CN1926963A - 一种利用玉米近缘种选育饲草玉米品种的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用玉米近缘种选育饲草玉米品种的方法，主要是先通过玉米自交系与四倍体多年生玉米种杂交和回交形成玉米－四倍体多年生玉米种代换系，然后利用代换系与四倍体多年生玉米种杂交育成饲草玉米。通过这种方法克服了普通玉米与四倍体多年生玉米种之间远缘杂交的困难，通过此种方法选育的饲草玉米品种综合了普通玉米和四倍体多年生玉米种的优点，具有高产、优质、抗性强、适应性广、分蘖多、多年生等特点。

Description

一种利用玉米近缘种选育饲草玉米品种的方法

技术领域

本发明涉及饲草玉米的育种方法，具体地说涉及一种利用玉米近缘种选育饲草玉米品种的方法。

背景技术

随着我国社会经济的发展，畜牧业已从副业变为主业，其占大农业的产值已逐步超过50％，作为畜牧业基础的饲草业在生产中的地位也随之提升，成为种植业产业结构调整的重要组成部分。

在过去的半个多世纪中，我国草食牲畜的饲养几乎完全处于“靠天养畜，全年放牧”的情况，饲草供求矛盾日益突出，我国每年还有75％以上地区的牧畜冬季和早春缺草。每年都有大量的牲畜因冬春牧草缺乏而严重掉膘，甚至死亡，给畜牧业生产造成巨大损失，严重地制约了我国畜牧业的持续稳定发展。同时，在畜牧业对天然草料总量需求大于供给的情况下，采取季节性超载过牧，造成草山、草原出现了严重退化，生产力迅速下降，土地风蚀、沙化、水上流失加剧，生态系统功能严重失调。

在我国云、贵、川、渝、桂大部及湘西等地区，土地大多分布在气候、土壤和交通条件较差的山地、丘陵和高原(约占全区土地面积的95％)以及江河沿岸的河滩，开发复垦难度大、投资多、利用难；很多地方阴雨寡照，光照相对不足，不利于作物籽粒生长发育，造成作物低产；并且以作物生产为主的农业系统加重了水土流失，土壤肥力下降，生态脆弱。但是，阴雨寡照、雨量充沛、气候湿润、无霜期长、热能相对丰富，很适合以营养体生产为主的优质饲草的生产。因此，这些地区把种植业由粮食——经济作物的二元结构转变为粮食——经济作物——牧草及饲料作物的三元结构，大力发展畜牧业，大力引进、选育、种植高产优质饲草，不仅有利于生态保护，更有利于农业增产增收。

我国牧草业经过几十年的发展取得一些成就，如高丹草、黑麦草、燕麦、冰草、早熟禾、高羊茅、鸭茅等饲草品种选育与推广取得了明显进展，但与诸多发达国家相比还比较落后，水平还较低，远不能满足需要。我国目前育成的当家饲草新品种不多，而新育成适应各地区不同生态环境条件的优良饲用新品种所占比例更低，并且饲草种子生产能力低，远不能满足生产发展的需要。多数饲草品种依赖于进口，如墨西哥大刍草、黑麦草等牧草种子每年都需要大量进口。目前，发达国家已经把饲草产业作为一种重要的新型经济作物来对待，美国、加拿大和荷兰等国把饲草产品出口日、韩、东南亚地区和国家，赚取了大量外汇。仅日本市场每年需要进口的牧草产品多达220万吨，跨洋远运费用昂贵，每吨价格在200美元以上，比玉米高出约1倍。从国内市场来看，我国每年生产草产品缺口更大，对于优质牧草产品(如草粉、草颗粒等)需求迫切，仅饲料工业每年就有200多万吨牧草添加料的需求，远期需求在600万吨左右。我们必须加快优良饲草品种培育与推广，以满足养殖大户、农区和牧区饲草饲料和生态农业发展的需要。

四倍体多年生玉米种(Zea perennis，2n＝40)是玉米(Zea mays，2n＝20)的一个野生近缘材料，具有抗寒、抗病、耐涝，多年生，根系发达，分蘖能力强等优点(唐祈林等，2004；李冬郁等，2001)，但抗倒伏能力较弱；用它与玉米杂交，可以聚合二者的优良特性，有望选育出突破性饲草新品种。但是，玉米与四倍体多年生玉米种的亲缘关系较远，杂交亲合力低，导致它们间的杂交结实率很低(约5％～8％)，且杂交结实的种子发芽率也较低(唐祈林等，2006)。严重限制了将四倍体多年生玉米种有益基因导入玉米而选育推广新型饲草玉米的可能。因此，如何使四倍体多年生玉米种与普通玉米进行杂交是解决这一问题的关键。

玉米近缘属中的多数材料可以直接与玉米杂交，郭乐群等通过“中介”法成功地将摩擦禾种质通过二倍体多年生玉米转入普通玉米中(郭乐群等，2000)。因此，通过远缘杂交获得的玉米异源代换系充当“中介”材料，可以成为利用玉米近缘属材料的一种有效途径。

发明内容

本发明目的是提供一种通过玉米异源代换系充当“中介”方法克服玉米远缘杂交困难，从而培育出结合普通玉米和四倍体多年生玉米种优良特性的高产、优质、抗性强、适应性广、并且能多年生的饲草玉米的方法。

本发明通过以下技术方案实现：

一种利用玉米近缘种选育饲草玉米的方法，包括以下步骤：

(1)、通过玉米自交系与四倍体多年生玉米种之间杂交和回交，培育出玉米-四倍体多年生玉米种代换系；

(2)、用玉米-四倍体多年生玉米种代换系和四倍体多年生玉米种杂交，可得饲草玉米。

上述利用玉米近缘种选育饲草玉米的方法，还可以包括如下步骤：

(1)、用四倍体多年生玉米种与玉米自交系杂交，获得杂交F₁代种子；

(2)、种植杂交F₁代种子，对杂交F₁代植株进行短日照处理，并进行开放辅助授粉，收获F₂代种子；

(3)、种植F₂代种子，用步骤(1)的玉米自交系与F₂代植株回交得到BC₁F₂代种子；

(4)、种植BC₁F₂代种子，将BC₁F₂代植株自交得到BC₁F₃代种子；对BC₁F₃代材料进行多色荧光原位杂交技术检测，选留染色体数为20条并且其中含有至少1条至3条外来染色体的品系，获得玉米-四倍体多年生玉米种代换系；

(5)、用步骤(4)中所得的玉米-四倍体多年生玉米种代换系与四倍体多年生玉米种杂交，可获得饲草玉米。

上述选育饲草玉米的方法，其步骤(1)可以玉米自交系为母本，以四倍体多年生玉米种为父本。

上述选育饲草玉米的方法，其步骤(2)中所述的对杂交F₁代植株进行短日照处理可以是对植株进行遮光处理。

上述选育饲草玉米的方法，其步骤(3)可用步骤(1)中所述的玉米自交系为父本，以F₂代植株作母本。

上述选育饲草玉米的方法，其所述的步骤(5)中用步骤(4)中所得的玉米-四倍体多年生玉米种代换系为母本，以四倍体多年生玉米种为父本。

上述选育饲草玉米的方法中所述的玉米-四倍体多年生玉米种代换系染色体数为20，其中含有1条至3条四倍体多年生玉米种的染色体。

上述选育饲草玉米的方法，其所述的玉米自交系可以是48-2。48-2是四川农业大学玉米研究所培育的一个优良的玉米自交系。

本发明所用的四倍体多年生玉米种来源于国际小麦玉米改良中心。

四倍体多年生玉米种植株一般具有很多雄穗，单株花粉量大。

上述普通玉米与四倍体多年生玉米种杂交所产生的杂交F₁代种子极少，而且杂交F₁代植株为三倍体(2n＝30)，高度不育。F₁植株的花粉生活力很低，比亲本低50个以上百分点。这主要是玉米与四倍体多年生玉米种的亲缘关系太远，杂交后遗传物质不协调所致。

一般杂交F₁代植株第一年生育期较迟，在四川雅安至9月份才抽雄吐丝。F₁植株具有多年生特性，第二年在四川雅安从5月到11月均持续抽丝、散粉，以9～10月抽丝、散粉最旺；对同一植株不同时期花粉生活力的观测结果表明，在四川雅安9～10月花粉生活力最高，5月次之，而7月花粉可育率几乎为0。由此可见，四倍体多年生玉米种种与玉米杂交的三倍体F₁植株的花粉生活力可能具有光、温敏反应，中、短日照和适温对其具促进作用；对F₁植株进行短日照处理可以诱导在8～9月抽穗，开放性辅助授粉可以产生极少的F₂种子(非整倍体籽粒)，但结实率低于1/1000。

上述方法中所述的玉米-四倍体多年生玉米种种代换系的植株性状与普通玉米自交系相似，叶片宽大，叶片颜色浅绿色，质地粗糙。

本发明方法具有的优点和积极效果：(1)、本发明方法通过“中介”方法解决了普通玉米和玉米近缘种杂交结实率低的问题，从而使普通玉米和四倍体多年生玉米种的远缘杂交利用成为可能；(2)、利用本发明方法培育的饲草玉米杂交种可以将普通玉米和多年生玉米的的优点结合在一起，集中了普通玉米高产、优质和四倍体多年生玉米种的分蘖多、抗逆性强、多年生等优点，具有强大的杂种优势；(3)、用本发明方法培育的饲草玉米的生物产量高，1年可收4～6次，高者每666.7m²鲜草产量年产可达15000kg；(4)、用本发明方法培育的饲草玉米适应性强我国南至海南岛，北至内蒙古、甘肃均能栽培。饲草玉米对土壤要求不严，荒山、沟沿、房前屋后均可种植；该饲草玉米生命力强，在南方一次栽培可多年利用；(5)、用本发明方法培育的饲草玉米具有匍匐根状茎和须根系，能保水固土；(6)、繁殖方式多样，除利用种子生产外，植株还可分株繁殖和扦插繁殖；(7)、用本发明方法培育的饲草玉米可以是多年生的，从而可节省大量制种成本。

附图说明

图1为本发明方法示意图。

具体实施方式

通过下面给出的具体实施例可以进一步清楚地了解本发明，但它们不构成对本发明的限制。

实施例1

1999年，在四川省雅安市四川农业大学多营农场以四倍体多年生玉米种为父本，玉米自交系“48-2”作为母本，在剪短的“48-2”的花丝上授粉，获得少量的杂交F₁代种子；

2000年春播种杂交F₁代，对F₁代植株进行遮光处理，诱导在8-9月抽穗，进行开放性辅助授粉获得极少的F₂代种子；

2001年3月播种F₂代种子，有5粒F₂代种子发芽，仅有2株长成植株，为野生亲本型植株；一株没有花丝不能授粉结实；另一株于8月上旬才抽丝，用“48-2”花粉回交，得到10多粒BC₁F₂回交一代种子；

2002年3月在四川雅安播种BC₁F₂代种子，BC₁F₂植株自交得BC₁F₃，7月收获；

2002年10月，在云南元江用四倍体多年生玉米种花粉给BC₁F₃植株授粉，组配成“SAUMZ1号”饲草玉米；

2003年用BC₁F₃开放授粉的种子为母本，用四倍体多年生玉米种为父本在雅安、云南试制生产出“SAUMZ1号”饲草玉米200kg，制种产量达100kg/666.7m；

2004年4月初在四川雅安分别播种“SAUMZ1号”、墨西哥玉米、高丹草，种植面积1333.3m²，密度为5000株/666.7m²；6月2日刈割，结果“SAUMZ1号”、墨西哥玉米和高丹草每666.7m²鲜草产量分别为3500kg、1900kg和1780kg，SAUMZ1号鲜草产量明显高于墨西哥玉米和高丹草的鲜草产量。

2005年在四川雅安种植“SAUMZ1号”，以及墨西哥玉米和高丹草各2000m²；结果每666.7m²鲜草产量分别为“SAUMZ1号”饲草玉米13080kg，高丹草10390kg，墨西哥玉米10160kg。蛋白质产量相当于每公顷“SAUMZ1号”为2788.21kg，高丹草为2211.22kg，墨西哥玉米为2128.47kg。

参考文献

[1]唐祈林，李晚忱，宋运淳等.玉米与四倍体多年生玉米种代换种质的选育及其基因组原位杂交鉴定[J].遗传学报，2004，31(4)：340～344.

[2]李冬郁，郭乐群，张忠等.玉米野生近缘种类玉米和研究和利用[J].玉米科学，2001，9(2)：11～13.

[3]唐祈林，杨克诚，郑祖平等.玉米与玉米近缘种可杂交性研究[J].作物学报，2006，32(1)：144～146.

[4]郭乐群，张忠.二倍体多年生大刍草(Zea Diploperennis)是有价值的新种质资源.玉米科学，2000，8，(4)：12～14

Claims (7)

1、一种利用玉米近缘种选育饲草玉米的方法，包括以下步骤：

(1)、通过普通玉米自交系与四倍体多年生玉米种之间杂交和回交，培育出玉米-四倍体多年生玉米种代换系；

(2)、用玉米-四倍体多年生玉米种代换系和四倍体多年生玉米种杂交，可得饲草玉米。

2、按照权利要求1所述的方法，其特征在于还可以包括如下步骤：

(1)、用四倍体多年生玉米种与玉米自交系杂交，获得杂交F₁代种子；

(2)、种植杂交F₁代种子，对杂交F₁代植株进行短日照处理，并进行开放辅助授粉，收获F₂代种子；

(3)、种植F₂代种子，用步骤(1)的玉米自交系与F₂代植株回交得到BC₁F₂代种子；

(4)、种植BC₁F₂代种子，将BC₁F₂代植株自交得到BC₁F₃代种子，对BC₁F₃代材料进行多色荧光原位杂交技术检测，选留染色体数为20条并且其中含有至少1条至3条外来染色体的品系，获得玉米-四倍体多年生玉米种代换系；

(5)、用步骤(4)中所得的玉米-四倍体多年生玉米种代换系与四倍体多年生玉米种杂交，可获得杂交种饲草玉米。

3、按照权利要求2所述的方法，其步骤(1)可以玉米自交系为母本，以四倍体多年生玉米种为父本。

4、按照权利要求2所述的方法，其步骤(2)中所述的对杂交F₁代植株进行短日照处理可以是对植株进行遮光处理。

5、按照权利要求2所述的方法，其步骤(3)可用所述的玉米自交系为父本，以F₂代植株作母本。

6、按照权利要求2所述的方法，其步骤(5)中可以用步骤(4)中所得的玉米-四倍体多年生玉米种代换系为母本，以四倍体多年生玉米种为父本杂交。

7、按照权利要求1或2所述的方法，其所用的玉米自交系可以是48-2。