务是通过挑选绝育剂提出一种能以高的绝育效果大范围地使作物的花药绝育并能在自由授粉的情况下保持种子的高结实率的方法。
该任务是这样解决的在所推荐的作物花药绝育方法中,采用绝育剂与稀释剂配合使用,在器官生成的第五和/或第六阶段对作物进行处理。根据本发明用作绝育剂的是硫羰基酸和/或其衍生物,这些衍生物的通式为RXR1,其中X为S、SO2,R为(CH2)4CO2H、(CH2)4CO2Na、(CH2)4CO2K、(CH2)4CO2H9、(CH2)4CO2C8H17、C10H21,R1为(CH2)4CO2H、(CH2)4CO2Na、(CH2)4CO2K、(CH2)4CO2C4H9、(CH2)4CO2C8H17。绝育剂可以与任何已知的适当的稀释剂配合使用,~2%的水的乳化液。用上述绝育剂进行处理的作用最好是禾本科作物或向日葵。
所推荐的方法能使作物得到完全的雄性不育性(98%~100%)并保持超过70%的高百分比种子结实率。在不利的气候条件下为了保证花药高度绝育,在器官生成的第五和/或第六阶段对作物再一次进行处理(按库别尔曼)。
所申请的方法以下述方式实现将作物如冬小麦和春小麦、二倍体和四倍体的黑麦、小黑麦、黍、向日葵、禾本科草本植物用绝育剂进行处理。采用前述硫羰基酸和/或其衍生物作为绝育剂。
硫羰基酸或其衍生物可与任何适用的稀释剂配合使用,水是比较合适的稀释剂,~2%的水的乳化液。
如果愿意还可在工作液中加入任意的天然表面活性剂。将处理液向作物喷涂时通常向工作液中加入某些已知的辅助添加剂,例如湿润剂、分散剂、粘结剂。
可以用各种处理方法将绝育剂喷涂在作物上,例如水力喷撒、空气喷撒(气溶胶)。用绝育剂对作物进行处理在器官生成的第五和/或第六阶段时进行(按库别尔曼)。绝育剂的剂量取决于化合物的性质、被处理的作物、处理时的生长阶段和自然气候因素。在不利的气候条件下为了保证很高的绝育效果最好在器官生成的第六阶段对作物再次进行处理。~20公斤/公顷。
所有的这些推荐的作为绝育剂的硫羰基酸或其衍生物都曾在动物身上作过毒性试验。试验结果表明上述化合物是低毒性的或中等毒性的。例如二(2-乙基己基醚)δ,δ′-硫叉二戊酸(тиодивАлЕриАновАяКИСЛОТА)对家鼠的半数致死量大于2000毫克/公斤,对于其它的化合物该半数致死量值位于同样水平。
在田间条件下在大小为10米2的不同土壤-气候的小块区域内进行了3~4次的多次重复试验,所推荐的绝育剂显示出可杀灭配子活性。每一种绝育剂都进行了不少于五年的试验。
对器官经历的各个生成阶段进行细胞学检控。用绝育剂对作物进行处理进行于库别尔曼所述的器官发生的第五阶段初期。
随着抽穗,用油纸隔离袋将主穗和其它层隔离。对于小麦和小黑麦采用单个的隔离袋。对于黑麦则从5至7排并排种植的作物上各取一穗放入一个公共的隔离袋。对于黍,每一个圆锥花序都单独隔离。对于小麦、黑麦、小黑麦和黍计算不育性的百分比(X)按下式进行X=〔1-(在隔离袋作用下被处理的作物结实的种子数)/(在隔离袋作用下未进行处理的对照作物结实的种子数)〕×100%假定对照作物的未被隔离的穗中的种子在自由授粉情况下的结实量达100%。
为了获得准确的数据,对于小麦和小黑麦每次采用20~25个隔离袋进行重复试验,而对于黑麦和黍则采用10~15个。
为了检查用化学药剂使向日葵花粉不育的情况,对于每一种化合物每次采用45株受处理作物进行重复试验。其中15株隔开用于自花授粉,另外15株作物的花盘用混合花粉授粉,混合花粉是在20~25个受处理并隔离的花盘中收集起来的。剩下的15株作物任其自由授粉,为的是检查父本型瘦果结实能力。
向日葵作物的雄性不育性是根据结实率和花粉生命力的结果来判断,并根据花粉生产率、瘦果形态特点以及根据用未处理的父本型花粉对已处理的隔离作物授粉时种子的结实能力来判断。卵细胞的生命力根据作父本型自由授粉处理的作物种子的结实能力来确定。
对作物进行处理最好在晴朗无风的天气进行。全部化合物在处理后的4小时内完全渗入作物的组织。在这4小时内如果降雨,在器官生成的第六阶段必须对作物再一次进行处理。
为了更好地理解本发明在下面列举出本方法的实施例。
硫羰基酸和它们的衍生物用已知的方法制取。至于二(2-乙基己基醚)δ,δ′-硫叉二戊酸可以用制取二(H-丁醚)δ,δ′-硫叉二戊酸的类似方法制取。
例1在器官生成的第五阶段,用背负式喷雾器将2%的δ,δ′-硫叉二戊酸的水乳化液对“米罗诺夫808”品种的冬小麦作物进行喷射处理。%(质量)的C12-C14烷基苯磺酸钙作为乳化剂。%(质量)的二甲亚砜作为辅助剂。制剂的消耗量为20公斤/公顷。以用不带绝育剂的稀释剂处理的作物作为对照物。
其结果列于表1,在器官生成的第六阶段对“米罗诺夫808”品种的冬小麦进行处理时,得到了同样的结果。
例2~8与在例1中描述的过程相仿。绝育剂采用δ,δ′-硫叉二戊酸的钠盐、δ,δ′-砜基二戊酸、δ,δ′-砜基二戊酸的钠盐、δ,δ′-砜基二戊酸的钾盐、二(H-丁醚)δ,δ′-硫叉二戊酸、4-羧丁基癸基硫醚、二(2-乙基己基醚)-δ,δ′-硫叉二戊酸的2%的水乳化液。试验结果列入表1。在器官生成的第六阶段时对“米罗诺夫808”品种的冬小麦进行处理时,得到了同样的结果。
例9-11在器官生成的第五阶段(按库别尔曼),用二(2-乙基己基醚)δ,δ′-硫叉二戊酸、4-羧丁基癸基硫醚、二(H-丁醚)δ,δ′-硫叉二戊酸的2%的水乳化液对“科拉尔”品种的冬小麦作物进行处理。%(质量)的C12-%(质量)的硫酸十二烷酯。制剂的消耗量为12公斤/公顷。以用不带绝育剂的稀释剂处理的作物作为对照物。
试验结果列于表2。
在器官生成的第六阶段处理“科拉尔”冬小麦时得到了相同的结果。
例12-14在器官生成的第五阶段(按库别尔曼),用4-羧丁基癸基硫醚、二(2-乙基己基醚)-δ,δ′-硫叉二戊酸、δ,δ′-砜基二戊酸的2%的水乳化液对“果尔捷弗尔米耶12303”冬小麦作物进行处理。%(质量)的C12-%(质量)的甲酰替二甲***。制剂的消耗量为16公斤/公顷。以用不带绝育剂的稀释剂处理的作物作为对照物。
试验结果列于表3,在器官生成的第六阶段,对“果尔捷弗尔米耶12303”冬小麦进行处理时得到了相同的结果。
例15-22在器官生成的第五阶段(按库别尔曼)用δ,δ′-硫叉二戊酸、δ,δ′-硫叉二戊酸的钠盐、δ,δ′-砜基二戊酸、
δ,δ′-砜基二戊酸的钠盐、δ,δ′-砜基二戊酸的钾盐、二(H-丁醚)δ,δ′-硫叉二戊酸、4-羧丁基癸基硫醚、二(2-乙基己基醚)δ,δ′-硫叉二戊酸的1%的水乳化液对“莫斯科35”品种的春小麦作物进行处理。%(质量)的C12-%(质量)的二甲亚砜。制剂消耗量为6公斤/公顷。以用不带绝育剂的稀释剂处理的作物作为对照物。
试验结果列于表4。在器官生成的第六阶段处理“莫斯科35”冬小麦时,得到了同样的结果。
例23~25在器官生成的第五阶段(按库别尔曼),用δ,δ′-砜基二戊酸、4-羧丁基癸基硫醚、二(2-乙基己基醚)δ,δ′-硫叉二戊酸的1%的水乳化液对“祖国”品种春小麦作物进行处理。%(质量)的C12-%(质量)的四氢呋喃。制剂消耗量为6公斤/公顷。以用不带绝育剂的稀释剂处理的作物作为处理物。
试验结果列于表5。在器官生成的第六阶段的“祖国”品种的春小麦进行处理时,得到相同的结果。
例26-27在器官生成的第五阶段(根据库别尔曼),用二(H-丁醚)δ,δ′-硫叉二戊酸、二(2-乙基己基醚)δ,δ′-硫叉二戊酸的1%的水乳化液对“哈尔科夫9”春小麦作物进行处理。%(质量)的C12-%(质量)的乙二醇。制剂消耗量为8公斤/公顷。以用不带绝育剂的稀释剂处理的作物作为对照物。
试验结果列于表6,在器官生成的第六阶段对“哈尔科夫9”春小麦进行处理时得到了同样的结果。
例28-31在器官生成的第五阶段(按库别尔曼),用δ,δ′-硫叉二戊酸的钠盐、二(H-丁醚)δ,δ′-硫叉二戊酸、4-羧丁基癸基硫醚、二(2-乙基己基醚)δ,δ′-硫叉二戊酸的1%的水乳化液对“波达尼奇4”春小麦作物进行处理。%(质量)的C12-%(质量)的硫酸十二烷酯。制剂消耗量为6公斤/公顷,用不带绝育剂的稀释剂处理的作物作为对照物。
试验结果列于表7。在器官生成的第六阶段处理“波达尼奇4”小麦时得到相同的结果。
例32-36在器官生成的第五阶段(按库别尔曼)用δ,δ′-砜基二戊酸、δ,δ′-砜基二戊酸钾盐、二(H-丁醚)δ,δ′-硫叉二戊酸、二(2-乙基己基醚)δ,δ′-硫叉二戊酸、4-羧丁基癸基硫醚的1%的水乳化液对“丘尔班”品种二倍体黑麦作物进行处理。%(质量)的C12-%(质量)的二甲亚砜。制剂消耗量为10公斤/公顷。用不带绝育剂的稀释剂处理的作物作为对照物。
试验结果列于表8
例37-43在器官生成的第五阶段(按库别尔曼),用二(H-丁醚)δ,δ′-硫叉二戊酸、4-羧丁基癸基硫醚、δ,δ′-
硫叉二戊酸钠盐、二(2-乙基己基醚)δ,δ′-硫叉二戊酸、δ,δ′-砜基二戊酸、δ,δ′-砜基二戊酸钠盐、δ,δ′-砜基二戊酸钾盐的1%水乳化值对“出升2”二倍体黑麦作物进行处理。%(质量)的C12-%(质量)的四氢呋喃。制剂消耗量为6公斤/公顷。以用不含绝育剂的稀释剂处理的作物作为对照物。
试验结果列于表9。在器官生成的第六阶段处理“出升2”二倍体黑麦时,得到相同的结果。
例44-50在器官生成的第五阶段(按库别尔曼),用二(H-丁醚)δ,δ′-硫叉二戊酸、δ,δ′-硫叉二戊酸、δ,δ′-硫叉二戊酸钠盐、4-羧丁基癸基硫醚、δ,δ′-砜基二戊酸、δ,δ′-砜基二戊酸钾盐、二(2-乙基己基醚)δ,δ′-硫叉二戊酸的1%水乳化液对“杂交种1861/79”二倍体黑麦作物进行处理。%(质量)的C12-%(质量)的甲酰替二甲***。制剂消耗量为8公斤/公顷。以用不含绝育剂的稀释剂处理的作物作为对照物。
试验结果列于表10
例51-58在器官生成的第五阶段(根据库别尔曼)用δ,δ′-硫叉二戊酸、δ,δ′-硫叉二戊酸的钠盐、δ,δ′-砜基二戊酸、δ,δ′-砜基二戊酸钠盐、δ,δ′-砜基二戊酸钾盐、二(H-丁醚)δ,δ′-硫叉二戊酸、二(2-乙基己基醚)δ,δ′-硫叉二戊酸、4-羧丁基癸基硫醚的1%的水乳化液对