CN1843092A - 一种利用杂交诱导单性结实材料选育玉米新品种的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用杂交诱导单性结实材料选育玉米新品种的育种方法，属于农作物育种方法领域。本发明主要是利用能高频率杂交诱导单性生殖产生自交系的吉高诱系3号，给优良的玉米群体或者杂交种授粉后，诱导后代产生单倍体，然后单倍体经过自然加倍或者人工加倍后形成纯合稳定的自交系。与常规方法比较，本发明方法简化了育种程序，缩短了育种时间，提高了育种效率；而且所育成的自交系完全是高度纯合的，更有利于杂种优势的发挥。

Description

一种利用杂交诱导单性结实材料选育玉米新品种的方法

技术领域

本发明涉及农作物育种的方法，具体地说涉及利用杂交诱导单性结实材料选育玉米新品种的方法。

背景技术

玉米育种是一种周期性长的工作，一般育成一个品种需要10-15年的时间，不但工作量大，费时、费力，而且还可能因历时过长，10年前制定的育种目标，经过多年努力后，得到结果往往已不适应市场的要求。因此如何缩短育种时间、加快育种速度一直是育种家们努力追求的目标，为此提出了许多方法，如利用花药或者花粉培养产生单倍体，然后加倍育成自交系的方法可以大大缩短育种年限，曾是一种被抱有很大希望的方法，但是由于花药培养的难度很大、技术复杂、效果不理想等难以在实践中广泛应用。1959年Coe发现玉米高频孤雌生殖诱导系Stock6(Coe E H，1959)，育种家利用Stock6杂交可以诱导母本产生单倍体，结合标记选择，从而使利用诱导系诱导后代形成单倍体进行单倍体育种成为可能。Stock6不仅可以诱导产生单倍体，而且带有两个遗传标记，通常称为Navajo(ACRn-j)标记，也称Navajo斑纹，即紫色糊粉层和紫色胚芽，由A1A2C1C2R-nj互补基因控制，利用花粉直感效应，就可以在当代籽粒中鉴别出是否为单倍体，即以普通玉米材料为母本与诱导系杂交，胚乳和胚芽尖因标记的花粉直感效应而表现为褐色或紫色，凡是胚和糊粉层均为紫色的籽粒即为正常杂交的二倍体；糊粉层为紫色，胚芽尖无色；胚面较小，且凹陷较深的为单倍体。此外，Stock6还带有紫色植株标记，由A1A2C2BP1互补基因控制，如果是授粉后产生二倍体，那么其后代植株叶鞘为紫色，所以可在拔节期根据叶鞘的颜色对单倍体株进行确认。同时，单倍体幼苗长势慢、株高低、植株瘦弱；二倍体幼苗长势强、植株高及叶片肥大，也可在苗期进行选择，这样就使Stock6在玉米育种中的广泛应用成为可能。但是，由于Stock6诱导率低，并存在许多严重缺陷，如花粉量很少或者不散粉，自交结实性很差，倒伏、叶病、穗粒腐病严重，籽粒Navajo遗传标记表达较弱等，因此很难直接利用。国内外通过杂交改良的方法已经从Stock6中衍生出了一些新的诱导系，如法国的SW14(Lashermes，1988)、俄罗斯的Krasnodar(Shatskaya，1994)和摩尔多瓦的ZMS(Chalyk S T，1994)等。我国中国农业大学利用Stock6培育出了农大高诱1号(刘志增等，2000；陈绍江等，2003，)。这些诱导系的利用价值大大超过了Stock6。但是由于它们被申请了专利或者处于保密状态而不能得到和利用，因此培育新的高频率诱导系是开展这项工作的先决条件。

获得单倍体后，必须对其进行加倍才能获得能稳定遗传的二倍体，从而育成新的自交系。目前，对玉米单倍体进行加倍主要有以下几种方法：(1)、用秋水仙素溶液注射幼苗的盾片节Chaes S S，1952)；(2)、浸根法(Seaney，1994)；(3)、浸种法(Gayen，1994)；(4)用秋水仙素注射茎尖生长点(魏俊杰等，2001)。

发明内容：

本发明目的是提供一种程序简单、速度快、并且能培育纯度高的玉米自交系的育种方法。

一种利用杂交诱导单性结实材料选育玉米新品种的方法，包括如下步骤：

(1)、用吉高诱系3号作父本给符合育种目标的基础群体或杂交种授粉，收获母本果穗中带有糊粉层顶端紫色，胚芽尖无紫色标记的籽粒；

(2)、对步骤(1)所获得材料进行人工加倍或者自然加倍，拔节期去掉叶鞘为紫色的植株；对加倍后植株进行自交，收获自交结实籽粒；

(3)、种植步骤(2)所得籽粒，选择后代性状表现整齐一致，没有分离的穗行，即为新的玉米自交系。

上述方法中所述的自然加倍指在没有施加人为影响的自然条件下，经诱导产生的单倍体籽粒或幼苗植株细胞内的染色体加倍成为正常的二倍体。

上述方法中所述的人工加倍指利用秋水仙素溶液处理单倍体籽粒或幼苗，使其细胞内染色体加倍成为正常的二倍体。

上述方法中所述的基础群体指由多个自交系或品种经混合授粉后，形成的玉米群体。这种群体可以使多个有利基因聚合，优良性状累积，抗病性好、综合性状优良，因此用作选育自交系的群体材料。

上述基础群体的材料来源也可以人类种植业进程中形成的各种优良农家品种等。

上述方法中所述的杂交种指单交种、三交种或者双交种等。

上述方法中所述的符合育种目标，按照通常的理解，是指农艺性状、高产性状、抗病性状和抗逆性状、品质性状等优良。

上述方法中所培育的自交系用来组配杂交种。

本发明是利用杂交诱导可以产生单性结实这一特殊方法选育自交系，应用本发明人自选高频率单性生殖诱导系吉高诱系3号(诱导率高达10％以上，)的花粉，给优良的基础群体和杂交种授粉，获得的籽粒，通过连锁的标记性状鉴别，获得单倍体籽粒和植株，再经过人工或自然再加倍成二倍体，自交选育成新的纯合自交系。实现配子体选择，快速选育新的玉米自交系，创造新的种质资源，一般缩短自交系选育时间3-4年。

吉高诱系3号来源：

1996年从美国引入单性生殖诱导系Stock6，1997年吉林省农业科学院从一批国外引进材料的后代中发现材料M278，在收获的籽粒中发现籽粒顶端带有紫色斑点，并且能自发产生单倍体植株，于是配制M278×Stock6组合作为基础群体；1998年以Stock6与M278杂交获得的F1代为基础材料，采用系谱法连续进行6个世代的自交、测交选育。各代以单倍体诱导率、籽粒Navajo紫斑标记(籽粒顶端糊粉层带有紫色斑纹)选择为主，同时兼顾植株ABP1(植株紫色，由A1A2C2BP1互补基因控制，对于绝大部分玉米材料表现为显性)标记、花粉量、结实性及抗病性连续选择。最终育成诱导率高、标记性好、综合性状优良的穗行单系，定名为吉高诱系3号。吉高诱系3号带有Navajo显性遗传标记，即紫色糊粉层和紫色胚芽。用吉高诱系3号给其它玉米材料授粉后，正常的二倍体表现为紫色糊粉层和紫色胚芽尖，植株的叶鞘紫色，而诱导产生的单性结实籽粒糊粉层紫色，胚芽尖无色，植株叶鞘绿色，用此标记可进行确认。

本发明所用的吉高诱系3号可以在吉林省农业科学院玉米研究所得到。

本发明的优点和积极效果：

一种利用杂交诱导单性结实材料选育玉米新品种的方法，其优点在于：(1)、简化了育种程序，省去自交纯化的过程；(2)、缩短了育种时间，大约可以节约4年左右的时间；(3)、提高了育种效率，因为本发明程序简单，而且育种时间短，相应的育种效率提高；(4)、所育品种的纯度高，利于充分发挥杂种优势作用，本发明用单倍体加倍的方法所获得的自交系完全是纯合的，因此所配制的杂交种的纯度也高。

经试验测试，本发明方法与常规的系谱法相比较，可缩短育种年限(生育周期)4年左右；所使用的单倍体诱导系吉高诱系3号对各种材料均具有高频率单倍体诱导能力，平均诱导率达10.40％以上，标记性状明显，易于鉴别，其它综合农艺性状好。

附图说明

图1为本发明方法的所用的吉高诱系3号育种过程示意图。

图2为本发明方法示意图。

具体实施方式

实施例1：

2004年利用单性生殖诱导系吉高诱系3号作父本给产量高并且综合性状优良的国外杂交种X1132P授粉，根据标记性状，即顶端糊粉层和胚芽尖均为紫色的籽粒，是正常的杂交的二倍体籽粒；而顶端糊粉层为紫色，胚芽尖无色，且胚面较小，呈三角形，凹陷较深，则是被诱导出的X1132P单性结实的“单倍体”籽粒；根据上述标记共获得“单倍体”籽粒1023粒。

2005年将筛选出的“单倍体”籽粒精细播种，出苗693株，拔节期根据幼苗长势、植株高度、叶片长度、叶鞘(片)颜色以及叶片着生角度等进一步确认。单倍体幼苗长势慢、株高低、植株瘦弱、叶片短且较上冲、叶色浅；二倍体幼苗长势强、植株高及叶片肥大，叶鞘(片)紫色，确认出单倍体株636株。经过自然加倍获得双单倍体植株55株，自交获得结实果穗19个。2005年冬季海南加代自交结实，选出自交后代整齐一致、综合性状表现好的新的玉米自交系4个，分别定名吉1132-1、吉1132-2、吉1132-3、吉1132-4。

2006年利用选育的新自交系即可配制组合，选育优良玉米杂交种。

实施例2：

2003年选用国内玉米骨干种质“黄早四群体”(2001年以j853、昌7-2、四444、773-2、K12、K14、哲461、H23、等13个具有黄早四血缘自交系人工混粉合成的群体)为选系基础材料，利用吉高诱系3号花粉为其授粉，所结籽粒通过顶端糊粉层为紫色，胚芽尖无色，且胚面较小，呈三角形，凹陷较深等标记性状鉴别，获得“单倍体”籽粒732粒。

2004年将筛选出的“单倍体”籽粒精细播种，出苗471株，拔节期根据幼苗长势、植株高度、叶片长度、叶片颜色等进一步确认出单倍体株423株。经过自然加倍获得二倍体或双单倍体植株36株，自交结实果穗13个。

2005年冬季海南加代自交、选留后代表现整齐一致、综合性状好的新的自交系3个，分别定名吉黄-2、吉黄-3、吉黄-5。

2006年利用选育的新自交系即可配制组合选育优良玉米杂交种。

参考文献

1、Coe E H.Amer Mat，1959，93：381-382

2、Lashermes，P，M Beckert.Theor Appl Genet，1988，76：405-410

3、Shatskaya OA，ER Zabirova，VS Scherbak et al.Maize Genet Coop NewsLett，1994，68：51

4、Chalyk ST.Euphytica，1994，79：13～18

5、Chase SS.Production of homozygous diploids of maize from monoploids[J].Agron.J.，1952(44)：263-267

6、Gayen P，JK Maden，R Kumar，et al.Chromosome doubling in haploidsthrough colchicines[J].Maize Genet.Coop.News Lett.，1994(68)64-65

7、Chalyk ST，VV Ostrovsky and VV Ostrovakii.Comparison of haploid maizeplants with identical genotypes[J].J.Genet.Breed，1993，(47)：77-80

8、魏俊杰等，玉米科学，2001，9(3)：12-13

9、刘志增，宋同明，作物学报，2000，26(5)：570-574

10、刘志增，宋同明等，中国农业大学学报，2000，5(3)：51-57

11、陈绍江，宋同明，作物学报，2003，29(4)：587-590。

Claims (4)

1、一种利用杂交诱导单性结实材料选育玉米新品种的方法，包括如下步骤：

(1)用吉高诱系3号作父本给符合育种目标的基础群体或杂交种授粉，从收获母本果穗中挑选糊粉层顶端带有紫色，胚芽尖无紫色标记的籽粒；

(2)、对步骤(1)所获得材料进行人工加倍或者经自然加倍，去掉叶鞘(包括部分叶片)为紫色的植株；对加倍后植株进行自交，收获自交结实籽粒；

(3)、种植步骤(2)所得籽粒，选择后代性状表现整齐一致，符合育种目标要求穗行，即为新的玉米自交系。

2、按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的人工加倍是利用秋水仙素溶液处理单倍体籽粒或幼苗，使其细胞内染色体加倍成为正常的二倍体。

3、按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的基础群体指由多个自交系或品种经混合授粉后形成的玉米群体。

4、按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的杂交种指单交种、三交种或者双交种。

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