专利名称：一种蔬果型超甜杂交玉米育种方法
技术领域：
本发明属于植物新品种选育及杂种优势利用技术领域。更具体涉及一种蔬果型超甜杂交玉米育种方法，该技术适合于从事玉米育种及新品种研究和开发的农业科研院所、高校及公司等应用。
背景技术：
蔬果玉米系指供作蔬菜、果品以及加工罐藏食品的玉米，又称特用玉米或鲜食玉米。提高种植业的经济效益，增加农民的收入是农业科技工作者的首要任务，随着我国农业产业结构的调整，人民生活水平的提高，饮食习惯发生了根本变化，从温饱型向小康型转变，讲究口味和营养平衡。优质鲜食甜玉米营养丰富，人体必需的氨基酸及蛋白质、糖和多种维生素都高于普通玉米，甜度高，食用品质优良，风味独特，蒸煮后香、甜、糯、粘、软、嫩，适口性好，鲜食兼有粮食、水果和蔬菜的风味，易于消化吸收，老少皆宜，成为人们愈来愈喜爱的食品，深受消费者喜受，成为餐桌上一道新型佳肴。
蔬果型甜玉米主要作鲜果穗加工或直接上市，因此，果穗的食味和外观性状、颜色、品质是决定该甜玉米品种是否优良的重要因素。我国亚热带地区生产开发这种玉米对调整我国亚热带种植业结构，增加农民收入，繁荣市场经济具有重要的意义。蔬果玉米还是重要出口创汇产品，世界上除美国外，其他国家蔬果玉米生产及其加工产品甚少，而欧洲和东南亚地区的需求量日益扩大，发展蔬果玉米及其加工产品有广阔的市场。因此，选育适宜亚热带种植的蔬果玉米新品种意义重大。
甜玉米鲜穗及其加工产品在美欧等到发达国家已发展到较高水平，作为一种大众化蔬菜和食品，早已进入干家万户。美国是甜玉米研究和开发利用最早的国家。20世纪90年代初期美国的甜玉米年种植面积已经发展到了32万hm2，其中鲜穗上市9万hm2，用于加工罐头的有14万hm2，9万hm2用于速冻。据美国农业局部统计，甜玉米在所有蔬菜作物中居市场销售产品第四位，在加工产品中居第二位，仅次于西红柿，目前美国54万hm2以上，人均年消费仅新鲜甜玉米3.2kg，速冻甜玉米1.2kg，罐头甜玉米6.1kg，产量和加工量均居世界首位。甜玉米在加拿大、欧洲和美洲洲南部、日本、泰国、韩国等也有种植和加工生产。甜玉米在日本、韩国和我国台湾省已得到普及。甜玉米已经成为世界上主要蔬菜罐头品种之一，国际市场的甜玉米罐头销售量近次于芦笋，居第二位。目前我国台湾省、泰国每年的出口量均达2万t，日本年进口量达5万t，而目前我国大陆甜玉米的加工产品年产量不到1万t，远远不能满足市场需求。
我国甜玉米科研与开发利用起步较晚。品种选育方面，20世纪70年代中国农业科学院和上海农科院等最早开展甜玉米育种工作。1984年万里委员长提出“要把甜玉米摆到中国人民的餐桌上”的号召，甜玉米的育种被列入国家科技攻关，到80年代后期，全国一些科研单位相继育成了适应于本地种植的几十个各种类型的甜玉米杂交种。由于对其品质的研究较少，所选育品种的品质比国外要差，而从栽培角度提高甜玉米的品质的研究更少。由于甜玉米是作为鲜食和加工食品，其食用和外观品质非常重要。因此，20世纪90年代国外品种在我国占据了一定的比例。近年来我国甜玉米育种水平得到了大幅度的提高，基本接近世界先进水平。
湖南省甜玉米产业起步较晚，尽管最近几年发展较快，从90年代初的零星种植到目前发展到近0.2万hm2，然而由于优良的品种缺乏，其种植的都是外引品种，不适应于本地的生态环境，遇上不利的气候等因素，常造成巨大的损失。同时，受外地种子量和昂贵的价格限制，加之没有优质高产的配套栽培技术，其产品加工达标率低，限制了面积的进一步扩大，但其发展潜力很大。按人均年消费甜玉米1.5kg计，全省每年需要10万t，考虑到周边市场，需种植1万hm2左右才能满足需要。随着甜玉米的储存保鲜技术和加工技术的提高，以甜玉米为原料的加工企业的规模将扩大，数量将增加，甜玉米的生产与销售的市场将愈来愈大。
根据遗传类型和胚乳特性，现在生产上的甜玉米基本上分3种即普通型甜玉米、超甜型甜玉米和加强甜玉米。普通甜玉米是su隐性基因纯合所产生的胚乳类型，成熟子粒呈皱缩状，胚乳半透明，由分子量较小的高度分枝的枝链淀粉组成。此种淀粉易溶于水，故称水溶性多糖(wsp)。由于普通甜玉米含有大量的wsp因此具有粘性，普通甜玉米的含糖量一般为10％-15％。鲜食有甜、粘、嫩、鲜的效果，商业上也成为甜糯玉米；超甜玉米是相对普通甜玉米而言的，这种玉米乳熟期的含糖量比普通甜玉米高1倍，超甜玉米是由双隐性基因sh2控制的遗传性状，引起胚乳皱缩和比su胚乳更严重的干物质减少，缺乏wsp的糯性但含糖量高，一般乳熟期含糖量在20％-25％，有适宜采收期长和较耐贮藏等优点，超甜玉米与普通甜玉米相比，具有甜、脆、香的突出特点，但水溶性多糖太少，不具备普通甜玉米糯性，超甜玉米主要用于鲜食，并用来加工速冻甜玉米；加强甜玉米是在普通甜玉米和超甜玉米之后产生的甜玉米类型，通过遗传改进将增甜基因se与su结合而成的既有普通甜玉米适口性好又有超甜玉米含糖量高的优点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种蔬果型超甜杂交玉米育种方法，从选择育种的基础材料入手，通过回交改良、筛选优良性状、套袋自交，选育出优良自交系，然后杂交组配、配合力测定、品种比较，进行生态适应性鉴定、品质分析、抗性鉴定，参加区域试验、生产试验和示范，最后通过品种审定。
为了实现上述任务，本发明通过广泛搜集来源不同生态环境、具有优良性状的甜玉米育种基础材料；应用现代遗传学和相关学科的基本理论，采用先进性和完整性的技术方法加以改良利用，选育出配合力高的超甜玉米自交系；根据果穗产量结构和综合性状，组配产量、品质、抗性等综合农艺性状优良的组合，主要采用以下技术措施1、制定蔬果型超甜玉米育种目标制定正确的育种目标是育种成败的关键，蔬果型超甜玉米主要是作鲜食需要，总的目标是优质、高产、多抗，超甜玉米品质包括食用品质、外观品质和商品品质，其中尤以食用品质最为重要。
具体的指标主要包括可溶性糖含量20％-26％(乳熟期籽粒可溶性多糖WSP含量＞20％)、种皮厚度≤0.2mm(皮薄)、适口性好(爽脆、口感好)，果穗性状(果穗大小均匀，穗行12-16行，穗粗在4.5cm以上，穗行籽粒排列整齐，籽粒金黄色，穗轴白色，果穗呈柱形有利于段状果穗加工)；生态适应性好，抗逆、抗倒、抗病虫害；稳产性好，大面积生产鲜穗产量(带苞叶)13500kg/hm2左右；综合农艺性状优良(生育期中早熟，出苗至乳熟采收所需天数在76-90d，采收株高200-230cm，穗位高60-80cm，苞叶长而不露尖，秃顶长度＜2cm)。
2、应用杂种优势模式理论，筛选优良的超甜玉米杂交育种种质材料引进超甜43、农大超甜1号、鄂甜玉2号、金凤超甜1号、金凤超甜2号、蜜玉、华甜玉1号等超甜玉米材料12份，进行生态适应性试验，根据不同来源的材料进行相互杂交，结果表明，来源于台湾农友公司的超甜玉米品种蜜玉与金风超甜1号杂交优势明显，而且这两个品种产量较高、品质优良、抗性好，适应性好，可作为蔬果型超甜玉米育种的种质材料，于是把这两个材料作为基础材料分别进行自交系选育。
3、将超甜玉米品种蜜玉的甜质基因通过杂交和回交的方法转育将甜质基因转育到普通玉米自交系中，选育超甜玉米自交系一是用台湾超甜玉米品种(蜜玉)作母本与普通玉米自交系H504杂交，其中H504是中国科学院亚热带农业生态研究所选育的一个优良普通玉米自交系，农艺性状优良，生育期早熟，株型紧凑，叶色深绿、抗性较好、赖氨酸含量高(0.41％)，穗行数14行，籽粒黄色，半硬粒型，抗旱抗倒，符合蔬果型超甜玉米育种目标；筛选出来的超甜玉米品种蜜玉来源于台湾农友公司，该品种品质非常优良，植株较高大，抗性强，适应性好，用蜜玉作母本杂交，将蜜玉的甜质基因转育到普通玉米自交系H504中，目的是降低甜质玉米的株高，提高其抗性和赖氨酸含量；二是在杂交后代中选择具有H504植株性状的玉米单株作父本，与蜜玉(轮回亲本)回交3代，在其回交后代中筛选具有H504和蜜玉优良性状的玉米单株套袋自交，自交后代产生分离，通过扩大选择群体、加大选择压力，连续4代选玉米单株套袋自交，每代保留30-35个优良株系，从中选育超甜玉米自交系。回交后代的自交分离以自交、对交交替进行为好，有时自交种子生活力太弱，还可采用混粉方式授粉，以提高种子活力。HT01就是将蜜玉(母本)的甜质基因转育到普通玉米自交系H504(父本)，其后代再用蜜玉作轮回亲本(母本)回交育成的超甜玉米自交系。该自交系在长沙的生育期(出苗-成熟)96d左右，株高中等，在190cm左右，叶色浓绿，株型紧凑，叶片上冲，穗位高65cm左右，果穗圆维型，穗长19cm左右，穗租4.0cm，穗行数10-14行，行粒数30粒左右，干粒重142g，籽粒黄色，维穗分支少，雌雄协调，繁殖产量高，在1200kg/hm2，左右。该自交系田间表现抗倒伏、倒折，无大、小叶斑病和青枯病，不早衰，纹枯病很轻。
4、利用超甜玉米杂交种选育超甜玉米自交系(又称“二环系”)玉米育种上把从常规品种后代中通过自交选育出的自交系称为“一环系”，把从杂交品种后代中通过自交选育出的自交系称为“二环系”。由于二环系的基本材料是优良的杂交种，因而就可能把来自自交系的优良特性结合起来，再一次经过自交，选择分离新系，往往容易选到配合力高，综合性状优良，生长健壮的自交系，二环系是当前玉米育种上选育新自交系的重要途径之一。从金风超甜1号杂交一代中选择表现优良的单株套袋自交，从自交分离后代中，根据育种目标性状，选单株自交，通过扩大选择群体、加大选择压力，连续自交6代，每代保留30-35个株系，选育出超甜玉米自交系。
自交系HT02就是从金风超甜1号后代中选育出的超甜玉米二环系，该自交系在长沙的生育期(出苗-成熟)93d左右，株高较矮，在160cm左右，叶色浓绿，株型松散，叶片乎展，穗位高58cm左右，呆穗圆筒型，子粒成熟(干)穗长15cm左右，穗租4cm，德行数12-14行，行粒数30粒左右，干粒重145g，籽粒黄色，维穗分支多花粉量大，繁殖产量1050kg/hm2左右。该自交系田间表现抗倒伏、倒折，无大、小叶斑病和青枯病，不早衰，纹枯病很轻。
5、组配超甜玉米杂交种对选育出性状稳定的超甜玉米自交系进行分组相互杂交及配合力测定，从果穗食味、外观品质、综合抗性和农艺性状进行选择，筛选杂交优势明显，综合性状优良的组合，通过品种比较和多点生态适应性鉴定、参加区域试验、生产试验和示范，进行品质分析和抗性鉴定，结果表明用HT01作母本，HT02作父本，组配的HT01×HT02组合，综合性状优良，2003年通过湖南省农作物品种审定委员会审定，定名为科湘甜玉1号(品种审定编号XS024-2003)。
①产量表现该品种2000年品比试验表现突出，鲜穗产量(去苞叶，下同)14250kg/hm2，比对照金凤超甜增产16.6％；2001年在湘潭、桃源、长沙等6个点进行生态适应性鉴定，平均鲜穗产量13874kg/hm2，比对照金凤超甜增产19.2％；2002年生态适应性鉴定平均鲜穗产量13889kg/hm2，比对照金凤超甜增产17.2％。
②适应性该品种2003年在湖南省湘南(江华、新宁)、湘中(湘潭、长沙)和湘西北(桃源、慈利、花垣等地)生产示范表现产量高、品质优、抗性强。在广西区(桂林、钟山、环江)、河北省(承德)和山东省(莱洲)等地试种表现突出，特别在广西区钟山县大面积示范明显优于当地种植推广的甜玉米品种。因此，湘超甜玉1号适宜湖南及周边地区种植，综合性状优良，适应性广。
③农艺性状生育期适中，在长沙地区春播出苗至鲜穗采收81d左右，直播株高220cm左右，穗位高68cm左右，主茎叶片数16片。果穗圆锥型，鲜穗长20cm左右，鲜穗粗5cm左右，穗行数14行。
④抗逆性根据抗性接种鉴定和生态适应性鉴定田间调查结果，表现抗倒伏、倒折，高抗大斑病、小斑病、丝黑穗病、黑粉病，中抗茎腐病和纹枯病，玉米螟危害程度很轻。
⑤品质该品种穗轴白色，籽粒金黄色，排列整齐，秃顶度小，外观品质好。采收期营养品质分析，鲜穗籽粒蛋白质含量10.52％，淀粉24.50％，总糖22.80％，粗脂肪4.96％，赖氨酸0.40％，钙、磷、锌、铁的含量也较高，籽粒皮薄，味道鲜美，食味和营养品质好。
本发明具有以下优点①该发明方法针对蔬果型超甜玉米主要作鲜果穗加工或直接上市的目的，制定了蔬果型超甜玉米具体的育种目标，应用杂种优势模式理论，筛选优良的超甜玉米杂交育种种质材料，用育种目标指导基础材料的选择和鉴定，自交系的选育、杂交组合的组配和品种的比较等整个育种过程，有的放矢，达到了事半功倍的效果，提高了甜玉米育种的效率。
②该发明方法将超甜玉米品种蜜玉的甜质基因转育到普通玉米自交系H504中，其后代再用蜜玉进行3代回交，利用通过回交保留甜玉米蜜玉的优良性状；其回交后代经过4代自交分离选择，使优良的性状基因纯合，从而选育出配合力高、综合性状优良的超甜玉米自交系HT01。
③由于二环系是当前玉米育种上选育新自交系的重要途径之一，因此，该发明方法利用优良的超甜玉米杂交种金凤超甜1号的自交分离后代选择表现优良的单株套袋自交，通过扩大选择群体、加大选择压力，连续6代自交分离选择，每代保留30-35个株系，从而选育出配合力高、综合性状优良的超甜玉米自交系(二环系)HT02。
④该发明方法在自交系的选育初期，重点针对果穗的食味、外观性状、颜色、综合抗性等遗传力均较高的性状进行选择，在抗性方面，主要重视抗纹枯病和玉米螟的选择。
⑤该发明方法可操作性强，有利于指导超甜玉米品种选育，应用该方法选育的品种品质好，病虫害综合抗性优，比对照增产显著，深受农民的喜爱。
具体实施例方式
1、制定蔬果型超甜玉米育种目标，筛选优良的超甜玉米杂交育种种质材料。根据对超甜玉米的筛选试验，初步制定了蔬果型超甜玉米育种目标，该目标在以后的试验研究中经过反馈进行了多次调整和修改，总的目标是优质、高产、多抗，超甜玉米品质包括食用品质、外观品质和商品品质，其中尤以食用品质最为重要，它主要包括可溶性糖含量(乳熟期籽粒可溶性多糖WSP含量＞20％)、种皮厚度(皮薄)、适口性好(爽脆、口感好)，穗行要直，穗行12-16行，穗粗在4.5cm以上，果穗均匀，籽粒黄色，白色穗轴，果穗呈柱形有利于段状果穗加工；生态适应性好，抗逆、抗倒、抗病虫害；稳产性好，大面积生产鲜穗产量(带苞叶)13500kg/hm2左右；生育期中早熟(出苗至乳熟采收所需天数在76-90d)，采收株高(215cm左右)和穗位高(60-80cm)适中，苞叶长而不露尖(秃顶长度＜2cm)，综合农艺性状优良。
1994-1995年引进超甜43、农大超甜1号、鄂甜玉2号、金凤超甜1号、金凤超甜2号、蜜玉、华甜玉1号等超甜玉米材料12份，进行生态适应性试验，并根据不同来源的材料进行相互杂交，结果表明，来源于台湾农友公司的超甜玉米品种蜜玉与金风超甜1号杂交优势明显，而且这两个品种产量较高、品质优良、抗性好，适应性好，可作为蔬果型超甜玉米育种的种质材料，于是把这两个材料作为基础材料分别进行超甜玉米自交系选育。
2、1995年秋季用台湾超甜玉米品种(蜜玉)作母本与普通玉米自交系H504杂交，其中H504是中国科学院亚热带农业生态研究所选育的一个优良普通玉米自交系，农艺性状优良，生育期早熟，株型紧凑，叶色深绿、抗性较好、赖氨酸含量高(0.41％)的，穗行数14行，子粒黄色，半硬越型，抗旱抗倒，符合蔬果型超甜玉米育种目标；筛选出来的超甜玉米品种蜜玉来源于台湾农友公司，该品种品质非常优良，植株较高大，抗性强，适应性好，用蜜玉作轮回亲本(母本)，可保持其优良性状和甜质基因，通过杂交，将蜜玉的甜质基因转育到普通玉米自交系H504中，目的是降低甜质玉米的株高，提高其抗性和赖氨酸含量；在杂交后代中选择具有H504植株性状的玉米单株作父本，与蜜玉回交3代，在其回交后代中筛选具有优良性状的玉米单株自交，自交后代产生分离，通过扩大选择群体、加大选择压力，连续4代选玉米单株套袋自交，每代保留30-35个株系，回交后代的自交分离以自交、对交交替进行为好，有时自交种子生活力太弱，还可采用混粉方式授粉，以提高种子活力。于1999年育成7个稳定的超甜自交系。其中自交系HT01在长沙的生育期(出苗-成熟)96d左右，株高中等，在190cm左右，叶色浓绿，株型紧凑，叶片上冲，穗位高65cm左右，果穗圆维型，穗长19cm左右，穗租4.0cm，穗行数10-14行，行粒数30粒左右，干粒重142g，籽粒黄色，维穗分支少，雌雄协调，繁殖产量高，在1200kg/hm2，左右。该自交系田间表现抗倒伏、倒折，无大、小叶斑病和青枯病，不早衰，纹枯病很轻。
3、在优良的超甜玉米杂交种自交后代中选育超甜玉米自交系(二环系)。1995年秋季从金风超甜1号杂交种中选择表现优良的单株套袋自交，从自交分离后代中，根据育种目标性状，选单株自交，通过扩大选择群体、加大选择压力，连续自交6代，每代保留30-35个株系，于1999年春季选育出性状稳定的超甜玉米自交系8个。其中HT02在长沙的生育期(出苗-成熟)93d左右，株高较矮，在160cm左右，叶色浓绿，株型松散，叶片乎展，穗位高58cm左右，呆穗圆筒型，子粒成熟(干)穗长15cm左右，穗租4cm，德行数12-14行，行粒数30粒左右，干粒重145g，籽粒黄色，维穗分支多花粉量大，繁殖产量1050kg/hm2左右。该自交系田间表现抗倒伏、倒折，无大、小叶斑病和青枯病，不早衰，纹枯病很轻。
4、组配超甜玉米杂交种，选育科湘超甜1号。1999年春季对上述性状稳定的自交系进行分组相互杂交及配合力测定，从果穗食味、外观品质、综合抗性和农艺性状进行选择，其中HT01和HT02两个系表现较突出，且相互杂交优势更明显。1999年秋季用HT01作母本，HT02作父本，组配杂交组合HT01×HT02，2000年春参加组合鉴定，该组合在28个参加鉴定的组合中综合表现突出，鲜穗产量折合亩产14250kg/hm2(去苞叶)比对照金凤超甜2号增产16.6％。2001年在湘潭、桃源、长沙等6个点进行生态适应性鉴定，平均鲜穗产量13874kg/hm2，比对照金凤超甜增产19.2％；2002年生态适应性鉴定平均鲜穗产量13889kg/hm2，比对照金凤超甜增产17.2％，居第一位。
据湖南省分析测试中心对该品种在采收期的鲜穗进行分析表明该组合鲜穗的蛋白质含量10.52％，淀粉含量24.5％，总糖含量22.8％，粗脂肪4.96％，赖氨酸含量0.4％，钙、磷、锌、铁的含量也较高。
2003年通过湖南省农作物品种审定委员会审定，定名为科湘甜玉1号(品种审定编号XS024-2003)。科湘超甜1号在长沙出苗至采收81天左右，采收期较长达5-7天。株高中等，在215cm左右，叶色浓绿，株型较紧凑，穗位高70cm左右，果穗圆锥型，无大小穗，鲜穗穗长20cm左右，穗粗5cm左右，穗行数14行，行粒数35-40粒，穗轴白色，籽粒金黄色，排列整齐，秃顶很小，抗多种病害，抗倒伏倒折。
权利要求
1.一种蔬果型超甜杂交玉米育种方法，包括下列步骤A、制定蔬果型超甜玉米育种的目标超甜玉米品质包括可溶性糖含量为20-26％，种皮厚度0.1-0.2mm，穗行要直，穗行12-16行，穗粗4.4-4.6cm，果穗均匀，籽粒黄色，白色穗轴，果穗呈柱形，抗逆、抗例、抗病虫害，生育期76-90天，采收株高200-230cm，穗高60-80cm，苞叶长不露尖；B、筛选超甜玉米强优组合模式和优良的种质材料通过对引进的超甜43、农大超甜1号、鄂甜玉2号、金凤超甜1号、金凤超甜2号、蜜玉、华甜玉1号等12份超甜玉米材料进行生态适应性试验，并根据不同来源的材料进行相互杂交，来源于台湾农友公司的超甜玉米品种蜜玉与金风超甜1号杂交优势明显，而且这两个品种产量较高、品质优良、抗性好，适应性好，可作为蔬果型超甜玉米育种的种质材料，把这两个材料作为基础材料分别进行自交系选育；C、将超甜玉米的甜质基因通过杂交的方法转育到优良的普通玉米自交系中一是以蜜玉作母本，普通玉米自交系H504作父本进行杂交；二是选择具有H504植株性状的杂交后代的玉米单株作父本，用蜜玉回交，在其回交后代中选择具有H504优良性状的玉米单株再与蜜玉回交，如此连继回交4代；三是待回交4代后，在其回交后代中筛选植株性状优良的单株套袋自交，自交后代产生分离，通过扩大选择群体，加大选择压力，通过连续4代自交，育出性状稳定的超甜玉米自交系HT01；D、通过套袋自交，从超甜玉米杂交后代中选育超甜玉米自交系从金凤超甜1号杂交种的自交分离后代中，选单株自交，通过扩大选择群体、加大选择压力，连接自交6代，待性状稳定后，选育出超甜玉米自交系HT02；E、组配超甜玉米杂交种，用超甜玉米自交系HT01作母本，超甜玉米自交系HT02作父本，组配杂交，选育出超甜玉米杂交种科湘甜1号。
全文摘要
本发明公开了一种蔬果型超甜杂交玉米育种方法，其步骤是首先制定了蔬果型超甜玉米育种指标，主要包括可溶性糖含量、种皮厚度、适口性，穗行排列整齐，籽粒金黄色，苞叶长而不露尖；其次是筛选超甜玉米育种基础材料；第三是通过回交转育将甜质基因转育到普通玉米自交系中，套袋自交选育超甜玉米自交系，或利用超甜玉米杂交种套袋自交选育超甜玉米自交系(二环系)；第四是组配超甜玉米杂交种。本发明方法所选育的蔬果型超甜杂交玉米品种产量高、抗性好、成熟期早、适应性强、商品外观好、无秃尖、皮薄、含糖量高、味道鲜美、营养品质好。
文档编号A01H1/02GK1685805SQ20051001877
公开日2005年10月26日 申请日期2005年5月24日 优先权日2005年5月24日
发明者盛良学, 贺喜全 申请人:中国科学院亚热带农业生态研究所