CN113273492A - 一种耐旱型玉米育种方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及玉米育种领域技术领域，尤其涉及一种耐旱型玉米育种方法。包括以下步骤：以A型种质材料作为母本，分别与B、C、D型种质材料进行杂交，通过自交稳定分别获得AB、AC、AD三种类型的群体；然后选择AD作为母本，分别与AB、AC进行杂交，通过自交稳定分别获得ABD、ACD两种类型的群体；选择ABD型、ACD型相互杂交，通过自交稳定即可获得ABCD型的群体；将步骤(3)得到的ABCD型的单抗纯系进行耐旱鉴定，淘汰生育期不稳定、出籽率低的植株，即可选育出高产、耐旱的种质材料。本发明不仅可以培育出高产量的玉米耐旱新品系，而且本发明方法简单，适合大面积的推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及玉米育种领域技术领域，尤其涉及一种耐旱型玉米育种方法。
背景技术
玉米(Zea maysL.)，学名玉蜀黍，是重要的粮食作物，也是重要的饲料和工业原料，在国民生计和经济建设中起着至关重要的作用。玉米种植历史悠久，是人类农业发展史上的一种重要农作物，玉米在我国的种植历史也已有470年之久，目前，我国玉米的播种面积和的出籽率均居第一位。中国粮食生产现实状况是，用不到世界总耕地面积7％的耕地养育着超过20％世界总人口，这一严峻问题的解决离不开杂交育种科技和种植方式的不断改进。作为中国种植面积第一的作物玉米来说，经过一代代农业人的努力，玉米种质材料不断扩增与改良，玉米良种理论不断创新，为其的出籽率的提升奠定了坚实的基础。虽然现在玉米育种上种质材料繁多，“同质化”现象严重，遗传基础狭窄，对抗逆性育种是极为不利，玉米育种材料的扩增与创新亟待解决。
现有技术中，玉米的育种方向，大都集中在提高玉米的出籽率方面，例如，CN103947545A公开了一种高产玉米种子的育种方法；CN201310462327.6公开了一种优质高产广适玉米新品种的育种方法；CN201810497500.公开了一种高产、多抗、高配玉米自交系新材料的育种方法。而忽视了对抗逆性的改良，选育出大量杂交种，其中那些最优秀的玉米品种，基本上是靠提高抗逆性，在逆境下的出籽率增益，即“出籽率就是抗逆性”。
因此，现在需要创新抗逆育种技术措施，来提高出籽率和出籽率增益。为丰富不同地区玉米品种的开发，适应未来农业的“轻简化”种植管理及专业化生产，满足不同地区不同气候不同行业需要，抗逆性的多样性也符合国内不同地区的生产需要；玉米材料中不缺乏有效的天然抗逆性基因，利用不同的育种技术。可以得到具有不同抗逆性的玉米种质材料。而现有技术中，有关玉米抗旱性育种方面的研究鲜有报道。
而且，玉米在干旱胁迫条件下，不是依靠单一机制抵御干旱，而是多种机制共同发挥作用，只是在不同的种质材料中，不同机制所占的主导地位不同。目前育成的玉米种质材料都是单一抗性指标的种质材料，由于作物的抗旱性是由多基因控制，在短期内育成各种抗旱指标都理想的种质材料难以实现。
因此，如何提供既能扩增玉米遗传基础，又可以提高玉米耐旱性的玉米育种方法，本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种既能扩增玉米遗传基础，又可以提高玉米耐旱性的玉米育种方法，而且本发明方法简单，适合育种单位持续应用推广。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
一种耐旱型玉米育种方法，包括以下步骤：
(1)以A型种质材料作为母本，分别与B型种质材料、C型种质材料、D型种质材料进行杂交，产生F1代，通过自交稳定，在稳定世代分别以AB、AC、AD型为目标定向选择，分别获得AB、AC、AD三种类型的群体；
(2)将步骤(1)得到的三种类型的单抗纯系选择AD作为母本，分别与AB、AC进行杂交，产生F1代，通过自交稳定，在稳定世代分别以ABD型、ACD型为目标定向选择，分别获得ABD、ACD两种类型的群体；
(3)将步骤(2)得到的两种类型的单抗纯系选择ABD型、ACD型相互杂交，产生F1代，通过自交稳定，以ABCD型为目标定向选择，即可获得ABCD型的群体；
(4)将步骤(3)得到的ABCD型的单抗纯系进行耐旱鉴定，淘汰生育期不稳定、出籽率低的植株，即可选育出高产、耐旱的种质材料；
优选的，所述A为高产型种质材料；B为低株型种质材料；C为叶面积偏小型种质材料；D为抗干旱胁迫型种质材料。
优选的，所述高产型种质材料：是选取正常管理情况下，苗期生长健壮，百粒重≥36.5g，亩产≥350kg，叶片上举，株型收敛，秆强不倒伏，活秆成熟，高抗玉米大斑病、丝黑穗病、玉米瘤黑粉病、青枯病的种质材料。
优选的，所述低株型种质材料：是选取正常管理情况下，穗高比<0.45，雄穗小，长粒的种质材料。
优选的，所述抗干旱胁迫型品种：是选取用25％PEG作渗透介质，在无光照的恒温箱内进行高渗溶液发芽试验，发芽率在≥85％，24h离体叶片含水量下降幅度≤19.5％的种质材料。
优选的，所述叶面积偏小型品种：是选取正常管理情况下，玉米生长到13叶时期，棒三叶平均叶面积为650～800cm2的种质材料。
优选的，所述步骤(1)～(3)中，得到的F1代通过4代以上自交稳定。
优选的，所述步骤(4)得到选育出ABCD型高产、耐旱的种质材料后，还可以与其他拥有优良抗旱性状的玉米种质材料进行杂交，再通过自交稳定及定向选择，获得新一代的高产、耐旱的种质材料，以此循环，形成稳定的玉米种质材料的选育方法。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明方法简单，仅通过三步杂交就可以获得高产抗旱玉米新材料，该材料不仅出籽率高、抗旱性强，适合大部分玉米种植区进行应用。
2、本发明将A：高产型玉米种质材料与B：低株型玉米种质材料、C：叶面积偏小型玉米种质材料、D：抗干旱胁迫型玉米种质材料进行杂交。申请人经过大量的实验研究发现，B、C、D型玉米种质材料与玉米的耐旱性能息息相关。适当地降低植株高度对增强玉米的抗旱能力是有利的，而且，缩小雄穗，也有利于增强玉米的抗旱性。
虽然减单位小叶面积可以减少植物的蒸腾作用，但是单位叶面积过小却会影响到光合作用的效率。在合适的叶面积范围内，单位叶面积越小，对于玉米在干旱条件下维持一定的光合面积和较高的光合作用效率，提高玉米种质材料的抗旱能力具有重要作用，本发明则选择棒三叶平均叶面积为650～800cm2的玉米种质材料，在缩小单位叶面积的基础上，不会影响到玉米植株的光合作用效率。而耐干旱胁迫型玉米种质材料则是实验筛选出的抗旱材料。
因此，本发明通过高产玉米材料与相关具有抗旱性状的玉米材料进行杂交育种，就可得到高产和抗旱双性状的玉米材料。
具体实施方式
本发明提供了一种耐旱型玉米育种方法，包括以下步骤：
(1)以A型种质材料作为母本，分别与B型种质材料、C型种质材料、D型种质材料进行杂交，产生F1代，通过自交稳定，在稳定世代分别以AB、AC、AD型为目标定向选择，分别获得AB、AC、AD三种类型的群体；
(2)将步骤(1)得到的三种类型的单抗纯系选择AD作为母本，分别与AB、AC进行杂交，产生F1代，通过自交稳定，在稳定世代分别以ABD型、ACD型为目标定向选择，分别获得ABD、ACD两种类型的群体；
(3)将步骤(2)得到的两种类型的单抗纯系选择ABD型、ACD型相互杂交，产生F1代，通过自交稳定，以ABCD型为目标定向选择，即可获得ABCD型的群体；
(4)将步骤(3)得到的ABCD型的单抗纯系进行耐旱鉴定，淘汰生育期不稳定、出籽率低的植株，即可选育出高产、耐旱的种质材料。
在本发明中，所述A为高产型种质材料；B为低株型种质材料；C为叶面积偏小型种质材料；D为抗干旱胁迫型种质材料。
在本发明中，所述高产型种质材料：是选取正常管理情况下，苗期生长健壮，百粒重≥36.5g，亩产≥350kg，叶片上举，株型收敛，秆强不倒伏，活秆成熟，高抗玉米大斑病、丝黑穗病、玉米瘤黑粉病、青枯病的种质材料。
在本发明中，所述低株型种质材料：是选取正常管理情况下，穗高比<0.45，雄穗小，长粒的种质材料。
在本发明中，所述抗干旱胁迫型品种：是选取用25％PEG作渗透介质，在无光照的恒温箱内进行高渗溶液发芽试验，发芽率在≥85％，24h离体叶片含水量下降幅度≤19.5％的种质材料。
在本发明中，所述叶面积偏小型品种：是选取正常管理情况下，玉米生长到13叶时期，棒三叶平均叶面积为650～800cm2的种质材料；优选为670～780cm2；进一步优选为690～760cm2；更优选为725cm2。
在本发明中，所述步骤(1)～(3)中，得到的F1代通过4代以上自交稳定。
下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
一种耐旱型玉米育种方法，包括以下步骤：
(1)以A型种质材料作为母本，分别与B型种质材料、C型种质材料、D型种质材料进行杂交，产生F1代，通过4代以上自交稳定，在稳定世代分别以AB、AC、AD型为目标定向选择，分别获得AB、AC、AD三种类型的群体；
(2)将步骤(1)得到的三种类型的单抗纯系选择AD作为母本，分别与AB、AC进行杂交，产生F1代，通过4代以上自交稳定，在稳定世代分别以ABD型、ACD型为目标定向选择，分别获得ABD、ACD两种类型的群体；
(3)将步骤(2)得到的两种类型的单抗纯系选择ABD型、ACD型相互杂交，产生F1代，通过4代以上自交稳定，以ABCD型为目标定向选择，即可获得ABCD型的群体；
(4)将步骤(3)得到的ABCD型的单抗纯系进行耐旱鉴定，淘汰生育期不稳定、出籽率低的植株，即可选育出高产、耐旱的种质材料；
所述A为高产型种质材料；B为低株型种质材料；C为叶面积偏小型种质材料；D为抗干旱胁迫型种质材料；
所述高产型种质材料：是选取正常管理情况下，苗期生长健壮，百粒重≥36.5g，亩产≥350kg，叶片上举，株型收敛，秆强不倒伏，活秆成熟，高抗玉米大斑病、丝黑穗病、玉米瘤黑粉病、青枯病的种质材料；
所述低株型种质材料：是选取正常管理情况下，穗高比<0.45，雄穗小，长粒的种质材料；
所述抗干旱胁迫型品种：是选取用25％PEG作渗透介质，在无光照的恒温箱内进行高渗溶液发芽试验，发芽率在≥85％，24h离体叶片含水量下降幅度≤19.5％的种质材料；
所述叶面积偏小型品种：是选取正常管理情况下，玉米生长到13叶时期，棒三叶平均叶面积为650cm2的种质材料。
实施例2
一种耐旱型玉米育种方法，包括以下步骤：
(1)以A型种质材料作为母本，分别与B型种质材料、C型种质材料、D型种质材料进行杂交，产生F1代，通过4代以上自交稳定，在稳定世代分别以AB、AC、AD型为目标定向选择，分别获得AB、AC、AD三种类型的群体；
(2)将步骤(1)得到的三种类型的单抗纯系选择AD作为母本，分别与AB、AC进行杂交，产生F1代，通过4代以上自交稳定，在稳定世代分别以ABD型、ACD型为目标定向选择，分别获得ABD、ACD两种类型的群体；
(3)将步骤(2)得到的两种类型的单抗纯系选择ABD型、ACD型相互杂交，产生F1代，通过4代以上自交稳定，以ABCD型为目标定向选择，即可获得ABCD型的群体；
(4)将步骤(3)得到的ABCD型的单抗纯系进行耐旱鉴定，淘汰生育期不稳定、出籽率低的植株，即可选育出高产、耐旱的种质材料；
所述A为高产型种质材料；B为低株型种质材料；C为叶面积偏小型种质材料；D为抗干旱胁迫型种质材料；
所述高产型种质材料：是选取正常管理情况下，苗期生长健壮，百粒重≥36.5g，亩产≥350kg，叶片上举，株型收敛，秆强不倒伏，活秆成熟，高抗玉米大斑病、丝黑穗病、玉米瘤黑粉病、青枯病的种质材料；
所述低株型种质材料：是选取正常管理情况下，穗高比<0.45，雄穗小，长粒的种质材料；
所述抗干旱胁迫型品种：是选取用25％PEG作渗透介质，在无光照的恒温箱内进行高渗溶液发芽试验，发芽率在≥85％，24h离体叶片含水量下降幅度≤19.5％的种质材料；
所述叶面积偏小型品种：是选取正常管理情况下，玉米生长到13叶时期，棒三叶平均叶面积为800cm2的种质材料。
实施例3
一种耐旱型玉米育种方法，包括以下步骤：
(1)以A型种质材料作为母本，分别与B型种质材料、C型种质材料、D型种质材料进行杂交，产生F1代，通过4代以上自交稳定，在稳定世代分别以AB、AC、AD型为目标定向选择，分别获得AB、AC、AD三种类型的群体；
(2)将步骤(1)得到的三种类型的单抗纯系选择AD作为母本，分别与AB、AC进行杂交，产生F1代，通过4代以上自交稳定，在稳定世代分别以ABD型、ACD型为目标定向选择，分别获得ABD、ACD两种类型的群体；
(3)将步骤(2)得到的两种类型的单抗纯系选择ABD型、ACD型相互杂交，产生F1代，通过4代以上自交稳定，以ABCD型为目标定向选择，即可获得ABCD型的群体；
(4)将步骤(3)得到的ABCD型的单抗纯系进行耐旱鉴定，淘汰生育期不稳定、出籽率低的植株，即可选育出高产、耐旱的种质材料；
所述A为高产型种质材料；B为低株型种质材料；C为叶面积偏小型种质材料；D为抗干旱胁迫型种质材料；
所述高产型种质材料：是选取正常管理情况下，苗期生长健壮，百粒重≥36.5g，亩产≥350kg，叶片上举，株型收敛，秆强不倒伏，活秆成熟，高抗玉米大斑病、丝黑穗病、玉米瘤黑粉病、青枯病的种质材料；
所述低株型种质材料：是选取正常管理情况下，穗高比<0.45，雄穗小，长粒的种质材料；
所述抗干旱胁迫型品种：是选取用25％PEG作渗透介质，在无光照的恒温箱内进行高渗溶液发芽试验，发芽率在≥85％，24h离体叶片含水量下降幅度≤19.5％的种质材料；
所述叶面积偏小型品种：是选取正常管理情况下，玉米生长到13叶时期，棒三叶平均叶面积为725cm2的种质材料。
实施例4
选择甘肃临洮地区一块水地及降雨量正常的土地，共1.2亩，平均划分为24块区域，各试验组随机种植，田间管理除抽雄期进行灌溉外，进行水分胁迫管理。
实施例3得到的玉米种质材料；
E-102：通过实施例3的方法，仅做如下改动：B为常规玉米种质材料；
E-103：通过实施例3的方法，仅做如下改动：C为常规玉米种质材料；
E-104：通过实施例3的方法，仅做如下改动：D为常规玉米种质材料；
E-105：通过实施例3的方法，仅做如下改动：B、C均为常规玉米种质材料；
E-106：通过实施例3的方法，仅做如下改动：A为常规玉米种质材料；
以某种1(不具有抗旱性)玉米种质材料作为对照组1；
以某种2高抗旱玉米种质材料为对照组2。各试验组的管理方法相同，玉米收获后，计算每组三块区域的材料出籽率，结果如表1所示，测定各组的叶绿素和脯氨酸的含量，结果如表2所示。(用酸性茚三酮法测定游离脯氨酸含量，用分光光度法测定叶绿素含量)表1
| 分组 | 出籽率(％) |
| 实施例3 | 84.7 |
| E-102 | 84.3 |
| E-103 | 83.2 |
| E-104 | 83.6 |
| E-105 | 84.2 |
| E-106 | 81.7 |
| 对照组1 | 78.2 |
| 对照组2 | 73.4 |
表2
由表1可知，在土壤墒情好的情况下，本发明实施例3玉米材料的出籽率超过对照组1和对照组2，说明其选择的有效性。
脯氨酸是一种重要的细胞内渗透调节物质，其在植物体内的含量与植物自身的抗旱性成正比。而且在植物受到水分胁迫时脯氨酸可大量积累。叶绿素是植物叶片的主要光合色素，为植物抗旱生理研究中的重要指标。而通过表2可知，本发明叶绿素及脯氨酸的含量与对照组2比较接近，说明本发明方法得到的玉米种质材料具有较好的抗旱品质。
进一步的，通过E-102～E-106与实施例3的数据对比本难看出，说明在玉米育种过程中，对玉米抗旱性状选择是非常重要的，只有选择正确的玉米耐旱相关性状，才能得到高耐旱的玉米种质材料。
实施例5
选择甘肃地区一块旱地，共1.2亩，平均划分为24块区域，各试验组随机种植三块区域。各试验组的管理方法相同，调查各试验组脯氨酸及叶绿素的含量，玉米收获后，考种计算每组三块区域的平均出籽率，结果如表3所示，计算各组的脯氨酸和叶绿素含量，结果如表4所示。
表3
| 分组 | 出籽率(％) |
| 实施例3 | 82.3 |
| E-102 | 81.5 |
| E-103 | 82.4 |
| E-104 | 82.1 |
| E-105 | 81.5 |
| E-106 | 80.9 |
| 对照组1 | 75.4 |
| 对照组2 | 74.3 |
表4
通过本发明表3可以看出，在干旱环境下，本发明玉米的出籽率可达81.7％，与对照组1和对照组2的出籽率存在显著差异。说明通过本发明的方法可以得到优秀的抗旱种质材料。
通过表4可以看出，实施例3脯氨酸及叶绿素的含量也要略高于对照组2，也可以证明实施例3得到的玉米种质材料具有优异的抗旱性能，并且，本发明方法可以保证在缩小叶面积的情况下，不会影响到叶绿素的含量及光合作用的效率。而通过E-102～E-106与实施例3的数据对比也进一步的证明了本发明抗旱性状选择的正确性及重要性。
通过对照组1的数据不难看出，常规的玉米种质材料正常种植条件下脯氨酸及叶绿素的含量与抗旱种质材料无显著差异，但常规的玉米种质材料在干旱条件下的脯氨酸及叶绿素的含量与抗干旱种质材料差异显著。而本发明相对于常规的高抗干旱种质材料无论是干旱或非干旱条件下，都具有很高的脯氨酸及叶绿素的含量。
所以，申请人通过大量的试验，准确找到了玉米相关抗旱性状，不仅方法简单，还得到了具有优异的抗旱性能的玉米新材料，其具有的生长性能显著优于现有的玉米种质材料。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种耐旱型玉米育种方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)以A型种质材料作为母本，分别与B型种质材料、C型种质材料、D型种质材料进行杂交，产生F1代，通过自交稳定，在稳定世代分别以AB、AC、AD型为目标定向选择，分别获得AB、AC、AD三种类型的群体；
(2)将步骤(1)得到的三种类型的单抗纯系选择AD作为母本，分别与AB、AC进行杂交，产生F1代，通过自交稳定，在稳定世代分别以ABD型、ACD型为目标定向选择，分别获得ABD、ACD两种类型的群体；
(3)将步骤(2)得到的两种类型的单抗纯系选择ABD型、ACD型相互杂交，产生F1代，通过自交稳定，以ABCD型为目标定向选择，即可获得ABCD型的群体；
(4)将步骤(3)得到的ABCD型的单抗纯系进行耐旱鉴定，淘汰生育期不稳定、出籽率低的植株，即可选育出高产、耐旱的种质材料。
2.根据权利要求1所述的一种耐旱型玉米育种方法，其特征在于，所述A为高产型种质材料；B为低株型种质材料；C为叶面积偏小型种质材料；D为抗干旱胁迫型种质材料。
3.根据权利要求2所述的一种耐旱型玉米育种方法，其特征在于，所述高产型种质材料：是选取正常管理情况下，苗期生长健壮，百粒重≥36.5g，亩产≥350kg，叶片上举，株型收敛，秆强不倒伏，活秆成熟，高抗玉米大斑病、丝黑穗病、玉米瘤黑粉病、青枯病的种质材料。
4.根据权利要求2或3所述的一种耐旱型玉米育种方法，其特征在于，所述低株型种质材料：是选取正常管理情况下，穗高比<0.45，雄穗小，长粒的种质材料。
5.根据权利要求2所述的一种耐旱型玉米育种方法，其特征在于，所述抗干旱胁迫型品种：是选取用25％PEG作渗透介质，在无光照的恒温箱内进行高渗溶液发芽试验，发芽率在≥85％，24h离体叶片含水量下降幅度≤19.5％的种质材料。
6.根据权利要求5所述的一种耐旱型玉米育种方法，其特征在于，所述叶面积偏小型品种：是选取正常管理情况下，玉米生长到13叶时期，棒三叶平均叶面积为650～800cm2的种质材料。
7.根据权利要求1所述的一种耐旱型玉米育种方法，其特征在于，所述步骤(1)～(3)中，得到的F1代通过4代以上自交稳定。
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