專利名稱：一種利用雜交誘導單性結實材料選育玉米新品種的方法
技術領域：
本發明涉及農作物育種的方法，具體地說涉及利用雜交誘導單性結實材料選育玉米新品種的方法。
背景技術：
玉米育種是一種周期性長的工作，一般育成一個品種需要10-15年的時間，不但工作量大，費時、費力，而且還可能因歷時過長，10年前制定的育種目標，經過多年努力后，得到結果往往已不適應市場的要求。因此如何縮短育種時間、加快育種速度一直是育種家們努力追求的目標，為此提出了許多方法，如利用花藥或者花粉培養產生單倍體，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，但是由于花藥培養的難度很大、技術復雜、效果不理想等難以在實踐中廣泛應用。1959年Coe發現玉米高頻孤雌生殖誘導系Stock6(Coe E H，1959)，育種家利用Stock6雜交可以誘導母本產生單倍體，結合標記選擇，從而使利用誘導系誘導后代形成單倍體進行單倍體育種成為可能。Stock6不僅可以誘導產生單倍體，而且帶有兩個遺傳標記，通常稱為Navajo(ACRn-j)標記，也稱Navajo斑紋，即紫色糊粉層和紫色胚芽，由A1A2C1C2R-nj互補基因控制，利用花粉直感效應，就可以在當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系雜交，胚乳和胚芽尖因標記的花粉直感效應而表現為褐色或紫色，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還帶有紫色植株標記，由A1A2C2BP1互補基因控制，如果是授粉后產生二倍體，那么其后代植株葉鞘為紫色，所以可在拔節期根據葉鞘的顏色對單倍體株進行確認。同時，單倍體幼苗長勢慢、株高低、植株瘦弱；二倍體幼苗長勢強、植株高及葉片肥大，也可在苗期進行選擇，這樣就使Stock6在玉米育種中的廣泛應用成為可能。但是，由于Stock6誘導率低，并存在許多嚴重缺陷，如花粉量很少或者不散粉，自交結實性很差，倒伏、葉病、穗粒腐病嚴重，籽粒Navajo遺傳標記表達較弱等，因此很難直接利用。國內外通過雜交改良的方法已經從Stock6中衍生出了一些新的誘導系，如法國的SW14(Lashermes，1988)、俄羅斯的Krasnodar(Shatskaya，1994)和摩爾多瓦的ZMS(Chalyk S T，1994)等。我國中國農業大學利用Stock6培育出了農大高誘1號(劉志增等，2000；陳紹江等，2003，)。這些誘導系的利用價值大大超過了Stock6。但是由于它們被申請了專利或者處于保密狀態而不能得到和利用，因此培育新的高頻率誘導系是開展這項工作的先決條件。
獲得單倍體后，必須對其進行加倍才能獲得能穩定遺傳的二倍體，從而育成新的自交系。目前，對玉米單倍體進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點(魏俊杰等，2001)。

發明內容
本發明目的是提供一種程序簡單、速度快、并且能培育純度高的玉米自交系的育種方法。
一種利用雜交誘導單性結實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號作父本給符合育種目標的基礎群體或雜交種授粉，收獲母本果穗中帶有糊粉層頂端紫色，胚芽尖無紫色標記的籽粒；(2)、對步驟(1)所獲得材料進行人工加倍或者自然加倍，拔節期去掉葉鞘為紫色的植株；對加倍后植株進行自交，收獲自交結實籽粒；(3)、種植步驟(2)所得籽粒，選擇后代性狀表現整齊一致，沒有分離的穗行，即為新的玉米自交系。
上述方法中所述的自然加倍指在沒有施加人為影響的自然條件下，經誘導產生的單倍體籽粒或幼苗植株細胞內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粒或幼苗，使其細胞內染色體加倍成為正常的二倍體。
上述方法中所述的基礎群體指由多個自交系或品種經混合授粉后，形成的玉米群體。這種群體可以使多個有利基因聚合，優良性狀累積，抗病性好、綜合性狀優良，因此用作選育自交系的群體材料。
上述基礎群體的材料來源也可以人類種植業進程中形成的各種優良農家品種等。
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，按照通常的理解，是指農藝性狀、高產性狀、抗病性狀和抗逆性狀、品質性狀等優良。
上述方法中所培育的自交系用來組配雜交種。
本發明是利用雜交誘導可以產生單性結實這一特殊方法選育自交系，應用本發明人自選高頻率單性生殖誘導系吉高誘系3號(誘導率高達10％以上，)的花粉，給優良的基礎群體和雜交種授粉，獲得的籽粒，通過連鎖的標記性狀鑒別，獲得單倍體籽粒和植株，再經過人工或自然再加倍成二倍體，自交選育成新的純合自交系。實現配子體選擇，快速選育新的玉米自交系，創造新的種質資源，一般縮短自交系選育時間3-4年。
吉高誘系3號來源1996年從美國引入單性生殖誘導系Stock6，1997年吉林省農業科學院從一批國外引進材料的后代中發現材料M278，在收獲的籽粒中發現籽粒頂端帶有紫色斑點，并且能自發產生單倍體植株，于是配制M278×Stock6組合作為基礎群體；1998年以Stock6與M278雜交獲得的F1代為基礎材料，采用系譜法連續進行6個世代的自交、測交選育。各代以單倍體誘導率、籽粒Navajo紫斑標記(籽粒頂端糊粉層帶有紫色斑紋)選擇為主，同時兼顧植株ABP1(植株紫色，由A1A2C2BP1互補基因控制，對于絕大部分玉米材料表現為顯性)標記、花粉量、結實性及抗病性連續選擇。最終育成誘導率高、標記性好、綜合性狀優良的穗行單系，定名為吉高誘系3號。吉高誘系3號帶有Navajo顯性遺傳標記，即紫色糊粉層和紫色胚芽。用吉高誘系3號給其它玉米材料授粉后，正常的二倍體表現為紫色糊粉層和紫色胚芽尖，植株的葉鞘紫色，而誘導產生的單性結實籽粒糊粉層紫色，胚芽尖無色，植株葉鞘綠色，用此標記可進行確認。
本發明所用的吉高誘系3號可以在吉林省農業科學院玉米研究所得到。
本發明的優點和積極效果一種利用雜交誘導單性結實材料選育玉米新品種的方法，其優點在于(1)、簡化了育種程序，省去自交純化的過程；(2)、縮短了育種時間，大約可以節約4年左右的時間；(3)、提高了育種效率，因為本發明程序簡單，而且育種時間短，相應的育種效率提高；(4)、所育品種的純度高，利于充分發揮雜種優勢作用，本發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。
經試驗測試，本發明方法與常規的系譜法相比較，可縮短育種年限(生育周期)4年左右；所使用的單倍體誘導系吉高誘系3號對各種材料均具有高頻率單倍體誘導能力，平均誘導率達10.40％以上，標記性狀明顯，易于鑒別，其它綜合農藝性狀好。


圖1為本發明方法的所用的吉高誘系3號育種過程示意圖。
圖2為本發明方法示意圖。
具體實施例方式
實施例12004年利用單性生殖誘導系吉高誘系3號作父本給產量高并且綜合性狀優良的國外雜交種X1132P授粉，根據標記性狀，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，胚芽尖無色，且胚面較小，呈三角形，凹陷較深，則是被誘導出的X1132P單性結實的“單倍體”籽粒；根據上述標記共獲得“單倍體”籽粒1023粒。
2005年將篩選出的“單倍體”籽粒精細播種，出苗693株，拔節期根據幼苗長勢、植株高度、葉片長度、葉鞘(片)顏色以及葉片著生角度等進一步確認。單倍體幼苗長勢慢、株高低、植株瘦弱、葉片短且較上沖、葉色淺；二倍體幼苗長勢強、植株高及葉片肥大，葉鞘(片)紫色，確認出單倍體株636株。經過自然加倍獲得雙單倍體植株55株，自交獲得結實果穗19個。2005年冬季海南加代自交結實，選出自交后代整齊一致、綜合性狀表現好的新的玉米自交系4個，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，選育優良玉米雜交種。
實施例22003年選用國內玉米骨干種質“黃早四群體”(2001年以j853、昌7-2、四444、773-2、K12、K14、哲461、H23、等13個具有黃早四血緣自交系人工混粉合成的群體)為選系基礎材料，利用吉高誘系3號花粉為其授粉，所結籽粒通過頂端糊粉層為紫色，胚芽尖無色，且胚面較小，呈三角形，凹陷較深等標記性狀鑒別，獲得“單倍體”籽粒732粒。
2004年將篩選出的“單倍體”籽粒精細播種，出苗471株，拔節期根據幼苗長勢、植株高度、葉片長度、葉片顏色等進一步確認出單倍體株423株。經過自然加倍獲得二倍體或雙單倍體植株36株，自交結實果穗13個。
2005年冬季海南加代自交、選留后代表現整齊一致、綜合性狀好的新的自交系3個，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良玉米雜交種。
參考文獻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，2001，9(3)12-139、劉志增，宋同明，作物學報，2000，26(5)570-57410、劉志增，宋同明等，中國農業大學學報，2000，5(3)51-5711、陳紹江，宋同明，作物學報，2003，29(4)587-590。
權利要求
1.一種利用雜交誘導單性結實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號作父本給符合育種目標的基礎群體或雜交種授粉，從收獲母本果穗中挑選糊粉層頂端帶有紫色，胚芽尖無紫色標記的籽粒；(2)、對步驟(1)所獲得材料進行人工加倍或者經自然加倍，去掉葉鞘(包括部分葉片)為紫色的植株；對加倍后植株進行自交，收獲自交結實籽粒；(3)、種植步驟(2)所得籽粒，選擇后代性狀表現整齊一致，符合育種目標要求穗行，即為新的玉米自交系。
2.按照權利要求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粒或幼苗，使其細胞內染色體加倍成為正常的二倍體。
3.按照權利要求1所述的方法，其特征在于所述的基礎群體指由多個自交系或品種經混合授粉后形成的玉米群體。
4.按照權利要求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
本發明公開了一種利用雜交誘導單性結實材料選育玉米新品種的育種方法，屬于農作物育種方法領域。本發明主要是利用能高頻率雜交誘導單性生殖產生自交系的吉高誘系3號，給優良的玉米群體或者雜交種授粉后，誘導后代產生單倍體，然后單倍體經過自然加倍或者人工加倍后形成純合穩定的自交系。與常規方法比較，本發明方法簡化了育種程序，縮短了育種時間，提高了育種效率；而且所育成的自交系完全是高度純合的，更有利于雜種優勢的發揮。
文檔編號A01H1/06GK1843092SQ20061008083
公開日2006年10月11日 申請日期2006年5月18日 優先權日2006年5月18日
發明者才卓, 徐國良, 劉向輝, 董亞琳, 代玉仙, 李淑華, 任禾, 張志強, 林志, 高海 申請人:吉林省農業科學院