專利名稱：玉米孤雌生殖誘導系的選育方法和在選育玉米自交系中的應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種玉米孤雌生殖誘導系的選育和在選育玉米自交系中的應用，屬于農作物育種技術領域。
背景技術：
玉米是我國第一大糧食作物，具有單位面積生物產量及籽粒產量高，增產潛力及遺傳改良潛力巨大，適應性廣，營養豐富，畜牧業、工業等行業應用廣泛等特點，在國民經濟、國家糧食安全保障中具有重要作用。在世界糧食生產發展歷史進程中，隨著可用于作物生產的土地資源日益減少，提高單產成為提高糧食總產的首要途徑。玉米的遺傳改良經驗表明，對玉米單產增長影響最大的因素是遺傳改良，其作用約為35% 40%。在化肥使用量達到飽和之后，遺傳改良的貢獻率更大(戴景瑞，2000)。玉米總產量的大幅度提高主要歸功于雜交種的普及應用。通過遺傳改良選育強優勢雜交種，不斷提高玉米品種的單產潛力和播種面積，實現單產和總產的持續提高。玉米是最早利用雜種優勢選育新品種并深刻影響世界糧食安全的作物?，F在利用雜種優勢原理進行玉米遺傳改良已成為玉米育種最普遍采用的方法(黃益勤，2004)。玉米強優勢雜交種選育的成功很大程度上取決于育種所運用的方法。玉米育種是周期性長，復雜性強，難度大的一項工作。常規育種方法通過自交系選育、組配組合并初步進行鑒定、通過區試審定到市場推廣，至少需要8-10年時間。自交系選育是常規育種過程中最耗時費力，但卻是新品種選育過程中最重要的一環。目前，按常規育種方法選育一個成熟自交系少則需耗時3-5年，多者6-8年。如何快速選育自交系，進而顯著縮短育種周期， 加快新品種選育速度是廣大育種家竭力追求的目標?？v觀植物育種技術的發展歷史，育種家一直在試圖利用各種新技術走捷徑，對加快育種進程進行了各種嘗試。其中在玉米育種領域，利用玉米孤雌生殖誘導系誘導玉米育種材料選育玉米自交系，是眾多探索中最有希望和最有潛力的方法之一。這一技術也被稱為單倍體育種技術。目前單倍體育種技術已經大量地應用于玉米育種和遺傳研究實踐中， 成為許多育種公司特別是國際玉米種業巨頭如美國先鋒等選育自交系的主要方法。利用單倍體方法選育玉米自交系，能夠十分顯著地縮短玉米自交系及玉米新品種的選育年限，顯著提高育種效率。簡明扼要的講，單倍體技術就是玉米育種技術領域的火箭級技術，其最突出優勢及顯著特點是快速、高效和規?；?。由于從單倍體到雙單倍體純系 (自交系)只需一個世代，因而可顯著縮短自交系的選育年限，大幅縮短育種周期，提高育種效率，實現玉米優良新品種的快速選育。該技術近年來在國際國內獲得廣泛認可和重視，結合常規育種技術以及基因工程技術等使單倍體育種技術如虎添翼，在玉米育種資源創新，自交系和新品種選育研究中嶄露頭角。
玉米自交系的常規選育方法為利用群體或者雜交種連續自交6-8代，得到遺傳組成上基本為同質結合的個體，比如99%同質。而玉米雙單倍體純系為單倍體植株直接進行染色體加倍而成，遺傳組成為100%同質，它比常規方法經過多年自交選育的自交系還要純。Chase (1949)提出利用單倍體技術獲取玉米自交系。利用自然發生或人工培育的單倍體植株，經過自然或人工加倍獲得雙單倍體純系，實現玉米自交系的快速選育。1959年Coe選育出了玉米孤雌生殖誘導系乂0沙6。將某玉米材料為母本，Stock6 做父本雜交，雜交果穗上約有1 %左右的籽粒為單倍體，這些單倍體籽粒經染色體加倍后即為雙單倍體。這一發現使玉米單倍體育種技術得到快速發展，使雜交誘導玉米單倍體選育玉米自交系的技術難度降低，成功率大大提高。以普通玉米材料用Moclce誘導單倍體時，通過其攜帶的兩個顯著的遺傳標記確定單倍體。由于MocM具Navajo標記，表現為紫色糊粉層和紫色胚尖，受AlA2ClC2R_nj互補基因控制。其誘導材料果穗上一般有四種籽粒類型，分別為紫色糊粉層和紫色胚尖(簡稱紫頂紫胚)，紫色糊粉層和無色胚尖(簡稱紫頂白胚)，無色糊粉層和紫色胚尖(簡稱 白頂紫胚)，無色糊粉層和無色胚尖(簡稱白頂白胚)。其中紫頂白胚類型為擬單倍體。 擬單倍體利用^ocM攜帶的紫色植株的遺傳標記結合其他農藝性狀進行判斷。紫色植株的遺傳標記受A1A2C2BP1互補基因控制。即可通過黑暗條件下發芽的胚根顏色，苗期以及成株期植株顏色及長勢長相，進一步確定單倍體植株。在黑暗條件下發芽表現紫色胚根的幼苗，或幼苗時期表現為紫色葉鞘，生長勢強，成株期表現植株高大，葉片肥大，紫色花藥等性狀的植株均為正常雜交的二倍體。而單倍體幼苗或植株表現為長勢慢，植株瘦弱、矮小， 葉片較直立，白色條紋等性狀。雖然利用Modce誘導單倍體選育自交系程序簡單，容易操作，然而僅為 1 %的誘導率還是太低了。玉米孤雌生殖誘導系誘導率的高低成為玉米單倍體育種技術能否成功高效應用的關鍵。因而選育優良的玉米孤雌生殖誘導系成為玉米單倍體育種的首要任務。綜合來說，優良的玉米孤雌生殖誘導系至少應該具有以下方面的優點誘導率高，遺傳標記表達強，花粉量大，自身繁殖系數高，抗主要病害。由于MocM在誘導率嚴重偏低、繁殖性能等方面存在嚴重缺陷，制約了該項技術的大規模高效率應用。^ocM的誘導實踐表明，其誘導率僅為左右，且遺傳標記表達較弱、花粉量少、穗粒腐病嚴重、結實少，繁殖困難。鑒于^ocM本身具有的缺點突出，國內外許多育種家相繼對其進行了改良。SW14(Lashermes，1988)，ZMS(Chalyk ST，1994)，農大高誘一號(劉志增，2000)，吉高誘3號(才卓，2007)等新改良的孤雌生殖誘導系的誘導率及綜合農藝性狀均顯著優于從0沙6，有力促進了玉米單倍體育種技術的發展及應用。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足提供一種玉米孤雌生殖誘導系的選育方法，還提供一種該玉米孤雌生殖誘導系在選育玉米自交系中的應用。一種玉米孤雌生殖誘導系的選育方法，包括以下步驟步驟1 利用玉米材料DMFC04. 662構建選育玉米孤雌生殖誘導系的基礎群體 DMFC04. 662 X農大高誘一號；
步驟2 對基礎群體Fl的回交或自交分離后代分別通過系譜法對主要農藝性狀進行選擇；主要農藝性狀包括植株ABPl紫色標記、株高、雄花分支數、散粉特性、花粉量、果穗結實性及大小斑病、瘤黑粉病抗性；同時對測交果穗上籽粒的Navajo標記表達強度進行考察記載，選擇Navajo標記表達強度高的相應單株或穗行；步驟3 對步驟2所獲得的單株或穗行進行誘導率選擇；利用中選單株或穗行做父本，與單倍體誘導率測驗種BI09540雜交，并對雜交果穗進行籽粒Navajo標記篩選， 統計單倍體苗數并計算單倍體誘導率，單倍體誘導率=單倍體苗數/測交果穗結實籽粒數 X 100% ；步驟4 對步驟3所獲得的單倍體誘導率數據進行統計分析，選擇單倍體誘導率高的單株或穗行作為下一輪篩選的目標材料，淘汰誘導率低的單株或穗行；步驟5 對步驟4所獲得的目標單株或穗行的自交果穗進行籽粒Navajo標記篩選；挑選頂端著色面積大，顏色較深，著色度均勻的籽粒作為下一輪篩選的材料；步驟6 重復步驟2-5至自交六代，選擇誘導率高、結實性好，花粉量大、散粉性好、 抗大小斑病、絲黑穗病及紋枯病、銹病、植株較高，穗行整齊一致、熟期適中的穗行作為目標自交系，定名為桂誘1號。玉米孤雌生殖誘導系即桂誘1號在選育玉米自交系中的應用，包括以下步驟Al、誘導單倍體；用孤雌生殖誘導系桂誘1號作為父本對大批量符合育種目標的玉米育種種質資源進行誘導雜交授粉，收獲當季母本植株上的果穗，利用果穗上籽粒的顏色標記進行鑒定分類，表現為胚乳頂端糊粉層有紫色標記，而胚芽頂端無紫色標記的籽粒即為擬單倍體籽粒；A2、單倍體幼苗染色體加倍；對步驟A 1所獲得的擬單倍體籽粒精細播種，在幼苗期至成株期利用葉鞘色、幼苗或植株長勢長相等農藝性狀確認單倍體幼苗，拔除非單倍體幼苗；對單倍體幼苗進行藥劑處理使其染色體加倍，或不使用藥劑處理任其自然加倍；對加倍后能夠散粉、吐絲的單株逐株自交授粉，并收獲自交果穗；A3、鑒定及利用；對步驟A2中所獲得的果穗進行脫粒，播種，詳細考察該果穗及其穗行的綜合農藝性狀，表現為穗行內植株整齊一致沒有分離的穗行即為新的玉米自交系， 新的自交系即可進入雜交組合配制環節選育新品種。本發明利用玉米孤雌生殖誘導系能夠誘導母本材料進行孤雌生殖產生母本單倍體從而實現快速、規?；页绦蚝唵蔚剡x育高度純合的玉米自交系，創造大量新的玉米育種資源的方法。應用本發明中創新的高頻率孤雌生殖誘導系桂誘1號(誘導率高達14%以上)作為父本，與優良的玉米育種種質資源雜交，利用授粉果穗上顯著的籽粒紫色標記挑選出單倍體籽粒以及植株上的紫色標記區分非單倍體植株，單倍體植株經過染色體加倍成為正常二倍體后自交即產生了新的高度純合的玉米自交系。新自交系即可應用于玉米雜交組合配制選育玉米新品種。應用這一方法，使自交系選育時間比傳統系譜選育法縮短3-4 年時間，縮短了玉米新品種育種周期。應用本發明對玉米育種行業的積極作用一種玉米孤雌生殖誘導系的選育及利用其誘導單倍體進行快速、高效及規模化選育玉米自交系的優點有1、實現配子體選擇，提高選擇效率；2、減少自交系選育年限，縮短育種周期；3、減少育種成本，提高育種效率；4、高純度自交系是雜交種整齊一致性的必要條件，有利于雜交種的生產應用；5、基礎材料到高度純純度自交系一步到位，減少種質資源自交分離環節產生的大量中間材料，極大減輕倉儲壓力。6、提高對熱帶種質的誘導效果，有利于利用熱帶種質的優異基因資源，促進熱帶亞熱帶地區玉米新品種選育。


圖1為桂誘1號誘導單倍體測交果穗表現，A為BI09540X桂誘1號，B為 BI09540X農大高誘一號；圖2為應用桂誘1號快速、高效選育新自交系及新品種流程。
具體實施例方式以下結合具體實施例，對本發明進行詳細說明。實施例1、一種玉米孤雌生殖誘導系的選育方法步驟1 :2008年春，利用具有抗大小斑病及絲黑穗病等優良抗病性狀的玉米材料 DMFC04. 662構建選育玉米孤雌生殖誘導系的基礎群體(DMFC04. 662 X農大高誘一號)?；A群體親本DMFC04. 662及農大高誘一號由中國農業大學惠贈(DMFC04. 662及農大高誘一號可聯系中國農業大學購買)。步驟2 對(DMFC04. 662X農大高誘一號)基礎群體Fl的回交或自交分離后代 (回交一代、自交一代至六代)分別通過系譜法對主要農藝性狀進行選擇。主要農藝性狀包括植株ABPl紫色標記、株高、雄花分支數、散粉特性、花粉量、果穗結實性及大小斑病、瘤黑粉病抗性。同時對測交果穗上籽粒的Navajo標記表達強度進行考察記載，選擇Navajo 標記表達強度高的相應單株或穗行。步驟3 對步驟2所獲得的單株或穗行進行誘導率選擇。利用中選單株或穗行做父本，與單倍體誘導率測驗種BI09540雜交，并對雜交果穗進行籽粒Navajo標記篩選。 BI09540為從印度引進的熱帶雜交種。測交籽粒表現為胚乳頂端糊粉層有紫色標記，而胚芽頂端無紫色標記的即為擬單倍體籽粒。擬單倍體播種后根據幼苗葉鞘顏色，長勢長相等綜合性狀判斷單倍體。統計單倍體苗數并計算單倍體誘導率。單倍體誘導率=單倍體苗數/測交果穗結實籽粒數X 100%步驟4 對步驟3所獲得的單倍體誘導率數據進行統計分析，選擇單倍體誘導率高的單株或穗行作為下一輪篩選的目標材料，淘汰誘導率低的單株或穗行。步驟5 對步驟4所獲得的目標單株或穗行的自交果穗進行籽粒Navajo標記篩選。挑選頂端著色面積大，顏色較深，著色度均勻的籽粒作為下一輪篩選的材料。步驟6 重復步驟2-5至自交六代，選擇誘導率高、結實性好，花粉量大、散粉性好、抗大小斑病、絲黑穗病及紋枯病、銹病、植株較高，穗行整齊一致、熟期適中的穗行 [DMFC04. 662X農大高誘一號]黃2-11-2-2-2-1作為目標自交系，定名為桂誘1號。桂誘1號農藝性狀表現株高2(Mcm，穗位高68cm，主雄穗長37. 8cm，雄花分支數 8. 6 ；抗瘤黑粉病，紋枯病，中抗銹病和大小斑病；出苗至散粉57天，散粉時間4-5天；花粉量大，結實性好；果穗長13cm，穗粗2. 8cm，穗行數12行，每穗結實120粒，籽粒飽滿。表1孤雌生殖誘導系桂誘1號選育過程中對誘導率的選擇(測驗種為BI0%40)
權利要求
1.一種玉米孤雌生殖誘導系的選育方法，其特征在于，包括以下步驟步驟1 利用玉米材料DMFC04. 662構建選育玉米孤雌生殖誘導系的基礎群體 DMFC04. 662 X農大高誘一號；步驟2 對基礎群體Fl的回交或自交分離后代分別通過系譜法對主要農藝性狀進行選擇；主要農藝性狀包括植株ABPl紫色標記、株高、雄花分支數、散粉特性、花粉量、果穗結實性及大小斑病、瘤黑粉病抗性；同時對測交果穗上籽粒的Navajo標記表達強度進行考察記載，選擇Navajo標記表達強度高的相應單株或穗行；步驟3 對步驟2所獲得的單株或穗行進行誘導率選擇；利用中選單株或穗行做父本， 與單倍體誘導率測驗種BI09540雜交，并對雜交果穗進行籽粒Navajo標記篩選，統計單倍體苗數并計算單倍體誘導率，單倍體誘導率=單倍體苗數/測交果穗結實籽粒數X 100% ； 步驟4 對步驟3所獲得的單倍體誘導率數據進行統計分析，選擇單倍體誘導率高的單株或穗行作為下一輪篩選的目標材料，淘汰誘導率低的單株或穗行；步驟5 對步驟4所獲得的目標單株或穗行的自交果穗進行籽粒Navajo標記篩選；挑選頂端著色面積大，顏色較深，著色度均勻的籽粒作為下一輪篩選的材料；步驟6 重復步驟2-5至自交六代，選擇誘導率高、結實性好，花粉量大、散粉性好、抗大小斑病、絲黑穗病及紋枯病、銹病、植株較高，穗行整齊一致、熟期適中的穗行作為目標自交系，定名為桂誘1號。
2.根據權利要求1所得的玉米孤雌生殖誘導系即桂誘1號在選育玉米自交系中的應用，其特征在于，包括以下步驟Al、誘導單倍體；用孤雌生殖誘導系桂誘1號作為父本對大批量符合育種目標的玉米育種種質資源進行誘導雜交授粉，收獲當季母本植株上的果穗，利用果穗上籽粒的顏色標記進行鑒定分類，表現為胚乳頂端糊粉層有紫色標記，而胚芽頂端無紫色標記的籽粒即為擬單倍體籽粒；A2、單倍體幼苗染色體加倍；對步驟Al所獲得的擬單倍體籽粒精細播種，在幼苗期至成株期利用葉鞘色、幼苗或植株長勢長相等農藝性狀確認單倍體幼苗，拔除非單倍體幼苗； 對單倍體幼苗進行藥劑處理使其染色體加倍，或不使用藥劑處理任其自然加倍；對加倍后能夠散粉、吐絲的單株逐株自交授粉，并收獲自交果穗；A3、鑒定及利用；對步驟A2中所獲得的果穗進行脫粒，播種，詳細考察該果穗及其穗行的綜合農藝性狀，表現為穗行內植株整齊一致沒有分離的穗行即為新的玉米自交系，新的自交系即可進入雜交組合配制環節選育新品種。
全文摘要
本發明公開了一種玉米孤雌生殖誘導系的選育方法和在玉米自交系選育中的應用，利用玉米孤雌生殖誘導系能夠誘導母本材料進行孤雌生殖產生母本單倍體從而實現快速、規模化且程序簡單地選育高度純合的玉米自交系，創造大量新的玉米育種資源的方法。應用高頻率孤雌生殖誘導系桂誘1號作為父本，與優良的玉米育種種質資源雜交，利用授粉果穗上顯著的籽粒紫色標記挑選出單倍體籽粒以及植株上的紫色標記區分非單倍體植株，單倍體植株經過染色體加倍成為正常二倍體后自交即產生了新的高度純合的玉米自交系。新自交系即可應用于玉米雜交組合配制選育玉米新品種。使自交系選育時間比傳統系譜選育法縮短3-4年時間，縮短了玉米新品種育種周期。
文檔編號A01H1/02GK102440179SQ20111028994
公開日2012年5月9日 申請日期2011年9月28日 優先權日2011年9月28日
發明者周錦國, 江禹奉, 程偉東, 覃蘭秋, 謝和霞, 譚賢杰 申請人:廣西壯族自治區玉米研究所