CN110731264B

CN110731264B - 一种鉴别玉米单倍体植株中杂株的方法

Info

Publication number: CN110731264B
Application number: CN201911155275.1A
Authority: CN
Inventors: 马海林; 钮笑晓; 魏宏斌
Original assignee: Corn Research Institute Shanxi Academy Of Agricultural Sciences; Shanxi Dafeng Seed Industry Co ltd
Current assignee: Corn Research Institute Shanxi Academy Of Agricultural Sciences; Shanxi Dafeng Seed Industry Co ltd
Priority date: 2019-11-22
Filing date: 2019-11-22
Publication date: 2022-07-26
Anticipated expiration: 2039-11-22
Also published as: CN110731264A

Abstract

本发明公开了一种鉴别玉米单倍体植株中杂株的方法，其具体步骤如下：（1）以玉米育种选系基础材料为母本，诱导系CAU5‑ZB为父本，将母本与父本按一定比例种植于田间，母本吐丝前全部用育种专用纸袋将雌穗全部套住，吐丝后，用父本花粉进行杂交，杂交果穗成熟后通过籽粒胚与胚乳上紫色标记可从中挑选出拟单倍体籽粒；（2）对步骤(1)中保留的拟单倍体籽粒进行加倍处理后种植于田间，7‑8叶期根据叶舌上的紫色标记去除杂株；（3）将上述材料中散粉的单倍体株自交即可得到玉米育种基础材料的纯合自交系，新获得的自交系经过筛选鉴定后择优进入杂交种组配环节。本发明大大降低了单倍体苗期田间去杂的技术难度，提高了效率，降低了成本。

Description

一种鉴别玉米单倍体植株中杂株的方法

技术领域

本发明涉及植物育种，特别涉及玉米单倍体育种，具体是一种鉴别玉米单倍体植株中杂株的方法。

背景技术

常规选育玉米自交系的方法需要3-4年时间，自交最少6个世代以上，玉米单倍体技术可以将自交系纯化周期缩短为2个世代，从而大大缩短自交系纯化时间。玉米单倍体的产生是玉米单倍体育种技术中的首要环节，目前玉米单倍体产生的主要途径是利用诱导系杂交诱导途径产生母本（雌性）单倍体，简称为孤雌生殖单倍体。Coe在1959年发现了玉米孤雌生殖诱导系Stock6。研究者后来在此基础上不断加以选育与改造，如转入Navajo(ACR-nj)遗传标记基因，使研究者可通过籽粒颜色和植株颜色差异鉴定出单倍体。国外在这方面起步较早，并已取得了较大进展，选育出了一些优良的诱导系，如法国的WS14、摩尔多瓦的MHI 、德国的RWS、UH400等等。这些新选育的诱导系不但适应当地的环境，而且其诱导率及遗传标记也比Stock6有很大改善与提高。我国在诱导系的选育方面尽管起步较晚，但发展较快，目前已选育出一批优良的玉米单倍体诱导系，应用于生产实践，例吉林省农科院的吉高诱3号，中国农业大学的农大高诱1号至5号。

尽管诱导系的选育发展很快，但在实际应用中存在一些问题，影响了玉米单倍体技术的使用效率，其中比较突出的问题是：单倍体籽粒的准确性问题。由于受基因型与环境影响标记有时表达不清晰，通过标记挑选出的单倍体籽粒中极易混入杂合的二倍体籽粒，能否准确去除加倍过程中的杂株是目前难以解决的问题。国内选育或应用的诱导系主要有两个类型：一种是籽粒与植株均带标记的双标记诱导系，诱导后单倍体植株显示母本特征株色，二倍体植株叶片、茎杆与叶鞘等部位显示诱导系的紫色特征。这种类型诱导系的优势是标记一般比较清楚，单倍体籽粒易于挑选，二倍体植株颜色标记明显容易去除，缺点是这种类型诱导系一般诱导率偏低，易倒伏，在玉米单倍体育种中使用越来越少。另一类诱导系只有籽粒携带遗传标记，植株整体呈现绿色。这类诱导系的优点是诱导率高、花粉量大、抗倒能力强、广适性好，在玉米单倍体育种中使用越来越多。缺点是诱导后二倍体植株与单倍体植株颜色一致，在田间只能通过杂种优势判断区分单倍体与二倍体植株，当二倍体杂株杂种优势不明显或植株本身发育不好时容易造成误判，将二倍体当成加倍单倍体保留下来，增加育种成本。因此如何有效准确去除单倍体中的杂株是目前玉米单倍体育种技术中面临的一个难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种鉴别玉米单倍体植株中杂株的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种鉴别玉米单倍体植株中杂株的方法，其具体步骤如下：

（1）以玉米育种选系基础材料为母本，诱导系CAU5-ZB为父本，将母本与父本按一定比例种植于田间，母本吐丝前全部用育种专用纸袋将雌穗全部套住，吐丝后，用父本花粉进行杂交，杂交果穗成熟后通过籽粒胚与胚乳上紫色标记可从中挑选出拟单倍体籽粒；

（2）对步骤(1)中保留的拟单倍体籽粒进行加倍处理后种植于田间，7-8叶期根据叶舌上的紫色标记去除杂株；

（3）将上述材料中散粉的单倍体株自交即可得到玉米育种基础材料的纯合自交系，新获得的自交系经过筛选鉴定后择优进入杂交种组配环节。

作为本发明进一步的方案：所述的父本诱导系CAU5-ZB的选育方法如下：

（1）用携带紫色叶舌标记的糯玉米花粉做父本，CAU5做母本进行杂交，获得F1果穗；

（2）将F1果穗籽粒种植于大田，CAU5做父本进行回交，获得BC1果穗；

（3）将BC1果穗种成穗行，选择穗行中有紫色叶舌标记的植株，用CAU5做父本进行再次回交获得BC2果穗；

（4）将BC2果穗种成穗行，选择穗行中有紫色叶舌标记的植株，用CAU5做父本进行回交获得BC3果穗；

（5）将BC3果穗种成穗行，选择穗行中有紫色叶舌标记的植株，用CAU5做父本进行回交获得BC4果穗；

（6）将BC4果穗种成穗行，选择穗行中有紫色叶舌标记的植株，用CAU5做父本进行回交获得BC5果穗；

（7）将BC5果穗种成穗行，选择穗行中有紫色叶舌标记，其它特征接近CAU5植株的单株进行自交，获得BC5F1果穗；

（8）在获得的BC5F1自交果穗中选择接近CAU5果穗特征的果穗种成穗行，田间选择花粉量大、散粉性能好、抗倒性好、同时携带紫叶舌标记的植株自交，同时用该植株花粉做诱导率测配杂交；收获获得BC5F2果穗，根据诱导率测试结果选择诱导率较高的植株果穗获得新诱导系种子，定名为CAU5-ZB。

作为本发明进一步的方案：步骤（1）中挑选单倍体的方法为：其中紫顶白胚（胚乳顶部糊粉层为紫色，胚芽尖呈现白色）的为拟单倍体籽粒（受标记清晰度与籽粒发育程度等影响在挑选过程中极易混入二倍体籽粒），紫顶紫胚（胚乳顶部糊粉层为紫色，胚芽尖呈现紫色）的为二倍体籽粒，无任何标记的为杂粒（自交或外来花粉污染花丝），最终只保留拟单倍体籽粒。

作为本发明再进一步的方案：所述步骤（2）加倍处理方法有两种：

第一是化学加倍法，将步骤（1）中挑选出的拟单倍体籽粒发芽，期间如发现根尖与芽尖为紫色（混入的二倍体籽粒）的去除，等芽发至2cm左右时，切除顶部芽鞘后浸泡于0.06%的秋水仙素溶液中10小时，随后将芽取出用清水冲洗3次以上，栽入穴盘，4-5叶后将苗移入大田；

第二是自然加倍法，将步骤（1）中挑选出的拟单倍体籽粒直接种植于田间。

作为本发明再进一步的方案：所述步骤（2）中杂株去除方法，在田间植株长至7-8叶时去除大田中叶舌呈现紫色的植株，其中二倍体杂株叶舌部位呈现紫色，单倍体植株叶舌无紫色（特别说明：本发明不适用于育种基础材料叶舌本身为紫色的材料）。

本发明用多次回交、自交技术将一个控制玉米紫色叶舌标记的基因导入到高诱导率绿色茎杆诱导系CAU5中，新育成的诱导系（文中简称CAU5-ZB)遗传了CAU5的诱导率高、花粉量大、散粉性能好、抗倒性好、广适性好等优点，同时携带了紫叶舌标记。用该诱导系与育种材料杂交后二倍体杂株携带明显的紫叶舌标记，育种者通过田间植株叶舌上的紫色标记很容易在苗期将杂株从单倍体植株中辨认出来去除，进而提高单倍体植株鉴别的准确性。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明新育成的诱导系CAU5-ZB所携带的紫叶舌标记是显性标记，可在诱导后F1代杂株上稳定表达，这样通过紫色叶舌标记就可以将单倍体中杂株准确鉴别出来去除，有效保证了单倍体田间鉴别的准确性。不仅大大降低了单倍体苗期田间去杂的技术难度，而且提高了效率，降低了成本。

相比之下，本发明的方法使单倍体中杂株在叶舌上携带了紫色标记，为质量性状，受环境影响小，人眼容易识别，不需要经验，大大提高了准确性，提高了单倍体育种的效率。

附图说明

图1 携带紫色叶舌标记诱导系（CAU5-ZB）的图片

图2 无紫色叶舌标记诱导系（CAU5）的图片

图3携带紫色叶舌标记单倍体中杂株的图片

图4 无紫色叶舌标记单倍体中杂株的图片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

1、材料

玉米育种材料或种质资源1份约500粒（下文统称育种基础材料），带紫色叶舌标记诱导系(下文中命名为：CAU5-ZB）秋水仙素若干克、DMSO若干毫升、试验辅助器材。

2、方法

（1）单倍体诱导与挑选：

种植育种基础材料250株，双粒点播，根据育种基础材料的生育期调节CAU5-ZB的播种期，一般错期播种3期，三期比例1:3:2，3粒点播，共种60株，不同播期前后播种时间相差4-5天。出苗后4-5叶期定苗为单株。以育种基础材料做母本，CAU5-ZB为父本配制F1，杂交得到的果穗为F1果穗，果穗成熟后收获，从果穗籽粒中挑出紫顶白胚（胚乳糊粉层上带紫色标记，胚无紫色标记）籽粒就是拟单倍体籽粒。

（2）单倍体加倍与杂株去除：

加倍方法有两种：第一化学加倍法，将挑选出的拟单倍体籽粒发芽，期间如发现根尖与芽尖为紫色（混入的二倍体籽粒）的去除。等芽发至2cm左右时，去除顶部芽鞘后浸泡于0.06%的秋水仙素溶液（秋水仙素用DMSO溶解，DMSO最终浓度为2%）中10小时左右，随后将芽取出用清水冲洗3次以上，栽入穴盘，4-5叶后将苗移入大田。7-8叶时去除大田中叶舌呈现紫色的植株。利用本专利中方法可将叶舌带紫色标记的植株一次性全部去除,而不使用本发明专利方法一般需要在不同生长时期去杂4-5次，且不能保证将杂株完全去除干净。第二自然加倍法，直接将挑选出拟单倍体籽粒种植于田间，7-8叶时一次性去除大田中叶舌呈现紫色的植株。

（3）散粉株自交

将上述材料中散粉的单倍体株自交即可得到玉米育种材料或种质资源的纯合自交系，新获得的自交系经过筛选鉴定后择优进入杂交种组配环节。

所述的父本诱导系CAU5-ZB的选育过程：

（8）在获得的BC5F1自交果穗中选择接近CAU5果穗特征的果穗种成穗行，田间选择花粉量大、散粉性能好、抗倒性好、同时携带紫叶舌标记的植株自交，同时用该植株花粉做诱导率测配杂交；收获上述自交果穗获得BC5F2果穗，根据诱导率测试结果选择诱导率较高的植株果穗获得新诱导系种子，定名为CAU5-ZB。

带紫色叶舌标记的糯玉米自交系与诱导系CAU5的获得渠道：

带紫色叶舌标记的糯玉米由山西省农业科学院玉米研究所提供，是一个带紫色叶舌标记黑糯玉米自交系。CAU5由中国农业大学陈绍江教授实验室培育，使用者可通过申请获得。

图1展示的是该发明中使用的携带紫色叶舌标记的绿色茎杆诱导系（CAU5-ZB)，箭头所指部位呈现明显的紫色。

图2是正常的无紫色叶舌标记的绿色茎杆诱导系(CAU5)，箭头所指部位叶舌为正常色。用图1中展示的携带标记的诱导系作父本与基础育种材料杂交后，单倍体中杂株在叶舌部位显示特殊的紫色，可与单倍体植株明显区分。

而用图2中展示的无标记的诱导系作父本与基础育种材料杂交后，单倍体中杂株在叶舌部位显示与单倍体植株相同的颜色，不能区分。

图3中展示的单倍体中的杂株，在箭头所指叶舌部位呈现紫色，与其它单倍体植株的叶舌部位有明显区别；

图4中展示的单倍体中的杂株，在箭头所指叶舌部位无明显标记颜色，不易与其它单倍体植株区分。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种鉴别玉米单倍体植株中杂株的方法，其特征在于，具体步骤如下：

（3）将上述材料中散粉的单倍体株自交即可得到玉米育种基础材料的纯合自交系，新获得的自交系经过筛选鉴定后择优进入杂交种组配环节；

所述的父本诱导系CAU5-ZB的选育方法如下：

2.根据权利要求1所述的鉴别玉米单倍体植株中杂株的方法，其特征在于，步骤（1）中挑选单倍体的方法为：其中紫顶白胚的为拟单倍体籽粒，紫顶紫胚的为二倍体籽粒，无任何标记的为杂粒，最终只保留拟单倍体籽粒。

3.根据权利要求1所述的鉴别玉米单倍体植株中杂株的方法，其特征在于，所述步骤（2）加倍处理方法有两种：

第一是化学加倍法，将步骤（1）中挑选出的拟单倍体籽粒发芽，期间如发现根尖与芽尖为紫色的去除，等芽发至2cm左右时，切除顶部芽鞘后浸泡于0.06%的秋水仙素溶液中10小时，随后将芽取出用清水冲洗3次以上，栽入穴盘，4-5叶后将苗移入大田；

4.根据权利要求1所述的鉴别玉米单倍体植株中杂株的方法，其特征在于，所述步骤（2）中杂株去除方法，在田间植株长至7-8叶时去除大田中叶舌呈现紫色的植株，其中二倍体杂株叶舌部位呈现紫色，单倍体植株叶舌无紫色。