专利名称：一种硬质胚乳优质蛋白玉米自交系及其杂交种的选育方法
技术领域：
本发明属于农作物育种技术领域，具体涉及一种硬质胚乳优质蛋白玉米自交系及其杂交种的选育方法。
背景技术：
优质蛋白玉米(Quality Protein Maize，缩写为QPM)是指含隐性突变基因恥-J 及其修饰基因的新型优质玉米，含有高出普通玉米两倍的赖氨酸含量，较普通玉
米有更高的应用价值和经济效益，是重要的高效能畜禽饲料，而且高含量的赖氨酸对人体的生长发育具有重要作用。国内外饲养试验表明，用优质蛋白玉米为主体的饲料养猪，比普通玉米饲料提高日增重30%以上，喂鸡可提高产蛋量15%以上，效益十分显著。自1964年美国普渡大学的Mertz等人发现隐性突变基因恥-J (简写可以显著提高玉米籽粒蛋白质中赖氨酸的含量以来，利用oJ 基因就成为改良玉米蛋白质品质育种的主要途径。但由于基因的连锁效应，O^ 基因的作用除了可以提高胚乳赖氨酸和色氨酸含量外，还带有一些农艺性状上的缺陷，如粉质胚乳、容重和籽粒密度均比普通玉米籽粒低，脱粒时易破碎，易感病，产量往往比同型普通玉米低10%左右。20世纪70年代初，国际 5 ^ International Maize and Wheat Improvement Center, CIMMYT) 的科学家开始将基因广泛导入其他玉米种质中，利用修饰基因改良籽粒性状培育优良优质蛋白玉米品种，不但在赖氨酸和色氨酸含量上远远高出普通玉米，而且在籽粒外观、 抗病抗虫性和产量上都与普通玉米相当。CIMMYT转育、改良的优质蛋白玉米基因库、群体遗传基础丰富，变异广泛，但也存在着农艺性状较差等缺点；而且CIMMYT选育的优质蛋白玉米种质多为热带、亚热带材料，引种到温带地区后，普遍表现光周期敏感性，在我国温带条件下很难直接利用。我国于20世纪70年代开始进行优质蛋白玉米研究，引入了一些外来优质蛋白玉米种质材料，育成通过省级或国家级审定的多个优质蛋白玉米杂交种。但我国推广的优质蛋白玉米品种多为粉质胚乳，导致产量往往比普通玉米低，而且抗病性较差；而硬质胚乳的优质蛋白玉米品种由于改善了籽粒的胚乳结构，从而提高了籽粒的容重和密度，产量与普通玉米相当甚至增产，抗病性也增强。因此，研究培育硬质胚乳的优质蛋白玉米自交系及其杂交种的方法是优质蛋白玉米研究的重要课题之一。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有优质蛋白玉米品种的粉质胚乳导致的产量低和抗病性差的缺陷和不足，其目的是提供一种硬质胚乳优质蛋白玉米自交系及其杂交种的选育方法。为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下
1、一种硬质胚乳优质蛋白玉米自交系的选育方法，其步骤是用优质蛋白玉米种质，采用穗行法在异地异季经5 8代自交选育，自交每代用灯光桌进行胚乳修饰表型鉴定，选择胚乳修饰度为2 3级的籽粒，同时将每代筛选得到的籽粒种植在田间自然发病条件下筛选抗当地主要病害，生育期和株高适中的单株自交育成硬质胚乳优质蛋白玉米自交系。所述的在田间自然发病条件下筛选抗当地主要病害，生育期和株高适中的单株自交育成硬质胚乳优质蛋白玉米自交系是选择玉米大斑病病害级别< 3、玉米小斑病病害级别< 3和穗粒腐病病害级别< 3级、生育期在120 130天和株高在150 200cm的单株自交育成硬质胚乳优质蛋白玉米自交系。上述技术方案1所述的硬质胚乳优质蛋白玉米自交系的选育方法，所用的优质蛋白玉米种质是亚热带优质蛋白玉米群体Pool31QPM，于春季在云南省开远市、于夏季在云南省昆明市和于冬季在云南省景洪市经8代连续自交育成硬质胚乳优质蛋白玉米自交系 YML102。上述技术方案1所述的硬质胚乳优质蛋白玉米自交系的选育方法，所用的优质蛋白玉米种质是热带优质蛋白玉米自交系CML140，于春季在云南省开远市、于夏季在云南省昆明市和于冬季在云南省景洪市经5代连续自交育成硬质胚乳优质蛋白玉米自交系 CML140改良系。2、一种硬质胚乳优质蛋白玉米杂交种的选育方法，按以下步骤进行
(1)用优质蛋白玉米种质，采用穗行法在异地异季经5 8代自交选育，自交每代用灯光桌进行胚乳修饰表型鉴定，选择胚乳修饰度为2 3级的籽粒，同时将每代筛选得到的籽粒种植在田间自然发病条件下筛选抗当地主要病害，生育期和株高适中的单株自交育成硬质胚乳优质蛋白玉米自交系；
(2 )将步骤(1)获得的硬质胚乳优质蛋白玉米自交系组配杂交获得杂交组合；
(3)将步骤(2)获得的杂交组合依次进行品种比较试验，区域试验和生产试验鉴定选择产量比对照增产，抗当地主要病害，生育期和株高适中的杂交组合为新杂交组合；
(4)将步骤(3)获得的新杂交组合进行品质分析和用灯光桌进行胚乳修饰表型鉴定，所述的品质分析是检测选择赖氨酸含量> 0. 40%的籽粒，所述的用灯光桌进行胚乳修饰表型鉴定是选择胚乳修饰度< 2级的籽粒，选择籽粒的赖氨酸含量> 0. 40%和胚乳修饰度< 2 级的新杂交组合为本发明所述的硬质胚乳优质蛋白玉米杂交种。上述技术方案2中步骤(1)所述的在田间自然发病条件下筛选抗当地主要病害， 生育期和株高适中的单株自交育成硬质胚乳优质蛋白玉米自交系是选择玉米大斑病病害级别< 3、玉米小斑病病害级别< 3和穗粒腐病病害级别< 3级、生育期在120 130天和株高在150 200cm的单株自交育成硬质胚乳优质蛋白玉米自交系；步骤(3)所述的选择抗当地主要病害、生育期和株高适中的杂交组合是选择玉米大斑病病害级别<3、玉米小斑病病害级别< 3和穗粒腐病病害级别< 3级、生育期在120 130天和株高在240 260cm 的杂交组合。上述技术方案2步骤(1)所述的优质蛋白玉米种质是亚热带优质蛋白玉米群体 Pool31QPM和热带优质蛋白玉米自交系CML140 ；用亚热带优质蛋白玉米群体Pool31QPM于春季在云南省开远市、于夏季在云南省昆明市和于冬季在云南省景洪市经8代连续自交获得硬质胚乳优质蛋白玉米自交系YML102，用热带优质蛋白玉米自交系CML140于春季在云南省开远市、于夏季在云南省昆明市和于冬季在云南省景洪市经5代连续自交获得硬质胚乳优质蛋白玉米自交系CML140改良系；步骤(2)是以硬质胚乳优质蛋白玉米自交系YML102做母本，以硬质胚乳优质蛋白玉米自交系CML140改良系做父本杂交获得杂交组合。上述技术方案1和技术方案2所述的用灯光桌进行胚乳修饰表型鉴定是将籽粒置于普通医用观片灯上观察其籽粒的透明程度，所述的胚乳修饰度为2级的籽粒是指在普通医用观片灯上籽粒75%的部分表现透明，所述的胚乳修饰度为3级的籽粒是指在普通医用观片灯上籽粒50%的部分表现透明。胚乳修饰度共分为5级，其籽粒100%透明为1级(完全同普通玉米)，籽粒25%透明为4级，完全不透明为5级(为传统未经改良oJ 玉米)，胚乳修饰度为2 3级的籽粒既具有较高的修饰基因频率又保持较高的赖氨酸含量，因此选择胚乳修饰度为2 3级的籽粒可选育出胚乳硬质的优质蛋白玉米自交系。本发明所涉及的生物材料Pool31QPM、CML140、YML102、CML140改良系均已在非专利文献中公开，并且上述生物材料申请人均有保存，申请人保证自本专利申请日起20年内向公众发放。申请人联系地址云南省昆明市盘龙区龙头街桃园村云南省农业科学院粮食作物研究所，联系电话0871-5892503。其中Pool31QPM已在杨斌，陈泽辉.CIMMYT优质蛋白玉米研究概况.作物杂志. 1995，(4) :8-10.中公开。CML140已在陈泽辉，高翔.CIMMYT主要优质蛋白玉米群体和自交系.种子. 1999，(4) :55-56.中公开。YML102和CML140改良系已在番兴明，谭静，黄必华，刘峰.优质蛋白玉米自交系产量的特殊配合力及其杂种优势模式的初步分析.作物学报.2001，27(6):986-992.、番兴明，张世煌，谭静，李明顺，李新海.根据SSR标记划分优质蛋白玉米自交系的杂种优势群.作物学报.2003，四(1):105-110.和谭静，番兴明，杨峻芸，陈洪梅，杨荣芬.玉米分子标记遗传距离与产量杂种优势关系的研究.西南农业学报.2004，17 (3):278-281. 中公开。本发明方法用硬质胚乳优质蛋白玉米自交系YML102为母本、硬质胚乳优质蛋白玉米自交系CML140改良系为父本杂交配制最后育成的硬质胚乳优质蛋白玉米杂交种命名为云优19，云优19的特征特性是幼苗叶片绿色，叶鞘紫色；株型披散，平均株高249厘米、 穗位100厘米，全株叶片数20-21片；雄穗分枝13-15个，颍壳红色，花药黄色，花丝粉红色； 果穗柱型，穗长17. 2厘米，穗粗4. 3厘米，穗行数12-14行，行粒数32粒，出籽率86. 5 %， 千粒重341.6克，籽粒白色，硬质胚乳1级；全籽粒赖氨酸含量0. 40%、色氨酸0. 11%、粗脂肪 6. 03%、蛋白质9. 65% ；生育期122天左右，属中熟杂交种；抗大、小斑病，抗穗粒腐病，持绿性好。硬质胚乳优质蛋白玉米自交系YML102的特征特性是幼苗叶片绿色，叶鞘紫色； 株型半紧凑，株高160厘米，穗位95厘米，全株叶片数19-20片；雄穗分枝8_10个，颍壳白色，花药黄色，花丝淡红色；果穗柱型，穗长13. 6厘米，穗粗4. 5厘米，穗行数10-12行，籽粒白色，硬质胚乳2级；生育期1 天左右，抗大、小斑病，抗穗粒腐病，持绿性好。硬质胚乳优质蛋白玉米自交系CML140改良系的特征特性是幼苗叶片绿色，叶鞘紫色；株型披散，株高185厘米，穗位102厘米，全株叶片数20-21片；雄穗分枝10-12个，颍壳紫红色，花药黄色，花丝红色；果穗柱型，穗长14. 5厘米，穗粗4. 0厘米，穗行数10-12行， 籽粒白色，硬质胚乳2级；生育期1 天左右，抗大、小斑病，抗穗粒腐病。与现有技术比较，本发明的有益效果是1、本发明利用优质蛋白玉米种质，通过异地异季穿梭育种并结合灯光桌胚乳修饰表型鉴定，选育抗当地主要玉米病害、生育期、株高适中的技术手段选育的硬质胚乳优质蛋白玉米自交系和通过获得的硬质胚乳优质蛋白玉米自交系杂交组配获得杂交组合，杂交组合通过品种比较试验、区域试验和生产试验鉴定选择高产和抗当地主要病害、生育期和株高适中的杂交组合为新杂交组合，以及通过对获得的新杂交组合进行品质分析和籽粒胚乳修饰表型鉴定，选择籽粒的赖氨酸含量> 0. 40%和胚乳修饰度< 2级的新杂交组合为本发明所述的硬质胚乳优质蛋白玉米杂交种的方法解决了现有优质蛋白玉米粉质胚乳的缺陷和不足，从种子的胚乳结构上解决粉质胚乳种子产量低和抗病性差的问题，提高优质蛋白玉米的产量和增强优质蛋白玉米的抗病性。2、用本发明方法所培育的硬质胚乳优质蛋白玉米杂交品种云优19表现产量高、 品质优和抗性强，在云南省大面积种植平均亩产450千克，在贵州省亩产可达580千克，比北方优质蛋白玉米品种中单9409增产5%以上；胚乳硬度1级，全籽粒赖氨酸0. 40%、色氨酸0. 11%、粗脂肪6. 03%、蛋白质9. 65%，同时达到国家优质蛋白玉米和高油玉米品质标准； 抗玉米大、小斑病，抗玉米穗粒腐病；作饲料显著提高饲料转化率和日增重、降低料肉比，饲养生长肉猪比普通玉米饲料增效达17-31. 4%。3、由于本发明方法在自交系或杂交种的选育中始终注重异地异季穿梭育种，抗当地主要玉米病害和生育期、株高以及产量等农艺性状的筛选，因此，采用本发明方法培育的自交系或杂交种适应性强，高产，抗病性强。
具体实施例方式
以下结合实施例进一步说明本发明，但不构成对本发明的限制。实施例1
(1)利用亚热带优质蛋白玉米群体Pool31QPM，采用穗行法于春季在云南省开远市、于夏季在云南省昆明市、于冬季在云南省景洪市三地经连续8代自交选育，自交每代用灯光桌进行胚乳修饰表型鉴定，即将籽粒置于普通医用观片灯上观察其籽粒的透明程度，选择胚乳修饰度为2 3级的籽粒(2=75%透明，3=50%透明)；同时对每代筛选得到的籽粒种植在田间，在田间自然发病条件下选择抗玉米大斑病即玉米大斑病病害级别(3、抗玉米小斑病即玉米小斑病病害级别< 3和抗玉米穗粒腐病即穗粒腐病病害级别< 3，生育期在120 130天和株高在150 200cm的单株自交，于1995年选育出胚乳硬质的优质蛋白玉米自交系 YML102 ；
(2)利用热带优质蛋白玉米自交系CML140，采用穗行法于春季在云南省开远市、于夏季在云南省昆明市、于冬季在云南省景洪市三地经连续5代自交改良，自交每代用灯光桌进行胚乳修饰表型鉴定，选择胚乳修饰度为2 3级的籽粒；同时对每代筛选得到的籽粒种植在田间，在田间自然发病条件下选择抗玉米大斑病即玉米大斑病病害级别(3、抗玉米小斑病即玉米小斑病病害级别< 3和抗玉米穗粒腐病即穗粒腐病病害级别< 3，生育期在120 130天和株高在150 200cm的单株自交，于1996年选育出胚乳硬质的优质蛋白玉米自交系CML140改良系；
(3)1997年以YML 102做母本、CML140改良系做父本，杂交组配选育出硬质胚乳优质蛋白玉米杂交组合，该杂交组合命名为云优19 ；
(4)按常规方法进行品种比较试验1997年云优19参加云南省优质玉米杂交种品比试验，平均亩产530. 20千克，较统一对照中单9409 (胚乳硬度3级)增产16. 10%，居第二位；1998年参加贵州省承担的全国优质蛋白玉米新品种展示，产量达580公斤/亩，较对照中单9409增产10% ；
(5)按常规方法进行区域试验1998-1999年云优19参加云南省优质玉米区域试验， 1998年的平均亩产584. 60千克，较统一对照中单9409增产2. 55%，生育期122天，株高 245. 2cm，大斑病1级，小斑病1级，穗粒腐病3级；1999年的平均亩产551. 80千克，较统一对照中单9409增产4. 75%，生育期123. 6天，株高25km，大斑病1级，小斑病1级，穗粒腐病3级；
(6)按常规方法进行生产试验云优19在1999-2000年在云南省文山州示范推广 1738. 4亩，平均亩产436公斤，比当地大面积推广的普通玉米杂交种兴黄单892增产6. 3% ； 1999-2000年在云南省临沧市示范565亩，平均单产486公斤，比邻近地种植的普通玉米杂交种扎单201亩增44公斤，增产幅度达10% ；2000年在云南省迪庆州示范260亩，平均亩产 450公斤；2000年在云南省玉溪市示范230亩，平均单产达625公斤，与当地大面积推广的普通玉米杂交种会单4号产量相当；玉米大斑病病级为1-2级，玉米小斑病病级为1-2级， 玉米穗粒腐病病级为1-3级。(7)按常规方法进行品质分析经国家农业部谷物品质监督检验测试中心检测，云优19全籽粒赖氨酸含量0. 40%、色氨酸0. 11%、粗脂肪6. 03%、蛋白质9. 65%，其赖氨酸含量和粗脂肪含量同时达到国家优质蛋白玉米和高油玉米品质标准(国家优质蛋白玉米品质标准为籽粒赖氨酸含量> 0. 40%,国家高油玉米品质标准为籽粒粗脂肪含量> 6. 0%)。(8)籽粒胚乳修饰表型鉴定云优19的籽粒经灯光桌进行胚乳修饰表型鉴定，胚乳修饰度为1级，为硬质胚乳优质蛋白玉米品种。(9) 2001年云南省文山州种子公司做的云优19饲养试验证明，在同等饲养条件下，喂云优19的生长肉猪平均日增重比喂云南省大面积种植的普通玉米品种兴黄单892的生长肉猪增0. 125千克，饲养效果提高31.4% ;2003年云南省临沧地区牧医中心和临沧地区农技中心做的优质蛋白玉米品种与普通玉米品种的对比饲养试验表明，用云优19为主体的饲料养猪，显著提高了饲料转化率和降低了料肉比，比普通玉米品种扎单201提高日增重17. 5-96克，生长1公斤猪肉少用饲料0. 275千克，饲养生长肉猪比普通玉米饲料平均增效达9. 56%ο(10)云优19于2002年通过云南省品种审定，2003年由国家科技部、农业部共同推荐云优19为“国家优质专用玉米新品种”;自2002年以来已在云南省大面积推广应用，对提高玉米产量、增加农民收入、促进畜牧业及相关产业发展做出了积极贡献，取得了显著的经济和社会效益。
权利要求
1.一种硬质胚乳优质蛋白玉米自交系的选育方法，其步骤是用优质蛋白玉米种质， 采用穗行法在异地异季经5 8代自交选育，自交每代用灯光桌进行胚乳修饰表型鉴定，选择胚乳修饰度为2 3级的籽粒，同时将每代筛选得到的籽粒种植在田间自然发病条件下筛选抗当地主要病害，生育期和株高适中的单株自交育成硬质胚乳优质蛋白玉米自交系。
2.根据权利要求所述的一种硬质胚乳优质蛋白玉米自交系的选育方法，所述的在田间自然发病条件下筛选抗当地主要病害，生育期和株高适中的单株自交育成硬质胚乳优质蛋白玉米自交系是选择玉米大斑病病害级别< 3、玉米小斑病病害级别< 3和穗粒腐病病害级别< 3级、生育期在120 130天和株高在150 200cm的单株自交育成硬质胚乳优质蛋白玉米自交系。
3.根据权利要求1或2所述的一种硬质胚乳优质蛋白玉米自交系的选育方法，所用的优质蛋白玉米种质是亚热带优质蛋白玉米群体Pool31QPM，于春季在云南省开远市、于夏季在云南省昆明市和于冬季在云南省景洪市经8代连续自交育成硬质胚乳优质蛋白玉米自交系 YML102。
4.根据权利要求1或2所述的一种硬质胚乳优质蛋白玉米自交系的选育方法，所用的优质蛋白玉米种质是热带优质蛋白玉米自交系CML140，于春季在云南省开远市、于夏季在云南省昆明市和于冬季在云南省景洪市经5代连续自交育成硬质胚乳优质蛋白玉米自交系CML140改良系。
5.一种硬质胚乳优质蛋白玉米杂交种的选育方法，按以下步骤进行(1)用优质蛋白玉米种质，采用穗行法在异地异季经5 8代自交选育，自交每代用灯光桌进行胚乳修饰表型鉴定，选择胚乳修饰度为2 3级的籽粒，同时将每代筛选得到的籽粒种植在田间自然发病条件下筛选抗当地主要病害，生育期和株高适中的单株自交育成硬质胚乳优质蛋白玉米自交系；(2 )将步骤(1)获得的硬质胚乳优质蛋白玉米自交系组配杂交获得杂交组合；(3)将步骤(2)获得的杂交组合依次进行品种比较试验，区域试验和生产试验鉴定选择产量比对照增产，抗当地主要病害、生育期和株高适中的杂交组合为新杂交组合；(4)将步骤(3)获得的新杂交组合进行品质分析和用灯光桌进行胚乳修饰表型鉴定，所述的品质分析是检测选择赖氨酸含量> 0. 40%的籽粒，所述的用灯光桌进行胚乳修饰表型鉴定是选择胚乳修饰度< 2级的籽粒，选择籽粒的赖氨酸含量> 0. 40%和胚乳修饰度< 2 级的新杂交组合为本发明所述的硬质胚乳优质蛋白玉米杂交种。
6.根据权利要求5所述的一种硬质胚乳优质蛋白玉米杂交种的选育方法，步骤(1)所述的在田间自然发病条件下筛选抗当地主要病害，生育期和株高适中的单株自交育成硬质胚乳优质蛋白玉米自交系是选择玉米大斑病病害级别< 3、玉米小斑病病害级别< 3和穗粒腐病病害级别< 3级、生育期在120 130天和株高在150 200cm的单株自交育成硬质胚乳优质蛋白玉米自交系；步骤(3)所述的选择抗当地主要病害、生育期和株高适中的杂交组合是选择玉米大斑病病害级别< 3、玉米小斑病病害级别< 3和穗粒腐病病害级别 (3级、生育期在120 130天和株高在240 ^Ocm的杂交组合。
7.根据权利要求5或6所述的一种硬质胚乳优质蛋白玉米杂交种的选育方法，步骤 (1)所述的优质蛋白玉米种质是亚热带优质蛋白玉米群体Pool3IQPM和热带优质蛋白玉米自交系CML140 ；用亚热带优质蛋白玉米群体Pool31QPM于春季在云南省开远市、于夏季在云南省昆明市和于冬季在云南省景洪市经8代连续自交获得硬质胚乳优质蛋白玉米自交系YML102，用热带优质蛋白玉米自交系CML140于春季在云南省开远市、于夏季在云南省昆明市和于冬季在云南省景洪市经5代连续自交获得硬质胚乳优质蛋白玉米自交系CML140 改良系；步骤(2 )是以硬质胚乳优质蛋白玉米自交系YML102做母本，以硬质胚乳优质蛋白玉米自交系CML140改良系做父本杂交获得杂交组合。
全文摘要
本发明是一种硬质胚乳优质蛋白玉米自交系及其杂交种的选育方法，自交系的选育是用优质蛋白玉米种质，采用穗行法在异地异季经5～8代自交选育，自交每代用灯光桌进行胚乳修饰表型鉴定，选择胚乳修饰度为2～3级的籽粒，同时每代筛选的籽粒种植在田间筛选抗当地主要病害，生育期和株高适中的单株自交育成硬质胚乳优质蛋白玉米自交系。杂交种的选育是将前述自交系杂交得杂交组合后进行品比，区域和生产试验鉴定，选择新杂交组合后进行品质分析和用灯光桌进行胚乳修饰表型鉴定，选择赖氨酸含量≥0.40%和胚乳修饰度≤2级的籽粒即为硬质胚乳优质蛋白玉米杂交种。所培育的自交系或杂交种适应性强，高产，抗病性强，胚乳硬度可达到1～2级。
文档编号A01H1/02GK102172215SQ20111006638
公开日2011年9月7日 申请日期2011年3月18日 优先权日2011年3月18日
发明者番兴明, 谭静, 陈洪梅 申请人:云南省农业科学院粮食作物研究所