高温恢复百合远缘杂种育性的方法与设备

技术领域

本发明涉及植物育种技术领域，尤其涉及一种高温恢复百合远缘杂种育性的方法与设备。

背景技术

百合属于百合科(Liliaceae)百合属(Lilium)植物，是世界上重要的球根类花卉，其花大色艳，花姿奇特，是世界名花之一，在园林、盆花，特别是鲜切花等方面被广泛应用，深受喜爱。在中国，百合花属于高档切花，销售价格明显高于其它的切花品种，近几年通过麝香百合与亚洲百合、喇叭百合与东方百合的远缘杂交所获得的LA和OT型百合由于其高抗性和丰富的色彩而深受市场亲睐。

因此，种间远缘杂交是培育百合新品种的重要手段和育种趋势，其优势在于可以结合亚洲百合、麝香百合、东方百合和喇叭百合的园艺特性，将来自不同百合基因组的有价值的园艺性状组合或导入杂交品种中。然而大部分远缘杂种由于遗传组成相距较大，染色体在减数分裂过程中不能正常的配对和分离而表现出高度的不育，难以用于百合进一步改良和渐渗育种。因此，如何恢复远缘杂种育性，就成为培育优良百合远缘杂种新品种的瓶颈问题。

发明内容

本发明提供一种高温恢复百合远缘杂种育性的方法与设备，旨在解决传统技术中百合远缘杂种不育，育种周期长的问题，并通过针对性处理解决高温影响植株整体发育进程和植株体型高大的问题。

第一方面，本发明提供一种高温恢复百合远缘杂种育性的方法，包括：

选择百合花蕾中处于减数分裂前期Ι-中期Ι的花蕾为待处理花蕾；

根据各待处理花蕾的性状特征，分别确定加热袋的形状与尺寸；

将各所述加热袋安装于对应的所述待处理花蕾上；

按照预设的加热温度以及加热时间对各所述待处理花蕾依次进行高温加热处理，以获得可育花粉。

进一步地，在选择百合花蕾中处于减数分裂前期Ι-中期Ι的花蕾为待处理花蕾之前还包括：建立百合花蕾的小孢子母细胞发育阶段与百合花蕾外部形态特征的对应关系，以便依据花蕾外形选择处于减数分裂前期Ι-中期Ι的花蕾。

进一步地，在将各所述加热袋安装于对应的所述待处理花蕾上之后还包括：密封所述加热袋，以使所述加热袋内形成密闭空间。

进一步地，在密封所述加热袋，以使所述加热袋内形成密闭空间之后还包括：在百合枝干上设置支撑棍和束线带，以固定各所述加热袋的连接线路。

进一步地，各所述待处理花蕾的加热温度为40℃-44℃，加热时间为4h-6h。

本发明进一步提供一种高温恢复百合远缘杂种育性的设备，包括：

多个加热袋，各所述加热袋内设置有加热腔，各所述加热腔内设有加热器以及温度传感器；

温控仪，分别与各所述加热器以及各所述温度传感器电连接，用于控制各所述加热袋内的加热温度；以及，

电池，与所述控制仪、各所述加热器以及各所述温度传感器电连接。

进一步地，所述加热袋内依次设有保温层以及防火隔热层。

进一步地，所述加热件设为加热片，所述加热片设于所述保温层，所述温度传感器设于所述加热片上。

进一步地，各所述加热袋上设有与所述加热腔连通的开口，各所述开口处设有密封条，所述密封条用于封闭所述开口。

进一步地，所述电池还电连接有光耦隔离继电器。

本发明提供的高温恢复百合远缘杂种育性的方法，通过设置不同形状以及尺寸的加热袋，能够适配于不同大小和生长形态的百合花蕾，能针对性选择对应生长发育阶段的百合花蕾进行加热处理，对于百合等花蕾发育不一致、茎秆柔弱的草本植物，具有操作简单、毒害性小、成本低廉、落蕾率低、恢复百合育性成功率较高的优点。本发明通过对百合花蕾加热诱导，产生高达36.64％的可育花粉，实现了育性恢复，可直接用于杂交育种授粉或用于培育回交一代杂种；此外，本发明提供的高温恢复百合远缘杂种育性的方法能够在恢复百合育性的基础上进一步缩短百合回交一代的育种时间，并促进百合的基因渐渗和突变，丰富百合遗传组成。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的高温恢复百合远缘杂种育性的方法的流程示意图；

图2为实施例一中花粉的显微镜照片(红色为经处理后恢复育性的花粉，其余深棕色为不育花粉)；

图3为实施例二中花粉的显微镜照片；

图4为实施例三中花粉的显微镜照片；

图5为实施例五中花粉的显微镜照片；

图6为对比例一中花粉的显微镜照片；

图7是本发明提供的高温恢复百合远缘杂种育性的设备的结构示意图；

图8是图7中加热袋的正视图结构示意图；

图9是图7中加热袋的剖视图结构示意图；

图10是图7的局部结构示意图；

附图标记：1：高温恢复百合远缘杂种育性的设备；2：加热袋；3：加热腔；4：加热片；5：温度传感器；6：保温层；7：隔热层；8：电池；9：温控仪；10：多路光耦隔离继电器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

下面结合图1-图10描述本发明的高温恢复百合远缘杂种育性的方法与设备。

首先，本发明提供一种高温恢复百合远缘杂种育性的方法，包括：

S10、选择百合花蕾中处于减数分裂前期Ι-中期Ι的花蕾为待处理花蕾；

S20、根据各待处理花蕾的性状特征，分别确定加热袋的形状与尺寸；

S30、将各所述加热袋安装于对应的所述待处理花蕾上；

S40、按照预设的加热温度以及加热时间对各所述待处理花蕾依次进行高温加热处理，以获得可育花粉。

对于大部分远缘杂种，由于染色体在减数分裂过程中不能正常的配对和分离而表现出高度的不育，限制了其进一步的改良和百合的渐渗育种。因此，如何恢复远缘杂种的育性，成为培育优良百合远缘杂种新品种的瓶颈问题。鉴于此，本发明提供的一种高温恢复百合远缘杂种育性的方法，通过高温对百合花蕾进行处理，能够恢复远缘杂种百合的育性。

具体地，在实验的初期需要首先需要确定百合上的待处理花蕾，本发明选择百合处于减数分裂前期Ι-中期Ι的花蕾为待处理花蕾，具体可以通过采集花蕾中的花药，通过制片观察小孢子母细胞是否处于减数分裂前期Ι-中期Ι，本发明对此并不加以限定。

传统技术中对草本花卉的高温处理方法通常是将草本花卉整株置于加热的温室或者培养箱内，然而草本花卉的各个部位会存在加热不均匀的情况，且草本花卉在长时间加热过程中可能会发生死亡。进一步地，由于本发明需要对百合花蕾进行高温加热处理，在本发明提供的方法中，针对百合花蕾各个花蕾发育阶段不一致的情况，提供了分别进行处理的手段，且针对百合花蕾枝条较为柔软，花蕾较为娇嫩的特点，提供了加热袋此类加热部件，加热袋较为轻便，可以方便地安装于花蕾之上，防止对花蕾造成伤害。且由于百合花蕾的形状和大小不同，因此可根据待处理花蕾的特性设置不同的加热袋与其匹配，如此可以将花蕾严格地包裹于加热袋中。

在本发明提供的技术方案中，通过加热袋可以分别对百合的每个待处理花蕾进行加热，且可分别控制加热温度和加热时间，有利于对不同的待处理花蕾进行针对化处理，整个方法流程简单且成功率较高，可以显著提高针对百合高温恢复育性处理的效率和实验的成功率；此外，需要说明的是，针对减数分裂前期Ι-中期Ι的待处理花蕾，可以对不同的待处理花蕾设置不同的加热温度和加热时间，以形成处理的温度梯度以及时间梯度，从而根据实验效果，在上述温度梯度以及时间梯度中获取最佳的实验条件。

本发明提供的高温恢复百合远缘杂种育性的方法，通过设置不同形状以及尺寸的加热袋，能够适配于不同大小和生长形态的百合花蕾，能针对性选择对应生长发育阶段的百合花蕾进行加热处理，对于百合等花蕾发育不一致、茎秆柔弱的草本植物，操作简单，毒害性小，成本低廉，落蕾率低，恢复百合育性成功率较高。本发明通过对百合花蕾加热诱导百合花蕾产生高达36.64％的可育花粉，恢复其育性，可直接用于杂种育种授粉或用于培育回交一代杂种；此外，本发明提供的高温恢复百合远缘杂种育性的方法能够在恢复百合育性的基础上进一步缩短百合回交一代的育种时间，并促进百合的基因渐渗和突变，丰富百合遗传组成。

进一步地，在S10、选择百合花蕾中处于减数分裂前期Ι-中期Ι的花蕾为待处理花蕾之前还包括：S100、建立百合花蕾的小孢子母细胞发育阶段与百合花蕾外部形态特征的对应关系，以便依据花蕾外形选择处于减数分裂前期Ι-中期Ι的花蕾。

在本发明提供的技术方案中，可通过建立百合花蕾的小孢子母细胞发育阶段与百合花蕾外部形态特征的对应关系，即可以依据花蕾外形选择处于减数分裂前期Ι-中期Ι的花蕾。具体地，可以采集多个具有代表性的不同形态花蕾内的花药，通过制片观察其小孢子母细胞发育阶段，即可以统计建立出百合花蕾的小孢子母细胞发育阶段与百合花蕾外部形态特征的对应关系。请参阅下表，为常见的百合花蕾长度、花药长度以及对应的小孢子母细胞发育阶段的对照表。

表1.OT百合‘Black Beauty’花蕾长度与小孢子母细胞减数分裂进程的相关性

进一步地，在S40、将各所述加热袋安装于对应的所述待处理花蕾上之后还包括：S200、密封所述加热袋，以使所述加热袋内形成密闭空间。为了防止热量损失，使得加热袋内形成相对密闭的空间，在本发明提供的技术方案中，会对加热袋进行密封处理，具体可以采用扎带将密封袋捆扎于百合的枝干上完成对密封袋的密封，也可以在密封袋的开口处设置密封条或者密封粘片完成对密封袋的密封，本发明对此并不加以限定。

更进一步地，由于加热袋需要进行加热，因此会存在较多的连接线路，为了保证密封袋与百合枝干连接的稳定性，防止压伤或者压弯枝条。在本发明提供的技术方案中，在S40、密封所述加热袋，以使所述加热袋内形成密闭空间之后还包括：S300、在百合枝干上设置支撑棍和束线带，以固定各所述加热袋的连接线路。支撑棍可以设置于百合的主要枝干上，束线带可以捆扎线束防止线束散乱并固定电线，分散枝条承受重量于支撑棍上，如此可保证安装稳固的效果。

具体地，本发明使用高温对OT百合(东方百合与喇叭百合的杂交后代)‘BlackBeauty’进行处理，并提供了如下几个实施例：

实施例1：

确定待处理的花蕾：以OT百合‘Black Beauty’幼嫩花蕾为试材，采集不同长度花蕾中的花粉制片观察减数分裂进程，根据花蕾长度与小孢子母细胞减数分裂进程的关系选择处在减数分裂前期Ι-中期Ι的花蕾。对待处理花蕾使用加热袋进行加热：对花蕾采用40℃持续加热4h的处理。

实施例2：

与实施例1的区别在于，对花蕾采用40℃持续加热6h的处理。

实施例3：

与实施例1的区别在于，对花蕾采用42℃持续加热4h的处理。

实施例4：

与实施例1的区别在于，对花蕾采用42℃持续加热6h的处理。

实施例5：

与实施例1的区别在于，对花蕾采用44℃持续加热4h的处理。

实施例6：

与实施例1的区别在于，对花蕾采用44℃持续加热6h的处理。

对比例1：

对花蕾未进行加热处理。

待实施例1-6和对比例1的花蕾在后续的发育过程中，统计落蕾率，落蕾率(％)＝死亡掉落的花蕾数/处理的花蕾总数×100，并收集即将散粉的花药于阴凉通风处散粉，将干燥后的花粉进行制片并观察处理后花粉的育性。通过显微观察发现，OT百合‘BlackBeauty’为远缘杂种，花粉育性为0，而高温诱导成功的花粉具有活力，可用于授粉或培育回交一代。

表2：实施例1-6和对比例1的有活性花粉百分率和落蕾率

由上表可知，最佳加热温度为42℃，最佳加热时间为4h，有活性花粉诱导比率最高可达36.64％，落蕾率40％，该组合所有处理的花蕾均可产生有活性花粉。

在上述高温恢复远缘杂种百合育性方法的基础上，本发明还提供一种高温恢复百合远缘杂种育性的设备1，包括：加热袋2、温度传感器5以及电池8。其中加热袋2包括多个，多个加热袋2分别对应百合同一单株或者不同单株上处于同一发育阶段的多个花蕾。加热袋2内均设置有加热腔3，加热腔3可以根据花蕾形状和大小调整为圆柱体、长方体或者与花蕾适配的形状等，本发明对此并不加以限定。加热袋2用于套设于花蕾的外部，加热腔3内设有加热器以及温度传感器5，加热腔整体对花蕾进行恒温加热，加热器提供加热功能，配合温度传感器实现恒温调节，防止温度过高或过低；温控仪9分别与加热器以及温度传感器5电连接，用于控制加热袋2内的加热温度，以保证每个加热袋2按照预设温度对花蕾进行加热；电池8与温控仪9、加热器以及温度传感器5电连接，在本发明提供的技术方案中，电池8优选为12V户外锂电池8。

具体地，为了保证良好的加热效果，加热袋2内设有保温层6以及防火隔热层7。在本实施例中，防火层设为带铝箔的防火棉隔热层，保温层6设为覆膜牛皮保温层。进一步地，加热件设为加热片4，加热片4设于保温层6，而温度传感器5设于加热片4上，用于方便的感知加热温度。

进一步地，加热袋2上设有与加热腔3连通的开口，各开口处设有扎带，当加热袋2套设于花蕾后可以使用扎带将开口扎紧，防止温度流失，使袋内形成一个相对密闭空间。此外，电池8还电连接有光耦隔离继电器10，使得整个设备更加安全、便携，且提高续航能力。需要说明的是，由于设备具有多条线路，分别对应不同的加热袋2与花蕾，可以在具体使用过程中使用束线带和支撑棍捆绑电线与百合花枝，保证设备与百合花连接的稳定性。

本发明提供的高温恢复百合远缘杂种育性的设备1，不仅可用于高温恢复百合远缘杂种育性的方法，也可用于高温处理枝条柔软、花蕾发育阶段不均衡、难以置于恒温箱内的大型草本花卉植物。该设备能够实现一花蕾一套袋，解决花蕾发育阶段不均衡问题；由于该设备使用12V户外锂电池，更加安全、便携，且续航能力较好；由于该设备设置有温控仪9，一次可处理多个花蕾，更加高效，且可精准调节和控制每个加热袋2的温度，适应各实验组合的需求；此外，该设备设置的加热袋2重量轻，配合支撑棍和束线带，能够避免花枝折断，有效保障处理效果。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。