一種玉米單倍體誘導方法
【專利摘要】本發明公開了一種玉米單倍體誘導方法。該方法是用玉米單倍體誘導系“齊誘201”作為父本給母本授粉，收獲雜交當代籽粒，獲得玉米單倍體；其中，所述父本和所述母本的種植方式為：將所述父本和所述母本成行相間種植于隔離區內，錯期播種使兩者花期相遇(母本花絲抽出3～5cm時父本開始撒粉)，并在所述父本撒粉前對所述母本進行去雄處理，在所述父本撒粉時對所述母本進行剪苞葉處理。實驗證明，與傳統方法相比，本發明玉米單倍體誘導率高達19％以上。單倍體高效誘導系“齊誘201”，植株長勢強、中熟、散粉量大、散粉持續時間長、適應性廣、抗性強。解決了傳統單倍體誘導系誘導率低的技術“瓶頸”，為玉米商業化育種的大規模化誘導單倍體提供了技術支撐。
【專利說明】一種玉米單倍體誘導方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種玉米單倍體誘導方法。
【背景技術】
[0002]玉米是雌雄同株異花、有性生殖的作物。玉米增產的主要途徑是利用玉米雜種優勢。玉米育種工作的重點就是培育玉米雜交種。選育玉米自交系是培育玉米雜交種的基礎；通過自交系間雜交配制玉米組合、選育玉米新雜交種。所以，選育玉米自交系的技術是玉米育種的核心技術。傳統的玉米自交系的選育技術，須經過多年多代的自交篩選和配合力測定技術，才能選育出配合力高、性狀穩定的自交系；再通過雜交選育玉米新雜交種。選育一個玉米新雜交種通常需要十幾年的時間，不僅周期長，而且需要消耗大量的人力、物力和財力。因此，如何縮短自交系選育進程、提高育種效率、選育出符合市場需求的強優勢雜交種是育種家們夢寐以求的目標。
[0003]單倍體育種技術作為一項高新技術，為育種家們快速選育玉米自交系，縮短育種年限提供了可能。玉米單倍體是配子體無融合生殖的產物，包括孤雄生殖和孤雌生殖兩大類。單倍體經過人工(化學)加倍或自然加倍，就可以獲得純合二倍體，大大縮短了自交系選育時間 ° 自從Guha (Guha S, Maheshwari S C.1n vitro production of embryos from antherof Dature [J].Nature, 1964, 204:497)通過花藥培養獲得孤雄生殖單倍體后，證明通過組培途徑選育自交系的方法有可能成為選育新系的有效方法之一。但是，花藥培養難度大，技術操作嚴格、程序復雜，需要消耗大量的人力、物力和財力，并且基因型依賴性很強，選育出的自交系不一定是優良的 自交系，難以在生產中利用。另一種孤雌生殖單倍體，雖然孤雌生殖單倍體可以通過生物或非生物誘導等途徑產生，但非生物誘導途徑與花藥組培一樣存在很多困難，很難在育種上應用。生物誘導是利用生物誘導材料(簡稱誘導系)與誘導對象(簡稱選系基礎材料)雜交誘導產生單倍體。
[0004]Edward H.Coe (1950)發現了一個紫色糊粉層自交系。該系自交后代中可產生約2.52%的單倍體植株。1956年Coe把該系命名為Stoek6。為了便于鑒定單倍體籽粒，在Stock6的遺傳背景中相繼轉入籽粒顏色和植株顏色兩套遺傳標記基因Navajo (ACR-nj)，這樣就可以在Stock6的雜交后代中，通過目測籽粒顏色和植株顏色鑒定、篩選出單倍體，從而使孤雌生殖單倍體成為單倍體育種的有效技術之一。
[0005]利用Stoek6雜交誘導產生單倍體的技術核心是:用Stoek6作父本,與選系基礎材料雜交，在雜交當代果穗上，通過觀察標記性狀選取單倍體籽粒，即得到玉米單倍體。張銘堂(1987)用普通玉米優良雜交種作母本，Stock6作父本進行雜交。檢驗Fl代雜交穗上的籽粒，從250000個Fl籽粒中，獲得2650個(約1.06% )單倍體籽粒。這些單倍體籽粒種于田間開花期檢查，發現318株(12.0%)已自然加倍。自交后獲得到200多個純系。張銘堂(1993)又用stock6作父本，與美國杜邦公司的高油玉米雜交種雜交，在Fl代果穗上挑選到4600個單倍體籽粒。次年種于田間，在成株期檢查，發現600多株(約13.0% )已自然加倍。表明用stock6作誘導系，雜交誘導單倍體技術，選育自交系速度快，效果好。若一年種植2~3季玉米.一年內就可育出新系。該技術已在國內外玉米育種項目中廣泛應用，并發展成為現代玉米商業化育種的核心技術。
[0006]上述用Stocke作誘導系，雜交誘導玉米單倍體技術存在兩大缺陷:其一是誘導率低(約2%左右)，難以滿足規模化誘導單倍體的需求。其二是Stocke雄花不耐高溫，散粉不暢，開花與吐絲時間間隔較長，自交結實性差，難以自繁，穗粒腐病重等。因此，利用stocke誘導系的關鍵是在提高其誘導能力的前提下，努力克服上述缺點。
[0007]20世紀90年代以來，一些國家相繼開展了對Stock6的改良工作，并己取得了較大進展，選育出了一些優良的誘導系，如前蘇聯的KEMS、摩爾多瓦的MH1、德國的RWS等。與Stocke相比，這些新誘導系的誘導率有所提高(3~5 % )，遺傳標記明顯，而且適應性較好。但是，生物學特性方面的表現仍然不盡人意，尤其是散粉不暢，開花與吐絲時間間隔較長，自交結實性差，難以自繁，穗粒腐病重等，難以滿足商業化育種大規模誘導單倍體的需求。
【發明內容】
[0008]本發明的目的是提供一種簡單快速，且可大規模化進行的玉米單倍體誘導方法。
[0009]本發明所提供的玉米單倍體誘導方法，具體是用玉米單倍體誘導系“齊誘201”作為父本給母本授粉，收獲雜交當代籽粒，獲得玉米單倍體；
[0010]所述方法中，所述父本和所述母本的種植方式為:將所述父本和所述母本成行相間種植于隔離區內，錯期播種使兩者花期相遇，并在所述父本撒粉前對所述母本進行去雄處理，在所述父本撒粉時對所述母本進行剪苞葉處理；
[0011]所述錯期播種為 :根據所述母本的吐絲時間以及所述父本的撒粉時間安排所述父本和所述母本的種植時間，從而使兩者花期相遇；
[0012]所述花期相遇具體為:當所述母本花絲抽出3~5cm時，所述父本開始撒粉。
[0013]所述方法中，所述父本和所述母本成行相間種植具體可為:每種植4~6行的所述母本，隨后種植2~3行所述父本。
[0014]其中，所述玉米單倍體可按照如下方法鑒定:借助所述雜交當代籽粒的顏色標記和胚形鑒定單倍體。具體方法如下:在所述雜交當代籽粒中，紫色粒頂、無色胚芽尖、胚凹陷呈三角形的籽粒為單倍體籽粒或候選單倍體籽粒。當然，為了驗證該方法的可靠性，還可以進一步根據籽粒成苗后的植株表型進行單倍體的確認，單倍體植株雄穗敗育，不能自交結實。
[0015]所述母本可為符合育種目標的自交系、基礎群體或雜交種。
[0016]其中，所述基礎群體是指由多個自交系或品種按一定方式混合授粉后形成的玉米群體。
[0017]所述雜交種為單交種、三交種或者雙交種。
[0018]在所述方法中，所述隔離區為:所述父本和所述母本的種植區域四周至少300米無玉米種植。
[0019]在本發明的一個實施例中，所述母本具體為如下中的至少一種:玉米(Zea maysL.)X01、玉米(Zeamays L.)X02、玉米(Zea mays L.)X03、玉米(Zeamays L.)X04、玉米(Zeamays L.) X05、玉米(Zea mays L.) X06、玉米(Zea mays L.) X07。
[0020]相應的，在本發明中，“所述花期相遇為:當所述母本花絲抽出3~5cm時，所述父本開始撒粉”具體是通過將母本(X01-X07)比父本(“齊誘201”)早播3天來實現的。在本發明中，所述方法的實施地為山東，播種季節為夏季。
[0021]實驗證明，與傳統方法相比，本發明玉米單倍體誘導率高達19%以上。所用的單倍體高效誘導系“齊誘201”，植株長勢強、早熟、散粉量大、散粉持續時間長、適應性廣和抗性強等。解決了傳統單倍體誘導系誘導率低的技術“瓶頸”，為玉米商業化育種的大規模化誘導單倍體提供了技術支撐。
【具體實施方式】
[0022]下述實施例中所使用的實驗方法如無特殊說明，均為常規方法。
[0023]下述實施例中所用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業途徑得到。
[0024]下述實施例均于夏天在山東省農業科學院(六 一)試驗站進行。
[0025]下述實施例中所涉及的玉米單倍體誘導系(父本)如下:
[0026]玉米(Zea mays L.)齊誘201 (曾用名:H04):為本發明作為對照的玉米單倍體誘導系，具有R-nj標記，即記載于“劉治先，楊菲，丁照華，劉朋.玉米單倍體誘導材料的鑒定和快速選系技術研究.玉米科學，2008，16(3): 12~14，18”一文中的“H04”，公眾可從山東省農業科學院玉米研究所獲得。
[0027]下述實施例中所涉及的選系基礎材料(母本)有如下七種:
[0028]玉米(Zea mays L.) XOl:自配,系掖478與齊401的雜交種。
[0029]玉米(Zeamays L.)X02:自配，系齊319與黑糯3號的雜交種。
[0030]玉米(Zeamays L.)X03:自配，系齊319與齊205的回交一代雜交種。
[0031]玉米(Zea mays L.)X04:先玉298,引自美國先鋒公司的試驗品種。
[0032]玉米(Zea mays L.)X05:先玉335，購自美國先鋒公司的商用雜交種。
[0033]玉米(Zeamays L.)X06:自配，系齊319與Mol7和A619的三交種。
[0034]玉米(Zeamays L.) XO7:自配，系 Population68 與浚 248 和鄭 58 三交種。
[0035]其中，玉米(Zea mays L.)X01~X07這7個玉米品種也均記載于“劉治先，楊菲，丁照華，劉朋.玉米單倍體誘導材料的鑒定和快速選系技術研究.玉米科學，2008，16 (3): 12~14，18” 一文，公眾可從山東省農業科學院玉米研究所獲得。
[0036]實施例1、玉米(Zeamays L.)齊誘201的生物學特性分析
[0037]于夏天在山東省農業科學院(六一)試驗站，將玉米(Zea mays L.)齊誘201種植4行，對其生物學特性進行分析，調查的農藝性狀包括:株高、穗位高、散粉期、吐絲期等。
[0038]株高:株高是指地面到植株雄穗頂部的距離。
[0039]穗位高:穗位高是指從地面到雌穗基部的距離。
[0040]散粉期:散粉期是指雄穗中部開始散粉的日期，每行有60%的植株散粉定義為散粉期。
[0041]播種到散粉期的天數:是指播種到散粉期的天數。
[0042]吐絲期:吐絲期指雌穗花絲吐出2cm左右，當每行有60%的植株吐絲定義為吐絲期。
[0043]播種到吐絲天數:是指播種到吐絲期的天數。
[0044]散粉持續時間:指從最開始出現花粉到散粉結束持續的天數。[0045]花粉量:是指植株所散花粉的多少。
[0046]開花與吐絲時間間隔:是指植株開始散粉到雌穗開始吐絲間隔的天數。
[0047]同時設置誘導系H01、H02、H03、H05作為對照。
[0048]誘導系HOl:引自美國衣阿華州立大學,種質來源Russia purple,單倍體誘導率3%,具有R-nj標記。誘導系H02:自育，系Stock6改良系，單倍體誘導率8%，具有R_nj標記。誘導系H03:自配，系HOl與H02的雜交種，單倍體誘導率10%，具有R-nj標記。誘導系H05:自育，系Stock6改良系，單倍體誘導率14%，具有R-nj標記。這四個對位對照的誘導系均記載于“劉治先，楊菲，丁照華，劉朋.玉米單倍體誘導材料的鑒定和快速選系技術研究.玉米科學，2008，16 (3): 12~14，18”一文，公眾可從山東省農業科學院玉米研究所獲得。
[0049]結果如表1所示，從表1可以看出，與其他誘導材料相比，玉米(Zeamays L.)齊誘201比較突出，散粉持續時間長和開花與吐絲時間間隔分別為7天、2天，差異達顯著水平，而且花粉量大。適宜在隔離區內大規模誘導單倍體，以滿足商業化育種需求。
[0050]表1不同誘導材料間生物學特性的差異
[0051]
【權利要求】
1.一種玉米單倍體誘導方法，是用玉米單倍體誘導系“齊誘201”作為父本給母本授粉，收獲雜交當代籽粒，獲得玉米單倍體； 所述方法中，所述父本和所述母本的種植方式為:將所述父本和所述母本成行相間種植于隔離區內，錯期播種使兩者花期相遇，并在所述父本撒粉前對所述母本進行去雄處理，在所述父本撒粉時對所述母本進行剪苞葉處理； 所述錯期播種為:根據所述母本的吐絲時間以及所述父本的撒粉時間安排所述父本和所述母本的種植時間，從而使兩者花期相遇； 所述花期相遇為:當所述母本花絲抽出3~5cm時，所述父本開始撒粉。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于:所述父本和所述母本成行相間種植為:每種植4~6行的所述母本，隨后種植2~3行所述父本。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于:所述玉米單倍體按照如下方法鑒定:借助所述雜交當代籽粒的顏色標記和胚形鑒定單倍體。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于:在所述雜交當代籽粒中，紫色粒頂、無色胚芽尖、胚凹陷呈三角形的籽粒為單倍體籽粒或候選單倍體籽粒。
5.根據權利要求1~4中任一所述的方法，其特征在于:所述母本為符合育種目標的自交系、基礎群體或雜交種 。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于:所述基礎群體是由多個自交系或品種混合授粉后形成的玉米群體。
7.根據權利要求5所述的方法，其特征在于:所述雜交種為單交種、三交種或者雙交種。
8.根據權利要求1~7中任一所述的方法，其特征在于:所述方法中，所述隔離區為所述父本和所述母本的種植區域四周至少300米無玉米種植。
【文檔編號】A01H1/02GK103999769SQ201410249540
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月6日 優先權日:2014年6月6日
【發明者】劉治先, 楊菲, 劉長虹 申請人:山東省農業科學院玉米研究所