一种玉米育种群体循环改良方法及其应用

本发明属于玉米育种，具体涉及一种玉米育种群体循环改良方法及其应用。

背景技术：

1、玉米优异育种亲本贫乏、利用效率低、创新能力不足导致玉米品种遗传基础狭窄、同质化严重，抗风险能力弱。近年来，随着干旱、高温、涝害、病害等逆境的突发频发，籽粒机收的生产需求不断增强，对我国玉米新品种的选育和推广提出了更高的要求。

2、种质资源是培育玉米新品种的物质基础，优异种质资源的创新和利用是培育突破性玉米新品种的关键。群体改良是加快优异种质资源利用、创制优异种质资源、拓宽玉米品种遗传基础最有效的途径之一。国内外诸多学者在群体改良方面已经做了大量工作，并取得了一定成绩。20世纪中后期，美国通过拉丁美洲玉米改良计划(lamp)和玉米种质扩增计划(gem)，将eto、antigua、tuxpeno和suwan-1等热带种质导入了温带种质合成复合群体，并通过轮回选择进行群体改良，拓宽了美国玉米种质基础。国际玉米小麦改良中心(cimmyt)构建具有不同性状类型的广基群体，应用改良穗行半同胞、相互轮回选择等方法提高一般配合力。在我国，不同玉米生态区均有通过群体改良，拓宽该区域玉米种质基础并得到利用的先例。在东北玉米产区，王延波等采用3种方法对玉米辽综群体进行改良，结果表明，s1家系密植鉴定选择法改良群体效果显著，其穗行数增加明显、产量性状一般配合力(gca)水平较高、育种潜力较大，并从改良群体中选育出了6个玉米自交系，组配出6个杂交种通过国家或省级审定。雍洪军等评价8个玉米群体在我国东北区的育种应用潜力，结果表明，4个群体性状表现较好，一般配合力效应较高，可通过创建复合种质，逐步改良的方法，扩宽我国东北区玉米种质基础。黄淮海玉米生产区，库丽霞等研究表明，轮回选择对‘豫综5号’群体单株产量的改良是有效的，半姊妹轮回选择和相互半姊妹轮回选择在改良群体产量一般配合力方面，均得到显著提高。陈坤等应用经简化后的改良hs相互轮回选择法对两个群体进行遗传改良，结果发现，改良后，群体平均产量增益为7.70％。西南玉米产区，李芦江等研究发现，改良群体高代选系产量和主要构成性状及其gca表现优于基础群体高代选系，具有更高的育种利用价值。并发现利用不同轮回选择方法对玉米窄基群体的改良效果，都能有效改良群体的主要性状及其gca。另有研究表明，通过群体改良选育的创新种质资源在重要农艺性状、抗病性、氮素利用效率、籽粒品质等方面具有显著提高。

3、目前利用传统群体改良创制玉米新种质的方法多为以少数几个骨干自交系为基础材料，通过构建窄基群体进行选系，其遗传基础相对较为狭窄，创新性突破性新种质选育效率较低。另外，传统群体改良方法主要针对某一个目标性状进行改良，很少有同时对多目标性状进行改良，并且育种群体的改良过程没有持续融入新的优异种质，因此此类群体在应对突发性生产问题上存在不足，缺乏持续创新型及先进性。窄基群体选系主要优点是创制种质速度快，短期效果明显，但从长远来看，种质创新技术路线单一，基础种质创新能力严重不足，很难创制出我国未来玉米育种需求的高产、耐密抗倒、抗病、耐逆高效、宜机化等综合性状优异新种质。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种玉米育种群体循环改良方法及其应用，通过构建遗传基础丰富的玉米宽基群体来建立玉米育种群体循环改良方法，提高种质资源的利用效率，加快突破新种质创制及应用进程。

2、本发明提供了一种玉米育种群体循环改良方法，包括以下步骤：

3、创建并扩增玉米宽基基础群体；

4、以创建的玉米宽基基础群体为材料，采用多环境、大群体、高密度、低氮胁迫的鉴选方法进行轮回选择，创建了携带不同目标性状的衍生群体；

5、以所述携带不同目标性状的衍生群体的后代优良植株为材料，通过杂种优势群内多重复合杂交聚合多目标性状，构建同时携带多个目标性状的综合群体；

6、测定同时携带多个目标性状的综合群体中优选单株的配合力，从高产测交组合中筛选高配合力的优良单株进行混合重组，得到测配目标明确的定向群体。

7、优选的，所述创建玉米宽基基础群体的方法，从现有的优异种质中分别鉴选母本和父本类骨干自交系，将所述母本或父本类骨干自交系在生殖隔离条件下进行多重杂交，得到玉米宽基基础群体。

8、优选的，所述优异种质的入选标准为推广面积在50万亩以上的玉米杂交种的亲本自交系，并且光温不敏感、生育期适中、综合表现优良，能正常开花授粉。

9、优选的，所述鉴选母本和父本类骨干自交系的方法为按照杂种优势类群和基因分型的结果分进行划分，其中杂种优势类群是通过系谱分析法将瑞德(reid)系列、ss(stiffstalk synthetic)系列、maizeamargo系列种质划分为母本类杂种优势群，将唐四平头系列、旅大红骨系列、兰卡斯特(lancaster sure crop)系列、suanwan系列、tuxpeno系列种质划分为父本杂种优势群；

10、所述基因分型的方法为利用基因芯片分型的方法将母本类杂种优势群和父本杂种优势群的基因型数据进行主成分分析，计算不同自交系间的遗传距离，剔除父母本中间类型的自交系；其中母本类骨干自交系的基因型以标准种郑58和ph6wc的基因型为参照；父本类骨干自交系的基因型以标准种黄早四、丹340、ph4cv的基因型为参照；

11、父母本中间类型的自交系分别指含有40％～60％的父本血缘或者40％～60％的母本血缘的自交系。

12、优选的，所述多环境的鉴选方法为黄淮海区域7个不同试验点进行种植；

13、所述大群体的鉴选方法为每个群体种植面积在1.5亩以上；

14、高密度胁迫的鉴选方法为每亩种植7000株以上；

15、所述低氮胁迫的鉴选方法为氮肥的施肥量在常规施肥量的基础上减少1/4的量。

16、优选的，所述目标性状包括以下至少一种性状：机收、高产、抗旱、抗病和耐热。

17、优选的，机收的衍生群体的鉴选标准为综合性状优良、收获时果穗籽粒含水量≤25％；

18、抗旱的衍生群体的鉴选标准为雨养条件下果穗结实率≥85％；

19、高产的衍生群体的鉴选标准为综合性状优良，单穗粒重≥100g；

20、抗病的衍生群体的筛选标准为对以下病害有良好抗性的单株：茎腐病、穗腐病、锈病和小斑病；

21、耐高温的衍生群体的筛选标准为果穗结实率≥85％，无畸形穗。

22、优选的，杂种优势群内多重复合杂交聚合多目标性状的方法为通过有性杂交的方法实现目标性状聚合。

23、优选的，所述高配合力的优良单株是指一般配合力和特殊配合力好的自交系。

24、本发明提供了所述方法得到的定向群体在玉米育种中的应用。

25、本发明提供了一种玉米育种群体循环改良方法，首先创建并扩增玉米宽基基础群体；以创建的玉米宽基基础群体为材料，采用多环境、大群体、高密度、低氮胁迫的鉴选方法在不同地理环境中进行轮回选择，创建了携带不同目标性状的衍生群体；以所述携带不同目标性状的衍生群体的后代优良单株为材料，通过杂种优势群内多重复合杂交聚合多目标性状，构建同时携带多个目标性状的综合群体；对同时携带多个目标性状的母本综合群体和同时携带多个目标性状的父本综合群体中优选单株的配合力进行选择，从高产测交组合中筛选高配合力的优良单株进行混合重组，得到测配目标明确的定向群体。本发明以生产上主推玉米品种的亲本自交系为基础材料，按照杂优模式分别构建母本类和父本类宽基育种基础群体，通过“多环境、大群体、高胁迫”的鉴选技术，在黄淮海不同生态区分别创建不同目标性状的衍生群体；通过复合杂交的方式聚合不同目标性状的衍生群体，创建携带多目标性状的综合群体；通过对综合群体配合力的测试，创建定向群体；创立了“衍生群体-综合群体-定向群体”相结合的玉米群体循环改良技术体系，创新了育种群体遗传改良方法，拓宽了育种群体的遗传基础，保持了育种群体先进性，提高了优异新种质的创制效率，提升了优异种质资源的原始创新能力。