CN109430047B - 一种耐旱玉米自交系的选育方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种耐旱玉米自交系的选育方法，包括以下步骤：1)选取自身产量高、高耐旱、配合力强、自身农艺性状优良的S0代群体为基础材料；2)以S0代群体自交获得S1代群体；3)在高旱胁迫条件下大田种植S1代育种群体1000株以上，在开花期进行自交授粉，选取耐旱、果穗结实饱满、综合性状优良的单株进入下一轮高旱胁迫条件下选系，经过n代自交，获得S(n+1)代群体；其中，所述n为整数，选自2‑6。本发明所要解决的技术问题是提供一种耐旱玉米自交系的选育方法，通过利用新疆天然的大气干旱条件，采用滴管设备和水表精准监控灌水量进行高旱胁迫处理、大群体选系手段，获得耐旱、高配合力玉米自交系和杂交种。

Description

一种耐旱玉米自交系的选育方法

技术领域

本发明属于农作物遗传育种技术领域，具体涉及一种耐旱玉米自交系的选育方法。

背景技术

玉米是中国乃至世界栽培面积最大的粮食作物，广泛应用于食品、饲料、工业原料、生物质能源等领域，在保障我国粮食和能源安全方面具有非常重要作用。新疆是我国玉米的高产区和重要的制种基地，玉米产业在新疆农牧业生产中占有非常重要的地位。然而，随着全球气候变暖，新疆水资源日益匮乏，在玉米生长季节高温干旱、降雨稀少，蒸发量极大，高旱胁迫日趋严重。干旱导致，玉米花药经常不能露出颖壳，不能开裂散粉而形成“实药”，雄穗经常干枯产生“干梢”或“白灼”，严重时甚至完全干枯致死。最终导致田间花粉量减少或不育，花丝生活力降低，授精结实不良或不能结实。近年来，新疆日最高气温35℃以上的酷热天数逐年增加，玉米雄穗受旱现象日趋严重，影响玉米产量，严重时造成大幅减产。

目前，国内有关玉米自交系或杂交种的抗旱/耐旱性鉴定筛选与评价，玉米杂交种与自交系选育技术等方面研究和报道较多。有关玉米自交系和杂交种耐旱性鉴定与评价筛选大多也以苗期、花期表型鉴定，或者实验室人工模拟高旱胁迫处理下进行。现有技术主要局限于表型的鉴定和筛选，或单纯研究选育自交系和杂交种为主，形式单一，没有将耐旱鉴定与自交系选育工作紧密结合，在耐旱玉米自交系培育方面没有重大突破。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种耐旱玉米自交系的选育方法，通过利用新疆天然的大气干旱条件，采用滴管设备和水表精准监控灌水量进行高旱胁迫处理、大群体选系手段，获得耐旱、高配合力玉米自交系和杂交种。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：一种耐旱玉米自交系的选育方法，包括以下步骤：

1)选取遗传基础丰富、综合形状优良的S0代群体为基础材料；

2)以S0代群体自交获得S1代群体；

3)在高旱胁迫条件下大田种植S1代育种群体1000株以上，在开花期进行自交授粉，选取综合性状优良的单株进入下一轮高旱胁迫条件下选系，经过n代自交，获得S(n+1)代群体；

其中，所述n为整数，选自2-6。

所述遗传基础丰富是指在组配育种基础群体时，选用产量高、高耐旱、自身农艺形状优良、血缘关系较远的两个自交系进行组配构建S0代育种基础群体。所述综合性状优良是指具有株形好、耐旱性强、果穗结实饱满、自身产量高等特性。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以有如下进一步的具体选择或优化选择。

进一步，所述耐旱玉米自交系的选育方法还包括在步骤3)之后进行配合力测定的步骤。具体的，所述配合力测定采用S(n+1)代群体进行大田正常管理，开花期采用同法入选的S(n+1)代群体父本测验种进行杂交测配获得新的测配F1代组合，将所述F1代组合与对应的上一代S(n+1)代群体进行水旱对照式耐旱性鉴定。具体的，所述水旱对照式耐旱性鉴定是指在新疆田间采用种植一个(2行)水区，紧邻着水区再种植一个旱区(2行)，一般情况行长5米，平均行间距0.55米，种植密度6000株/亩，种植时采用单粒点播，即同一个材料水旱区相邻种植。在玉米拔节水浇完以后即开始高旱胁迫处理，在高旱胁迫处理期对待测材料株高、穗位高、ASI值、叶片卷曲度等主要农艺性状进行调查。成熟以后对待测产量进行检测，根据被测自交系或杂交组合产量性状计算其耐旱指数、耐旱系数和配合力。对待测玉米耐旱性做出评价。

其中，配合力计算方法采用双列杂交Griffing方法。耐旱性指数计算方法采用DTIg方法。耐旱系数是指所述材料耐旱试验中旱区产量除以对应水区产量

进一步，所述耐旱玉米自交系的选育方法还包括在步骤3)之后对所述S(n+1)代群体在高旱胁迫和正常灌溉对照处理条件下，进行加代耐旱选系和配合力测定的步骤。

具体的，所述高旱胁迫条件为：采用膜下滴灌，播种后浇第1水，灌水量为20m³/亩；在拔节期浇第2水，灌水量40m³/亩；然后停止灌水，开始高旱胁迫处理，在灌浆初期恢复灌水，灌水两次，每次40m³/亩，全生育期总共灌水140m³/亩。进一步，所述高旱胁迫条件为：高旱胁迫区周围设计10米水分隔离带，隔离带内不种植试验材料，对高旱胁迫期土壤含水量及温度进行监控，确保高旱胁迫期间土壤含水量20～40％的精确控制。当土壤含水量过多时，可以通过滴灌进行水分补充。在新疆地区进行试验时，由于新疆降水量极少，降水进行水分补充可以忽略不计，且水分蒸发量较大，因而一般情况下不会出现土壤含水量过多的情况出现。

优选的，所述n为4。

具体的，大田种植的条件为：行长5m，平均行距55cm，株距20cm，种植密度为6000株/666.7m²。

本申请提供的耐旱玉米自交系的选育方法采用大群体在大田旱胁迫条件下全生育期极度旱胁迫处理方式，在拔节至玉米开花结束期间对试验材料进行土壤极度高旱胁迫处理，在早代(S0、S1、S2、S3)连续在极度高旱胁迫。田间种植基础群体单株1000株以上，极度高旱胁迫期间灌水量严格控制。全生育期只浇2次水(出苗水和拔节水)，后期灌水1～2次，灌浆初期恢复灌水，每次灌水40m³/亩，全生育期总共灌水140m³/亩，降雨等自然降水忽略不计，其他时间均不再浇水(大田玉米种植正常浇水8～10次，每次灌40m³/亩，共约400m³/亩)。在开花期进行人工套袋授粉，将群体内所有雌雄协调的单株全部自交授粉，后期筛选综合农艺性状优良，果穗结实良好的单株收获留种，进行穗行种植并进入下一轮的极度高旱胁迫选系和鉴定环节。该技术集基于大田的极度高旱胁迫下对大群体进行选系和配合力测定于一体，同步进行。在大田高旱胁迫选系技术筛选出自交系不仅耐旱而且配合力高，具有很高的育种利用价值。

本申请开展极度高旱胁迫下玉米自交系选育技术方面的研究，旨在通过膜下滴管设备和水表精准监控灌水量和极度高旱胁迫处理、大群体选系等研究手段，全面分析研究不同遗传背景的核心育种材料在极度高旱胁迫和正常灌水处理下的相应差异，深入研究极度高旱胁迫下大群体选系技术的关键环节，以期寻选育极度抗旱的玉米育种新种质。因此，本申请对提升新疆玉米抗旱育种技术水平，推动新疆玉米种植产业健康、绿色、可持续发展以及维护新疆社会稳定和长治久安具有极其重要的科学和社会意义。

与现有以苗期或者开花期的表型抗旱性鉴定或者玉米自交系、杂交种选育技术方法相比，本申请重点突出极度高旱胁迫处理下的玉米自交系选育技术方法，是集田间高旱胁迫处理下的表型鉴定筛选和玉米自交系选育技术为一体的一种新方法，是一种高效选育极度抗旱玉米自交系的理想技术方法。本申请打破以往的仅限于玉米自交系或者杂交种的表型耐旱鉴定筛选这样的思路，采用大田高旱胁迫条件下对玉米育种基础群体进行选择，表型鉴定选择与高配合力选择同步进行，选育出即抗旱又配合力高的优良自交系。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本申请采用极度高旱胁迫，胁迫精准；

2、选择的育种基础材料群体样本量大；

3、由于早代开始采取高旱胁迫选择，对耐旱性状进行定向选择，有利于选出优良耐旱自交系，选择效率高；

4、采取本技术选出的自交系不仅耐旱而且配合力高。

附图说明

图1是本发明提供的一种耐旱玉米自交系的选育方法操作流程图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合附图及具体实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例：

第一步：根据育种目标，按照杂种优势利用原理，组配遗传背景丰富，遗传基础起点高并具有优良综合性状的育种F1代群体。

第二步：以F1代群体自交获得S1代群体。

第三步：在高旱胁迫条件下种植S1代育种群体1000-1500株，采用膜下滴灌种植，行长5m，平均行距55cm，株距20cm，种植密度为6000株/666.7m²。播种后浇第1水，即出苗水，灌水量为20m³/亩。苗期按大田生产正常管理，在拔节期浇第2水，即拔节水，灌水量40m³/亩。浇完拔节水以后停止灌水，开始高旱胁迫处理，后期灌水1～2次，灌浆初期恢复灌水，每次灌水40m³/亩，全生育期总共灌水140m³/亩。高旱胁迫区周围设计10m水分隔离带，隔离带内不种植试验材料。采用滴灌和水表精准控制灌水量，对高旱种植区安装全自动土壤温湿度、大气温湿度监控设备，对高旱胁迫期土壤含量及温湿度进行监控，确保高旱胁迫期间土壤含水量20～40％的精确控制。

在玉米开花期进行人工套袋自交授粉，将所有S1代雌雄协调的群体后代全部套袋自交，收获前进行田间株高、穗位高、综合抗性以及果穗结实和熟期等主要农艺性状的调查，筛选和淘汰。获得的耐旱，果穗结实饱满，综合性状优良的单株升级进入下一轮高旱选系，即获得S2。

第四步：在高旱胁迫条件下种植S2代育种群体1000-1500株，采用膜下滴灌种植，行长5m，平均行距55cm，株距20cm，种植密度为6000株/666.7m²。播种后浇第1水，即出苗水，灌水量为20m³/亩。苗期按大田生产正常管理，在拔节期浇第2水，即拔节水，灌水量40m³/亩。浇完拔节水以后停止灌水，开始高旱胁迫处理，后期灌水1～2次，灌浆初期恢复灌水，每次灌水40m³/亩，全生育期总共灌水140m³/亩。高旱胁迫区周围设计10m水分隔离带，隔离带内不种植试验材料。采用滴灌和水表精准控制灌水量，对高旱种植区安装全自动土壤温湿度、大气温湿度监控设备，对高旱胁迫期土壤含量及温湿度进行监控，确保田间含水量20-40％的精确控制。

在玉米开花期进行人工套袋自交授粉，将所有S2代雌雄协调的群体后代全部套袋自交，将自交获得的耐旱，果穗结实饱满，综合性状优良的单株升级进入下一轮高旱选系，即获得S3。

第五步：在高旱胁迫条件下种植S3代育种群体1000-1500株，采用膜下滴灌种植，行长5m，平均行距55cm，株距20cm，种植密度为6000株/666.7m²。播种后浇第1水，即出苗水，灌水量为20m³/亩。苗期按大田生产正常管理，在拔节期浇第2水，即拔节水，灌水量40m³/亩。浇完拔节水以后停止灌水，开始高旱胁迫处理，后期灌水1～2次，灌浆初期恢复灌水，每次灌水40m³/亩，全生育期总共灌水140m³/亩。高旱胁迫区周围设计10m水分隔离带，隔离带内不种植试验材料。采用滴灌和水表精准控制灌水量，对高旱种植区安装全自动土壤温湿度、大气温湿度监控设备，对高旱胁迫期土壤含量及温湿度进行监控，确保田间含水量20～40％的精确控制。

在玉米开花期进行人工套袋自交授粉，将所有S3代雌雄协调的群体后代全部套袋自交，将自交获得的耐旱，果穗结实饱满，综合性状优良的单株升级进入下一轮高旱选系，即获得S4。

第六步：S4代耐旱，果穗结实饱满，综合性状优良的单株分成2份，1份在冬季在海南进行配合力测定，另一份保留第二年进行高旱胁迫选择和耐旱性鉴定用。

具体的，将S4部分种子高旱胁迫条件下种植，育种群体1000-1500株，采用膜下滴灌种植，行长5m，平均行距55cm，株距20cm，种植密度为6000株/666.7m²。播种后浇第1水，即出苗水，灌水量为20m³/亩。苗期按大田生产正常管理，在拔节期浇第2水，即拔节水，灌水量40m³/亩。浇完拔节水以后停止灌水，开始高旱胁迫处理，后期灌水1～2次，灌浆初期恢复灌水，每次灌水40m³/亩，全生育期总共灌水140m³/亩。高旱胁迫区周围设计10m水分隔离带，隔离带内不种植试验材料。采用滴灌和水表精准控制灌水量，对高旱种植区安装全自动土壤温湿度、大气温湿度监控设备，对高旱胁迫期土壤含量及温湿度进行监控，确保田间含水量20～40％的精确控制。

在玉米开花期进行人工套袋自交授粉，将所有S3代雌雄协调的群体后代全部套袋自交，进行株高、穗位高、散粉和吐丝期间隔ASI值、叶片卷曲度等主要农艺性状选择和耐旱性进行调查。将高旱胁迫下的S4全部自交授粉，获得S5。

同时，将S4部分种子在海南岛种植，田间同大田正常管理，开花期人工杂交授粉。采用同法入选的父本类测验种进行定向杂交测配获得新的测配F1代，将海南测配获得的F1代组合，准备在新疆进行水旱对照交互式耐旱性鉴定。将海南杂交测配获得的新F1代测配组合，在新疆进行水旱对照式耐旱性鉴定与评价。重点对水旱区测配获得的F1代ASI值，株高、穗位高等主要农艺性状和产量性状进行对比筛选，选拔出农艺性状优良，产量高，耐旱性强的测配F1代组合和对应的上一代S4代进行下一年重复验证。

第七步：将获得的S5代耐旱，果穗结实饱满，综合性状优良的单株继续进行高旱胁迫选择，同时将获得的耐旱、高配合力穗行继续进行第二年的水旱对照处理下抗旱性鉴定，将后代组合产量高、综合农艺性状优良、抗旱能力极强的穗行继续种植进行高旱选系，即获得S6。

第八步：将高旱胁迫选择所获得的耐旱、高配合力穗行S6在水区种植，进行加代和测配利用，获得耐旱、配合力高的自交系S7。利用S7与对应的耐旱系组配，选育出高产、耐旱玉米杂交种。

实施例2

按照与上述相同的高旱选系方法重复步骤一至四。

对S4代穗行进行高旱选系与配合力测定：在新疆高旱胁迫处理条件下将400个S3代穗行进行高旱鉴定，通过对选拔晋级的穗行株高、穗位高、ASI值和产量等性状进行综合评价，选拔出产量高、综合农艺性状优良的穗行158个S4代穗行。

将筛选获得的158个S4代穗行的一部分种子继续保留参加下一年新疆的高旱选系鉴定试验。

将筛选获得的158个S4代穗行的另一部分种子在海南种植，同大田生产正常灌水管理，在开花期进行人工杂交授粉，采用同法选出的父本系测验种进行测配，获得新的测配F1代杂交组合100个。

将海南杂交测配回来的100个测配F1代组合在新疆进行水旱对照交互式耐旱性鉴定，并将上一代获得保留下来的S4代穗行在高旱胁迫区种植，继续进行高旱选系鉴定，开花期人工杂交授粉，获得S5代穗行。

对海南测配获得的100个F1代杂交组合以及与其对应的158个S4代亲本穗行继续进行高旱选系和水、旱区对照交互式耐旱性鉴定。选拔出新自618、新自6423、新自3194、新自351耐旱等级1级、耐旱性极强的自交系有四份。以其中耐旱性强的自育自交系为例，对其高旱选系和水、旱区对照交互式耐旱性鉴定结果进行说明。

新自618：新自618是新审定玉米杂交种新玉47号的母本，水旱对照耐旱性鉴定结果表明，在水旱区ASI值差1天，雌雄花较协调。其水旱产量697.61kg/666.7m³，旱区657.61kg/666.7m³，耐旱指数0.7，耐旱系数0.94，耐旱性强。

新自6423：新自是参加国家联合体绿色通道登记审定玉米新品种九圣禾692的母本，水旱对照耐旱性鉴定结果表明，在水旱区ASI值均为1.5，雌雄花协调。其水旱产量794.43kg/666.7m³，旱区691.1kg/666.7m³，耐旱指数0.64，耐旱系数0.87，耐旱性强。

新自3194：是新审定耐旱玉米杂交种新玉102号的母本，水旱对照耐旱性鉴定结果表明，新自3194的水旱区ASI值差1天，雌雄花较协调。其水旱产量324.11kg/666.7m³，旱区315,92kg/666.7m³，耐旱指数0.72，耐旱系数0.97，耐旱性强。

新自351：是新审定耐旱玉米杂交种新玉102号的父本，水旱对照耐旱性鉴定结果表明，新自351的水旱区ASI值差1.5天，雌雄花较协调。其水旱产量278,89kg/666.7m³，旱区267.44kg/666.7m³，耐旱指数0.69，耐旱系数0.93，耐旱性强。

B73(对照CK)：是我国从南斯拉夫引进的著名的玉米杂交种SC704的母本，水旱对照耐旱性鉴定结果表明，B73水旱区ASI值差1天，雌雄花较协调。其水旱产量260.32kg/666.7m³，旱区188.19kg/666.7m³，耐旱指数0.53，耐旱系数0.72，耐旱性中等。

Mo17(对照CK)：Mo17是我国从南斯拉夫引进的著名的玉米杂交种SC704的父本，水旱对照耐旱性鉴定结果表明，Mo17水旱区ASI值差0.5天，雌雄花较协调。其水旱产量416.99kg/666.7m³，旱区300.47kg/666.7m³，耐旱指数0.53，耐旱系数0.72，耐旱性中等。

综上所述：利用所选育的耐旱自交系所培育出杂交种耐旱性和产量性状均高于对照品种。新测配组合水旱对照交互式耐旱性鉴定如表1所示：

表1核心自交系耐旱性鉴定与评价结果

将筛选获得的S5代穗行继续参加下一年的高旱选系鉴定试验，按照上述方法连续进行2年的测配F1杂交组合耐旱性鉴定，选拔出耐旱性强，产量高的优势F1组合，晋级下一年的选拔试验，为耐旱自交系和杂交种选育提供数据支撑，所述测配组合如表2所示：

表2测配组合水旱对照交互式耐旱性鉴定与评价结果

备注：1.以上数据表中ASI是指玉米雌雄花开花期间隔时间，ASI值越大说明雌雄开花越不协调，ASI值越小说明雌雄花开花期间隔比较协调，在高旱胁迫处理条件下，ASI值小的材料，其雌雄花对干旱越不敏感，抗旱性越强，反之亦然。2.以上数据表中耐旱性鉴定结果分析，早熟组合中晚熟分组对比，计算其ASI值、籽粒产量、株高、穗位等综合农艺性状。

先玉335(对照CK)：先玉335是美国著名玉米杂交种，也是我国目前种植范围最广、种植面积较大的品种。水旱对照耐旱性鉴定结果表明，先玉335水旱区ASI值差2天，雌雄花较协调。其水旱产量1394.01kg/666.7m³，旱区1065.71kg/666.7m³，耐旱指数1.23，耐旱系数0.76，耐旱性中等。

郑单958(对照CK)：郑单958是我国自主选育的，目前在全国范围内种植面积最大的玉米品种。水旱对照耐旱性鉴定结果表明，郑单958水旱区ASI值差1天，雌雄花较协调。其水旱产量1186.94kg/666.7m³，旱区1035.41kg/666.7m³，耐旱指数1.02，耐旱系数0.87，耐旱性中等。

新玉47号：新玉47号是采用本发明提供的方法自主选育的高产、耐旱、中晚熟玉米新品种，在新疆、甘肃、陕西、宁夏等西北地区推广面积较大。水旱对照耐旱性鉴定结果表明，新玉47号水旱区ASI值差1天，雌雄花较协调。其水旱产量1333.4kg/666.7m³，旱区1280.37kg/666.7m³，耐旱指数1.41，耐旱系数0.96，耐旱性极强。

新玉102号：新玉102号是采用本发明提供的方法自主选育的高产、耐旱、早熟玉米新品种。在新疆喀什、和田、阿克苏以及北疆冷凉地区推广面积较大。水旱对照耐旱性鉴定结果表明，新玉102号水旱区ASI值差0天，雌雄花较协调。其水旱产量674.28kg/666.7m³，旱区603.57kg/666.7m³，耐旱指数0.84，耐旱系数0.92，耐旱性极强。

由表1和2的数据可知，使用本申请提供的耐旱玉米自交系的选育方法选出的新玉102号，耐旱性极强，耐旱等级1级。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种耐旱玉米自交系的选育方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）选取遗传基础丰富、综合性状优良的S0代群体为基础材料；

2）以S0代群体自交获得S1代群体；

3）在高旱胁迫条件下大田种植S1代育种群体1000株以上，在开花期进行自交授粉，选取综合性状优良的单株进入下一轮高旱胁迫条件下选系，经过n代自交，获得S(n+1)代群体；

其中，所述n为整数，选自4-6；

还包括在步骤3）之后进行配合力测定的步骤，所述配合力测定采用S(n+1)代群体进行大田正常管理，开花期采用同法入选的S(n+1)代群体父本测验种进行杂交测配获得新的测配F1代组合，将所述F1代组合与对应的上一代S(n+1)代群体进行水旱对照式耐旱性鉴定，所述水旱对照式耐旱性鉴定是指在大田采用种植一个水区，紧邻着水区再种植一个旱区，所述水区和旱区中采用单粒点播，行长5米，平均行间距0.55米，种植密度6000株/亩，在玉米拔节水浇完以后即开始高旱胁迫处理，在高旱胁迫处理期对待测材料株高、穗位高、ASI值、叶片卷曲度进行调查，并在玉米成熟以后对待测产量进行检测，根据被测自交系或杂交组合产量性状计算其耐旱指数、耐旱系数和配合力，并对待测玉米耐旱性做出评价；所述高旱胁迫条件为：采用膜下滴灌，播种后浇第1水，灌水量为20m³/亩；在拔节期浇第2水，灌水量40m³/亩；然后停止灌水，开始高旱胁迫处理，在灌浆初期恢复灌水，灌水两次，每次40 m³/亩，全生育期总共灌水140 m³/亩，在高旱胁迫区周围设计宽度为10米水分隔离带，隔离带内不种植试验材料，对高旱胁迫期土壤含水量及温度进行监控，使高旱胁迫期间土壤含水量在20～40%之间。

2.根据权利要求1所述的一种耐旱玉米自交系的选育方法，其特征在于：还包括在步骤3）之后对所述S(n+1)代群体在高旱胁迫和正常灌溉对照处理条件下进行加代耐旱选系和配合力测定的步骤。

3.根据权利要求1所述的一种耐旱玉米自交系的选育方法，其特征在于：大田种植的条件为：行长5m，平均行距55cm，株距20cm，种植密度为6000株/666.7m²。

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