CN104025998B - 利用杂交诱导单倍体选育玉米自交系的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用杂交诱导单倍体选育玉米自交系的方法，属于农作物育种方法领域。本发明方法是利用吉高诱系31号给符合育种目标的基础群体或杂交种授粉，选择糊粉层顶端紫色，胚芽尖无紫色等标记的籽粒；然后对所得材料进行自然加倍或人工加倍，再进行自交；接着选择后代表现整齐一致、没有分离的穗行，即为新的自交系。本发明方法单倍体诱导率高，可达13%以上；其次，选择标记明显，筛选容易且准确度高；此外，本发明中所用诱导系吉高诱系31号株高适中，开花时间长且花粉量大，可以进行自然授粉诱导单倍体，免去人工授粉，不仅节约劳力，而且适合进行大规模群体的操作；本发明方法还具有育种效率高、程序简单，育种速度快的特点。

Description

利用杂交诱导单倍体选育玉米自交系的方法

技术领域

本发明属于农作物育种的方法，具体地说涉及利用杂交诱导单倍体选育玉米自交系的方法。

背景技术

育种是一项周期性长的工作，育成一个品种一般需要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，十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，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时间，曾一度被作为大有希望的方法，但实践证明，由于花药培养的难度很大、技术复杂、效率不高等，难以在实践中广泛应用。

1959年，美国明尼苏达大学CoeEH发现玉米单倍生殖诱导系Stock6通过杂交可以诱导母本材料产生单倍体，结合标记选择，使利用杂交诱导系诱导后代形成单倍体进行单倍体育种成为可能。随着玉米育种技术的不断发展，杂交诱导单倍体育种方法被育种家所重视，成为目前国际育种界研究的重点和热点，并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）、前苏联的Krasnodar（Shatskaya，1994）和摩尔多瓦的ZMS（ChalykST，1994）、德国的KWS等。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。

专利申请《一种利用杂交诱导单性结实材料选育玉米新品种的方法》（申请号为：200610080832.4）公开了吉林省农业科学院利用M278×Stock6组合作为基础群体，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ABPl（植株紫色，由A1A2C2BPl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。最终育成平均诱导率达10.4%、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。吉高诱系3号是国内选育出的、公开报导的诱导率最高的玉米单倍体诱导系，被广泛应用。但是吉高诱系3号还不同程度存在各式各样的缺点：（1）植株矮小，不能被用来在独立田块进行自然授粉产生单倍体。为了克服这个缺点，人们经常将诱导系之间进行杂交。然而，杂交产生的诱导材料可能出现其他的一些问题，比如：降低了单倍体诱导率和改变了标记基因的表达。R1-nj标记基因(NandaandChase,1966)（紫色盾片和紫色糊粉层顶冠）广泛应用于从干种子中筛选单倍体，然而，在杂交产生的诱导材料中，这个基因的表达受母本影响很大，有时候鉴别单倍体可能变得非常困难，甚至是不可能，尤其是在母本有抑制基因(C1-I)存在的情况下。（2）籽粒斑纹标记对不同的母本材料表现不一致，加大了单倍体籽粒的选择难度。因此，培育新的高频率诱导系是开展这项工作的先决条件。

发明内容：

本发明目的在于提供利用杂交诱导单倍选育玉米自交系的方法。该方法育种程序简单、育种速度快、并且培育的玉米自交系是完全纯合的。

本发明利用杂交诱导单倍体选育玉米自交系的方法，包括如下步骤：

（1）、用吉高诱系31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；从中筛选糊粉层顶端紫色，胚芽尖无紫色，且胚面较小、呈三角形、凹陷较深标记的籽粒；

（2）、对步骤（1）所获得材料进行人工加倍或者自然加倍，拔节期去掉叶鞘和叶片为紫色的植株；对加倍后可以正常开花的植株进行自交，按照单株收获自交结实籽粒；

（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。

上述方法中所述的吉高诱系31号属于玉蜀黍属玉米种（zeamaysL.），为吉林省农业科学院选育的高频率单倍体诱导系，已于2010年6月3日保藏于中国典型培养物保藏中心（保藏地点为：中国湖北省武汉市武昌珞珈山武汉大学），保藏编号为：CCTCCNo：P201008

上述方法中所述的自然加倍指在自然条件下，单倍体籽粒或幼苗植株细胞内的染色体加倍成为正常二倍体。

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是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，按照本领域技术人员通常的理解，是指农艺性状、高产性状、抗病性状和抗逆性状、品质性状等方面优良。

利用上述方法中产生的玉米自交系培育玉米杂交种的方法，就是以上述方法中所培育的玉米自交系为亲本之一，与其他自交系杂交，育成新的杂交种。

本发明是利用杂交诱导可以产生单倍体籽粒这一方法选育自交系，应用本发明人自选高频率杂交诱导单倍结实诱导系---吉高诱系31号（诱导率高达13％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31号是通过改良吉高诱系3号选育而成，杂交单倍体诱导率达13.67%，高于吉高诱系3号的10.40%，并且株高适中，能被用来在独立田块进行自然授粉产生单倍体；籽粒的斑纹标记也更加明显，吉高诱系3号的籽粒斑纹标记对不同的母本材料表现不一致，加大了单倍体籽粒的选择难度，而吉高诱系31号加强了籽粒斑纹标记的选择，对不同的母本材料都有很好的籽粒斑纹标记。

吉高诱系31号的来源：

2003年，以吉高诱系3号为母本，Stock6/M278-8-9-1-6为父本杂交所获得的杂交种为基础材料，采用系谱法，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，进行单株测定，经过6个世代的连续自交和测交，同时兼顾植株ABPl标记、花粉量、结实性及抗病性选择，最终育成高频率单倍体吉高诱系31号。吉高诱系31号田间表现为植株紫色，叶片紫色，花药紫色，花粉量大，开花时间长。特别是吉高诱系31号比其他诱导系带有更加明显的籽粒Navajo遗传标记，即紫色糊粉层和紫色胚芽标记。用吉高诱系31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。

与现有技术相比，本发明具有的优点和有益效果：（1）、本发明方法所用单倍体诱导系的诱导率高，本发明所用的吉高诱系31号的单倍体诱导率平均在13.67%以上，在本领域即使诱导率提高1%都是很大的提高，何况是3％以上的提高，因此，本发明中吉高诱系31号的诱导率远高于现有的诱导系，如吉高诱系3号的单倍体诱导率为10.40%，Stock6/M278-8-9-1-6的单倍体诱导率为8.58%；（2）本发明方法中所用的吉高诱系31号比其他诱导系带有更加明显的籽粒Navajo遗传标记，即紫色糊粉层和紫色胚芽标记。用吉高诱系31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，籽粒标记性状明显，单倍体籽粒易于鉴别，其它综合农艺性状好；（3）、本发明方法中所用的诱导系吉高诱系31号株高适中，开花时间长且花粉量大，可以进行自然授粉诱导单倍体，免去人工授粉，不仅节约劳力，而且适合进行大规模群体的操作；（4）、本发明方法育种效率高，由于本发明方法中所用的吉高诱系31号的单倍体诱导率高，那么在相同条件下获得的后代群体大，选出优良自交系的几率大大增加，提高了育种效率；（5）、本发明方法育种成本低，由于单倍体诱导率高，与利用其他单倍体诱导系相比，所需要的单位育种群体相对较小，降低了育种成本；（6）、本发明方法育成的自交系的纯度高，利用其所配制的杂交种的纯度也高，有利于充分发挥杂种优势的作用；（7）、本发明方法育种程序简单，省去传统方法中对杂交后代的至少4代以上的自交纯化过程，直接通过所获得单倍体加倍即可，育种时间也大大缩短。

具体实施方式

实施例1：利用吉高诱系31号杂交诱导单倍体选育玉米自交系

按照如下方法进行：

（1）、2010年，在吉林省农业科学院利用吉高诱系31号作父本给产量高并且综合性状优良的国外杂交种T628394授粉，收获母本植株上果穗248穗，脱粒后获得籽粒42326粒，根据籽粒标记性状，即顶端糊粉层和胚芽尖均为紫色的籽粒，是正常杂交的二倍体籽粒；而顶端糊粉层为紫色，胚芽尖无色，且胚面较小，呈三角形，凹陷较深标记，则是被诱导出的T628394单性结实的“准单倍体”籽粒；根据上述标记共获得“准单倍体”籽粒6023粒，籽粒的单倍体诱导率=准单倍体籽粒/杂交粒数×100%=6023/42326×100%=14.23%。

(2)、2010年冬，在吉林省农科院海南基地将筛选出的“准单倍体”籽粒单粒播种，出苗5847株（单倍体育种是对配子体的选择，每个配子具有1套染色体组，，每个基因都是以单一形式存在的，都必须接受环境的挑战和自然选择的压力，因此许多单倍体不能发育而退化为无胚种子；有些单倍体种子因发育不良而不能发芽；或者即使发芽因芽势太弱而死亡）。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植株。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5663株，二倍体（杂株）184株。由于杂株是正常的二倍体，其发芽势和生长势都较强，通过精细点播和田间的精细管理，都可以长成正常的植株，因此杂株数也就代表了伪单倍体籽粒数。所以单倍体诱导率=准单倍体籽粒数-杂株数/杂交籽粒数×100%=(6023-184)/42326×100%=13.80%。经过田间自然加倍，获得既正常抽丝又正常开花的植株455株，通过自交获得自交果穗389个，单穗结实为1至154粒不等。另外66株由于花期不协调，没有获得自交果穗。

(3)、2011年春，在吉林省农业科学院将2010年冬在海南获得的自交结实果穗种植成穗行，并进行自交，在自交后代中选育出整齐一致、综合性状表现好的新的玉米自交系24个，分别定名吉DH628394－1、吉DH628394－2、吉DH628394－3、吉DH628394－4、DH628394－5、吉DH628394－6、吉DH628394－7、吉DH628394－8、DH628394－9、吉DH628394－10、吉DH628394－11、吉DH628394－12、DH628394－13、吉DH628394－14、吉DH628394－15、吉DH628394－16、DH628394－17、吉DH628394－18、吉DH628394－19、吉DH628394－20、DH628394－21、吉DH628394－22、吉DH628394－23、吉DH628394－24。

上述结果说明本发明方法单倍体诱导率高，籽粒Navajo遗传标记明显，筛选鉴定单倍体籽粒比较容易；育种程序短，育种速度快、育种效率高，育种成本低。

实施例2：利用吉高诱系31号杂交诱导单倍体选育玉米自交系

按照如下方法进行：

（1）、2007年，以吉853、吉854、昌7－2、四287、京24、773-2、黄C、黄早四、四444、哲461共10个具有黄早四血缘的自交系人工混和授粉合成的群体（简称“黄早四群体”）。2010年，以“黄早四群体”为基础材料，以吉高诱系31号为父本给“黄早四群体”授粉，收获母本植株上果穗315穗，共结籽粒53897粒，通过顶端糊粉层为紫色、胚芽尖无紫色，且胚面较小、呈三角形、凹陷较深等标记性状鉴别，获得“准单倍体”籽粒7589粒。

（2）、2011年春，在吉林省农业科学院将筛选出的“准单倍体”籽粒单粒播种，出苗7431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6983株；植株长势强、植株高大、叶片肥大、叶片紫色的杂交植株247株。由于杂株是正常二倍体，其发芽势和生长势都较强，通过精细点播和田间的精细管理，都可以长成正常的植株，因此杂株数也就代表了伪单倍体籽粒数。所以本试验的单倍体诱导率=准单倍体籽粒数-杂株数/杂交籽粒数×100%=(7589-247)/53897×100%=13.62%。经过田间自然加倍,获得既正常抽丝又正常开花的植株636株，通过自交获得自交果穗463个，单穗结实为1至202粒不等。另外173株由于花期不协调等原因，没有获得自交果穗。

（3）、2012年春，在吉林省农业科学院将2011年获得的自交结实果穗种植成穗行，田间仔细管理并进行自交结实，在自交后代中选育出整齐一致、综合性状表现好的新的玉米自交系20个，分别定名吉DH黄1、吉DH黄2、吉DH黄3、吉DH黄4、吉DH黄5、吉DH黄6、吉DH黄7、吉DH黄8、吉DH黄9、吉DH黄10吉DH黄11、吉DH黄12、吉DH黄13、吉DH黄14、吉DH黄15吉DH黄16、吉DH黄17、吉DH黄18、吉DH黄19、吉DH黄20。

上述结果说明本发明方法单倍体诱导率高，籽粒Navajo遗传标记明显，筛选鉴定单倍体籽粒比较容易；育种程序短，育种速度快、育种效率高，育种成本低。

参考文献

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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 (6)

1.利用杂交诱导单倍体选育玉米自交系的方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)、用吉高诱系31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；从中筛选糊粉层顶端紫色，胚芽尖无紫色，且胚面较小、呈三角形、凹陷较深标记的籽粒；

(2)、对步骤(1)所获得材料进行人工加倍或者自然加倍，拔节期去掉叶鞘和叶片为紫色的植株；对加倍后可以正常开花的植株进行自交，按照单株收获自交结实籽粒；

(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。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的自然加倍指在自然条件下，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。

3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于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。

4.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。

5.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。

6.利用权利要求1所述的方法中产生的玉米自交系培育玉米杂交种的方法，其特征在于以权利要求1中所培育的玉米自交系为亲本之一，与其他自交系杂交，育成新的杂交种。