CN112640774B - 一种阶梯式改良策略选育温热玉米自交系方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种阶梯式改良策略选育温热玉米自交系方法，包括以下步骤：步骤1.基础种质的鉴定与评价；步骤2.温热群体早代群体S1苗期割苗与自交选择；步骤3.阶梯式姊妹系交配法构建优势互补。本发明以阶梯式改良策略对热带种质与温带种质改良，可以很好解决温热融合难，优势温热资源优点固定保存，淘汰温热资源彼此缺陷等方法对热带种质改良提供很好的思路。
Description
技术领域
本发明属于农作物育种技术领域，具体涉及一种新的阶梯式改良策略选育温热玉米自交系方法。
背景技术
当前玉米品种同质化严重与种质基础十分狭窄，导致数千万公顷作物生产依赖狭窄的遗传基础，同时遭受多种病虫危害；在种质改良过程中优良基因累加受限，自交系改良难以在保留优点前提下克服缺点，导致选育的杂交组合很难有所突破，造成生产上品种同质化严重。外来种质的引入、鉴定、改良与利用是拓宽当前种质基础最有效的途径之一。近40年育种实践证明，热带玉米种质资源对我国玉米育种与生产的发展贡献巨大；热带玉米种质具有抗叶部斑病强，抗逆性强，如抗病虫、耐旱等，品质优等优点，但同时常常伴随着感光性强，营养体繁茂等缺点限制了其有效的利用。当前，温带地区的育种家多采用美国玉米种质选系，温带玉米种质改良；加之，极端天气(干旱，高温，病害偏重)的常态化，温带种质改良不能满足当前玉米育种与生产的发展。因此，展开热带玉米种质改良、利用对我国主产区玉米产业发展有重大意义。
玉米高产育种的基础是种质创新，培育高水平的自交系，并通过组合选配提高杂种优势水平。中国专利文献中，公开号为CN109699492A的发明专利公开了一种温热玉米Suwan-Iodent群体的构建方法，利用其它温带种质类群改良热带种质难以达到克服感光性、降低株高、提早生育期等特点；基于热源Suwan和温带Iodent种质的性状优势互补，采取大群体定向回交法策略，精确地寻找到解决热带玉米种质光敏感的难点和突破口，为扩宽现有温带玉米种质提供种质基础，所获得的群体植株形态紧凑、抗倒性强、穗位比适中、生育期略晚、抗逆性强等特点。
然而近年来，现有的玉米品种的遗传单一化问题越来越严重，创新的道路越走越狭窄，症结在于缺乏新种质，机械作业特别是机械收获，将逼迫中国企业调整育种方向，矮秆、早熟、耐密植和增强抗逆性将成为主流方向，而这一切都要落实到种质改良和创新上。要扩大种质的利用范围，或者要开拓更广阔的国际市场，就必须按照数量遗传学理论和育种简化杂种优势模式，评估杂种优势群，按照目标性状进行改良，把目标性状转入适应种质，实现玉米种质的扩增、改良与创新目标，提升种业公司的创新能力和技术竞争力，支撑种业公司的长期稳健发展。
热带种质改良温带种质中往往偏向两种极端现象，即偏热带种质(抗叶斑强、生育期偏晚、籽粒品质好、硬粒型居多)或偏温带种质(抗性差、品质差、马齿型居多)，温热种质杂交受生态区域和基因连锁影响较大，1次杂交选育很难打破温热种质间的基因连锁现象。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，难以打破基因遗传连锁；(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。
针对热温融合直接自交、回交选育的文献记载繁多，但是从不同生态区域选择的结果有明显的区域印迹，温热玉米种质改良1轮很难达到预期效果，主要表现抗性强的生育期长，株型差；另外一种是生育期短，抗性差和株型好，很难达到改良效果，主要基于种质差异大，有利基因累计慢，周期长，大量人力物力浪费等因素导致育种工作者放弃温带种质改良热带种质的计划，前人针对热带材料改良例子很多，但是系统地介绍热带材料改良温带材料的详细方法鲜见报道。然而，本发明是经过课题组多年的温热种质改良，首次系统地提出了阶梯式改良策略选育温热玉米自交系方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种阶梯式改良策略选育温热玉米自交系方法，以解决现有的育种方法从不同生态区域选择的结果有明显的区域印迹，改良系明显具有两种极端现象的技术问题。
本发明是这样实现的：
一种阶梯式改良策略选育温热玉米自交系方法，包括以下步骤：步骤1.基础种质的鉴定与评价；步骤2.温热群体早代群体S1苗期割苗与自交选择；步骤3.阶梯式姊妹系交配法构建优势互补。
其中，步骤1中包括种质搜集与评价；评价包括对玉米种质进行多生态型表型评价，考察生育期、株型、籽粒性状和抗逆性在内的性状；在开花期表型评价：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。
步骤2中包括将QR273和DK517F杂交构建的基础群体S0，种植并套袋自交；次年异地将S1群体种植，在出苗后至开花期进行包括干旱、不施肥在内的胁迫压，让其出现不良反应；通过不同叶片时期，人为将从地表以上第1片叶处进行割断，创造胁迫压，使之破坏玉米植株的生长势；在开花期，将玉米S1群体中选择优良单株，并单株挂牌，将表现好的穗行晋级S2。
步骤3中采用18D510/18D55构建姊妹系间杂交群体，遗传基础窄，选育稳定速度快(遗传背景相似)，配合力容易固定(加性效应遗传力强)，定向性状容易改良(抗性强、品质优、中间粒型)。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明以阶梯式改良策略对热带种质与温带种质改良，可以很好解决温热融合难，优势温热资源优点固定保存，淘汰温热资源彼此缺陷等方法对热带种质改良提供很好的思路。
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。
实施例1：
步骤1.基础种质的鉴定与评价
首先，种质搜集与评价是玉米育种的最重要的前提条件；合理地对种质资源评价和鉴定是提高育种效率最重要的工作。自1980s年代开始，本发明针对热带玉米Suwan、Tuxpeno和CIMMYT等与温带玉米Reid、Lancaster、TSPT、LDR G种质进行大量育种实践，研究表明，热带玉米种质改良温带种质成功例子比较多，但是，从田间表型评价遗传成分占比中发现，热带种质改良温带种质中往往偏向两种极端现象，即偏热带种质(抗叶斑强、生育期偏晚、籽粒品质好、硬粒型居多)或偏温带种质(抗性差、品质差、马齿型居多)，温热种质杂交受生态区域和基因连锁影响较大，1次杂交选育很难打破温热种质间的基因连锁现象。其次，对搜集的100份玉米种质进行多生态型表型评价，考察生育期、株型、籽粒性状和抗逆性等性状。在开花期表型评价：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。最后，符合育种目标的种质有QR273、QB48、T32、ZHL908、ZHL6218、HCL645、PH207、LH82等10自交系。
步骤2.温热群体早代群体S1苗期割苗与自交选择
将QR273和DK517F杂交构建的基础群体S0，于2015年冬季在海南南繁种植，套袋自交；于2016年夏季在河南省滑县，将S1群体种植20000株，密度8000株/亩，在出苗后至开花期进行干旱、不施肥等胁迫压，让其开花期延迟、植株变低等出现不良反应。通过不同叶片时期，人为将从地表以上第1片叶处进行割断，创造胁迫压，使之破坏玉米植株的生长势(表1)，发现在玉米4-6片叶期割苗，开花-散粉期基本上一致，雌雄协调性强，综合评价为3级水平，亲本对照(DK517F)正常田间管理。在开花期，将玉米S1群体中选择优良单株，并单株挂牌，将表现好的300个穗行晋级(控制在1％左右)S2。
表1割苗时期对试验指标效果的影响
步骤1(a)，优选地，在开花-散粉期，选择开花早(与DK517F相当并在晚3-5天以内)、穗位适中(穗位在100cm以内)等单株套袋授粉。
步骤1(b)，优选地，成熟时，抗倒伏强(成熟后10天收获，不抗倒伏的淘汰)，选择果穗性状好、苞叶好、抗逆强的优良单株300个穗行左右晋级S2。
步骤1(c)，优选地，经过多代连续自交，中代配合力测定，多点筛选田间组合鉴定，于2018年冬季，筛选出一批偏热带玉米亲本QR273的抗性强、品质优、配合力差、硬粒型，株型半紧凑的温热玉米改良系18D510，18D520，18D537，18D542，同时，偏温带玉米亲本DK517F的抗病差、马齿型、配合力好、株型紧凑的温热玉米改良系18D544，18D547，18D550和18D552。
步骤3.阶梯式姊妹系交配法构建优势互补
基本思路是常规育种中常遇到二环系中株型好，抗性强，但配合力差的改良系，同时，出现株型差，抗性差，但配合力强的系，很多育种家都会把配合力低的改良系淘汰(一般育种家关注重点在改良系配合力上，抗性差的，株型好改良系淘汰)；另外遗传基础关系远的杂交选育，这样导致遗传基础宽，选择群体大，方向不好控制，温热种质杂交受生态区域和基因连锁影响较大，1次杂交选育很难打破温热种质间的基因连锁现象。但热带玉米种质改良利用效率仍较低；基于此，我们根据多年热带种质在玉米育种中的应用，提出阶梯式姊妹系交配法构建优势互补群体策略改良热带种质。
QR273/DK517F基础群体选择的改良系发现共同特点特征，凡是和株型果穗性状偏DK517F(籽粒偏马齿，果穗偏粗)，表现出抗性均不是太好，反而果穗偏硬粒，植株偏苏湾系的抗性好，但籽粒偏小，穗行数少，籽粒深度不够，阶梯式改良系间的改良要特别注意问题，尽量往硬粒选，注重对18D510，18D520，18D537，18D542的改良上，找准对标，盯紧定点改良上，比如着重在姊妹系间后代改良中选硬粒，抗青枯病强，品质优，生育期早的穗行。
本发明提出以常规育种中常遇热带种质改良温带种质中往往偏向两种极端现象，热带种质改良温带种质中往往偏向两种极端现象，即偏热带种质或偏温带种质，温热种质杂交受生态区域和基因连锁影响较大，1次杂交选育很难打破温热种质间的基因连锁现象。基于此，根据多年热带种质在玉米育种中的应用，发明以阶梯式改良策略对热带种质与温带种质改良，可以很好解决温热融合难，优势温热资源优点固定保存，淘汰温热资源彼此缺陷等方法对热带种质改良提供很好的思路。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。
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。
Claims (1)
1.一种阶梯式改良策略选育温热玉米自交系方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1.基础种质的鉴定与评价；步骤2.温热群体早代群体S1苗期割苗与自交选择；步骤2中包括将QR273和DK517F杂交构建的基础群体S0，种植并套袋自交；次年异地将S1群体种植，在出苗后至开花期进行包括干旱、不施肥在内的胁迫压，让其出现不良反应；通过不同叶片时期，人为将从地表以上第1片叶处进行割断，创造胁迫压，使之破坏玉米植株的生长势；在开花期，将玉米S1群体中选择优良单株，并单株挂牌，将表现好的穗行晋级S2；步骤3.阶梯式姊妹系交配法构建优势互补群体策略改良热带种质。
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