CN108739355B - 一种高抗南方锈病玉米的育种方法 - Google Patents

一种高抗南方锈病玉米的育种方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于玉米育种技术领域，具体涉及一种高抗南方锈病玉米的育种方法。一种高抗南方锈病玉米的育种方法，利用高抗南方锈病自交系LM111，通过回交的方法，在玉米长至8‑9叶期(每年约为9月下旬)时采用人工接种鉴定法对后代进行南方锈病鉴定与筛选，选育高抗南方锈病的玉米自交系，利用选育的高抗南方锈病的自交系组配成高抗南方锈病的玉米杂交种。由本发明育成的高抗南方锈病品种，具备抗病性强且农艺性状良好的特点，在农业生产上推广应用，可以减少化学农药的使用，既有利生产无毒无害的绿色产品满足消费需求，又保护生态环境促进农业的可持续发展，具有很好的经济效益和社会效益。

Description

一种高抗南方锈病玉米的育种方法
技术领域
本发明属于玉米育种技术领域，具体涉及一种高抗南方锈病玉米的育种方法。
背景技术
玉米起源于南美洲，公元1556年玉米传入中国，历经几百年的栽培，已形成了丰富的类型和品种。玉米是全球第一大粮食作物。我国玉米种植面积近年来稳定在3000万hm2以上，2012年已达到3494.9万hm2，总产达到20812万t，均超过稻谷生产，成为我国第一大粮食作物。玉米不仅是粮食，更是重要的饲料作物，同时也是工业原料和能源植物，在国民经济中占有重要的地位。
近年来，随着气候和农业耕作制度的改变以及品种的更新换代，玉米病虫害也发生了明显的改变。原有的一些次要病害如茎腐病、瘤黑粉病、南方锈病等正在逐渐上升为目前为害玉米的主要病害，对玉米的安全生产构成了很大的威胁。现有的玉米品种大多以温带材料为主，普遍存在抗病性差的缺点。抗南方锈病玉米是育种工作者进行品种改良的重要目标，通过导入热带血缘提高抗南方锈病能力并有相应品种问世，取得一定进展。使用抗病品种可以节省人力物力，有效减少农药的使用，有利生产绿色或有机粮食迎合消费者对食品安全的需求。但是随着新品种的推广应用，种植年代的增加，病原菌也会发生变异，产生新的生理小种从而丧失抗性。
玉米南方锈病南方锈病是玉米生产中常见的主要病害之一，是由多堆柄锈菌Puccinia polysoraUnderw引起的世界性的气流传播病害，主要分布在东南亚、非洲、大洋洲、美洲中南部等热带、亚热带玉米种植地区。病害流行时，玉米叶片被病菌橙黄色的夏孢子堆和散出的大量夏孢子所覆盖，导致叶片失去光合功能并很快干枯死亡，引起20-30％的产量损失，严重时可达80％，甚至绝收。我国在20世纪70年代有南方锈病发生的记载，但当时主要发生在海南、广西和广东的少数地区。90年代后期，南方锈病在我国黄淮海夏玉米区南部发生，近年发生区域呈现逐渐向北扩展的迹象，已对玉米主产区的生产构成威胁，并对广东甜玉米生产影响明显，也是广西等区域玉米生产的重要病害。由于南方锈病具有突发性、流行快等特点，一旦暴发则很难通过药剂防治的手段加以控制，因此防治南方锈病最安全、经济、有效的方法是培育和推广抗病品种，而筛选和培育抗病种质是开展抗病育种的重要前提。
因此，如何将抗南方锈病基因转移到玉米品种或性状优良的玉米自交材料中，育成既高产又兼顾抗南方锈病性状的玉米品种，是品种改良的一个长期目标。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高抗南方锈病玉米的育种方法，以获得抗南方锈病又兼顾其它优良农艺性状的玉米品种。
本发明提供的技术方案为：
一种高抗南方锈病玉米的育种方法，包括以下步骤：
(1)高抗南方锈病自交系1的选育；
(2)高抗南方锈病自交系2的选育；
(3)利用上述步骤(1)和步骤(2)中方法所育成的高抗南方锈病自交系进行杂交，选育出高抗南方锈病的玉米杂交种。
作为优选，步骤(1)中高抗南方锈病自交系1的选育方法，包括如下步骤：
①将LM111与优良自交系B杂交，得到杂交F1；
②以杂交F1与B回交，得到回交一代BC1F1；
③种植BC1F1并自交，获得回交一代的自交代BC1F2；播种BC1F2，在高发病区采用人工接种鉴定法对后代进行南方锈病鉴定与筛选，选择种植高抗南方锈病植株，选择农艺性状好的植株为父本与B回交，单株单穗收种，收获回交二代BC2F1；
④种植BC2F1并自交，获得回交二代的自交代BC2F2；播种BC2F2，在高发病区采用人工接种鉴定法对后代进行南方锈病鉴定与筛选，选择种植高抗南方锈病植株，选择农艺性状好的植株为父本与B回交，单株单穗收种，收获回交三代BC3F1；
⑤种植BC3F1并自交，获得回交三代的自交代BC3F2；播种BC3F2，在高发病区采用人工接种鉴定法对后代进行南方锈病鉴定与筛选，选择种植高抗南方锈病植株，选择农艺性状好的植株为父本与B回交，单株单穗收种，收获回交四代BC4F1；
⑥种植BC4F1并自交，获得回交四代的自交代BC4F2；播种BC4F2，在高发病区采用人工接种鉴定法对后代进行南方锈病鉴定与筛选，选择种植高抗南方锈病植株，选择农艺性状好的植株为父本与B回交，单株单穗收种，收获回交五代BC5F1；
⑦种植BC5F1并自交，获得回交五代的自交代BC5F2；播种BC5F2，在高发病区采用人工接种鉴定法对后代进行南方锈病鉴定与筛选，选择种植高抗南方锈病植株，选择农艺性状好的植株为父本与B回交，单株单穗收种，收获回交六代BC6F1；
⑧种植BC6F1并自交，获得回交六代的自交代BC6F2；播种BC6F2，在高发病区采用人工接种鉴定法对后代进行南方锈病鉴定与筛选，种植高抗南方锈病植株，筛选符合选育目标的植株连续2代自交，自交代均表现为高抗南方锈病，单穗收种，种成穗行，在穗行中选株种成株系，获得高抗南方锈病的玉米自交系1。
作为优选，步骤(2)中高抗南方锈病自交系2的选育方法，包括如下步骤：
①将LM111与另一个优良自交系C杂交，得到杂交F1；
②以杂交F1与C回交，得到回交一代BC1F1；
③种植BC1F1，选农艺性状好的单株自交，同时与自交系C回交，做好对应编号，分别单株单穗收获BC1F2和BC2F1；
④随机取BC1F2单株单穗种子播种，在高发病区采用人工接种鉴定法对后代进行南方锈病鉴定与筛选，种植具高抗南方锈病的对应的BC2F1，选农艺性状好的单株自交，同时与自交系C回交，做好对应编号，分别单株单穗收获BC2F2和BC3F1；
⑤随机取BC2F2单株单穗种子播种，在高发病区采用人工接种鉴定法对后代进行南方锈病鉴定与筛选，种植具高抗南方锈病的对应的BC3F1，选农艺性状好的单株自交，同时与自交系C回交，做好对应编号，分别单株单穗收获BC3F2和BC4F1；
⑥随机取BC3F2单株单穗种子播种，在高发病区采用人工接种鉴定法对后代进行南方锈病鉴定与筛选，种植具高抗南方锈病的对应的BC4F1，选农艺性状好的单株自交，同时与自交系C回交，做好对应编号，分别单株单穗收获BC4F2和BC5F1；
⑦随机取BC4F2单株单穗种子播种，在高发病区采用人工接种鉴定法对后代进行南方锈病鉴定与筛选，种植具高抗南方锈病的对应的BC5F1，选农艺性状好的单株自交，同时与自交系C回交，做好对应编号，分别单株单穗收获BC5F2和BC6F1；
⑧播种BC5F2，在高发病区采用人工接种鉴定法对后代进行南方锈病鉴定与筛选，选留后代均高抗南方锈病的株植，连续2代自交，自交代均表现为高抗南方锈病，单穗收种，种成穗行，在穗行中选株种成株系，获得高抗南方锈病的自交系2。
上述人工接种鉴定法为：在玉米长至8-9叶期(每年春季约4月下旬、秋季约为9月下旬)时进行鉴定接种。接种采用人工喷雾法，将保存的病原菌夏孢子在室温(约25℃)放入加水的容器内，回湿处理3-4h，然后配成浓度为6×104个孢子/mL孢子悬浮液，加入0.02％的吐温(v/v)，充分搅匀，用背负式喷雾器在傍晚时分喷雾接种。每株玉米材料接种量为7～8mL菌液，接种选择雨后，以保证田间湿度条件满足病菌的入侵和植株发病需求。若天气干旱时，需在接种后立即灌溉，提高田间的大气保湿。在玉米乳熟期至蜡熟期(每年春季六月上旬，秋季11月上旬)进行调查。调查时目测每份鉴定材料群体的发病状况，调查重点部位为玉米果穗的上方和下方3叶。根据病害症状描述，逐份材料记载病情级别，再根据病情级别进行抗病性综合评价。
上述采用人工接种鉴定方法中，抗南方锈病鉴定的田间病情分级、相对应的病状描述：
1级：全株叶片无病斑或仅有无孢子堆的过敏性反应；
3级：全株叶片有少量孢子堆，占总叶面积少于等于25％；
5级：全株叶片有中量孢子堆，占总叶面积26～50％；
7级：全株叶片有大量孢子堆，占总叶面积51～75％；
9级：全株叶片有大量孢子堆，占总叶面积少于76～100％，叶片枯死。
上述玉米南方锈病采用人工接种鉴定方法中，抗病性鉴定的标准为：
高抗：病情级别为1级；
抗病：病情级别为3级；
中抗：病情级别为5级；
感病：病情级别为7级；
高感：病情级别为9级。
上述育种方法中高抗南方锈病材料LM111的鉴定与南方锈病的遗传分析：
a、取LM111(广西农业科学院种质资源库保存)和M9、双M9、SM981、S313、Hi、(均为广西农科院种质资源库保存)及在生产上应用的品种F06、F19、南99、南70-3、CTL20、CTL26、PA212、PA33、H1087、T3261、NP5024、NP5603、Y708M、F880等种子进行种植，F2不分离，说明以上资源均为自交种，利用人工接种鉴定法进行南方锈病鉴定，结果发现材料LM111具有免疫南方锈病的特性。
b、进一步对LM111进行南方锈病的遗传分析，将其与高感材料黄早四(广西农业科学院种质资源库保存)进行杂交，正交和反交的F1后代植株对南方锈病均表现高抗，说明材料LM111对南方锈病的抗性由显性基因控制。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)在高发病区采用人工接种鉴定法对后代进行南方锈病鉴定与筛选，具有简便、高效、准确率高的优点。
(2)针对生产常用的栽培种存在抗南方锈病性差的缺点，由本发明育成的高抗南方锈病品种，具备抗病性强且农艺性状良好的特点，在农业生产上推广应用，可以减少化学农药的使用，既有利生产无毒无害的绿色产品满足消费需求，又保护生态环境促进农业的可持续发展，具有很好的经济效益和社会效益。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
高抗玉米自交系LM111是广西农业科学院玉米研究所选用PS群(S313、S8232、S泰41、S泰152、S84-6、S152、NF818-61、SW8211、SP221、SW8241等二十多个含苏湾血源材料组建的玉米育种群体)作选系基础材料，经自交分离8代、鉴定和筛选而育成的玉米自交系。
特征特性：该自交系春播生育期115天，秋播108天。幼苗长势较强，第一叶鞘绿色，第一叶尖端圆到匙，第4展开叶片边缘为绿色，叶片淡绿色，叶缘波状少，株高203.7cm，穗位高80.7cm，株型平展型，成株叶片数19-20片，穗上部叶片中度下披。雄花发达，雄穗长约30厘米，分枝6-12条，雄穗主轴与分枝的角度较大，雄穗侧枝直，花粉量大。花药饱绿或淡紫色，颖片基部淡紫色，颖片淡紫色。雌花为紫红色，雌雄花基本同步开花。果穗着生于倒数第6-7片叶。果穗筒型，穗长12-15cm，穗粗约3.5cm、穗行数10-14行，出籽率75.8％，千粒重284克。籽粒黄色，硬粒型，籽粒角质多，穗轴白色。抗锈病大、小斑病、茎腐病、丝黑穗病和玉米瞑。一般繁殖密度每亩种植4000株，制种密度4000-4200株/亩。中等肥力条件下，一般单产200公斤/亩以上。
实施例1：
(1)2008年春在广西农科院明阳科研基地，以LM111为非轮回亲本，以黄早四(中国农业科学院国家种质资源库保存)为轮回亲本进行杂交，收获F1代种子；
(2)2008年秋种植F1代，并与黄早四进行回交，收获BC1F1一代种子；
(3)2009年春种植BC1F1并自交，获得回交一代的自交代BC1F2；播种BC1F2，采用人工接种鉴定法进行南方锈病鉴定，选择种植高抗南方锈病植株，选择农艺性状好的植株为父本与黄早四回交，单株单穗收种，收获回交二代BC2F1；
(4)按步骤(3)的方法，连续进行6代回交代的选择，收获BC6F1，至2011年上半年，对BC6F1进行自交，对自交后代利用人工接种鉴定法进行南方锈病鉴定，从后代中得到基本保留轮回亲本优良性状又具有高抗南方锈病的单株；
(5)2011年秋，种植具有轮回亲本优良性状又兼有高抗南方锈病的单株，筛选符合选育目标的植株连续2代自交，自交代均表现为高抗南方锈病，单穗收种，种成穗行，在穗行中选株种成株系，获得高抗南方锈病的自交系；
实施例2：
(1)2008年，将LM111与另一个优良自交系F880(为生产上应用的品种)杂交，得到杂交F1；
(2)以杂交F1与F880回交，得到回交一代BC1F1；
(3)2009年，种植BC1F1并自交，同时与自交系F880回交，做好对应编号，分别单株单穗收获BC1F2和BC2F1；
(4)随机取BC1F2单株单穗种子播种，采用人工接种鉴定法进行南方锈病鉴定，种植具高抗南方锈病的对应的BC2F1，选农艺性状好的单株自交，同时与自交系F880回交，做好对应编号，分别单株单穗收获BC2F2和BC3F1；
(5)随机取BC2F2单株单穗种子播种，采用人工接种鉴定法进行南方锈病鉴定，种植具高抗南方锈病的对应的BC3F1，选农艺性状好的单株自交，同时与自交系F880回交，做好对应编号，分别单株单穗收获BC3F2和BC4F1；
(6)随机取BC3F2单株单穗种子播种，采用人工接种鉴定法进行南方锈病鉴定，种植具高抗南方锈病的对应的BC4F1，选农艺性状好的单株自交，同时与自交系F880回交，做好对应编号，分别单株单穗收获BC4F2和BC5F1；
(7)随机取BC4F2单株单穗种子播种，采用人工接种鉴定法进行南方锈病鉴定，种植具高抗南方锈病的对应的BC5F1，选农艺性状好的单株自交，同时与自交系F880回交，做好对应编号，分别单株单穗收获BC5F2和BC6F1；
(8)2012年，播种BC5F2，采用人工接种鉴定法进行南方锈病鉴定，选留后代均高抗南方锈病的单株单穗，连续2代自交，自交代均表现为高抗南方锈病，单穗收种，种成穗行，在穗行中选株种成株系，获得高抗南方锈病的自交系。
实施例3：
2013年，利用上述方法所育成的高抗南方锈病自交系进行杂交，收获杂交种F1，随机取F1种子进行种植，采用人工接种鉴定法进行南方锈病鉴定，结果均表现出高抗南方锈病的特性，至此，已选育出高抗南方锈病的玉米杂交种。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (1)

1.一种高抗南方锈病玉米的育种方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)高抗南方锈病自交系1的选育；
(2)高抗南方锈病自交系2的选育；
(3)利用上述步骤(1)和步骤(2)中方法所育成的高抗南方锈病自交系进行杂交，选育出高抗南方锈病的玉米杂交种；
其中，步骤(1)中高抗南方锈病自交系1的选育方法，包括如下步骤：
①将LM111与优良自交系B杂交，得到杂交F1；
②以杂交F1与B回交，得到回交一代BC1F1；
③种植BC1F1并自交，获得回交一代的自交代BC1F2；播种BC1F2，在高发病区采用人工接种鉴定法对后代进行南方锈病鉴定与筛选，选择种植高抗南方锈病植株，选择农艺性状好的植株为父本与B回交，单株单穗收种，收获回交二代BC2F1；
④种植BC2F1并自交，获得回交二代的自交代BC2F2；播种BC2F2，在高发病区采用人工接种鉴定法对后代进行南方锈病鉴定与筛选，选择种植高抗南方锈病植株，选择农艺性状好的植株为父本与B回交，单株单穗收种，收获回交三代BC3F1；
⑤种植BC3F1并自交，获得回交三代的自交代BC3F2；播种BC3F2，在高发病区采用人工接种鉴定法对后代进行南方锈病鉴定与筛选，选择种植高抗南方锈病植株，选择农艺性状好的植株为父本与B回交，单株单穗收种，收获回交四代BC4F1；
⑥种植BC4F1并自交，获得回交四代的自交代BC4F2；播种BC4F2，在高发病区采用人工接种鉴定法对后代进行南方锈病鉴定与筛选，选择种植高抗南方锈病植株，选择农艺性状好的植株为父本与B回交，单株单穗收种，收获回交五代BC5F1；
⑦种植BC5F1并自交，获得回交五代的自交代BC5F2；播种BC5F2，在高发病区采用人工接种鉴定法对后代进行南方锈病鉴定与筛选，选择种植高抗南方锈病植株，选择农艺性状好的植株为父本与B回交，单株单穗收种，收获回交六代BC6F1；
⑧种植BC6F1并自交，获得回交六代的自交代BC6F2；播种BC6F2，在高发病区采用人工接种鉴定法对后代进行南方锈病鉴定与筛选，种植高抗南方锈病植株，筛选符合选育目标的植株连续2代自交，自交后代均表现为高抗南方锈病，单穗收种，种成穗行，在穗行中选株种成株系，获得高抗南方锈病的玉米自交系1；
其中，步骤(2)中高抗南方锈病自交系2的选育方法，包括如下步骤：
①将LM111与另一个优良自交系C杂交，得到杂交F1；
②以杂交F1与C回交，得到回交一代BC1F1；
③种植BC1F1，选农艺性状好的单株自交，同时与自交系C回交，做好对应编号，分别单株单穗收获BC1F2和BC2F1；
④随机取BC1F2单株单穗种子播种，在高发病区采用人工接种鉴定法对后代进行南方锈病鉴定与筛选，种植具高抗南方锈病的对应的BC2F1，选农艺性状好的单株自交，同时与自交系C回交，做好对应编号，分别单株单穗收获BC2F2和BC3F1；
⑤随机取BC2F2单株单穗种子播种，在高发病区采用人工接种鉴定法对后代进行南方锈病鉴定与筛选，种植具高抗南方锈病的对应的BC3F1，选农艺性状好的单株自交，同时与自交系C回交，做好对应编号，分别单株单穗收获BC3F2和BC4F1；
⑥随机取BC3F2单株单穗种子播种，在高发病区采用人工接种鉴定法对后代进行南方锈病鉴定与筛选，种植具高抗南方锈病的对应的BC4F1，选农艺性状好的单株自交，同时与自交系C回交，做好对应编号，分别单株单穗收获BC4F2和BC5F1；
⑦随机取BC4F2单株单穗种子播种，在高发病区采用人工接种鉴定法对后代进行南方锈病鉴定与筛选，种植具高抗南方锈病的对应的BC5F1，选农艺性状好的单株自交，同时与自交系C回交，做好对应编号，分别单株单穗收获BC5F2和BC6F1；
⑧播种BC5F2，在高发病区采用人工接种鉴定法对后代进行南方锈病鉴定与筛选，选留后代均高抗南方锈病的株植，连续2代自交，自交后代均表现为高抗南方锈病，单穗收种，种成穗行，在穗行中选株种成株系，获得高抗南方锈病的自交系2。
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