CN107801631A - 一种热导温玉米种质渗入式育种改良方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热导温玉米种质渗入式育种改良方法，该方法是以本土种质黄改系为基础，将热带玉米Suwan种质为抗原，渗入式导入Lancaster种质。该方法可以有效地改良温带玉米种质，保留温带自交系优良加性基因，同时将优良热带种质抗性渗入，以达到玉米种质改良目的。本发明的育种方法实用性强、可操作性强、目的性明确、节约成本和育种效率明显提高，可以在玉米育种中推广应用。

Description

一种热导温玉米种质渗入式育种改良方法

技术领域

本发明涉及一种热导温玉米种质渗入式育种改良方法，属于农作物育种技术领域。

背景技术

玉米是世界重要的粮食作物，其总产量仅次于小麦，位居第二，玉米已上升为我国第一大粮食作物，对保障国家粮食安全，促进畜牧业发展，满足工业原料需求等方面具有举足轻重作用。玉米增产引领和支撑我国现代玉米产业发展，是国家玉米产业体系科技进步的根本任务，玉米育种的目标由追求绝对高产向绿色、安全和优质等转变。人口增加，社会发展和农业结构的调整，要求与之相适应的品种，为增加农民收入和提高国际竞争力，必须不断提高育种水平和生产效率。

现有种质资源狭窄和杂优模式单一已严重制约着我国玉米育种和生产的发展，发掘优异种质资源，获得突破性育种材料是选育优良品种的基础与前提，由于中国不是玉米的起源地和多样性中心，不断引进国外自交系、群体及杂交种等加以改良应用十分重要，尤其是热带、亚热带玉米种质的引入、改良和创新是一项迫切且重要的任务；对扩增我国现有种质基础和丰富遗传多样性具有重要意义。

世界玉米发展史表明，热带玉米种质(低纬度)成功驯化到温带(高纬度)地区的结果导致玉米产量的变革(大幅度提高)。自20世纪80年代起，我国玉米育种家对热带玉米种质的引进、改良和创新开展了大量研究工作；对我国玉米育种与生产推广起到巨大推动作用，为粮食安全和人民增收奠定基础。但由于热带、亚热带玉米种质温光敏感、植株高大、生育期晚、抗倒伏差等不良性状严重影响热带、亚热带玉米种质的改良和利用；导致温带区玉米杂交品种与种质基础同质化严重，农业生产力抵御自然灾害能力更脆弱。自21世纪初起，由于热带种质直接引进、改良及应用到生产中费时费力、改良周期长和育种生产效率低等原因导致我国玉米育种家重视不足。

热带玉米种质的改良利用的方法主要群体改良和二环系法；群体改良是热带种质改良有效的方法，但工作量大、费用高、周期长等不足。二环系法是商业化育种最常用的方法和育种短平快的最有效的体现者；但热带玉米种质改良利用效率仍较低；主要归因于：(一)温热玉米杂交，难以打破遗传连锁；(二)生态环境对热带种质(基因型)的选择十分重要；(三)热导温种质的遗传比例；(四)后代优良单株的选择标准等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种热导温玉米种质渗入式育种改良方法，以解决现有技术存在的热带玉米种质在我国温带地区利用难，育种效率低等问题，为拓宽我国现有种质基础和丰富遗传多样性提供物质基础与理论支撑。

本发明发现玉米群体改良能积累有效变异并创造优异种质，轮回选择是群体改良的有效方法，但是普遍存在工作量大、费用高、周期长等不足；其改良方法有效地改良温带玉米种质，保留温带自交系优良加性基因，同时将优良热带种质抗性渗入，以达到玉米种质改良目的。本发明的育种方法实用性强、可操作性强、目的性明确、节约成本和育种效率明显提高，可以在玉米育种中推广应用。

因此，本发明的技术方案主要是以本土种质黄改系为基础，将热带玉米Suwan种质为抗原，渗入式导入Lancaster种质。具体的，包括以下步骤：

步骤1.基础种质的收集、评价与鉴定；

步骤2.S1混合测交法；

步骤3.晚代抗逆性多点鉴选法；

步骤4.多点田间组合鉴定。

其中，步骤1中所述基础种质的收集、评价与鉴定包括以下步骤：

步骤11.针对热带玉米种质进行评价和鉴定；对热带玉米优良自交系包括QR273、QB39、QB48、T32、QB572和QB446等Suwan种质进行感光性鉴评；黄改测验种昌7-2杂交，收获F1代种子；

步骤12.将杂交种F1种植，将F1代混合花粉杂交H2671，形成三交种，定名为Suwan-SPT-Lancaster微群体，即S0代；

步骤13.将F1代和Suwan-SPT-Lancaster微群体种植；在开花期针对Suwan-SPT-Lancaster微群体优良单株选择并进行自交、收获和筛选。

进一步的，步骤2中所述S1混合测交法包括以下步骤：

步骤21.将上一步S0穗行的晋级S1穗行种植，每行套袋自交，收获的自交果穗为S2穗行；同时，每穗行取混合花粉对广基测验种掖478/XL21的F1与窄基测验种沈5003测配；

步骤22.将筛选出的优良组合相对应的S2穗行包括13D110、13D123、13D125、13D130、13D165、13D187、13D180和13D200从冷库全部取出，单粒全部播种，进行田间管理和优良单株选择；

步骤23.S3-S4代种植与选择同步骤21和步骤22。

进一步的，步骤3中所述晚代抗逆性多点鉴选包括以下步骤：

步骤31.基础种质在早代S1-S3选择时，群体花粉充分混合授粉；从中选穗自交并筛选；

步骤32.将收获的S1种子种植，散粉吐丝时，采取穗行间混合授粉；

步骤33.将S2收获的果穗按照系谱种植于温带地区，开花吐丝期时，选择优株，套袋自交，同时，将S1与测验种组配的顶交种进行田间鉴定，计算原始基础材料的遗传变异的系数。

步骤34.S1～S3变换不同的生态区选育；

步骤35.S4-S5代分离世代农艺性状逐步整齐一致，分别在不同地区种植，抗病性、感光性鉴选，对不同穗行进行评价，筛选出优良穗行；

步骤36.S5代稳定穗行分别在不同地区种植并在其中一个地区鉴定抗逆性，另一个地区鉴定感光性；同时，对照鉴定抗逆性的穗行，将另1份S5代的在抗逆性和感光性2点均表现好的穗行重点进行测配；测验种选择：ZHL6218、XL21、PH6WC和M03。

进一步的，步骤4中所述多点田间组合鉴定是将杂交组合在西南山区至少5个不同地区进行田间鉴定，对照种为渝单8号与贵单8号；同时，在黄淮海区域至少5个不同地区进行田间鉴定，设两个对照：郑单958与先玉335，田间管理同大田生产；在西南山区筛选出产量比对照增产5.0％以上杂交种；在黄淮海区筛选出产量比对照增产6.0％以上杂交种。

本发明具有以下技术效果：本发明的玉米Suwan-SPT-Lancaster种质渗入式育种改良方法有别于育种中的传统群体改良和窄基系谱法。本发明的技术方案基于以下现有技术：玉米温热人工群体Suwan-Lancaster合成的构建方法(专利申请号：201710010965.2)，该玉米群体改良具有周期长、成本大、育种效率低和实际操作难等缺点。本发明提出以本土种质(黄改)为基础，将热带玉米Suwan种质为抗原，“渗入式”导入Lancaster种质的改良方法；此方法可以有效地改良温带玉米种质，保留温带自交系优良加性基因，同时将优良热带种质抗性渗入，以达到玉米种质改良目的。本发明的育种方法实用性强、可操作性强、目的性明确、节约成本和育种效率明显提高，可以在玉米育种中推广应用。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。其中涉及的数值、份数或比例如无标注，均为质量数值、质量份数或质量比例。

本发明的基于玉米Suwan-SPT-Lancaster种质“渗入式”育种改良方法包括以下步骤：

(一)基础种质的收集、评价与鉴定：首先，针对热带玉米种质进行评价和鉴定。自20世纪80年代起，课题组针对热带玉米Suwan、Tuxpeno和CIMMYT等种质进行大量育种实践，研究表明，热带玉米Suwan群体含有优良加性基因比Tuxpeno、CIMMYT群体多(以选育优良自交系组配杂交品种在生产上应用为参考)。2009年春，对热带玉米优良自交系QR273、QB39、QB48、T32、QB572和QB446等Suwan种质进行感光性鉴评，研究发现，热带玉米自交系QR273对光钝感，株型半紧凑，配合力好、品质优和抗性强等优点。同时，黄改(SPT)测验种昌7-2杂交，收获(QR273/昌7-2)F1代种子；2009年冬，在海南三亚将杂交种F1种植50株，将F1混合花粉杂交H2671(迪卡516父本)10株，形成三交种(定名为Suwan-SPT-Lancaster微群体)(此过程即为S0代)。2010年夏，在河南安阳，按5500株/亩密度，将(QR273/昌7-2)F1代种植300株，Suwan-SPT-Lancaster微群体种植2000株；研究发现，(QR273/昌7-2)F1植株株高在310厘米，穗位150厘米，植株叶片繁茂，感光性强，营养体十分发达，抗倒性差，生育期比当地品种(郑单958晚7天开花)；而Suwan-SPT-Lancaster微群体整体表现植株株高240-270厘米，穗位100-140厘米，部分植株株型紧凑、开花期适中，抗到性好；基于此，在开花期针对该群体优良单株选择：选择秆强、植株生长强、抗旱、抗茎腐、雄穗分支呈簇状、开花早、吐丝顺的穗行选择自交。收获时，选择持绿、松苞叶、快降水、容重高、籽粒含水量低。果穗选择：大穗、完整饱满穗、14行以上、中等籽粒、易脱粒、籽粒结构好、90％以上好籽粒。

(二)S1混合测交法：将上一步(S0)穗行的晋级S1穗行；200个每穗种植3米行长，每行15株，密度6000株/亩，每行套袋自交，收获的自交果穗为S2穗行；同时，每穗行取混合花粉对广基测验种掖478/XL21的F1与窄基测验种沈5003测配，共测交种400份，2011年，分别在贵州贵阳和河南安阳进行田间鉴定，共筛选出优良组合8份；同时，2011年冬(海南三亚)，将筛选出8份优良组合相对应的S2穗行(13D110、13D123、13D125、13D130、13D165、13D187、13D180和13D200)从冷库全部取出，单粒全部播种，密度7500株/亩，田间管理同大田生产，优良单株选择同上。

S3-S4代种植与选择同上。

(三)晚代抗逆性多点鉴选法：温热玉米种质杂交往往出现遗传基因连锁现象；导致后代选择达不到理想育种目标；基于此，课题组提出基础种质在早代(S1-S3)选择时，群体花粉充分混合授粉；优良单穗选择标准：早代在

5000-5500株/亩密度下，选择秆强、空秆少、植株生长强、抗旱、抗茎腐、叶夹角小、雄穗分支少、早熟的穗行,从中选穗自交。选择持绿、松苞叶、快降水、穗下垂、容重高、籽粒含水量低。果穗选择：大穗、完整饱满穗、14行以上、中等籽粒、易脱粒、籽粒结构好、90％以上好籽粒。将收获的S1种子种植于海南加代，群体数在180-200株，散粉吐丝时，采取穗行间混合授粉；将S2收获的果穗按照系谱种植于温带地区，每个果穗种植30-50株，开花吐丝期时，选择优株，套袋自交)，同时，将S1与测验种组配的顶交种进行田间鉴定，计算原始基础材料的遗传变异的系数。S1～S3变换不同的生态区选育。强胁迫：低温，干旱，风，病虫害，低氮或高氮，高密。严选择：对影响总体目标和可能造成严重减产风险的不良性状一票否决。S4-S5代分离世代农艺性状逐步整齐一致，分别在贵州贵阳和甘肃张掖种植，抗病性、感光性鉴选，对不同穗行进行评价，筛选出优良穗行。

S5代稳定穗行150份，2013年春，将其每个穗行分成3份，其中2份分别在贵州贵阳、甘肃张掖种植，在贵阳点重点鉴定抗逆性(大小斑病、穗腐病等)主要病害，鉴选出好穗行。在甘肃张掖点重点鉴定穗行的感光性，对比对照玉米自交系QR273、H2671的生育期，鉴选出生育期比QR273早，植株正常，钝感光的穗行；同时，对照贵阳点的穗行，2013年冬，将另1份S5代的2点均表现好的穗行50份重点进行测配。测验种选择：ZHL6218、XL21、PH6WC和M03，共计杂交组合200份。

(四)多点田间组合鉴定：

将200份杂交组合在西南山区(云南罗平、广西南宁、贵州贵阳、贵州毕节和贵州德江)5点进行田间鉴定，每个杂交组合5米行长，2行区，行距0.70米，种植密度4000株/亩，对照种为渝单8号与贵单8号。同时，在黄淮海区域(河南滑县、河南郑州、河南周口、河北邯郸、安徽宿州和江苏徐州)6点进行田间鉴定，每个杂交组合5米行长，2行区，行距0.60米，种植密度5000株/亩，设两个对照(郑单958与先玉335)，田间管理同大田生产。在西南山区筛选出产量比对照增产5.0％以上杂交种2个(黔1258和黔1306)；在黄淮海区筛选出产量比对照增产6.0％以上杂交种3个(黔1290、黔1302和黔1306)。

表1：2015-2016年度黔1258和黔1306杂交组合多点田间产量汇总

表2：2015-2016年度黔1290、黔1302和黔1306杂交组合多点田间产量汇总

通过对多点杂交组合产量的分析，研究发现，鉴选出配合力高、产量高、抗逆性好的玉米Suwan-SPT-Lancaste改良系2个(14D1258、14D1290)。

实施例1：

14D1258：玉米Suwan-SPT-Lancaste群体(QR273/昌7-2//H2671)选系；植株性状表型：

株高2.10米，穗位高0.85米，幼苗深绿，长势强；叶鞘浅紫色，根系紫；穗筒型，轴白色；中间粒型，穗行数14-16行，粒浅黄色，成株茎秆呈浅紫色，株型紧凑；抗玉米大、小斑病、黑粉病等病害；一般配合力较好；活秆成熟；西南山区生育期115天。

玉米新品种黔1858，以ZH6218为母本，14D1258为父本杂交选育而成。杂交种田间表型：

植株半紧凑型，生育期120天，与对照贵单8号生育期早熟2-3天。株高260厘米，穗位高110-120厘米,穗长18.5厘米，穗行数14-16行，行粒数34粒，千粒重370克，出籽率87％。中间粒型，籽粒浅黄色，品质好，白轴。果穗苞叶覆盖程度中，籽粒排列直。抗青枯病、穗腐病等等综合抗性好。适宜区域：西南山区和湖北、江苏等区域。

实施例2：

14D1290：玉米Suwan-SPT-Lancaste群体(QR273/昌7-2//H2671)选系；植株性状表型：

株高1.65米，穗位高0.50米，幼苗深绿，长势强；叶鞘浅紫色，根系浅紫；穗短筒型，轴白色；半硬粒型，粒浅黄色；中抗玉米大、小斑病、黑粉病等病害；一般配合力较好；活秆成熟；夏播生育期100天。

玉米新品种汉单661，以M03为母本，14D1290为父本杂交选育而成。杂交种田间表型：

植株紧凑型，黄淮海夏播区103天。植株紧凑型，生育期103天，与郑单958生育期相当。株高250厘米，穗位高120厘米，穗长17.8厘米，穗行数14-16行，行粒数30粒，单穗粒重195克，千粒重370克，出籽率88.56％。中间偏马型，籽粒黄色，品质好，红轴。果穗苞叶覆盖程度中，籽粒排列直。抗青枯病、穗腐病等等综合抗性好。适宜区域：黄淮海夏播区。

上述说明示出并描述了发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离发明的精神和范围，则都应在发明所附权利要求的保护范围内。

当然，以上只是本发明的具体应用范例，本发明还有其他的实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种热导温玉米种质渗入式育种改良方法，其特征在于：以本土种质黄改系为基础，将热带玉米Suwan种质为抗原，渗入式导入Lancaster种质。

2.根据权利要求1所述的热导温玉米种质渗入式育种改良方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1.基础种质的收集、评价与鉴定；

步骤2.S1混合测交法；

步骤3.晚代抗逆性多点鉴选法；

步骤4.多点田间组合鉴定。

3.根据权利要求2所述的热导温玉米种质渗入式育种改良方法，其特征在于：所述基础种质的收集、评价与鉴定包括以下步骤：

步骤11.针对热带玉米种质进行评价和鉴定；对热带玉米优良自交系包括QR273、QB39、QB48、T32、QB572和QB446Suwan种质进行感光性鉴评；黄改测验种昌7-2杂交，收获F1代种子；

步骤12.将杂交种F1种植，将F1代混合花粉杂交H2671，形成三交种，定名为Suwan-SPT-Lancaster微群体，即S0代；

步骤13.将F1代和Suwan-SPT-Lancaster微群体种植；在开花期针对Suwan-SPT-Lancaster微群体优良单株选择并进行自交、收获和筛选。

4.根据权利要求3所述的热导温玉米种质渗入式育种改良方法，其特征在于：所述S1混合测交法包括以下步骤：

步骤21.将上一步S0穗行的晋级S1穗行种植，每行套袋自交，收获的自交果穗为S2穗行；同时，每穗行取混合花粉对广基测验种掖478/XL21的F1与窄基测验种沈5003测配；

步骤22.将筛选出的优良组合相对应的S2穗行包括13D110、13D123、13D125、13D130、13D165、13D187、13D180和13D200从冷库全部取出，单粒全部播种，进行田间管理和优良单株选择；

步骤23.S3-S4代种植与选择同步骤21和步骤22。

5.根据权利要求4所述的热导温玉米种质渗入式育种改良方法，其特征在于：所述晚代抗逆性多点鉴选包括以下步骤：

步骤31.基础种质在早代S1-S3选择时，群体花粉充分混合授粉；从中选穗自交并筛选；

步骤32.将收获的S1种子种植，散粉吐丝时，采取穗行间混合授粉；

步骤33.将S2收获的果穗按照系谱种植于温带地区，开花吐丝期时，选择优株，套袋自交，同时，将S1与测验种组配的顶交种进行田间鉴定，计算原始基础材料的遗传变异的系数。

步骤34.S1～S3变换不同的生态区选育；

步骤35.S4-S5代分离世代农艺性状逐步整齐一致，分别在不同地区种植，抗病性、感光性鉴选，对不同穗行进行评价，筛选出优良穗行；

步骤36.S5代稳定穗行分别在不同地区种植并在其中一个地区鉴定抗逆性，另一个地区鉴定感光性；同时，对照鉴定抗逆性的穗行，将另1份S5代的在抗逆性和感光性2点均表现好的穗行重点进行测配；测验种选择：ZHL6218、XL21、PH6WC和M03。

6.根据权利要求4所述的热导温玉米种质渗入式育种改良方法，其特征在于：所述多点田间组合鉴定是将杂交组合在西南山区至少5个不同地区进行田间鉴定，对照种为渝单8号与贵单8号；同时，在黄淮海区域至少5个不同地区进行田间鉴定，设两个对照：郑单958与先玉335，田间管理同大田生产；在西南山区筛选出产量比对照增产5.0％以上杂交种；在黄淮海区筛选出产量比对照增产6.0％以上杂交种。