CN103026963A - 一种利用热带种质的温带玉米育种方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种利用热带种质的温带玉米育种方法：其为利用温带种质自交系A与热带种质自交系B组配的温-热带种质杂交组合A×B或B×A，利用温-热带种质杂交种C，热带种质杂交组合D×E，或热带种质杂交种F作为育种材料，采用混合授粉或者回交后混合授粉的方法选育1-2代，之后选取单株连续自交，经多代系谱选择，育成兼具温带和热带种质特点的温-热带种质自交系X或热带种质自交系Y，再组配兼具温带和热带种质特点的温-热带种质杂交种Z。本发明的有益效果在于：育种时间短、成本低、效率高，且能充分利用众多不适应温带的热带种质群体。

Description

一种利用热带种质的温带玉米育种方法

技术领域

本发明涉及农作物育种技术，具体是一种利用热带种质的温带玉米育种方法。

背景技术

随着人类对玉米需求的增长和自然环境条件的变化，玉米育种任重道远，难度长期存在。在温带玉米育种中，因长时间利用温带种质资源，导致杂交种的抗逆性和适应性脆弱、减退，难以育成更优良的杂交玉米新品种。热带种质玉米具有苗势旺、生长期长、植株高大、生物产量高、籽粒脱水快、根系发达、茎秆强韧、抗逆性强、抗旱、抗杂草、抗病虫害等特点。利用热带种质资源，可以将其生物产量高、籽粒脱水快、抗多种病虫害、抗倒伏等优良特性转移到温带自交系和杂交种中，可以丰富温带种质资源的遗传多样性，增强变异性。因此，开发利用热带种质资源已成为国内外玉米育种家的共识。

从上世纪五、六十年代以来，许多育种家不断探索丰富种质资源的途径，努力寻求利用热带种质资源的方法，并育成了许多优良群体和一些自交系，并发表了一些文献报道，如：1）A.R.哈洛威，玉米轮回选择的理论与实践[M].中国农业科学院作物育种栽培研究所编，北京：农业出版社，1989；2）荣廷昭，潘光堂，等.热带玉米种质在温带玉米育种中的应用[J].作物杂志，1998（增刊）:12-14；3）张世煌.在玉米育种方案中利用外来种质的途径[J].作物杂志，1992（3）：17-19；4）张世煌，石德权，等．对两个亚热带优质蛋白玉米群体的适应性混合选择研究I.开花期性状的直接选择响应.作物学报，1995,21(3):272-280；5）胡学安，吴凤兰，等.热带、亚热带玉米种质的研究与利用[J].国外农学-杂粮作物，1999,19（3）：4-9。总结相关文献报道，在温带利用热带种质的方案有以下三种：

（1）对不适应温带的热带种质群体在温带通过多年轮回选择或由低纬度到高纬度逐步北移种植进行“逐步驯化”，得到适应温带种植的热带种质群体（参见图1）。

热带及亚热带地区的日照时长12-14小时，而温带的日照时长14-16小时以上。玉米为短日照作物，适应12-14小时日照的热带种质群体在温带长日照（14-16小时）下，生育期变长，植株变高，开花延迟，甚至不能结实、成熟，严重限制了热带种质在温带地区的直接利用，为此一些育种者将热带种质群体种植在温带地区，针对生育期、抗逆性等性状，经过多年的轮回选择，将不适应温带的热带种质群体逐步驯化为适应温带种植的热带种质群体。

美国教授A.R.Hullauer，从1963年开始对南美洲哥伦比亚复合种ETO，针对抽丝期进行了6轮适应性混合选择，抽丝期提前了20天，株高和穗位高下降，获得的改良群体BS16完全适应了依阿华州的自然条件，同时具有较高的自身产量和配合力。

张世煌博士等，1984年秋在广西南宁设两块隔离区，分别种植Pool33QPM和Pool34QPM，开放授粉，收获后混合脱粒作为原种，1985年春在中国农科院北京昌平试验基地设隔离区种植Pool33QPM原种约8000株，开放授粉，秋季在田间选择成熟饱满、抗病、穗位适中、穗部性状良好和结实率高的果穗250个，决选70个果穗，均衡脱粒后混合，定名为中群13号C₀群体。1986年春，按同样规模种植Pool34QPM原种，收获时在田间选择250个果穗，决选115个，混合脱粒后定名为中群14号C₀群体。对中群13和中群14分别从1986和1987年开始，在北京昌平进行控制双亲的混合选择，基础群体种植约2000至3000株，每轮从群体中选择400余个最早抽丝的植株，人工控制混合控粉，自然淘汰不孕株，收获淘汰穗腐病严重的果穗，每一轮实际选择收获250穗左右，混合脱粒作为下一轮选择的基础群体。至1990年，两个群体均已完成4轮选择，中群13和中群14的改良C₄群体分别比各自的C0群体提前17.6和18.1天抽丝，提前9.2和8.7天散粉，散粉至抽丝的间隔天数（Pssl）缩短8.8和9.7天，C₄群体的雌雄协调性有了明显改进，有效地增强了2个热带、亚热带种质群体在温带长日照条件下的适应性。张世煌博士还组织了从南到北（南宁-雅安-北京）的合作网络，将不适应温带的热带种质群体先在相似环境的低纬度区种植，以后分年逐步北进，使之适应温带高纬度地区的环境。

（2）对极不适应温带的热带种质群体在温带将其与温带适应材料杂交得到合成群体，对合成群体进行多代自由授粉选择，或再与温带适应材料回交选育，经过“逐渐导入”的过程，获得适应温带种植的改良热带种质群体（参见图1）。

一些育种家将极不适应温带的热带种质群体与温带适应性强的材料杂交、回交，这种方法对那些适应性极差的热带种质群体十分有用，因为它们可能对临界条件（如光敏性）缺乏适应能力，通过广泛的杂交、回交（以当地适应性强的优良品种作为轮回亲本）将会使其日长反应基因改组而获得成功。

例如A.R.哈洛威把TuxPeno与Lancaster杂交，后代仍表现很晚熟，又用Lancaster和它回交，得到了改良群体BSTL。1963年他们为了改良ETO复合种晚熟、植株高大的缺点，把它和美国北部以及加拿大的6个早熟自交系杂交，经过5代相互杂交的自由授粉，得到改良群休BS2。

（3）对较不适应温带的热带种质群体在温带采用直接选育自交系，同时组配杂交种（参见图2）。

少数热带种质群体对温带有一定的适应性，能在亚热带、温带开花结实，可以直接选系利用。

例如，四川农大玉米研究中心用热带种质苏湾1号（Suwan-1）为基础群体，以来源于温带种质的自选优良自交系合二和外引自交系331及合二×331为3个测验种。1981年在田间选择苏湾1号的优良单株进行自交，同时以它作父本与合二（L1）、331（L2）和“合二×331”（L3）进行测交。第二年对自交株种子和全套L1i、L2i、L3i测交组合进行田间表型鉴定和配合力测定，入选S37、S30、S29、S21四个优良自交基本株；同时选出“合二×S37”等优良杂交组合。1982年秋和1983年春、秋两季分别在海南、雅安、南宁等地对入选自交基本株进行异地加代，育成具有热带种质优良特性（如较强的适应性和抗逆性、茎秆坚韧、苗势旺等特性）的优良自交系S37。1984年S37对外发放以后，一些育种科研单位育成“合二×S37”、“7922×S37”等优良杂交种。

但是，上述在温带利用热带种质的方案存在如下缺点：

（1）对热带种质群体进行“逐步驯化”、“逐渐导入”的方案，规模大，工序多，时间长，从群体改良到育成1个优良自交系和杂交种，少则需要20-30年，要花费大量的人力、物力，对热带种质利用的成本高，只适用于大型种子企业和省级以上大学、科研院所。多年来，我国只有中国农业科学院、四川农业大学等为数不多的机构以该技术方案开展工作。

（2）上述方案选育的成品多为适应温带的热带种质群体和改良热带群体，育成的优良自交系和杂交种少，对热带种质利用的效率低。在我国，中国农业科学院为玉米育种者提供了许多含有热带种质的半外来群体和改良热带群体，然而，从这些含有热带种质的半外来群体和改良热带群体中选育出的优良自交系和杂交种则尚未见报道。

（3）对温带有一定适应性的热带种质群体太少，众多不适应温带的热带种质群体难以在温带玉米育种中得到充分利用。多年以来，仅四川农业大学、贵州省农科院等少数单位从对温带有一定适应性的热带种质群苏湾1号（Suwan-1）中直接选育出自交系，组配杂交种。

发明内容

为解决目前在温带利用热带种质过程中存在时间长、成本高、效率低，以及众多不适应温带的热带种质群体难以充分利用的问题，本发明提供一种利用热带种质的温带玉米育种方法。

本发明提供一种利用热带种质的温带玉米育种方法，其为：

1）材料选择：利用优良温带种质自交系A与优良热带种质自交系B组配的温-热带种质杂交组合A×B或B×A，或利用优良温-热带种质杂交种C作为育种材料；

选育方法：先对温-热带种质杂交组合A×B/B×A或温-热带种质杂交种C采用混合授粉或者回交后混合授粉的方法选育1-2代，之后选取优良单株连续自交，经多代系谱选择，育成兼具温带和热带种质特点的优良温-热带种质自交系X；将育成的优良温-热带种质自交系X与温带种质自交系G或热带种质自交系I杂交，在不同纬度进行杂交种多点试验，育成兼具温带和热带种质特点的优良温-热带种质杂交种Z；

或2）材料选择：选用热带种质自交系D和热带种质自交系E组配的热带种质杂交组合D×E，或选用热带种质杂交种F作为育种材料；

选育方法：先对热带种质杂交组合D×E或热带种质杂交种F进行1-2代的混合授粉选育，之后选取其中的优良单株连续自交，经多代系谱选择，育成热带种质自交系Y；以育成的热带种质自交系Y与优良温-热带种质自交系X或温带种质自交系G杂交，在不同纬度地方进行杂交种多点试验，育成兼具温带和热带种质特点的优良温-热带种质杂交种Z。

其中，所述在不同纬度地方进行杂交种多点试验，所需时间为4-5年。

其中，1）所述连续自交，自交同时利用温带种质自交系G或热带种质自交系I进行多世代测交鉴定。

其中，1）所述温带种质自交系A和热带种质自交系B的性状互补，具体为在农艺性状、适应性、产量配合力、品质、抗逆性中的某一方面或几方面各具特点，互为补充。

其中，1）所述经多代系谱选择，为经8代以上系谱选择；优选采用当地春季和冬季南繁1年2代连续选育，经4年以上时间，完成系谱选择。

其中，2）所述连续自交，自交同时利用温-热带种质自交系X或温带种质自交系G进行多世代测交鉴定。

其中，2）所述经多代系谱选择，为经8代以上系谱选择；优选采用当地春季和冬季南繁1年2代连续选育，经4年以上时间，完成系谱选择。

其中，所述热带种质自交系B优选S37；所述温带种质自交系A优选郑32或N29；温带种质自交系G优选200B、交51、7854；热带种质杂交组合D×E优选YA8201×F19；热带种质杂交种F优选AGROLERES1051；温-热带种质自交系X优选YA3237、YA3729；热带种质自交系Y优选YA8201、YA8204；温-热带种质杂交种Z优选雅玉10号、雅玉青贮8号、雅玉889或雅玉12。

本发明的有益效果是：

（1）本发明利用温-热带种质杂交组合A×B或B×A、温-热带种质杂交种C、热带种质杂交组合D×E或者热带种质杂交种F作为选育自交系的育种材料。本发明所用育种材料与目前常用的热带群体育种材料相比，具有杂种优势，对温带的自然环境适应能力增强；而且已经过人工选择，有利基因增加，不利基因减少；用它选育自交系，简便易行，育成的优良自交系比较多。与已有的单一温带种质基础材料相比，本发明所用育种材料遗传多样性丰富，用它选育自交系，育成的优良自交系用途更宽广。

（2）本发明的选系方法为1-2代不进行自交，而是采用混合授粉或者回交后混合授粉方法，有利于提高基因重组概率，钝化热带种质的光、温敏感性，产生新的基因排序及新变异。本发明的选系方法成效显著，应用前景广阔，对同行有指导意义，与现有技术所用的轮回选择法相比，省时、省工，成本低，效率高；与已有的S1代起连续自交方法相比，本发明的选系方法育成的自交系偏向母本或父本的少，兼有双亲特性的自交系较多，育成超双亲优良自交系的概率增高。

（3）利用育成的温-热带种质自交系X，按照适当的杂优模式，与温带种质自交系G或热带种质自交系I杂交，育成温-热带种质杂交种Z。本发明育成的温-热带种质自交系X（例如：YA3237、YA3729）不仅具有高配合力、多抗、自身产量高的特点，而且其血缘清晰，用它作亲本，已育成一批优良温-热带种质杂交种Z。用“逐步驯化”、“逐步导入”选育的成品大多是适应温带种植的热带群体和改良热带群体，育成的优良自交系和杂交种少。已有的单纯利用温带种质育种的方法，选育的成品是优良温带自交系和杂交种，没有热带种质血缘。

（4）本发明创立杂优新模式：以热带种质自交系Y与温-热带种质自交系X杂交，组配温-热带种质杂交种Z，目前育成的温-热带种质杂交种Z有雅玉系列玉米新品种，如雅玉10号、雅玉12、雅玉青贮8号、雅玉青贮26、雅玉889、雅玉78。上述系列温-热带种质杂交玉米新品种，促进西南山地玉米区育种水平上了新台阶，促进我国青贮玉米育种赶超世界先进水平。

（5）本发明的利用热带种质的温带玉米育种方法，显著了提高玉米育种效率。本发明绕开对热带种质群体复杂而漫长的改良，直接利用温-热带种质杂交组合A×B或B×A、温-热带种质杂交种C、热带种质杂交组合D×E或者热带种质杂交种F作为育种材料，1-2代混合授粉或者回交后混合授粉，此方法育成1个优良自交系只需4-5年时间，之后再组配杂交种，经多维度多点试验，一般4-5年即可品比选出优良杂交种，本发明育成1个优良自交系和杂交种一共只需8-10年，相对现有技术从群体改良到育成1个优良自交系和杂交种至少需要20-30年，省时、省工，简便易行，且对热带种质利用的成本低而效率高，适用于各类种子企业和大专院校、科研院所。

附图说明

图1为现有技术对热带种质群体“逐步驯化”或“逐渐导入”利用的流程示意图。

图2为现有技术用较不适应温带的热带种质群体选育自交系和杂交种的流程示意图。

图3为本发明用温-热带杂交种或杂交组合选育温-热带自交系和杂交种的流程示意图。

图4为本发明用热带杂交种或杂交组合选育热带自交系和温-热带杂交种的流程示意图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。所涉育种材料为：

郑32：河南省农科院选育

S37：四川农业大学选育

200B：四川省农科院选育

交51：贵州省农干院选育

N29：四川雅安市农科所选育

7922：辽宁铁岭市农科院选育

AGROLERES1051：引自巴西

7854：四川凉山州农科所选育

F19：引自墨西哥

上述各育种材料均为公知公用品种，可市场购或从相应育种机构引种。

实施例1利用温-热带种质杂交组合选育温-热带种质自交系和温-热带种质杂交种

参照图3，利用优良温-热带种质杂交组合郑32×S37育成优良温-热带种质自交系YA3237和优良温-热带种质杂交种雅玉10号、雅玉青贮8号。

1989年春季，用优良热带种质自交系S37与性状互补的优良温带种质自交系郑32组配温-热带种质杂交组合郑32×S37，作为选系用基础材料。

1989年冬季，在海南S₁代混合授粉，以后世代按照系谱法分别在雅安、海南1年2代连续自交。自交的同时，用优良温带自交系200B、交51进行多世代测交鉴定。于1994年育成性状稳定一致、符合预期目标的优良玉米温-热带种质自交系YA3237。

之后以温-热带种质自交系YA3237分别与温带自交系200B、交51组配杂交组合，经多年、多点试验，参加各级区域试验，育成雅玉10号（YA3237×200B）和雅玉青贮8号（YA3237×交51）。

实施例2利用温-热带种质杂交种选育温-热带种质自交系和温-热带种质杂交种

参照图3，利用优良温-热带杂交种雅玉2号（1989年用外引优良温带自交系7922与优良热带自交系S37杂交组配雅玉2号）育成优良温-热带种质自交系YA7937和优良温-热带种质杂交种组合YA7937×YA8219。

1998年春季在雅安，用经过辐射处理的雅玉2号作为选系用基础材料，S1代选用优良单株混合授粉。

1999-2004年春季在雅安、成都逐代连续自交，于2004年育成性状稳定一致、符合预期目标的优良温-热带种质玉米自交系YA7937。

2009年冬季，用温-热带种质自交系YA7937与热带自交系YA8219组配杂交组合YA7937×YA8219，经多年、多点试验，在四川山区、贵州和云南表现优良，申请参加多省区试。

实施例3利用温-热带种质杂交组合选育温-热带种质自交系和温-热带种质杂交种

参照图3，利用温-热带杂交组合S37×N29育成优良温-热带种质自交系YA3729和优良温-热带种质杂交种雅玉12。

1989年春季，用优良热带自交系S37与性状互补的优良温带自交系N29组配温-热带种质杂交组合S37×N29，作为选系用基础材料。

1989年冬季在海南S₁代混合授粉，以后世代按照系谱法分别在雅安、海南进行1年2代连续自交。自交的同时，用优温带自交系7922进行多世代测定鉴定，于1994年育成性状稳定一致、符合预期目标的优良温-热带种质玉米自交系YA3729。

之后以温-热带种质自交系YA3729与温带自交系7922组配杂交组合，经多年、多点试验，参加各级区域试验，育成雅玉12（7922×YA3729）先后通过四川省和国家审定，不仅在四川表现突出，在西南山地玉米区也同样优异。

实施例4利用热带种质杂交种选育热带种质自交系和温-热带种质杂交种

参照图4，1997年在四川雅安，用巴西热带玉米杂交种AGROLERES1051为基础材料，S₁代选基本株混合授粉后套袋，收获时选留优良果穗。从S₂代开始，仍在四川雅安逐代按穗行种植，选优株自交，同时与优良温-热带自交系YA3237（育种过程参见实施例1）和温带自交系7854进行多世代测交鉴定，2004年育成遗传性状稳定一致、配合力高、农艺性状优良的热带种质自交系YA8201，2005年育成YA8204。

之后分别以育成的热带种质自交系YA8201和YA8204为亲本，与优良温-热带自交系YA3237和温带自交系7854组配杂交组合。2006年育成雅玉青贮26（YA3237×YA8201）。2008年育成雅玉889（7854×YA8201），其丰产性、稳产性和抗逆性优良，尤其对当前云贵高原的新发生主要病害——玉米灰斑病有良好的抗性，该品种已成为云贵高原最受欢迎的主推品种。2012年育成雅玉78（7854×YA8204）。

实施例5利用热带种质杂交组合选育热带种质自交系和温-热带种质杂交种

参照图4，2004年春季在成都，用热带种质自交系YA8201（选育过程参见实施例4）与热带种质自交系F19组配杂交组合YA8201×F19，作为选系用基础材料。

2004年秋季在西双版纳，S₁代选择基本株混合授粉，之后在西双版纳选择优良单株1年2代连续自交，同时用优良温带自交系7854、郑58进行测交鉴定，2007年育成性状稳定一致、符合预期目标的优良热带种质自交系YA8219。

2008年将育成的优良热带种质自交系YA8219与优良温带自交系7854杂交，组配优良温-热带杂交组合7854×YA8219，经多年、多点试验，在湖北山区、贵州和云南表现优良。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种利用热带种质的温带玉米育种方法，其为：

1）材料选择：利用温带种质自交系A与热带种质自交系B组配的温-热带种质杂交组合A×B或B×A，或利用温-热带种质杂交种C作为育种材料；

选育方法：先对温-热带种质杂交组合A×B/B×A或温-热带种质杂交种C采用混合授粉或者回交后混合授粉的方法选育1-2代，之后选取单株连续自交，经多代系谱选择，育成兼具温带和热带种质特点的温-热带种质自交系X；将育成的温-热带种质自交系X与温带种质自交系G或热带种质自交系I杂交，在不同纬度进行杂交种多点试验，育成兼具温带和热带种质特点的温-热带种质杂交种Z；

或2）材料选择：选用热带种质自交系D和热带种质自交系E组配的热带种质杂交组合D×E，或选用热带种质杂交种F作为育种材料；

选育方法：先对热带种质杂交组合D×E或热带种质杂交种F进行1-2代的混合授粉选育，之后选取其中的单株连续自交，经多代系谱选择，育成热带种质自交系Y；以育成的热带种质自交系Y与温-热带种质自交系X或温带种质自交系G杂交，在不同纬度地方进行杂交种多点试验，育成兼具温带和热带种质特点的温-热带种质杂交种Z。

2.如权利要求1所述利用热带种质的温带玉米育种方法，其特征在于，1）所述连续自交，自交同时利用温带种质自交系G或热带种质自交系I进行多世代测交鉴定。

3.如权利要求1所述利用热带种质的温带玉米育种方法，其特征在于，1）所述经多代系谱选择，为经8代以上系谱选择。

4.如权利要求3所述利用热带种质的温带玉米育种方法，其特征在于，采用当地春季和冬季南繁1年2代连续选育，经4年以上时间，完成系谱选择。

5.如权利要求1所述利用热带种质的温带玉米育种方法，其特征在于，2）所述连续自交，自交同时利用温-热带种质自交系X或温带种质自交系G进行多世代测交鉴定。

6.如权利要求1所述利用热带种质的温带玉米育种方法，其特征在于，2）所述经多代系谱选择，为经8代以上系谱选择。

7.如权利要求6所述利用热带种质的温带玉米育种方法，其特征在于，采用当地春季和冬季南繁1年2代连续选育，经4年以上时间，完成系谱选择。

8.如权利要求1所述利用热带种质的温带玉米育种方法，其特征在于，所述温带种质自交系A为郑32或N29；所述热带种质自交系B为S37；温带种质自交系G为200B、交51或7854；热带种质杂交组合D×E为YA8201×F19；热带种质杂交种F为AGROLERES1051；温-热带种质自交系X为YA3237或YA3729；热带种质自交系Y为YA8201或YA8204；温-热带种质杂交种Z为雅玉10号、雅玉青贮8号、雅玉889或雅玉12。

9.权利要求1-8任一项所述利用热带种质的温带玉米育种方法在玉米育种中的应用。

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