CN106857228B - 一种利用玉米异源多倍体培育耐寒玉米品种的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于玉米育种方法领域，本发明提供了玉米异源多倍体在培育耐寒玉米品种上的应用；还提供了一种利用玉米异源多倍体培育耐寒玉米品种的方法，该方法利用玉米异源多倍体作为耐寒性性状的供体和远缘杂交的桥梁材料，经过回交转育和耐寒性鉴定，获得了耐寒性强的玉米品种。本发明方法克服了玉米及其近缘属间远缘杂交的困难，为在玉米生产中利用玉米近缘属种的耐寒性基因提供了一种新的途径，扩大了玉米耐寒性种质资源；其次，利用本发明方法选出的品种耐寒性强，可以扩大寒冷地区玉米的种植面积，提高寒冷地区玉米的产量；此外，本发明育种方法培育耐寒玉米品种成本低，效率高。

Description

一种利用玉米异源多倍体培育耐寒玉米品种的方法

技术领域

本发明属于玉米育种方法领域，具体涉及一种利用玉米异源多倍体培育耐寒玉米品种的方法。

背景技术

玉米(Zea mays L.)是喜温作物，当温度低于l0℃时植株生长明显缓慢，6℃～8℃时停止生长，温度更低时细胞和组织产生不可逆的损害。玉米萌发期、苗期对低温十分敏感(马延华等.作物杂志，2012，(4)1-8)。发芽及幼苗期受低温危害所表现的症状通常是中胚轴和胚芽鞘变褐及萎蔫、叶片呈水渍状及发育不全甚至因幼苗生长受阻而不能成活(谭振波等.玉米科学，2002，10(2)：56-60)。低温冷害是我国北方玉米产区的主要气象灾害，东北地区平均3～4年就遭受一次冷害，在低温冷害严重的年份，玉米减产可达20％。因此，玉米低温冷害是我国北方玉米产区亟待解决的问题。

培育耐寒玉米品种是解决玉米低温冷害问题的最经济有效的途径。但是由于玉米长期在温度较高的地区和时期种植，其耐寒性遗传种质很少，利用现有的玉米种质材料难以培育出耐寒性强的品种。而玉米近缘野生种具有丰富的遗传多样性，包括耐寒性强特性，但是由于存在生殖隔离，玉米近缘野生种和玉米杂交通常不能结实，致使玉米近缘野生种的耐寒性种质资源很难转育到玉米中。

MTF-1(Tripsazea creammaize T.2n＝76)是四川农业大学育成的含有玉米(Zeamays L.)、四倍体多年生类玉米(Zea perennis)和摩擦禾(Tripsacum dactyloides L.)全套染色体的玉米异源六倍体(苏月贵，四川农业大学硕士论文，2009)，其雌性可育，并具有抗寒性强的特性。用玉米、摩擦禾或四倍体多年生类玉米作为父本给MTF-1授粉，能产生少量后代，因此，利用MTF-1能与玉米不同物种杂交的特性，可将玉米近缘野生种中的耐寒性基因转育到普通栽培玉米中。

玉米品种耐寒性鉴定指标主要有：(1)质膜透性(相对电导率)：细胞膜结构的稳定性与玉米品种的耐寒性成正相关，耐寒性强的玉米品种膜透性增大程度较慢，而耐寒性弱的品种膜透性增大迅速(高灿红等.应用生态学报，200617(6)：10451050)。低温造成细胞膜的严重损伤，使质膜的电解质渗透率增加。(2)苗长、根长、苗干重和根干重等生长指标：玉米初生侧根长度受低温影响最大，选择较长的初生侧根能够提高低温下幼苗耐寒能力(Hund A等，European Journal of Agronomy，2008，28(3):178－185)。)苗干重可以衡量低温下幼苗的生长能力和健壮度(Hodges等，Canadian Journal of Plant Science,1994,74(4):687－691)。发芽期和苗期耐寒性强的自交系在低温逆境下发芽成苗好，干物质积累多(李霞等，玉米科学,2008,16(2):60－65,70)。

经检索，没有发现利用玉米异源多倍体培育耐寒玉米品种的报道。

发明内容

针对玉米低温冷害给玉米生产造成损失的问题，本发明目的在于提供玉米异源多倍体在培育耐寒玉米品种上的用途。

本发明另一目的在于提供一种利用玉米异源多倍体培育耐寒玉米品种的方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了玉米异源多倍体在培育耐寒玉米品种上的应用。

所述的玉米异源多倍体是指玉米异源六倍体MTF-1(Tripsazea creammaize T.；2n＝76)或其衍生系。

所述的MTF-1(Tripsazea creammaize T.；2n＝76)是四川农业大学通过远缘杂交育成的含有玉米(Zea mays L.)、四倍体多年生类玉米(Zea perennis)和摩擦禾(Tripsacum dactyloides L.)全套染色体的玉米异源六倍体材料(苏月贵.四川农业大学硕士论文，2009)。

所述的衍生系是指以MTF-1为母本，以玉米(Zea mays L.)、四倍体多年生类玉米(Zea perennis)或摩擦禾(Tripsacum dactyloides L.)为父本杂交，选择包含玉米、四倍体多年生类玉米和摩擦禾三个物种全套染色体的后代(2n＝76)，所得的新的异源六倍体即为MTF-1的衍生系。

本发明还提供了一种利用玉米异源多倍体培育耐寒玉米品种的方法，包括如下步骤：

(1)、在初春，当地温升至10℃以上时，将玉米异源六倍体MTF-1(Tripsazeacreammaize T，2n＝76)或其衍生系按株行距2m×2m种植；同时，分10批种植普通玉米A(Zeamays L.，2n＝20)，每批20株，每批间隔3天；

(2)、在吐丝前将MTF-1或其衍生系雌穗套袋，并在授粉前将其花丝剪短至2～3cm，然后以普通玉米A为父本给MTF-1或其衍生系雌穗授粉，每个雌穗至少重复授粉3次，每次授粉后都在套袋上作标记，成熟时收获种子，获得F₁代；

(3)、将步骤(2)所得的F₁代种子按株行距2m×2m单株种植；同时，同步骤(1)一样分批种植普通玉米A；以F₁代为母本、以普通玉米A为父本回交，获得BC₁F₁代；

(4)、抗寒性鉴定：将BC₁F₁代种子放在蒸馏水中在常温下浸泡10～12小时，然后将种子均匀放置于有湿润滤纸的培养皿中，在每个培养皿里加入蒸馏水，水层深度为1mm，再置于25℃恒温箱2天；将处于露白甚至萌芽状态的种子播种在花盆中；当幼苗长至三叶一心时，将幼苗置于6～8℃进行低温处理7～8天，低温处理时每天光照处理12小时，黑暗处理12小时；然后选择经过低温处理后叶片宽度和植株繁茂程度适中且叶片没有萎蔫的幼苗；淘汰植株矮化，叶尖及边缘冻死干枯，生长点呈水浸状、褐色的幼苗；以所选的BC₁F₁代植株为母本，用普通玉米A为父本回交，得BC₂F₁代；

(5)重复步骤(4)回交2-4次，得BC₄F₁代～BC₆F₁代；

(6)、将步骤(5)所得的BC₄F₁代～BC₆F₁代自交1次，对自交后代进行鉴定，耐寒性表现一致的，即耐寒性强的玉米品种。

上述方法步骤(1)中所述的玉米异源六倍体MTF-1(Tripsazea creammaize T，2n＝76)是四川农业大学以引自美国的四倍体玉米(Zea mays L，4n＝40)和四倍体鸭茅状摩擦禾(或称指状摩擦禾，Tripsacum dactyloides L，2n＝72)之间的属间杂种F1为母本，以四倍体多年生类玉米(Zea perennis，2n＝40)为父本杂交育成的玉米异源六倍体(苏月贵，四川农业大学硕士论文，2009)；MTF-1(Tripsazea creammaize T，2n＝76)是一个包含全套玉米染色体组(20条)、鸭茅状摩擦禾染色体组(36条)和四倍体多年生类玉米染色体组(20条)的属间杂种，是一个自然界不存在的新物种，四川农业大学将该玉米异源六倍体MTF-1分类命名为：玉黍禾属玉淇淋草种，将其拉丁文分类名称命名为Tripsazea creammaize T。

MTF-1为多年生，无性繁殖，植株茁壮，直立丛生，根系发达，植株抗寒性强。

MTF-1主要通过分兜繁殖、茎秆扦插或其他无性繁殖方式等无性繁殖方法进行繁殖。

公众可从四川农业大学获得MTF-1(Tripsazea creammaize T.2n＝76)生物材料。

上述方法步骤(1)中所述的普通玉米A是指玉米自交系、杂交种、综合种等。优选玉米自交系。

一种耐寒性强的玉米杂交种的育种方法，包括以上述方法育成的耐寒性强的自交系为亲本，组配杂交种。

本发明具有的优点和有益效果：(1)、本发明方法克服了玉米及其近缘属间远缘杂交的困难，为在玉米生产中利用玉米近缘属种的耐寒性基因提供了一种新的途径；扩大了玉米耐寒性种质资源；(2)利用本发明方法选出的品种耐寒性强，可以扩大寒冷地区玉米的种植面积，提高寒冷地区玉米的产量；(3)本发明育种方法培育耐寒玉米品种成本低，效率高。

具体实施方式

实施例1：利用玉米异源多倍体培育耐寒玉米自交系

按照如下步骤进行：

(1)、2011春季，在四川农业大学成都校区温江育种基地，在地温升至10℃以上时，将MTF-1(Tripsazea creammaize T.2n＝76)进行分蔸、扦插或其他无性繁殖方式获得种苗，按株行距为2m×2m进行单株种植；同时，分10批播种玉米自交系郑58(Zea mays L.，2n＝20)，每批20株，每批间隔3天；公众可从四川农业大学获得MTF-1生物材料

(2)、在吐丝前将MTF-1雌穗套袋，吐丝后将花丝剪短至2～3cm，用郑58的花粉给MTF-1雌穗授粉，第一次授粉后隔2天再授粉一次，共授粉3次，每次授粉后在纸袋上做标记，成熟时收获，获得F₁代种子。

(3)、2012年春天，将F₁按株行距2m×2m单株种植；同时，和步骤(1)一样分期播种郑58；以F₁为母本、以郑58为父本回交，获得BC₁F₁代。

(4)、2013年春天，对BC₁F₁代进行抗寒性鉴定，将BC₁F₁代种子在常温(约25℃)浸泡12小时，然后将种子均匀放置于有湿润滤纸的培养皿中。在每个培养皿里加入蒸馏水，水层深度为1mm；再放入25℃恒温箱保温2天；将处于露白甚至萌芽状态的有活力的种子从每个皿中挑选出来，播种到花盆中，当幼苗长至三叶一心期时，将幼苗置于6～8℃进行低温处理7～8天(低温处理时每天光照处理12小时，黑暗处理12小时)；选择叶片宽度和植株繁茂程度适中且叶片没有萎蔫的幼苗；淘汰植株矮化，叶尖及边缘冻死干枯，生长点呈水浸状、褐色的幼苗。将所选的抗寒性强的幼苗按株行距2m×2m单株种植；以所选的BC₁F₁代为母本，以郑58(分期播种，同上)为父本进行回交，获得BC₂F₁代。

(5)、2014年～2015年，重复步骤(4)2次，获得BC₄F₁代；

(6)、将所得BC₄F₁代自交1次，对自交后代按照步骤(4)方法进行耐寒性鉴定，耐寒性表现一致的，即为耐寒性强的郑58改良系。

实施例2利用玉米异源多倍体培育耐寒玉米自交系

以MTF-1为非轮回亲本，分别以B73和昌7-2为轮回亲本，按照实施例1所述的育种方法，分别育成耐寒性强的B73改良系和耐寒性强的昌7-2改良系。

实施例3：对改良系低温处理后质膜透性测定(电导法)对比试验

(一)试验材料

(1)、实施例1育成的郑58改良系。

(2)、郑58(对照)。

(3)、实施例2育成的B73改良系。

(4)、B73(对照)。

(5)、实施例2育成的昌7-2改良系。

(6)、昌7-2(对照)。

(二)试验方法

挑选饱满的种子100粒，在培养皿进行种子萌发。用0.5％次氯酸钠溶液消毒种子5min，然后用蒸馏水冲洗3次；分成3等分，常温(约25℃)浸泡过夜，以便种子吸饱水分，12小时后将种子均匀放置于有湿润滤纸的培养皿中。在每个培养皿里加入蒸馏水，水层深度为1mm；放入25℃恒温箱2天，并放置温度计每天记录实际温度，每天至少补水两次，保持滤纸湿润。2天之后，有活力的种子基本已经处于露白甚至萌芽状态，从每个皿中挑选具有活力的种子20粒，播种在花盆中，当幼苗长至三叶一心时期时对所选的材料进行低温处理，处理组材料均采用完全随机设计，三次重复，采用恒定低温条件(CT:6℃～8℃)进行低温处理7天(低温处理时每天光照处理12小时，黑暗处理12小时)，及时补充培养液以维持一定水层，并且每天记录气候箱内温度两次。低温培养7天后，每组材料选取生长相对一致的5株幼苗，进行质膜透性测定(相对电导率)。每株幼苗快速称取0.4g叶片，用自来水洗净后再用蒸馏水冲洗3次，分别置于10m去离子水的刻度试管中，盖上玻璃塞置于室温下浸泡12h，用电导仪测定浸提液电导率(R1)，然后沸水浴加热30min，冷却至室温后摇匀，再次测定浸提液电导率(R2)。

其中：相对电导率＝R1/R2×100％.

表1经低温处理后郑58改良系质膜透性测定试验结果

材料名称	相对电导率(％)
		郑58	33％
郑58改良系	20％

表2经低温处理后B73改良系质膜透性测定试验结果

材料名称	相对电导率(％)
		B73	38.04％
B73改良系	25.06％

表3经低温处理后昌7-2改良系质膜透性测定试验结果

材料名称	相对电导率(％)
		昌7-2	39.87％
昌7-2改良系	24.41％

结果(见表1、表2和表3)郑58的相对电导率33％显著大于郑58改良系的相对电导率20％，B73的相对电导率38.04％显著大于B73改良系的相对电导率25.06％，昌7-2的相对电导率39.87％显著大于昌7-2改良系的相对电导率24.41％。说明转育获得的改良系耐寒性比原品种强。

实施例4对改良系进行低温处理后生长指标测定对比试验

(一)试验材料

(1)、实施例1育成的郑58改良系。

(2)、郑58(对照)。

(3)、实施例2育成的B73改良系。

(4)、B73(对照)。

(5)、实施例2育成的昌7-2改良系。

(6)、昌7-2(对照)。

(二)试验方法

挑选饱满的种子100粒，在培养皿进行种子萌发。用0.5％次氯酸钠溶液消毒种子5min，然后用蒸馏水冲洗3次；分成3等分，常温(约25℃)浸泡过夜，以便种子吸饱水分，12小时后将种子均匀放置于有湿润滤纸的培养皿中。在每个培养皿里加入蒸馏水，水层深度为1mm；放入25℃恒温箱，并放置温度计每天记录实际温度，每天至少补水两次，保持滤纸湿润。2天之后，有活力的种子基本已经处于露白甚至萌芽状态，从每个皿中挑选具有活力的种子20粒，播种在花盆中，当幼苗长至三叶一心时期时对所选的材料进行低温处理，处理组材料均采用完全随机设计，三次重复，采用恒定低温条件(CT:6℃-8℃)，进行低温处理7天(其中每天光照处理12小时，黑暗处理12小时)，及时补充培养液以维持一定水层，并且每天记录气候箱内温度两次。低温培养7天后，每组材料选取生长相对一致的5株幼苗，进行表型测定。测苗长(SL/cm)，根长(RL/cm)，苗干重(DW/g))，根干重(DW/g))，苗鲜重(SFW/g)，根鲜重(RFW/g)。其中苗长为茎基部到最长叶片叶尖的距离，根长为茎基部到最长根尖的距离，鲜重为吸除根和茎表面的水分后的重量；干重为根和茎烘干后的重量。具体方法是：将称量完鲜重的根与苗分别装入纸袋中，转移到烘箱中，首先在100℃杀青2h，然后在70-80℃条件下烘焙3d，烘干后用精度为0.Olg的电子天平称量根与茎的干重。随后计算各性状耐冷系数(即胁迫与对照条件下的比值)作为耐冷指标，包括相对苗长(rSL)，相对根长(sRL)，相对苗干重(rSDW)，相对根干重(rRDW)。

其中：相对苗长＝苗长(胁迫条件)/苗长(对照条件)

相对根长＝根长(胁迫条件)/根长(对照条件)

相对苗干重＝苗干重(胁迫条件)/苗干重(对照条件)

相对根干重＝根干重(胁迫条件)/根干重(对照条件)

表4郑58改良系低温处理后生长指标测定结果

表5B73改良系低温处理后生长指标测定结果

表6昌7-2改良系低温处理后生长指标测定结果

结果(见表4、表5和表6)郑58改良系、B73改良系或昌7-2改良系的相对苗长、相对根长、相对苗干重、相对根干重都分别显著大于原品种郑58、B73或昌7-2。说明本发明通过玉米异源多倍体转育的改良系的耐寒性比原品种有显著提高。

Claims (2)

1.一种利用玉米异源多倍体培育耐寒玉米品种的方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）、在初春，当地温升至10℃以上时，将玉米异源六倍体MTF-1或其衍生系按株行距2m×2m 种植；同时，分10批种植普通玉米A，每批20株，每批间隔3天；

（2）、在吐丝前将MTF-1或其衍生系雌穗套袋，并在授粉前将其花丝剪短至2～3 cm，然后以普通玉米A为父本给MTF-1或其衍生系雌穗授粉，每个雌穗至少重复授粉3次，每次授粉后都在套袋上作标记，成熟时收获种子，获得F₁代；

（3）、将步骤（2）所得的F₁代种子按株行距2m×2m单株种植；同时，同步骤（1）一样分批种植普通玉米A；以F₁代为母本、以普通玉米A为父本回交，获得BC₁F₁代；

（4）、抗寒性鉴定：将BC₁F₁代种子放在蒸馏水中在常温下浸泡10～12小时，然后将种子均匀放置于有湿润滤纸的培养皿中，在每个培养皿里加入蒸馏水，水层深度为1mm，再置于25℃恒温箱2天；将处于露白甚至萌芽状态的种子播种在花盆中；当幼苗长至三叶一心时，将幼苗置于6～8℃进行低温处理7～8天，低温处理时每天光照处理12小时，黑暗处理12小时；然后选择经过低温处理后叶片宽度和植株繁茂程度适中且叶片没有萎蔫的幼苗；淘汰植株矮化，叶尖及边缘冻死干枯，生长点呈水浸状、褐色的幼苗；以所选的BC₁F₁代植株为母本，用普通玉米A为父本回交，得BC₂F₁代；

（5）、重复步骤（4）回交2-4次，得BC₄F₁代～BC₆F₁代；

（6）、将步骤（5）所得的BC₄F₁代～BC₆F₁代自交1次，对自交后代进行鉴定，耐寒性表现一致的，即耐寒性强的玉米品种；

所述的普通玉米A均指玉米自交系；

所述的衍生系均指以MTF-1为母本，以玉米、四倍体多年生类玉米或摩擦禾为父本杂交，选择包含玉米、四倍体多年生类玉米和摩擦禾三个物种全套染色体的后代，所得的新的异源六倍体。

2.一种耐寒性强的玉米杂交种的育种方法，其特征在于以权利要求1所述的方法育成的耐寒性强的自交系为亲本，组配杂交种。