專(zhuān)利名稱(chēng)：一種利用雜交誘導(dǎo)單性結(jié)實(shí)材料選育玉米新品種的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及農(nóng)作物育種的方法，具體地說(shuō)涉及利用雜交誘導(dǎo)單性結(jié)實(shí)材料選育玉米新品種的方法。
背景技術(shù)：
玉米育種是一種周期性長(zhǎng)的工作，一般育成一個(gè)品種需要10-15年的時(shí)間，不但工作量大，費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，而且還可能因歷時(shí)過(guò)長(zhǎng)，10年前制定的育種目標(biāo)，經(jīng)過(guò)多年努力后，得到結(jié)果往往已不適應(yīng)市場(chǎng)的要求。因此如何縮短育種時(shí)間、加快育種速度一直是育種家們努力追求的目標(biāo)，為此提出了許多方法，如利用花藥或者花粉培養(yǎng)產(chǎn)生單倍體，然后加倍育成自交系的方法可以大大縮短育種年限，曾是一種被抱有很大希望的方法，但是由于花藥培養(yǎng)的難度很大、技術(shù)復(fù)雜、效果不理想等難以在實(shí)踐中廣泛應(yīng)用。1959年Coe發(fā)現(xiàn)玉米高頻孤雌生殖誘導(dǎo)系Stock6(Coe E H，1959)，育種家利用Stock6雜交可以誘導(dǎo)母本產(chǎn)生單倍體，結(jié)合標(biāo)記選擇，從而使利用誘導(dǎo)系誘導(dǎo)后代形成單倍體進(jìn)行單倍體育種成為可能。Stock6不僅可以誘導(dǎo)產(chǎn)生單倍體，而且?guī)в袃蓚€(gè)遺傳標(biāo)記，通常稱(chēng)為Navajo(ACRn-j)標(biāo)記，也稱(chēng)Navajo斑紋，即紫色糊粉層和紫色胚芽，由A1A2C1C2R-nj互補(bǔ)基因控制，利用花粉直感效應(yīng)，就可以在當(dāng)代籽粒中鑒別出是否為單倍體，即以普通玉米材料為母本與誘導(dǎo)系雜交，胚乳和胚芽尖因標(biāo)記的花粉直感效應(yīng)而表現(xiàn)為褐色或紫色，凡是胚和糊粉層均為紫色的籽粒即為正常雜交的二倍體；糊粉層為紫色，胚芽尖無(wú)色；胚面較小，且凹陷較深的為單倍體。此外，Stock6還帶有紫色植株標(biāo)記，由A1A2C2BP1互補(bǔ)基因控制，如果是授粉后產(chǎn)生二倍體，那么其后代植株葉鞘為紫色，所以可在拔節(jié)期根據(jù)葉鞘的顏色對(duì)單倍體株進(jìn)行確認(rèn)。同時(shí)，單倍體幼苗長(zhǎng)勢(shì)慢、株高低、植株瘦弱；二倍體幼苗長(zhǎng)勢(shì)強(qiáng)、植株高及葉片肥大，也可在苗期進(jìn)行選擇，這樣就使Stock6在玉米育種中的廣泛應(yīng)用成為可能。但是，由于Stock6誘導(dǎo)率低，并存在許多嚴(yán)重缺陷，如花粉量很少或者不散粉，自交結(jié)實(shí)性很差，倒伏、葉病、穗粒腐病嚴(yán)重，籽粒Navajo遺傳標(biāo)記表達(dá)較弱等，因此很難直接利用。國(guó)內(nèi)外通過(guò)雜交改良的方法已經(jīng)從Stock6中衍生出了一些新的誘導(dǎo)系，如法國(guó)的SW14(Lashermes，1988)、俄羅斯的Krasnodar(Shatskaya，1994)和摩爾多瓦的ZMS(Chalyk S T，1994)等。我國(guó)中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)利用Stock6培育出了農(nóng)大高誘1號(hào)(劉志增等，2000；陳紹江等，2003，)。這些誘導(dǎo)系的利用價(jià)值大大超過(guò)了Stock6。但是由于它們被申請(qǐng)了專(zhuān)利或者處于保密狀態(tài)而不能得到和利用，因此培育新的高頻率誘導(dǎo)系是開(kāi)展這項(xiàng)工作的先決條件。
獲得單倍體后，必須對(duì)其進(jìn)行加倍才能獲得能穩(wěn)定遺傳的二倍體，從而育成新的自交系。目前，對(duì)玉米單倍體進(jìn)行加倍主要有以下幾種方法(1)、用秋水仙素溶液注射幼苗的盾片節(jié)Chaes S S，1952)；(2)、浸根法(Seaney，1994)；(3)、浸種法(Gayen，1994)；(4)用秋水仙素注射莖尖生長(zhǎng)點(diǎn)(魏俊杰等，2001)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種程序簡(jiǎn)單、速度快、并且能培育純度高的玉米自交系的育種方法。
一種利用雜交誘導(dǎo)單性結(jié)實(shí)材料選育玉米新品種的方法，包括如下步驟(1)、用吉高誘系3號(hào)作父本給符合育種目標(biāo)的基礎(chǔ)群體或雜交種授粉，收獲母本果穗中帶有糊粉層頂端紫色，胚芽尖無(wú)紫色標(biāo)記的籽粒；(2)、對(duì)步驟(1)所獲得材料進(jìn)行人工加倍或者自然加倍，拔節(jié)期去掉葉鞘為紫色的植株；對(duì)加倍后植株進(jìn)行自交，收獲自交結(jié)實(shí)籽粒；(3)、種植步驟(2)所得籽粒，選擇后代性狀表現(xiàn)整齊一致，沒(méi)有分離的穗行，即為新的玉米自交系。
上述方法中所述的自然加倍指在沒(méi)有施加人為影響的自然條件下，經(jīng)誘導(dǎo)產(chǎn)生的單倍體籽?；蛴酌缰仓昙?xì)胞內(nèi)的染色體加倍成為正常的二倍體。
上述方法中所述的人工加倍指利用秋水仙素溶液處理單倍體籽?；蛴酌?，使其細(xì)胞內(nèi)染色體加倍成為正常的二倍體。
上述方法中所述的基礎(chǔ)群體指由多個(gè)自交系或品種經(jīng)混合授粉后，形成的玉米群體。這種群體可以使多個(gè)有利基因聚合，優(yōu)良性狀累積，抗病性好、綜合性狀優(yōu)良，因此用作選育自交系的群體材料。
上述基礎(chǔ)群體的材料來(lái)源也可以人類(lèi)種植業(yè)進(jìn)程中形成的各種優(yōu)良農(nóng)家品種等。
上述方法中所述的雜交種指單交種、三交種或者雙交種等。
上述方法中所述的符合育種目標(biāo)，按照通常的理解，是指農(nóng)藝性狀、高產(chǎn)性狀、抗病性狀和抗逆性狀、品質(zhì)性狀等優(yōu)良。
上述方法中所培育的自交系用來(lái)組配雜交種。
本發(fā)明是利用雜交誘導(dǎo)可以產(chǎn)生單性結(jié)實(shí)這一特殊方法選育自交系，應(yīng)用本發(fā)明人自選高頻率單性生殖誘導(dǎo)系吉高誘系3號(hào)(誘導(dǎo)率高達(dá)10％以上，)的花粉，給優(yōu)良的基礎(chǔ)群體和雜交種授粉，獲得的籽粒，通過(guò)連鎖的標(biāo)記性狀鑒別，獲得單倍體籽粒和植株，再經(jīng)過(guò)人工或自然再加倍成二倍體，自交選育成新的純合自交系。實(shí)現(xiàn)配子體選擇，快速選育新的玉米自交系，創(chuàng)造新的種質(zhì)資源，一般縮短自交系選育時(shí)間3-4年。
吉高誘系3號(hào)來(lái)源1996年從美國(guó)引入單性生殖誘導(dǎo)系Stock6，1997年吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院從一批國(guó)外引進(jìn)材料的后代中發(fā)現(xiàn)材料M278，在收獲的籽粒中發(fā)現(xiàn)籽粒頂端帶有紫色斑點(diǎn)，并且能自發(fā)產(chǎn)生單倍體植株，于是配制M278×Stock6組合作為基礎(chǔ)群體；1998年以Stock6與M278雜交獲得的F1代為基礎(chǔ)材料，采用系譜法連續(xù)進(jìn)行6個(gè)世代的自交、測(cè)交選育。各代以單倍體誘導(dǎo)率、籽粒Navajo紫斑標(biāo)記(籽粒頂端糊粉層帶有紫色斑紋)選擇為主，同時(shí)兼顧植株ABP1(植株紫色，由A1A2C2BP1互補(bǔ)基因控制，對(duì)于絕大部分玉米材料表現(xiàn)為顯性)標(biāo)記、花粉量、結(jié)實(shí)性及抗病性連續(xù)選擇。最終育成誘導(dǎo)率高、標(biāo)記性好、綜合性狀優(yōu)良的穗行單系，定名為吉高誘系3號(hào)。吉高誘系3號(hào)帶有Navajo顯性遺傳標(biāo)記，即紫色糊粉層和紫色胚芽。用吉高誘系3號(hào)給其它玉米材料授粉后，正常的二倍體表現(xiàn)為紫色糊粉層和紫色胚芽尖，植株的葉鞘紫色，而誘導(dǎo)產(chǎn)生的單性結(jié)實(shí)籽粒糊粉層紫色，胚芽尖無(wú)色，植株葉鞘綠色，用此標(biāo)記可進(jìn)行確認(rèn)。
本發(fā)明所用的吉高誘系3號(hào)可以在吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院玉米研究所得到。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果一種利用雜交誘導(dǎo)單性結(jié)實(shí)材料選育玉米新品種的方法，其優(yōu)點(diǎn)在于(1)、簡(jiǎn)化了育種程序，省去自交純化的過(guò)程；(2)、縮短了育種時(shí)間，大約可以節(jié)約4年左右的時(shí)間；(3)、提高了育種效率，因?yàn)楸景l(fā)明程序簡(jiǎn)單，而且育種時(shí)間短，相應(yīng)的育種效率提高；(4)、所育品種的純度高，利于充分發(fā)揮雜種優(yōu)勢(shì)作用，本發(fā)明用單倍體加倍的方法所獲得的自交系完全是純合的，因此所配制的雜交種的純度也高。
經(jīng)試驗(yàn)測(cè)試，本發(fā)明方法與常規(guī)的系譜法相比較，可縮短育種年限(生育周期)4年左右；所使用的單倍體誘導(dǎo)系吉高誘系3號(hào)對(duì)各種材料均具有高頻率單倍體誘導(dǎo)能力，平均誘導(dǎo)率達(dá)10.40％以上，標(biāo)記性狀明顯，易于鑒別，其它綜合農(nóng)藝性狀好。


圖1為本發(fā)明方法的所用的吉高誘系3號(hào)育種過(guò)程示意圖。
圖2為本發(fā)明方法示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例12004年利用單性生殖誘導(dǎo)系吉高誘系3號(hào)作父本給產(chǎn)量高并且綜合性狀優(yōu)良的國(guó)外雜交種X1132P授粉，根據(jù)標(biāo)記性狀，即頂端糊粉層和胚芽尖均為紫色的籽粒，是正常的雜交的二倍體籽粒；而頂端糊粉層為紫色，胚芽尖無(wú)色，且胚面較小，呈三角形，凹陷較深，則是被誘導(dǎo)出的X1132P單性結(jié)實(shí)的“單倍體”籽粒；根據(jù)上述標(biāo)記共獲得“單倍體”籽粒1023粒。
2005年將篩選出的“單倍體”籽粒精細(xì)播種，出苗693株，拔節(jié)期根據(jù)幼苗長(zhǎng)勢(shì)、植株高度、葉片長(zhǎng)度、葉鞘(片)顏色以及葉片著生角度等進(jìn)一步確認(rèn)。單倍體幼苗長(zhǎng)勢(shì)慢、株高低、植株瘦弱、葉片短且較上沖、葉色淺；二倍體幼苗長(zhǎng)勢(shì)強(qiáng)、植株高及葉片肥大，葉鞘(片)紫色，確認(rèn)出單倍體株636株。經(jīng)過(guò)自然加倍獲得雙單倍體植株55株，自交獲得結(jié)實(shí)果穗19個(gè)。2005年冬季海南加代自交結(jié)實(shí)，選出自交后代整齊一致、綜合性狀表現(xiàn)好的新的玉米自交系4個(gè)，分別定名吉1132-1、吉1132-2、吉1132-3、吉1132-4。
2006年利用選育的新自交系即可配制組合，選育優(yōu)良玉米雜交種。
實(shí)施例22003年選用國(guó)內(nèi)玉米骨干種質(zhì)“黃早四群體”(2001年以j853、昌7-2、四444、773-2、K12、K14、哲461、H23、等13個(gè)具有黃早四血緣自交系人工混粉合成的群體)為選系基礎(chǔ)材料，利用吉高誘系3號(hào)花粉為其授粉，所結(jié)籽粒通過(guò)頂端糊粉層為紫色，胚芽尖無(wú)色，且胚面較小，呈三角形，凹陷較深等標(biāo)記性狀鑒別，獲得“單倍體”籽粒732粒。
2004年將篩選出的“單倍體”籽粒精細(xì)播種，出苗471株，拔節(jié)期根據(jù)幼苗長(zhǎng)勢(shì)、植株高度、葉片長(zhǎng)度、葉片顏色等進(jìn)一步確認(rèn)出單倍體株423株。經(jīng)過(guò)自然加倍獲得二倍體或雙單倍體植株36株，自交結(jié)實(shí)果穗13個(gè)。
2005年冬季海南加代自交、選留后代表現(xiàn)整齊一致、綜合性狀好的新的自交系3個(gè)，分別定名吉黃-2、吉黃-3、吉黃-5。
2006年利用選育的新自交系即可配制組合選育優(yōu)良玉米雜交種。
參考文獻(xiàn)1、Coe E H.Amer Mat，1959，93381-3822、Lashermes，P，M Beckert.Theor Appl Genet，1988，76405-4103、Shatskaya OA，ER Zabirova，VS Scherbak et al.Maize Genet Coop NewsLett，1994，68514、Chalyk ST.Euphytica，1994，7913～185、Chase SS.Production of homozygous diploids of maize from monoploids[J].Agron.J.，1952(44)263-2676、Gayen P，JK Maden，R Kumar，et al.Chromosome doubling in haploidsthrough colchicines[J].Maize Genet.Coop.News Lett.，1994(68)64-657、Chalyk ST，VV Ostrovsky and VV Ostrovakii.Comparison of haploid maizeplants with identical genotypes[J].J.Genet.Breed，1993，(47)77-808、魏俊杰等，玉米科學(xué)，2001，9(3)12-139、劉志增，宋同明，作物學(xué)報(bào)，2000，26(5)570-57410、劉志增，宋同明等，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，5(3)51-5711、陳紹江，宋同明，作物學(xué)報(bào)，2003，29(4)587-590。
權(quán)利要求
1.一種利用雜交誘導(dǎo)單性結(jié)實(shí)材料選育玉米新品種的方法，包括如下步驟(1)用吉高誘系3號(hào)作父本給符合育種目標(biāo)的基礎(chǔ)群體或雜交種授粉，從收獲母本果穗中挑選糊粉層頂端帶有紫色，胚芽尖無(wú)紫色標(biāo)記的籽粒；(2)、對(duì)步驟(1)所獲得材料進(jìn)行人工加倍或者經(jīng)自然加倍，去掉葉鞘(包括部分葉片)為紫色的植株；對(duì)加倍后植株進(jìn)行自交，收獲自交結(jié)實(shí)籽粒；(3)、種植步驟(2)所得籽粒，選擇后代性狀表現(xiàn)整齊一致，符合育種目標(biāo)要求穗行，即為新的玉米自交系。
2.按照權(quán)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處理單倍體籽?；蛴酌?，使其細(xì)胞內(nèi)染色體加倍成為正常的二倍體。
3.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的基礎(chǔ)群體指由多個(gè)自交系或品種經(jīng)混合授粉后形成的玉米群體。
4.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的雜交種指單交種、三交種或者雙交種。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種利用雜交誘導(dǎo)單性結(jié)實(shí)材料選育玉米新品種的育種方法，屬于農(nóng)作物育種方法領(lǐng)域。本發(fā)明主要是利用能高頻率雜交誘導(dǎo)單性生殖產(chǎn)生自交系的吉高誘系3號(hào)，給優(yōu)良的玉米群體或者雜交種授粉后，誘導(dǎo)后代產(chǎn)生單倍體，然后單倍體經(jīng)過(guò)自然加倍或者人工加倍后形成純合穩(wěn)定的自交系。與常規(guī)方法比較，本發(fā)明方法簡(jiǎn)化了育種程序，縮短了育種時(shí)間，提高了育種效率；而且所育成的自交系完全是高度純合的，更有利于雜種優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮。
文檔編號(hào)A01H1/06GK1843092SQ20061008083
公開(kāi)日2006年10月11日 申請(qǐng)日期2006年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月18日
發(fā)明者才卓, 徐國(guó)良, 劉向輝, 董亞琳, 代玉仙, 李淑華, 任禾, 張志強(qiáng), 林志, 高海 申請(qǐng)人:吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院