利用熱帶種質(zhì)改良溫帶玉米自交系根系的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用熱帶種質(zhì)改良溫帶玉米自交系根系的方法，屬于玉米育種領(lǐng)域。以根層數(shù)大于等于6的優(yōu)良熱帶玉米種質(zhì)A為母本，以根層數(shù)小于等于4的溫帶玉米自交系B為父本，組成溫-熱雜交組合A×B；通過雜交—混合授粉—回交—混合授粉—回交—混合授粉—單株連續(xù)自交的選系模式，將熱帶材料抗性優(yōu)良的特性轉(zhuǎn)入溫帶玉米材料中，有效地改良了溫帶玉米自交系根系狀況，新育成的自交系根系發(fā)達(dá)、綜合性狀優(yōu)良。
【專利說明】利用熱帶種質(zhì)改良溫帶玉米自交系根系的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及玉米的改良方法，具體涉及一種利用熱帶種質(zhì)改良溫帶玉米自交系根系的方法，屬于玉米育種領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]21世紀(jì)以來，受密植型和國(guó)外玉米的影響，我國(guó)玉米生產(chǎn)格局和育種模式發(fā)生了轉(zhuǎn)變。但伴隨著全球氣候環(huán)境的逐漸惡化，很多不確定的自然災(zāi)害頻繁發(fā)生，降雨減少導(dǎo)致土壤干旱、大風(fēng)災(zāi)害導(dǎo)致植株倒伏及土壤退化導(dǎo)致的低磷低氮脅迫等嚴(yán)重制約著我國(guó)玉米的生產(chǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年約有50%玉米種植在干旱、半干旱地區(qū)，每年因干旱造成玉米減產(chǎn)20% — 30%。而每年因倒伏造成玉米產(chǎn)量損失近100萬噸。耐旱性不好、抗倒性不強(qiáng)、耐瘠能力差的玉米品種，很難被農(nóng)民認(rèn)可。玉米品種抗倒性和抗逆性與根系直接相關(guān)。因此，選育根系發(fā)達(dá)的玉米新品種就成為每位玉米育種工作者研究的重要內(nèi)容之一。
[0003]在玉米根系活力、根系與產(chǎn)量和抗倒及抗逆性的關(guān)系方面，前人做了大量研究。
[0004]連艷鮮等(連艷鮮，李潮海.高產(chǎn)玉米雜交種根系形態(tài)生理特性研究[J].玉米科學(xué)，2008, 16 (4): 196-198)研究表明:玉米根系活力與產(chǎn)量成正相關(guān)；高產(chǎn)玉米雜交種初生胚根根系活力強(qiáng)，吐絲后根系活力下降慢。
[0005]孫占祥等(孫占祥，魏亞范，等.盆栽條件下玉米根系的研究[J].雜糧作物，1994(4):28-29)用32P示蹤研究表明:玉米生育期前期根吸收活力主要是在20cm土層，生育期后期根吸收活力移向30~40cm 土層。
[0006]鄂玉江等(鄂玉江，戴俊英，顧慰連.玉米根系的生長(zhǎng)規(guī)律及其與產(chǎn)量關(guān)系的研究1.玉米根系生長(zhǎng)和吸收能力與地上部分的關(guān)系[J].作物學(xué)報(bào)，1988，14(2): 149-154)研究發(fā)現(xiàn)，玉米初生根在苗期發(fā)揮主要作用，次生根從苗期后期到抽雄之間發(fā)揮主要作用，而氣生根連同較上幾層次生根一起，則在抽雄以后的整個(gè)產(chǎn)量形成期發(fā)揮主要的吸收作用。
[0007]玉米抗旱性和抗倒性的強(qiáng)弱也與根系的發(fā)達(dá)程度息息相關(guān)。
[0008]吳子愷(吳子愷.玉米抗早育種[J].玉米科學(xué)，1994，2(1):6-9)的研究表明根冠比越大，根系生長(zhǎng)越茂盛的品種抗旱性越強(qiáng)。
[0009]劉勝群等(劉勝群，宋鳳斌，王燕.玉米根系性狀與地上部性狀的相關(guān)性研究[J].吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，20 07, 29 ( I):1_ 6)研究發(fā)現(xiàn):耐旱品種較不耐旱品種根系干重大，根系相對(duì)發(fā)達(dá)；耐旱品種玉米根系在水平方向和垂直方向上的分布廣，深層根系優(yōu)勢(shì)明顯。
[0010]宋鳳斌等(劉勝群，宋鳳斌.不同耐旱基因型玉米根系生理性狀研究[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版)，2007，33 (4): 407-412)研究表明，根系所具有的吸水、保水能力和生物節(jié)水能力對(duì)玉米耐旱能力的發(fā)揮起著重要作用。
[0011]黃建軍等(黃建軍，趙明，劉娟，勾玲.不同抗倒能力玉米品種物質(zhì)生產(chǎn)與分配及產(chǎn)量性狀研究[J].玉米科學(xué)，2009, 17(4):82-88, 93)研究表明，從玉米抽雄前到生理成熟期，根系干重所占比例越高，植株抗倒伏能力越強(qiáng)；玉米抽雄前單株干重和根干重所占比例與倒伏率呈顯著負(fù)相關(guān)。
[0012]米國(guó)華等(吳秋平，陳范駿，陳延玲，米國(guó)華，等.1973~2009年中國(guó)玉米品種演替過程中根系性狀及其對(duì)氮的響應(yīng)的變化[J].中國(guó)科學(xué):生命科學(xué)，2011,41(6):472-480)選用中國(guó)1973— 2009年育成的11個(gè)代表性玉米品種，在水培體系下研究了正常供氮和低氮條件下根系與地上部生長(zhǎng)差異。結(jié)果表明，在過去36年的玉米育種進(jìn)程中，玉米地上部生長(zhǎng)勢(shì)在不同氮供應(yīng)水平下均得到提高，而根系生長(zhǎng)則只在正常供氮條件下得到提高。 [0013]以上研究結(jié)果表明，要想實(shí)現(xiàn)玉米在逆境中的高產(chǎn)，必須選育根系優(yōu)良的雜交玉米品種。雜交玉米品種根系優(yōu)劣程度與親本自交系材料密切相關(guān)。選育根系優(yōu)良的玉米自交系材料或改良目前生產(chǎn)上廣泛使用的玉米材料根系狀況對(duì)玉米育種顯得尤為重要。
[0014]玉米根系性狀的遺傳分析方面研究較少。
[0015]王秀全等(王秀全，陳光明，何丹，余先駒，等.玉米根系性狀的遺傳及相關(guān)分析[J].西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2002，15 (3):24-27)對(duì)玉米根系性狀的分析結(jié)果表明，玉米根系性狀中，氣生根條數(shù)、根鮮重、根干重等性狀的遺傳以加性效應(yīng)為主，遺傳力較高，能穩(wěn)定遺傳，其轉(zhuǎn)育及早代選擇有效。相關(guān)分析表明，氣生根條數(shù)與根鮮重、根干重、根總長(zhǎng)、根總條數(shù)、土壤中根條數(shù)正相關(guān)顯著或極顯著，可作為玉米育種根系選擇的指標(biāo)。
[0016]余先駒等(余先駒，王秀全，何丹，劉昌明，等.玉米自交系根系性狀遺傳初步分析[J].西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2004，17 (4):426-429)對(duì)玉米自交系根系性狀與產(chǎn)量構(gòu)成因素的相關(guān)性進(jìn)行了遺傳初步分析，結(jié)果表明:粒重與氣生根條數(shù)、根鮮重、根總條數(shù)等呈顯著正相關(guān)。這說明，以氣生根作為玉米根系育種的選擇性狀是合理的。
[0017]溫帶玉米育種材料配合力高，地區(qū)適應(yīng)性強(qiáng)，但這些材料普遍根系不發(fā)達(dá)，抗逆性不好，急需改良。到目前為止，怎樣有效地改良溫帶玉米自交系根系狀況尚未見報(bào)道。
[0018]熱帶玉米材料具有許多溫帶種質(zhì)不具備的特性，如根系發(fā)達(dá)、抗病蟲、耐高溫、耐陰雨、耐旱、持綠性好、品質(zhì)優(yōu)良等。但是，熱帶材料在溫帶種植大都表現(xiàn)光周期反應(yīng)敏感。多表現(xiàn)為植株高大，生育期偏長(zhǎng)、抽絲延遲或不抽絲，散粉至抽絲期間隔長(zhǎng)，不結(jié)穗或結(jié)實(shí)不好或不正常成熟等。怎樣將熱帶材料抗性優(yōu)良的特性轉(zhuǎn)入溫帶玉米材料中已成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)外玉米育種的熱點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0019]針對(duì)目前溫帶玉米育種中被廣泛使用的溫帶材料根系不發(fā)達(dá)、耐瘠薄能力差以及許多熱帶玉米種質(zhì)難以被直接利用的問題，本發(fā)明提出了一種利用熱帶種質(zhì)改良溫帶玉米自交系根系的方法。
[0020]技術(shù)方案如下:
(1)材料選擇:以根層數(shù)大于等于6、綜合性狀優(yōu)良的熱帶玉米種質(zhì)A為母本，以根層數(shù)小于等于4的溫帶玉米自交系B為父本，組成溫-熱雜交組合AXB ；
(2)選育方法:對(duì)溫-熱雜交組合AXB采用地理隔離自由授粉的方法選育I代；之后選取根層大于等于5、第一層氣生根發(fā)生時(shí)間在出苗后40天-45天的優(yōu)良單株混合花粉為回交父本，自交系B為母本，進(jìn)行第一輪回交；回交后代中同樣選取根層大于等于5，第一層氣生根發(fā)生時(shí)間在出苗后40天-45天的優(yōu)良單株采用控制雙親的混合授粉方法選育I代；以與第一輪回交相同的方法進(jìn)行第二輪回交；回交后代采用控制雙親的混合授粉方法選育I代，方法同第一輪回交后采用的方法；之后選擇根層大于等于5的優(yōu)良單株連續(xù)自交，按系譜法經(jīng)多代選擇，結(jié)合多點(diǎn)鑒定及配合力測(cè)定，育成根系發(fā)達(dá)、綜合性狀優(yōu)良的溫-熱玉米自交系C。
[0021]所述對(duì)回交后代的控制雙親的混合授粉方法為:取根系發(fā)達(dá)、綜合性狀優(yōu)良的植株花粉混合授予根系發(fā)達(dá)、果穗性狀優(yōu)良植株的雌穗。本發(fā)明所述根系發(fā)達(dá)是指根層大于等于5，第一層氣生根發(fā)生時(shí)間在出苗后40天-45天、氣生根生長(zhǎng)快速。
[0022]所述配合力測(cè)定從BC2F2開始利用2-3個(gè)骨干親本進(jìn)行配合力早代測(cè)交鑒定。在本領(lǐng)域中，配合力測(cè)定一般從F4或F5開始。本發(fā)明可以從BC2F2代開始選株，同時(shí)測(cè)定配合力，一方面是因?yàn)檫x系單株來源于2輪回交混粉群體，其遺傳純合度較好；另一方面對(duì)配合力早代測(cè)定可以同時(shí)兼顧選系和選品種，提高育種效率。
[0023]所述多點(diǎn)鑒定是從BC2F3開始，選擇不同地區(qū)進(jìn)行播種繁殖。在本領(lǐng)域中，為了節(jié)約改良培育的時(shí)間，通常是采用一年兩季的繁殖模式——溫帶春播和熱帶冬繁。對(duì)于在中國(guó)的育種來說，海南是熱帶冬繁的最佳地點(diǎn)，此外也可以選擇西雙版納等低緯度地區(qū)，當(dāng)然，不用熱帶冬繁也可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，只是育種周期會(huì)更加漫長(zhǎng)。
[0024]所述多代選擇為經(jīng)8代以上系譜選擇。
[0025]本發(fā)明通過雜交一混合授粉一回交一混合授粉一回交一混合授粉一單株連續(xù)自交的選系模式，將熱帶材料抗性優(yōu)良的特性轉(zhuǎn)入溫帶玉米材料中，有效地改良了溫帶玉米自交系根系狀況，新育成的自交系根系發(fā)達(dá)、綜合性狀優(yōu)良。本發(fā)明所述的種質(zhì)改良方法具有如下優(yōu)勢(shì)。
[0026]⑴本發(fā)明選用目前育種中被廣泛采用的溫帶種質(zhì)和配合力高、根系發(fā)達(dá)、綜合抗性優(yōu)良的熱帶種質(zhì)組成溫-熱雜交種作為基礎(chǔ)材料，與采用單一溫帶基礎(chǔ)材料相比，遺傳多樣性更加豐富，育成的玉米`自交系抗逆性更好、適應(yīng)性更廣。
[0027]⑵本發(fā)明選用的溫帶自交系均為玉米育種中廣泛使用的自交系，其已選配出的雜交種在生產(chǎn)中大面積推廣(丹340為“掖單13”父本，9991為“成單青貯I號(hào)”母本，DH4011為“登海11號(hào)”父本，21-ES為“川單14”父本)，其雜種優(yōu)勢(shì)模式明確；改良后的自交系根系發(fā)達(dá)，配合力好，抗倒性和適應(yīng)性增強(qiáng)，能更加快速地被應(yīng)用于新品種選育。
[0028]⑶本發(fā)明所采用的配合力鑒定方法為早代測(cè)定法，并對(duì)入選高配合力穗行進(jìn)行早代多點(diǎn)鑒定，選出的玉米自交系配合力高，根系發(fā)達(dá)的遺傳穩(wěn)定性好，區(qū)域適應(yīng)性強(qiáng)。
[0029]⑷本發(fā)明采用的選系模式為雜交一混合授粉一回交一混合授粉一回交一混合授粉一單株連續(xù)自交，既保證了遺傳豐富度，提高基因重組頻率，又有利于降低熱帶種質(zhì)對(duì)溫度和光照的敏感性；與現(xiàn)有的連續(xù)自交和連續(xù)回交技術(shù)相比，該方法對(duì)玉米自交系改良方向性、選擇效率更高，對(duì)玉米單個(gè)性狀改良具有指導(dǎo)意義。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1利用熱種質(zhì)改良溫帶玉米自交系根系流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]所涉材料及來源:F19:巴西群體選系，引自四川農(nóng)業(yè)大學(xué)玉米研究所；
18599:美國(guó)雜交種78599選系，四川農(nóng)業(yè)大學(xué)玉米研究所選育；
YJOO1501:巴西群體，引自中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院；
丹340:丹東農(nóng)科院選育；
9991:四川省農(nóng)科院選育；
DH4011:引自登海種業(yè)；
21-ES:四川農(nóng)業(yè)大學(xué)玉米研究所選育。
[0032]以上育種材料均為公知公用材料，可從相應(yīng)育種機(jī)構(gòu)引進(jìn)。
[0033]實(shí)施例1玉米自交系X224的選育:利用18599改良丹340根系。
[0034]自交系18599根系優(yōu)良，總根層數(shù)為6層(四川)一7層(海南)，且根系較長(zhǎng)，構(gòu)型好。自交系丹340根系在3-4層，根系淺，生長(zhǎng)緩慢。
[0035]參照?qǐng)D1，1999年在四川成都，以配合力高、根系優(yōu)良、綜合性狀好的熱帶材料18599為母本，高配合力但根系差易倒伏自交系丹340為父本組成雜交種為基礎(chǔ)材料。
[0036]1999年冬在海南陵水采用地理隔離混合授粉。
[0037]2000年春季四川成都播種，選擇根層數(shù)大于等于5層，第一層氣生根發(fā)生時(shí)間在出苗后40天-45天，對(duì)紋枯病、大小斑病、青枯病等主要病害抗性達(dá)中抗以上，穗位在植株高度的1/3 —1/2處的60株單株為混合花粉父本，丹340為母本，進(jìn)行一輪回交，回交果穗100穗左右。收獲時(shí)淘汰子粒排列稀松、禿尖重、感粒腐病的果穗，再擇優(yōu)保留50果穗，每穗等量脫粒100粒，混合形成回交I代種子。
[0038]2000年冬季將上述回交后代種植于海南陵水。選取花粉量大、株葉型優(yōu)良的單株花粉混合取粉，授予根層數(shù)大于等于5、穗位高合理的單株果穗。收獲時(shí)選取籽粒排列緊密、無病害的果穗，每穗按等量種子混合脫粒。
[0039]2001年春季四川成都進(jìn)行第二輪回交，栽培方式和植株選擇方法同第一輪回交。2002年冬海南混合授粉一次，混粉方法同回交I代的方法。
[0040]2002年春四川成都種植BC2F2后代，選擇根層數(shù)大于等于5，穗位高合理、雌雄協(xié)調(diào)、綜合抗性較好的單株自交。對(duì)入選的單株選擇骨干親本掖478、616A、A801測(cè)定配合力，初步篩選出的根系優(yōu)良材料從BC2F3采用溫帶多點(diǎn)正季聯(lián)合鑒定(四川成都、貴州貴陽、湖北恩施、浙江東陽、重慶合川)和海南冬繁的選擇模式。經(jīng)4年8代選育出根系優(yōu)良、配合力高、抗性好的自交系X224。
[0041]自交系X224株高270cm左右，雄花發(fā)達(dá)，果穗大，行數(shù)多，根系層數(shù)達(dá)6層，須根多，氣生根發(fā)達(dá)，抗倒伏能力強(qiáng)。用它做父本配制的雜交組合6405 (科源玉6號(hào))于2005年通過四川省審定，在四川、重慶及湖北平壩和淺丘地區(qū)均表現(xiàn)良好。
[0042]實(shí)施例2 S5321的選育:利用F19改良9991根系。
[0043]自交系F19配合力好，根系優(yōu)良，總根層數(shù)在8層(四川)一11層(海南)，最長(zhǎng)根可到地下35cm。自交系9991根系在3_4層，扎根淺，無氣生根或氣生根生長(zhǎng)緩慢，容易發(fā)生根倒。
[0044]對(duì)自交系9991根系改良流程參照?qǐng)D1，時(shí)間為2006年一2011年。改良過程中栽培方式、植株選擇方法同X224選育過程，在此不再累述。
[0045]改良獲得的根系優(yōu)良穩(wěn)定系定名S5321。該自交系保留了原自交系9991的株葉型及高配合力特性，株高降低，根層數(shù)由原來3-4層提高到5層，且根系長(zhǎng)度、構(gòu)型等性狀明顯改善，抗倒能力好。以S5321為母本組配的雜交玉米組合SH5318經(jīng)2011年和2012年在四川綿陽、雅安、宜賓及重慶萬州、湖北恩施和浙江東陽等地觀察，產(chǎn)量高、穩(wěn)定性好、抗倒性優(yōu)良。
[0046] 實(shí)施例3利用YJ001501改良DH4011根系(S4051的選育)。
[0047]YJ001501為巴西群體，根系優(yōu)良，抗病性好，抗倒力強(qiáng)?？偢鶎訑?shù)在7層(四川)一8層(海南)，氣生根發(fā)育早，生長(zhǎng)快速。自交系DH4011根系在4層，扎根淺，氣生根發(fā)生緩慢，容易發(fā)生倒伏。
[0048]對(duì)自交系DH4011根系改良流程參照?qǐng)D1。時(shí)間為2006年一2011年。改良過程中栽培方式、植株選擇方法同X224選育過程，在此不再累述。
[0049]改良獲得的根系優(yōu)良穩(wěn)定系定名S4051。該自交系配合力高，根系層數(shù)由原來的4層提高到6層，特別是氣生根發(fā)生時(shí)間及活力明顯提高，抗倒能力比DH4011有較大提高。以S4051為父本組配的一系列雜交玉米組合經(jīng)2012年在四川簡(jiǎn)陽、新都、內(nèi)江及云南昭通、貴州貴陽和山西晉中等地觀察，產(chǎn)量高、抗倒性優(yōu)良、綜合表現(xiàn)較好。
【權(quán)利要求】
1.利用熱帶種質(zhì)改良溫帶玉米自交系根系的方法，包括以下步驟:(1)材料選擇:以根層數(shù)大于等于6、綜合性狀優(yōu)良的熱帶玉米種質(zhì)A為母本，以根層數(shù)小于等于4的溫帶玉米自交系B為父本，組成溫-熱雜交組合AXB ; (2)選育方法:對(duì)溫-熱雜交組合AXB采用地理隔離自由授粉的方法選育I代；之后選取根層大于等于5、第一層氣生根發(fā)生時(shí)間在出苗后40天-45天的優(yōu)良單株混合花粉為回交父本，自交系B為母本，進(jìn)行第一輪回交；回交后代中同樣選取根層大于等于5、第一層氣生根發(fā)生時(shí)間在出苗后40天-45天的優(yōu)良單株采用控制雙親的混合授粉方法選育I代；以與第一輪回交相同的方法進(jìn)行第二輪回交；回交后代采用控制雙親的混合授粉方法選育I代，方法同第一輪回交后采用的方法；之后選擇根層大于等于5的優(yōu)良單株連續(xù)自交，結(jié)合配合力測(cè)定和多點(diǎn)鑒定，經(jīng)多年多代選擇，育成根系發(fā)達(dá)、綜合性狀優(yōu)良的溫-熱玉米自交系C。
2.如權(quán)利要求1所述利用熱帶種質(zhì)改良溫帶玉米自交系根系的方法，其特征在于，所述配合力測(cè)定從BC2F2開始。
3.如權(quán)利要求1所述利用熱帶種質(zhì)改良溫帶玉米自交系根系的方法，其特征在于，所述多點(diǎn)鑒定從BC2F3開始。
4.如權(quán)利要求1所述利用熱帶種質(zhì)改良溫帶玉米自交系根系的方法，其特征在于，所述多代選擇為經(jīng)8代以上系譜法選擇。
【文檔編號(hào)】A01H1/04GK103621398SQ201310615417
【公開日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月28日
【發(fā)明者】宋軍, 余桂容, 杜文平, 黃雙飛, 李明, 徐利遠(yuǎn) 申請(qǐng)人:四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)核技術(shù)研究所