一种优化甘薯集团杂交方案的方法及其应用技术

本发明专利技术属于甘薯集团杂交育种技术及群体遗传规律分析技术领域，具体涉及一种优化甘薯集团杂交方案的方法及其应用。具体分析方法步骤为：(1)甘薯集团杂交；(2)甘薯的形态学标记的统计；(3)花粉散布特征的分析；(4)优化甘薯集团杂交方案。本技术通过杂交群体中花粉散布空间特征的分析与应用，为甘薯杂交群体空间排列方式的制定提供了理论依据，解决了当前甘薯集团杂交制定理论依据不足的问题，能有效甘薯杂交育种的工作效率。

【技术实现步骤摘要】
一种优化甘薯集团杂交方案的方法及其应用
本专利技术属于甘薯集团杂交育种技术与群体遗传规律分析
，具体涉及一种优化甘薯集团杂交方案的方法及其应用。
技术介绍
甘薯(Ipomoeabatatas(L.)Lam.)是重要的粮食作物和食品加工淀粉和酒精制造工业原料。为了培育更好的甘薯品种，育种家常用杂交的方式来实现遗传物质的交换，以获得更好的杂种优势。目前甘薯新品种选育多采用集团杂交的方法，该方法由美国Jones(1965)和我国王铁毕等(1983)先后提出，即挑选若干优异亲本组成杂交集团，让其放任授粉。由于甘薯具有自交不亲和特性，理论上杂交集团内其他任意亲本材料的花粉都可以完成受精，进而得到不同杂交组合类型的种子，实现遗传物质的交换和重组。我国利用该方法已选育出超过400个甘薯品种，取得了相当大的成就。形态学标记是指能明确显示遗传多态性的外观性状，如叶形、叶色、馨形、皮色、著肉色等。形态学标记由于可通过目测或简单测量而获得，因此在实际生产和新品种选育中得到广泛的应用。花粉流是指植物遗传群体以花粉为媒介的遗传物质交流的过程。花粉介导的基因流是植物有性繁殖世代之间的桥梁，花粉散布属性是植物繁殖生态学保护生物学和进化生物学研究关注的焦点。甘薯为异源六倍体作物，遗传物质较为复杂，基因组信息目前尚不完全明确，针对品种的特异分子标记开发与应用难度大，因而多数通过集团杂交选育的优异新品种都无法便捷有效分析出其父本信息。受到分析方法的限制，人们对甘薯集团杂交群体中各亲本遗传物质的传递规律的分析极为有限。目前集团杂交群体的组成与空间分布方式等育种方案的制定基本依赖于育种经验，缺乏科学有效的分析方法来指导实际育种工作。
技术实现思路
为了解决甘薯育种过程中缺乏科学有效的分析方法来指导实际育种工作的技术问题，本专利技术提供一种优化甘薯集团杂交方案的方法及其应用。具体的技术方案如下：1.一种优化甘薯集团杂交方案的方法，包括以下步骤：(1)甘薯集团杂交选择具有优良特性且茎叶非紫色的甘薯为亲本，将亲本与一份全株紫色性状的亲本材料湘薯Z8*Z10-2共同组成一个杂交集团，通过放任授粉完成随机交配，杂交成熟种子以母本为单位进行采收和保存；(2)甘薯的形态学标记的统计将步骤(1)收集的甘薯成熟种子以母本为单位分组进行播种，出苗后在F1代实生苗长出4-6片真叶时，完成甘薯地上部茎叶形态学标记的统计；(3)花粉散布特征的分析以集团杂交时各亲本与湘薯Z8*Z10-2亲本的行间距离为X轴，以单个亲本组内杂交子代紫色单株出现的频率为Y值，拟合正态分布曲线公式计算出参数a与b，得出fep(a,b；x)函数表达式；(4)优化甘薯集团杂交方案定义杂交集团中任一亲本j提供优异基因的概率为m(j)，亲本j作为母本时，集团内其他亲本i作为父本提供优异基因的概率可表示为m(i)；对于任意两个亲本j和i之间的杂交子代来说，当且仅当m(j)与m(i)同时发生时，子代才会体现杂种优势而入选，杂交群体中任意一对杂交组合其子代入选的概率表示为m(j)*m(i)*f(i)，其中f(i)为步骤(3)求得fep(a,b；x)函数，就亲本j而言，其放任授粉后杂交子代的入选率可以表示为：M(j)可在F1代实生苗优异新株系筛选工作完成后统计获得，即M(j)＝子代入选株系数/母本j杂交子代总数，f(i)＝fep(a,b；x)为步骤(3)中函数，我们统计获得所有亲本n的M(n)值后，获得一个关于未知数m(j)的n(n-1)/2元2次方程组：令m(j)*m(i)＝Xi,j，由于f(i)为已知数，该方程组可以转化为：便于计算，忽略甘薯正反交的差异，有Xi,j＝Xj,i本方程组即可转化为一个n(n-1)/2元1次方程组，且方程组有n个等式，因而m(j)*m(i)＝Xi,j具备求解的可能；通过max{m(j)*m(i)}的方式，从n！种排列组合方式中计算获得集团杂交的最佳排列组合方式。优选地，在步骤(1)中集团杂交中：每垄种植同一个甘薯品种，其中全株紫色材料湘薯Z8*Z10-2栽植至种植区的第一行或者最后一行。优选地，在步骤(2)中甘薯的形态学标记选择为甘薯地上部茎叶完全紫色或甘薯地上部茎叶主色为紫色、叶片为不完全紫色，除湘薯Z8*Z10-2亲本材料，杂交群体内其他亲本材料茎叶主色都为非紫色。。优选地，在步骤(3)中每个母本子代中紫色单株出现的频率的计算公式为：地上部茎叶紫色单株频率＝(地上部茎叶紫色株数/组内出苗总数)×100％。所述优化甘薯集团杂交方案的方法在甘薯育种中的应用，为甘薯集团杂交群体内花粉传递规律，为集团杂交方案的制订提供参考依据。本专利技术技术方案的有益效果如下：(1)本专利技术提供了一种具有特定形态学标记(全株紫色)的遗传材料，该性状不需要特殊检测方法或特定检测技术，简单易行，且实践证明检测结果稳定可行；(2)本专利技术提供了一种甘薯杂交群体中花粉散布特征的分析方法，即在集团杂交群体中使用特定形态学标记(全株紫色)的育种材料，通过各杂交母本子代中形态学标记的统计与分析，可掌握杂交群体内单一父本花粉流散布的方向距离和强度等参数，为甘薯集团杂交群体内遗传物质交换规律的分析提供了科学可行的分析方法；(3)本技术通过杂交群体中花粉散布空间特征的分析与应用，为甘薯杂交群体空间排列方式的制定提供了理论依据，解决了当前甘薯集团杂交制定理论依据不足的问题，能有效甘薯杂交育种的工作效率。具体实施方式为使本专利技术的目的技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。专利技术人在2017年用一份茎叶紫色、薯皮红色、薯肉淡黄色的观赏用甘薯种质资源做母本，用“浙紫薯1号”做父本，定向杂交后，从杂交子代中筛选获一个甘薯品种，命名湘薯Z8*Z10-2，其形态学上继承了母本茎叶紫色性状和父本薯块紫色的性状，表现为全株紫色，中长蔓，株型匍匐，叶片心型，结薯较集中，产量中等。已知薯块的紫色肉色主要由单一基因位点IbMYB1-2a/2b控制，属于显性的质量遗传性状，而地上部紫色性状与薯块紫色性状为完全独立的遗传性状。专利技术人分析了杂交分离群体中的茎叶紫色性状的遗传规律，得出地上部紫色性状由IbMYB1的单一主效基因控制，且为显性基因，因此将湘薯Z8*Z10-2用来做形态学标记。步骤1：甘薯集团杂交(1)在冬季可以完成甘薯生殖生长周期的地点，选择1000m以内无其他甘薯种植的田块，8月底至9月初整地起垄，垄高35cm，垄宽2m。(2)选择具备育种目标特性的品种为亲本，按照单垄、单行株距60cm的密度栽插，每垄为同一个亲本，其中全株紫色材料湘薯Z8*Z10-2栽植至第一行或者本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种优化甘薯集团杂交方案的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)甘薯集团杂交/n选择具有优良特性且茎叶非紫色的甘薯为亲本，将亲本与一份全株紫色性状的亲本材料湘薯Z8*Z10-2共同组成一个杂交集团，通过放任授粉完成随机交配，杂交成熟种子以母本为单位进行采收和保存；/n(2)甘薯的形态学标记的统计/n将步骤(1)收集的甘薯成熟种子以母本为单位分组进行播种，出苗后在F

【技术特征摘要】
1.一种优化甘薯集团杂交方案的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)甘薯集团杂交
选择具有优良特性且茎叶非紫色的甘薯为亲本，将亲本与一份全株紫色性状的亲本材料湘薯Z8*Z10-2共同组成一个杂交集团，通过放任授粉完成随机交配，杂交成熟种子以母本为单位进行采收和保存；
(2)甘薯的形态学标记的统计
将步骤(1)收集的甘薯成熟种子以母本为单位分组进行播种，出苗后在F1代实生苗长出4-6片真叶时，完成甘薯地上部茎叶形态学标记的统计；
(3)花粉散布特征的分析
以集团杂交时各亲本与湘薯Z8*Z10-2亲本的行间距离为X轴，以单个亲本组内杂交子代紫色单株出现的频率为Y值，拟合正态分布曲线公式计算出参数a与b，得出fep(a,b；x)函数表达式；
(4)优化甘薯集团杂交方案
定义杂交集团中任一亲本j提供优异基因的概率为m(j)，亲本j作为母本时，集团内其他亲本i作为父本提供优异基因的概率可表示为m(i)；对于任意两个亲本j和i之间的杂交子代来说，当且仅当m(j)与m(i)同时发生时，子代才会体现杂种优势而入选，杂交群体中任意一对杂交组合其子代入选的概率表示为m(j)*m(i)*f(i)，其中f(i)为步骤(3)求得fep(a,b；x)函数，就亲本j而言，其放任授粉后杂交子代的入选率可以表示为：i∈n，j∈n；
M(j)可在F1代实生苗优异新株系筛选工作完成后统计获得，即M(j)＝子代入选株系数/母本j杂交子代总数，f(i)＝fep(a,b；x)为步骤(3)中函数，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张道微，董芳，张超凡，钱国兵，张亚，黄艳岚，项伟，
申请(专利权)人：湖南省作物研究所，
类型：发明
国别省市：湖南;43