[发明专利]一种远缘杂交C4高光效农作物的选育方法及其应用

说明书

本申请提供一种选育C4高光效农作物的育种方法及其应用，本申请提供的方法利用C4植物与C3农作物进行远缘杂交建立远缘杂交无性世代种质资源库以及无性世代株系家谱体系，并利用所述无性世代种质资源库以及所述无性世代株系家谱体系筛选性状稳定的目标育种材料‑‑C4高光效农作物，本申请提供的方法育种周期短，能够将C3农作物改造为C4农作物，从而提高农作物的光效，并且，所获得C4农作物的品种多样、生产性状稳定。

技术领域

本申请属于杂交水稻培育领域，特别涉及一种远缘杂交C4高光效农作物，特别是远缘杂交兼C4高光效水稻的选育方法及其应用。

背景技术

粮食危机与食品安全危机，加上杂交水稻细胞质同质化危机使得我国粮食形势严峻，转基因技术和杂交水稻技术都有一些弱点。品质、健康、抗逆性以及更环保和生态，甚至走向多年生和无人操作的纯自然生态的农业，回归大自然的农业新体系，成为提高粮食产量、保障食品安全的目标。

植物至少包括碳三植物(C3植物)和碳四植物(C4植物)，其中，C3植物是指CO₂同化的最初产物是三碳化合物3-磷酸甘油酸的植物，例如，水稻、小麦、大豆、烟草、棉花等；而C4植物是指CO₂同化的最初产物是四碳化合物苹果酸或天门冬氨酸的植物，如玉米、甘蔗、高粱、苋菜等。

植物按照光效高低可以分了高光效农作物植物和低光效植物，光效是指光合作用的效能，通常用二氧化碳补偿点的高低来表示，其中，高光效农作物是二氧化碳补偿点较低，光合作用强度大的植物。

目前，C4高光效水稻是热门研究方向，如果“C4高光效水稻”培育成功，将使水稻的产量提高40％～50％，同时还能提升水稻对化肥和水的利用效率，减少作物生长对化肥和水的依赖。然而，全球范围内开发C4高光效水稻的成果并不理想，在C4高光效水稻方面目前仍然没有取得实质性进展。

大量试验表明，通过转基因或者简单杂交的方法难以获得C4水稻。因为，高光效功能机制是植物的高级功能系统，涉及分子水平、细胞水平、跨细胞水平的子系统，环境因素、遗传因素和表观遗传因素等因素都能影响水稻光效机制的发育状态和运行状态。

传统育种方法通常是基于有性世代株系(纯合子)材料库上展开的，其中，杂合子和遗传性状不稳定的材料不能直接用来育种和生产大田种植的生产种的制种材料，而是需要将杂合子以及遗传性状不稳定的材料先进行提纯稳定后再用于育种。因此传统育种技术分为两个阶段：一是培育遗传性状稳定的纯合子；二是由纯合子构建组合，进行优势基因集成整合的一切可能的技术操作。这种育种技术对于那些无性世代稳定、有性世代不稳定的材料不能直接利用，而被排除在育种基础材料的选择范围之外。

发明内容

本申请提供一种选育C4高光效农作物的育种方法，本申请提供的方法利用C4植物与C3农作物进行远缘杂交建立远缘杂交无性世代种质资源库以及无性世代株系家谱体系，并利用所述无性世代种质资源库以及所述无性世代株系家谱体系筛选性状稳定的目标育种材料--C4高光效农作物，本申请提供的方法育种周期短，能够将C3农作物改造为C4农作物，从而提高农作物的光效，并且，所获得C4农作物的品种多样、生产性状稳定。

在本申请中，所述C3农作物包括水稻、小麦等，特别是水稻，以提高水稻的光效进而增加水稻产量。

本申请提供一种远缘杂交C4高光效农作物的选育方法，所述选育方法包括：

步骤1，建立远缘杂交无性世代种质资源库；

步骤2，根据步骤1建立的远缘杂交无性世代种质资源库建立无性世代株系家谱体系；

步骤3，从步骤2所建立的无性世代株系家谱体系中选取目标育种材料。

所述远缘杂交是指不同种间属间甚至亲缘关系更远的物种之间的杂交，例如，C3植物与C4植物之间的杂交。