CN112056211A - 一种巨型花爆裂玉米的创制方法 - Google Patents

一种巨型花爆裂玉米的创制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种巨型花爆裂玉米的创制方法，包括以下步骤：（1）选种、催芽选择大粒级、花大、高膨爆系数的爆裂玉米自交系种子，进行首次催芽处理；（2）加倍处理；采用染色体加倍处理剂为除草剂甲基胺草膦、氟乐灵，及秋水仙素中任一种；（3）选育；（4）表型筛选、结实性鉴定；（5）组合配制，采用加倍自交系种子作双亲；杂交组配获得高产、高膨爆系数爆裂玉米杂交种，本方法借鉴常规玉米染色体加倍技术，通过同源四倍体的倍性育种途径创制大粒大花爆裂玉米以大花、高膨爆系数种质为试材，即在大花基础上，再度且大幅度地增加玉米花体积，育成巨型花爆裂玉米新品种，并可提高产量。

Description

一种巨型花爆裂玉米的创制方法
技术领域
本发明属于植物育种技术领域，特别是涉及一种巨型花爆裂玉米的创制方法。
背景技术
膨爆性能在爆裂玉米品质要求中排在首位。衡量膨爆性能的指标主要有爆花率、膨爆倍数、膨爆系数和单花体积等，其中有的指标受环境因素影响较大，有的主要取决于内在因素。这四项指标中，膨爆系数是核心指标，受胚乳内在的化学和物理因素影响。膨爆系数用每颗玉米粒爆花前后的体积之比（玉米花体积/玉米粒体积）表示，以此说明玉米花的膨大程度。
大个头的玉米花不仅是商业也是育种家的不断追求。花越大产品的外观越好，应产率越高、加工成本越低，经济效益越高。在国内外爆裂玉米育种中，难度最大的就是大花品种的选育。研究表明，单个玉米花的大小取决于膨爆系数的大小。影响膨爆系数的胚乳内在因素主要有：粗蛋白含量、淀粉含量、粗蛋白与淀粉含量比例；角质蛋白质含量、角质蛋白占总蛋白的比例；胚乳细胞的大小，淀粉颗粒的形状，淀粉颗粒之间的紧密程度，蛋白质在淀粉颗粒间的充实程度等等。角质蛋白含量高、淀粉含量低、胚乳细胞小、淀粉颗粒之间结合紧密，膨爆系数就高，反之就低。这些性状都属于数量性状，受多基因控制。目前国内外对爆裂玉米胚乳理化性的检测以及分子标记辅助育种技术还不成熟，只能采用常规的育种方法，常规的系统选育方法是对这些基因逐渐累加和聚合的过程。
除了通过改善胚乳内在理化指标的途径来提高膨爆系数以外，通过增大籽粒来增加玉米花体积也是一个行之有效的办法。研究表明，玉米花的大小与玉米粒大小呈正相关关系，玉米粒大玉米花就大。目前，大颗粒育种通常采用两种途径：一是在现有资源基础上，通过多代选择、将有利基因逐渐累加使籽粒增大，但受种质资源限制及小粒呈显性的遗传制约，育种难度大；二是通过将普通玉米基因导入爆裂玉米，但是不利基因的累赘使改良难度增加。国内外爆裂玉米育种家们一直在探索更好的解决办法，但效果都不够理想。
现有的育种方法主要存在以下问题：
1.育种效率低、遗传增益慢
玉米粒的大小属于数量性状，受多基因控制。常规的育种技术只能通过基因重组进行多代选择，通过有利基因的逐步累加使籽粒增大，但这种增加十分有限。相对于普通玉米，爆裂玉米的种质资源十分匮乏，增加爆裂玉米籽粒体积的遗传改良难度更大。
2.膨爆机制复杂，性状改良困难
膨爆系数的高低取决于胚乳的化学性质和物理性质，遗传和生理机制复杂。目前化学、物理以及生物技术辅助育种手段尚不成熟，无法快速有效地进行大颗粒选育。
3.大粒品种的组合配制受限
国内外玉米性状遗传研究表明，小粒偏向显性，因此组配大粒爆裂玉米杂交种需要双亲的颗粒都要大，这给大粒大花爆裂玉米杂交种组配带来了困难。
4.大粒种质创新难得突破
为了创制大颗粒种质，常规的选育技术通常将普通玉米血缘导入爆裂玉米试图提高粒重和配合力，但是由于与不利基因的连锁累赘，带来的问题是膨爆系数下降，玉米花死心，口感变硬，酥脆度下降。
发明内容
针对爆裂玉米在大型花育种上的大花资源缺乏、膨爆系数遗传增益缓慢，选育周期长、效果差、成本高的问题，本发明提出一种巨型花爆裂玉米的创制方法，借鉴常规玉米染色体加倍技术，通过同源四倍体的倍性育种途径创制大粒大花爆裂玉米以大花、高膨爆系数种质为试材，即在大花基础上，再度且大幅度地增加玉米花体积，育成巨型花爆裂玉米新品种，并可提高产量、降低皮渣率。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种巨型花爆裂玉米的创制方法，其技术要点是：包括以下步骤：
（1）选种、催芽
选择大粒级、花大、高膨爆系数的爆裂玉米自交系种子，进行首次催芽处理；
所述爆裂玉米自交系种子包括花型为球形花、混合型花、蝶形花种子；爆裂玉米自交系种子粒级5.0mm以上；单花体积6.0mL以上，所述花型为球形花种子膨爆系数25倍以上，所述花型为混合型花膨爆系数30倍，所述花型为蝶形花种子膨爆系数35倍以上；
所述催芽方法为：在培养皿内铺4层试纸，用无菌水浸湿试纸，以水份不留出试纸且达到饱和为准，将种子均匀摆放在试纸上面，放入25℃恒温培养箱中发芽；
（2）加倍处理
上述玉米种子幼芽长到2-3mm时，进行二次催芽处理；
所述二次催芽方法为：
①在培养皿内铺4层试纸，用染色体加倍处理剂浸湿，以染色体加倍处理剂不流出试纸且达到饱和为准；
②将发芽的种子从首次催芽培养皿转移到上述具染色体加倍处理剂的培养皿中，放入16-17℃培养箱中培养24小时，获得加倍处理后的幼芽；
③加倍处理后的幼芽种芽用水洗1-2小时，再放入首次催芽条件下培养3-5天，获得加倍种苗；
染色体加倍处理剂为除草剂甲基胺草膦、氟乐灵，及秋水仙素中任一种；
所述甲基胺草膦和氟乐灵药液浓度为60µmol/L-90µmol/L，所述秋水仙素药液浓度为0.2%-0.3%；
（3）筛选与育苗
选择幼芽变粗、芽长变短，且经根尖细胞染色体鉴定2n=40的种苗，植入营养钵，进行育苗；
（4）移栽
当幼苗长到4片叶时移栽至田间，并在邻行种植对照；
（5）表型筛选、结实性鉴定
授粉前，根据对照的典型特征对移栽苗做田间观察并进行表型筛选或四倍体筛选，选留明显比对照植株繁茂、粗壮、花粉粒大的植株进行自交，并以其作父本以对照株做母本进行杂交，做结实性鉴定，挂牌标记；
所述四倍体筛选特征包括：根尖细胞染色体2n=40，根尖体细胞直径较对照即正常植株增加40%-50%，细胞核直径增加20%-30%；
（6）果穗鉴定
采用目测和镜检的方法进行对上述杂交测试获得的果穗进行鉴定，获得加倍自交系种子；
所述目测方法：呈随机性缺粒的果穗，初步鉴定为已经被加倍；
所述镜检方法：将初步鉴定的果穗进行染色体镜检验证，具同源四倍体的果穗鉴定为已经被加倍；
（7）结实性选育
对于上述缺粒较多的加倍自交系种子可通过结实性选育降低缺粒比例；
（8）组合配制
采用上述获得的加倍自交系种子作双亲；杂交组配获得高产、高膨爆系数爆裂玉米杂交种。
进一步的，所述高产、高膨爆系数爆裂玉米杂交种包括花型为球形花、混合型花、蝶形花种子；种子粒级6.0mm以上；单花体积8.0mL以上，所述花型为球形花种子膨爆系数27.5倍以上，所述花型为混合型花膨爆系数33倍，所述花型为蝶形花种子膨爆系数38.5倍以上。
本发明的积极效果如下：
1.花型巨大
选择玉米粒粒级5.0mm以上，玉米花单花体积6.0mL以上，膨爆系数球形花25倍以上，蝶形花35倍以上，混合花30倍以上的自交系为试材，染色体的加倍处理可使细胞体积增大，粒重和籽粒体积增加，进而使玉米花增大20%左右。该方法是在常规选育技术下籽粒大小已经达到极限的情况下，再度大幅度地增大玉米花体积，大上加大，成为巨大型玉米花。
2.育种效率高
常规育种方法通过大粒基因和高膨爆系数基因逐渐累加，遗传增益缓慢。通过染色体加倍籽粒体积增加20%，预期结果明确。选育效率高，育种周期缩短60%，研究成本降低70%。
3.品质好
在高品质试材基础上使玉米花体积增加30%以上，无其他亲缘渗入，无需担心膨爆系数和食用品质下降问题，玉米花又大又好。
4.产量高
籽粒体积增加20%，粒重增大10%，可使产量增加10%左右。
5.技术简单，低本高效
育种过程简单，操作容易。试剂低毒、浓度小、剂量少，成本低。对人畜和环境安全。
具体实施方式
实施例一
1.选种与发芽。选择大粒型、大花型、膨爆系数高的爆裂玉米自交系‘TQ10’和‘TQ5’，所述‘TQ10’和‘TQ5’为‘佳球105’爆裂玉米的亲本，用培养皿在恒温箱发芽；
所述爆裂玉米自交系种子粒级5.5mm；单花体积6.0mL；球形花，膨爆系数25倍；
利用培养皿试纸法进行催芽，在培养皿内铺4层试纸，浸湿以水份不留出试纸且达到饱和为准，将种子均匀摆放在试纸上面，盖上盖子放在25℃恒温培养箱中发芽。
2.幼芽萌发。幼芽长到2-3mm时，将发芽的种子从催芽培养皿转移到药液培养皿中，将水换成染色体加倍处理剂，其他不变，放在16-17℃培养箱中进行加倍幼芽的培养24小时，处理后的种芽用水洗1-2小时，再放入催芽培养皿中室温条件下培养3-5天；
药液培养皿中的处理剂为除草剂甲基胺草膦，浓度为60µmol/L。
3.筛选与育苗
选择幼芽变粗、芽长变短，且经根尖细胞染色体鉴定2n=40的种苗，植入营养钵，进行育苗；
4.移栽：当幼苗长到4片叶左右时移栽至田间，并在邻行种植对照。
5.表型筛选、结实性鉴定。授粉前，根据对照的典型特征做田间观察，选留明显比对照繁茂、粗壮、花粉粒大的（通过镜检的方法）植株自交，并以其作父本与对照株杂交，做结实性鉴定，挂牌标记；
所述四倍体筛选特征中根尖细胞染色体2n=40，根尖体细胞直径较对照即正常植株增加40%-50%，细胞核直径增加20%-30%。
6.果穗鉴定。
采用目测和镜检的方法进行鉴定；
所述目测方法：根据杂交测试的果穗结实情况筛选果穗，结实完全、不缺粒的说明提供花粉的果穗未被加倍，淘汰；呈随机性缺粒的，初步鉴定为已经被加倍；
所述镜检方法：将初步鉴定的果穗进行染色体镜检验证，获得同源四倍体自交系，编号‘JTQ10’和‘JTQ5’。
7.同源四倍体杂交种的配制
利用同源四倍体自交系‘JTQ10’作母本，同源四倍体‘JTQ5’作父本配制同源四倍体杂交组合‘JTQ10×JTQ5’，即同源四倍体的‘佳球J105’。
8.同源四倍体爆裂玉米杂交种‘佳球J105’的技术效果
与二倍体‘佳球105’相比，粒级增加至6.6mm，玉米花体积等比增大29.6%，产量增加10.1%。同时，在保持原来二倍体玉米花口感及花型为球形花基础上，膨爆倍数较原来的25倍提高到28倍，皮渣率较原来的6.3%降低到5.1%。
实施例二
1.选种与发芽。选择大粒型、大花型、膨爆系数高的爆裂玉米自交系‘TD11’和‘TD7’，即‘佳蝶117’的亲本，用培养皿在恒温箱发芽；
所述爆裂玉米自交系种子粒级5.0mm；单花体积7.0mL；蝶形花，膨爆系数35倍；
利用培养皿试纸法进行催芽，在培养皿内铺4层试纸，浸湿以水份不留出试纸且达到饱和为准，将种子均匀摆放在试纸上面，盖上盖子放在25℃恒温培养箱中发芽。
2.幼芽萌发。幼芽长到2-3mm时，将发芽的种子从催芽培养皿转移到药液培养皿中，将水换成染色体加倍处理剂，其他不变，放在16-17℃培养箱中进行加倍幼芽的培养24小时，处理后的种芽用水洗1-2小时，再放入催芽培养皿中室温条件下培养3-5天；
染色体加倍处理剂为除草剂氟乐灵，药液浓度为80µmol/L。
3.筛选与育苗
选择幼芽变粗、芽长变短，且经根尖细胞染色体鉴定2n=40的种苗，植入营养钵，进行育苗。
4.移栽：当幼苗长到4片叶左右时移栽至田间，并在邻行种植对照。
5.表型筛选、结实性鉴定。授粉前，根据对照的典型特征做田间观察，选留明显比对照繁茂、粗壮、花粉粒大的（镜检）植株自交，并以其作父本与对照株杂交，做结实性鉴定，挂牌标记；
所述四倍体筛选特征中根尖细胞染色体2n=40，根尖体细胞直径较对照即正常植株增加50%左右，细胞核直径增加25%左右。
6.果穗鉴定。
采用目测和镜检的方法进行鉴定；
所述目测方法：根据杂交测试的果穗结实情况筛选果穗，结实完全、不缺粒的说明提供花粉的果穗未被加倍，淘汰；呈随机性缺粒的，初步鉴定为已经被加倍；
所述镜检方法：将初步鉴定的果穗进行染色体镜检验证，获得同源四倍体自交系，编号‘JTD11’和‘JTD7’。
7.同源四倍体杂交种的配制
利用同源四倍体自交系‘JTD11’作母本，同源四倍体‘JTD7’作父本配制同源四倍体杂交组合‘JTD11×JTD7’，即同源四倍体的‘佳蝶J117’。
8.同源四倍体爆裂玉米杂交种‘佳蝶J117’的技术效果
与二倍体‘佳蝶117’相比，粒级增加至6mm，玉米花体积等比增大29.4%，产量增加10.4%。同时，在保持原来二倍体玉米花口感及花型为球形花基础上，膨爆倍数较原来的35倍提高到39倍，皮渣率较原来的6.1%降低到4.9%。
实施例三
1.选种与发芽。选择大粒型、大花型、膨爆系数高的爆裂玉米自交系‘Q26’和‘Q534’，即‘佳球26’的亲本，用培养皿在恒温箱发芽；
所述爆裂玉米自交系种子粒级5.5mm；单花体积6.0mL；混合型花，膨爆系数30倍；
利用培养皿试纸法进行催芽，在培养皿内铺4层试纸，浸湿以水份不留出试纸且达到饱和为准，将种子均匀摆放在试纸上面，盖上盖子放在25℃恒温培养箱中发芽。
2.幼芽萌发。幼芽长到2～3mm时，将发芽的种子从催芽培养皿转移到药液培养皿中，将水换成染色体加倍处理剂，其他不变，放在16-17℃培养箱中进行加倍幼芽的培养24小时，处理后的种芽用水洗1-2小时，再放入催芽培养皿中室温条件下培养3-5天；
染色体加倍处理剂为秋水仙素，药液浓度为0.2%。
3.筛选与育苗
选择幼芽变粗、芽长变短，且经根尖细胞染色体鉴定2n=40的种苗，植入营养钵，进行育苗。
4.移栽。当幼苗长到4片叶左右时移栽至田间，并在邻行种植对照。
5.表型筛选、结实性鉴定。授粉前，根据对照的典型特征做田间观察，选留明显比对照繁茂、粗壮、花粉粒大的（镜检）植株自交，并以其作父本与对照株杂交，做结实性鉴定，挂牌标记；
所述四倍体筛选特征中根尖细胞染色体2n=40，根尖体细胞直径较对照即正常植株增加40%～50%，细胞核直径增加20%～30%。
6.果穗鉴定。
采用目测和镜检的方法进行鉴定；
所述目测方法：根据杂交测试的果穗结实情况筛选果穗，结实完全、不缺粒的说明提供花粉的果穗未被加倍，淘汰；呈随机性缺粒的，初步鉴定为已经被加倍；
所述镜检方法：将初步鉴定的果穗进行染色体镜检验证，获得同源四倍体自交系，编号‘JQ26’和‘JQ534’。
7.同源四倍体杂交种的配制
利用同源四倍体自交系‘JQ26’作母本，同源四倍体‘JQ534’作父本配制同源四倍体杂交组合‘JQ26×JQ534’，即同源四倍体的‘佳球J26’。
8.同源四倍体爆裂玉米杂交种‘佳球J26’的技术效果
与二倍体‘佳球26’相比，粒级增加至6.5mm，玉米花体积等比增大30.1%，产量增加10.3%。同时，在保持原来二倍体玉米花口感及花型为球形花基础上，膨爆倍数较原来的30倍提高到34倍，皮渣率较原来的6.0%降低到5.0%。

Claims (3)

1.一种巨型花爆裂玉米的创制方法，其特征是：包括以下步骤：
（1）选种、催芽
选择大粒级、花大、高膨爆系数的爆裂玉米自交系种子，进行首次催芽处理；
所述首次催芽采用培养皿内铺试纸，用无菌水润湿催芽；
（2）加倍处理
上述玉米种子幼芽长到2-3mm时，进行二次催芽处理；所述二次催芽采用培养皿内铺试纸，用染色体加倍处理剂浸湿催芽；放入16-17℃培养箱中培养24小时，获得加倍处理后的幼芽；将加倍处理后的幼芽种芽用水洗1-2小时，再放入首次催芽条件下培养3-5天，获得加倍种苗；所述染色体加倍处理剂为除草剂甲基胺草膦、氟乐灵，及秋水仙素中任一种；所述甲基胺草膦和氟乐灵药液浓度为60µmol/L-90µmol/L，所述秋水仙素药液浓度为0.2%~0.3%；
（3）选育
选择幼芽变粗、芽长变短，且经根尖细胞染色体鉴定2n=40的种苗，植入移栽至田间；
（4）表型筛选、结实性鉴定
授粉前，进行表型筛选或四倍体筛选，选留明显比对照植株繁茂、粗壮、花粉粒大的植株进行自交，并以其作父本以对照株做母本进行杂交；
所述四倍体筛选特征包括：根尖细胞染色体2n=40，根尖体细胞直径较对照即正常植株增加40%-50%，细胞核直径增加20%-30%；
（5）组合配制
采用目测和镜检的方法进行对上述杂交测试获得的果穗进行鉴定，获得加倍自交系种子；采用所述加倍自交系种子作双亲；杂交组配获得高产、高膨爆系数爆裂玉米杂交种。
2.根据权利要求1所述的一种巨型花爆裂玉米的创制方法，其特征是：所述爆裂玉米自交系种子包括花型为球形花、混合型花、蝶形花种子；爆裂玉米自交系种子粒级5.0mm以上；单花体积6.0mL以上，所述花型为球形花种子膨爆系数25倍以上，所述花型为混合型花膨爆系数30倍，所述花型为蝶形花种子膨爆系数35倍以上。
3.根据权利要求1所述的一种巨型花爆裂玉米的创制方法，其特征是：所述高产、高膨爆系数爆裂玉米杂交种包括花型为球形花、混合型花、蝶形花种子；种子粒级6.0mm以上；单花体积8.0mL以上，所述花型为球形花种子膨爆系数27.5倍以上，所述花型为混合型花膨爆系数33倍，所述花型为蝶形花种子膨爆系数38.5倍以上。
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