本发明涉及生物学和农业领域,具体地说是涉及选种和种子繁育中使用的使植物花粉不育的方法。 目前世界上正着手解决农业集约化课题,尤其是广泛使用第一代杂交种以提高粮食、饲料、蔬菜和经济作物产量。由于呈现杂交优势这些杂交种不同于其亲本植物,它们具有更高的产量(高25~30%)和更高的产品质量。已有的一种新杂交种培养的方法是基于“细胞质雄性不育性-育性恢复系”体系。这种方法基于长期(12~14年)和复杂的选种工作,包括建立不育类似物、不育性保持体和恢复系。
基于用化学不育剂(杀配子剂)使植物花粉不育的方法是最有前途的。利用杀配子剂比利用“细胞质雄性不育性”体系要经济得多,因为不需要建立例如不育类似物、保持母体不育性类似物和恢复父本能育性类似物,这样一些形式。实际上,无论在原本的选育研究过程中,还是在组织其工业生产时,均可以获得第一代种子杂交种。
至今已有约200种化合物具有杀配子剂活性,按其化学结构属于不同类化合物。杀配子剂应当在保持卵细胞生命力的条件下使被处理的植物达到完全雄性不育性,而且应当保证在自由授粉条件下使结实率达到相当高水平(最好不低于对照株的70%)。其植物毒性和对温血动物的毒性应当最小。
已知的粮食作物花粉不育方法(Л.ДЖ.Никелл“植物生长调节剂,在农业中的应用”,莫斯科,“Колос”,1984,28~31页,SU.A.906457),其中包括用不育剂,例如,2-氯代乙基膦酸(Этрел)、马来酸酰肼,二-(多氟代烷基)-磷酸及其盐类等等来处理植物。
在器官形成的第Ⅴ阶段或第Ⅵ阶段(按Ф.М.Куперман)对植物使用国产不育剂进行处理。
在器官形成的第Ⅴ阶段,开始花朵形成和分化过程。此阶段结束时,发生新生物-形成孢子的孢原组织。在此阶段中,形成花的雄芯、雌芯和外层器官。在第Ⅴ阶段观察到雄芯结节开始分化成花丝和雌芯。而第Ⅵ阶段地特征在于花朵形成(小孢子发生和大孢子发生)的过程。在这阶段通常形成单独的单核花粉颗粒(Ф.М.Куперман“植物形态生理学”,莫斯科,高教出版社,1973年,30~36页)。
还有一种使禾本科植物花粉不育的方法也是已知的(GB-A-1567153),其中包括在出现第二节间至抽穗期内用不育剂处理禾本科植物。作为不育剂使用杂环化合物,主要代表是2-羧基-3,4-甲基吡咯烷或2-甲氧基羰基-3,4-甲基吡咯烷。上述化合物与稀释剂和表面活性物质结合使用。
本发明的任务基本上是通过选择不育剂而提出一种可以用于各种花粉不育化的改进方法,该方法具有高不育活性,而且在自由授粉下保持种子的高结实率。
本发明任务解决如下:在所推荐的使植物花粉不育方法中,通过在器官形成的第五和/或第六阶段期间内使用与稀释剂结合的不育剂处理花粉,按照本发明,作为不育剂是使用具有以下通式的N-取代的马来酰胺酸:
RNHCOCH=CHCOOH
式中,R是(CH3)2NCH2CH2-;(CH3)2NCH2CH2CH2-;
C2H5-;HOC2H4;NH2CO-
不育剂可以和任何已知的适当稀释剂配合使用。不育剂与水配合,以0.1~2%水乳化液形式使用是适宜的。用上述不育剂处理的植物最好使用禾本科植物或向日葵。
所推荐的方法可以获得植物的雄性不育性(98~100%),而且可以保持高于70%的种子结实率。为了保证在不利的气候条件下使花粉高度不育,在器官形成的第五和/或第六阶段(按Куперман)期间内用不育剂再次处理植物。
所申请的方法按以下方式实现。
使用N-取代的马来酰胺酸作为不育剂处理植物,例如冬小麦和春小麦、二倍体黑麦和四倍体黑麦、小黑麦、黍、向日葵和禾本科草类。
N-取代的马来酰胺酸,可以与任何适当的稀释剂配合使用,作为稀释剂最好使用水。这时最好使用上述化合物的0.1~2%水乳化液。
需要时可以在工作溶液中加入任何适用的表面活性物质。在植物上施用时,通常推荐在工作溶液中加入任何已知的辅助添加剂,例如湿润剂、分散剂和粘合剂。
可以使用各种方法,例如水力喷雾法和空气喷雾法(气溶胶)等把不育剂施在植物上。在器官形成的第五和/或第六阶段(按Куперман)期间内用不育剂对植物进行处理。不育剂的用量取决于化合物性质、被处理的作物、处理阶段和自然气候因素。为了保证在不利的气候条件下有高的不育效果,最好在器官形成的第Ⅵ阶段,对植物进行再次处理。不育剂的一般用量为0.6~2.0千克/公顷。
用作不育剂的全部所推荐的N-取代的马来酰胺酸,都对毒性进行了动物试验的研究。实验结果表明,上述化合物是低毒性或中等毒性的化合物。对N-(2-二甲氨基乙基)马来酰胺酸的LD50为250毫克/千克,而对N-(3-二甲氨基丙基)马来酰胺酸的LD50为>10000,对N-乙基马来酰胺酸为2000,对N-(2-羟乙基)马来酰胺酸为1500和对N-氨基甲酰基马来酰胺酸为2000。
在田间条件下不同土壤气候区的10米2小块地上试验时,在3~4次重复下查明所推荐的不育剂存在杀配子剂活性。每种不育剂的试验不少于三年。
在细胞学上控制器官形成阶段的进程。按Куперман器官形成的第五阶段开始时,用不育剂处理植物。
在抽穗时,用坚质纸隔离袋将主穗与其它层隔开。对于小麦和小黑麦来说,用单独的隔离袋。对于黑麦,按照由5~7个不同排列的植物中有1穗放在普通隔离袋下。黍子则各个地隔离每个园锥花序。按下式计算小麦、黑麦、小黑麦和黍子的不育性百分数:
X=[1- (隔离袋下被处理植物结实的种子数)/(隔离袋下未处理的对照植物结实的种子数) ]×100%
把对照植物未隔离的穗中的种子数假定为自由授粉下的100%结实率。
为了获得可靠的数据,对于小麦和小黑麦每次重复使用20~25个隔离袋,而对于黑麦和黍子每次重复使用10~15组隔离袋。
为监测向日葵花粉的化学不育性,对每种化合物,每次重复时使用45株经处理的植物,其中15株用于花盘自花授粉,另外15株植物使用由20~25个处理过的隔离花盘上收集的花粉混合物授粉,最后15株植物用于自由授粉,以便检查父本花粉的种子结实率。
向日葵植物的雄性不育性是通过花粉的能育性和生命力的结果、精细胞的形态学特征和用未经处理的父本花粉授花处理过的隔离植物的种子的结实率来评定的。卵细胞的生命力是由父本自由授粉下处理过的植物种子的结实率来测定的。
最好在明朗无风的天气下进行植物处理。
N-取代的马来酰胺酸是一些已知化合物。用已知工艺,例如,用马来酸酐与相应的胺互相反应的方法制备这些化合物。
下列实施例用于更好地理解本发明。
实施例1
在器官形成的第Ⅴ阶段,用背携式喷雾器喷雾的方法,使用N-(2-二甲氨基乙基)-马来酰胺酸的2%水乳化液处理Мироновская 808品种冬小麦植株。
加入0.1重量%C12~C14烷基苯磺酸钙作为乳化剂。在乳化液中加入0.01重量%二甲基亚砜作为辅助剂。制剂用量为20千克/公顷。使用不含不育剂的稀释剂处理的植株作为对照株。结果列于表1。
实施例2~5
按照例1中所述相同方法进行操作。作为不育剂分别使用N-(3-二甲氨基丙基)-马来酰胺酸、N-乙基马来酰胺酸、N-(2-羟乙基)-马来酰胺酸和N-氨基甲酰基马来酰胺酸的2%水乳化液。结果列于表1。
在器官形成第Ⅵ阶段处理Мироновская 808品种小麦时,得到同样的结果。
实施例6~10
在器官形成的第Ⅴ阶段,通过用背携式喷雾器喷雾法处理Безостая 1品种的冬小麦植株,喷雾液是2%N-(2-二甲氨基乙基)-马来酰胺酸、N-(3-二甲氨基丙基)-马来酰胺酸、N-乙基马来酰胺酸、N-(2-羟乙基)-马来酰胺酸或N-氨基甲酰基马来酰胺酸的水乳化液。乳化液中含有0.1重量%C12~C14烷基苯磺酸钙。在乳化液成份中有0.01重量%四氢呋喃作为辅助剂。
制剂用量为16千克/公顷。将用不含不育剂的稀释剂处理的植株作为对照株。
试验结果列于表2。在器官形成的第Ⅵ阶段处理Безостая 1品种冬小麦时,得到同样结果。
实施例11~15
在器官形成的第Ⅴ阶段(按Куперман),对Московская 35品种春小麦植株分别用N-(2-二甲氨基乙基)-马来酰胺酸、N-(3-二甲氨基丙基)-马来酰胺酸、N-乙基马来酰胺酸、N-(2-羟乙基)-马来酰胺酸和N-氨基甲酰基马来酰胺酸的1%水乳化液处理。乳化液中含有0.5重量%C12~C14烷基苯磺酸钙的乳化剂和0.1重量%二甲基甲酰胺的辅助剂。制剂使用量为10千克/公顷。使用不含不育剂的稀释剂处理的植株作为对照。
试验结果列于表3。在器官形成的第Ⅵ阶段处理Московская 35品种春小麦时获得相同结果。
实施例16~20
在器官形成的第Ⅴ阶段(按Куперман),对Ботаническая 4品种春小麦植株分别用N-(2-二甲氨基乙基)-马来酰胺酸、N-(3-二甲氨基丙基)-马来酰胺酸、N-乙基马来酰胺酸、N-(2-羟乙基)-马来酰胺酸和N-氨基甲酰基马来酰胺酸的1%水乳化液处理。乳化液中含0.5重量%C12~C14烷基苯磺酸钙和作为辅助剂的0.01重量%二甲基亚砜。制剂用量为6千克/公顷。使用不含不育剂的稀释剂处理的植株作为对照。
试验结果列于表4。在器官形成第Ⅵ阶段处理Ботаническая 4品种春小麦时得到相同的结果。
实施例21~25
在器官形成的第Ⅴ阶段(按Куперман),对Белта四倍体黑麦植株分别用N-(2-二甲氨基乙基)-马来酰胺酸、N-(3-二甲氨基丙基)-马来酰胺酸、N-乙基马来酰胺酸、N-(2-羟乙基)-马来酰胺酸和N-氨基甲酰基马来酰胺酸的1%水乳化液处理。乳化液含有0.5重量%C12~C14烷基苯磺酸钙和0.01重量%四氢呋喃。制剂用量为10千克/公顷。试验结果列于表5。
在器官形成的第Ⅵ阶段对Белта四倍体黑麦处理,得到相同的结果。
实施例26~28
在器官形成的第Ⅴ阶段(按Куперман)对Украинская 4的四倍体黑麦植株分别用N-(2-二甲氨基乙基)-马来酰胺酸、N-(3-二甲氨基丙基)-马来酰胺酸和N-氨基甲酰基马来酰胺酸的1%水乳化液处理。乳化液中含有0.1重量%C12~C14烷基苯磺酸钙和0.01重量%十二烷基硫酸盐。制剂用量为6千克/公顷。使用不含不育剂的稀释剂处理的植株作对照。
试验结果列于表6。在器官形成的第Ⅵ阶段对Украинская四倍体黑麦处理,得到相同结果。
实施例29~33
在器官形成的第Ⅴ阶段(按Куперман),对Восход-2二倍体黑麦植株分别用N-(2-二甲氨基乙基)-马来酰胺酸、N-(3-二甲氨基丙基)-马来酰胺酸、N-乙基马来酰胺酸、N-(2-羟乙基)-马来酰胺酸和N-氨基甲酰基马来酰胺酸的1%水乳化液处理。乳化液中含0.1重量%烷基苯磺酸钙和0.01重量%二甲基甲酰胺。制剂用量为10千克/公顷。用不含不育剂的稀释剂处理的植株作对照。试验结果列于表7。在器官形成的第Ⅵ阶段处理Восход-2二倍体黑麦时,得到相同的结果。
实施例34~38
在器官形成第Ⅴ阶段(按Куперман),对Чулпан二倍体黑麦植株分别用N-(2-二甲氨基乙基)-马来酰胺酸、N-(3-二甲氨基丙基)-马来酰胺酸、N-乙基马来酰胺酸、N-(2-羟乙基)-马来酰胺酸和N-氨基甲酰基马来酰胺酸的1%水乳化液处理。乳化液含有0.01重量%四氢呋喃和0.1重量%C12~C14烷基苯磺酸钙。制剂用量为8千克/公顷。使用不含不育剂的稀释剂处理的植株作对照。
试验结果列于表8。在器官形成的第Ⅵ阶段对Чулпан二倍体黑麦处理时得到相同的结果。
实施例39~43
在器官形成的第Ⅴ阶段(按Куперман),对Таловская 12的二倍体黑麦植株,分别用N-(2-二甲氨基乙基)-马来酰胺酸、N-(3-二甲氨基丙基)-马来酰胺酸、N-乙基马来酰胺酸、N-(2-羟乙基)-马来酰胺酸和N-氨基甲酰基马来酰胺酸的1%水乳化液处理。乳化液含0.01重量%十二烷基硫酸盐和0.1重量%C12~C14烷基苯磺酸钙。制剂用量为6千克/公顷。用不含不育剂的稀释剂处理的植株作对照。
试验结果列于表9。在器官形成第Ⅵ阶段处理Таловская 12二倍体黑麦植株时,得到相同结果。
实施例44~46
在器官形成的第Ⅴ阶段(按Куперман),对Амидиплоид 206品种小黑麦植株分别用N-(3-二甲氨基丙基)-马来酰胺酸、N-乙基马来酰胺酸和N-氨基甲酰基马来酰胺酸的2%水乳化液处理。乳化液含有0.01重量%二甲基亚砜和0.1重量%C12~C14烷基苯磺酸钙。制剂用量为12千克/公顷。用不含不育剂的稀释剂处理的植株作对照。
试验结果列于表10。在器官形成的第Ⅵ阶阶段处理Амидиплоид 206品种小黑麦时,得到相同结果。
实施例47~48
在器官形成的第Ⅴ阶段(按Куперман),对Праг 109品种小黑麦植株分别用N-(3-二甲氨丙基)-马来酰胺酸和N-氨基甲酰基马来酰胺酸的2%水乳化液处理。乳化液含有0.01重量%四氢呋喃和0.1重量%C12~C14烷基苯磺酸钙。制剂用量为12千克/公顷。用不含不育剂的稀释剂处理的植株作对照。
试验结果列于表11。在器官形成的第Ⅵ阶段处理Праг 109品种小黑麦时获得相同结果。
实施例49~53
在器官形成的第Ⅴ阶段(按Куперман),对Мироновское 94品种的黍植株分别用N-(2-二甲氨基乙基)-马来酰胺酸、N-(3-二甲氨基丙基)-马来酰胺酸、N-乙基马来酰胺酸、N-(2-羟乙基)-马来酰胺酸和N-氨基甲酰基马来酰胺酸的1%水乳化液处理。乳化液含有0.01重量%二甲基亚砜和0.1重量%C12~C14烷基苯磺酸钙。制剂用量为8千克/公顷。用不含不育剂的稀释剂处理的植株作对照。试验结果列于表12。在器官形成的第Ⅵ阶段处理Мироновское 94品种黍时,得到相同结果。
实施例54~58
在器官形成的第Ⅴ阶段(按Куперман)。对K-9693Кормовое 1的黍植株分别用N-(2-二甲氨乙基)-马来酰胺酸、N-(3-二甲氨基丙基)-马来酰胺酸、N-乙基马来酰胺酸和N-氨基甲酰基马来酰胺酸的1%水乳化液处理。乳化液含有0.01重量%二甲基甲酰胺和0.1重量%C12~C14烷基苯磺酸钙。制剂用量为6千克/公顷。用不含不育剂的稀释剂处理的植株作为对照。试验结果列于表13。在器官形成的第Ⅵ阶段处理K-9693Кормовое 1的黍植株时,得到相同的结果。
实施例59~62
在器官形成的第Ⅴ阶段(按Куперман),对Передовик和Линии BK-119品种的向日葵植株用N-氨基甲酰基马来酰胺酸的0.5%水乳化液处理。乳化液中含0.01重量%二甲基亚砜和0.1重量%C12~C14烷基苯磺酸钙。制剂用量为3千克/公顷。用N-(3-二甲氨基丙基)-马来酰胺酸的0.1重量%水乳化液处理这些植株。后者的乳化液中含有0.01重量%十二烷基硫酸盐和0.1重量%C12~C14烷基苯磺酸钙。制剂用量为1千克/公顷。使用不含不育剂的稀释剂处理的植株作为对照。试验结果列于表14。在器官形成的第Ⅵ阶段处理此两种向日葵时,得到相同结果。
所提出的方法可以用于选种和种子繁育中,以便获得农业作物的高产量品种和杂交种。