專利名稱：一種利用玉米近緣種選育飼草玉米品種的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及飼草玉米的育種方法，具體地說涉及一種利用玉米近緣種選育飼草玉米品種的方法。
背景技術(shù)：
隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展，畜牧業(yè)已從副業(yè)變?yōu)橹鳂I(yè)，其占大農(nóng)業(yè)的產(chǎn)值已逐步超過50％，作為畜牧業(yè)基礎(chǔ)的飼草業(yè)在生產(chǎn)中的地位也隨之提升，成為種植業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要組成部分。
在過去的半個多世紀中，我國草食牲畜的飼養(yǎng)幾乎完全處于“靠天養(yǎng)畜，全年放牧”的情況，飼草供求矛盾日益突出，我國每年還有75％以上地區(qū)的牧畜冬季和早春缺草。每年都有大量的牲畜因冬春牧草缺乏而嚴重掉膘，甚至死亡，給畜牧業(yè)生產(chǎn)造成巨大損失，嚴重地制約了我國畜牧業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。同時，在畜牧業(yè)對天然草料總量需求大于供給的情況下，采取季節(jié)性超載過牧，造成草山、草原出現(xiàn)了嚴重退化，生產(chǎn)力迅速下降，土地風蝕、沙化、水上流失加劇，生態(tài)系統(tǒng)功能嚴重失調(diào)。
在我國云、貴、川、渝、桂大部及湘西等地區(qū)，土地大多分布在氣候、土壤和交通條件較差的山地、丘陵和高原(約占全區(qū)土地面積的95％)以及江河沿岸的河灘，開發(fā)復墾難度大、投資多、利用難；很多地方陰雨寡照，光照相對不足，不利于作物籽粒生長發(fā)育，造成作物低產(chǎn)；并且以作物生產(chǎn)為主的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)加重了水土流失，土壤肥力下降，生態(tài)脆弱。但是，陰雨寡照、雨量充沛、氣候濕潤、無霜期長、熱能相對豐富，很適合以營養(yǎng)體生產(chǎn)為主的優(yōu)質(zhì)飼草的生產(chǎn)。因此，這些地區(qū)把種植業(yè)由糧食——經(jīng)濟作物的二元結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榧Z食——經(jīng)濟作物——牧草及飼料作物的三元結(jié)構(gòu)，大力發(fā)展畜牧業(yè)，大力引進、選育、種植高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)飼草，不僅有利于生態(tài)保護，更有利于農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增收。
我國牧草業(yè)經(jīng)過幾十年的發(fā)展取得一些成就，如高丹草、黑麥草、燕麥、冰草、早熟禾、高羊茅、鴨茅等飼草品種選育與推廣取得了明顯進展，但與諸多發(fā)達國家相比還比較落后，水平還較低，遠不能滿足需要。我國目前育成的當家飼草新品種不多，而新育成適應各地區(qū)不同生態(tài)環(huán)境條件的優(yōu)良飼用新品種所占比例更低，并且飼草種子生產(chǎn)能力低，遠不能滿足生產(chǎn)發(fā)展的需要。多數(shù)飼草品種依賴于進口，如墨西哥大芻草、黑麥草等牧草種子每年都需要大量進口。目前，發(fā)達國家已經(jīng)把飼草產(chǎn)業(yè)作為一種重要的新型經(jīng)濟作物來對待，美國、加拿大和荷蘭等國把飼草產(chǎn)品出口日、韓、東南亞地區(qū)和國家，賺取了大量外匯。僅日本市場每年需要進口的牧草產(chǎn)品多達220萬噸，跨洋遠運費用昂貴，每噸價格在200美元以上，比玉米高出約1倍。從國內(nèi)市場來看，我國每年生產(chǎn)草產(chǎn)品缺口更大，對于優(yōu)質(zhì)牧草產(chǎn)品(如草粉、草顆粒等)需求迫切，僅飼料工業(yè)每年就有200多萬噸牧草添加料的需求，遠期需求在600萬噸左右。我們必須加快優(yōu)良飼草品種培育與推廣，以滿足養(yǎng)殖大戶、農(nóng)區(qū)和牧區(qū)飼草飼料和生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展的需要。
四倍體多年生玉米種(Zea perennis，2n＝40)是玉米(Zea mays，2n＝20)的一個野生近緣材料，具有抗寒、抗病、耐澇，多年生，根系發(fā)達，分蘗能力強等優(yōu)點(唐祈林等，2004；李冬郁等，2001)，但抗倒伏能力較弱；用它與玉米雜交，可以聚合二者的優(yōu)良特性，有望選育出突破性飼草新品種。但是，玉米與四倍體多年生玉米種的親緣關(guān)系較遠，雜交親合力低，導致它們間的雜交結(jié)實率很低(約5％～8％)，且雜交結(jié)實的種子發(fā)芽率也較低(唐祈林等，2006)。嚴重限制了將四倍體多年生玉米種有益基因?qū)胗衩锥x育推廣新型飼草玉米的可能。因此，如何使四倍體多年生玉米種與普通玉米進行雜交是解決這一問題的關(guān)鍵。
玉米近緣屬中的多數(shù)材料可以直接與玉米雜交，郭樂群等通過“中介”法成功地將摩擦禾種質(zhì)通過二倍體多年生玉米轉(zhuǎn)入普通玉米中(郭樂群等，2000)。因此，通過遠緣雜交獲得的玉米異源代換系充當“中介”材料，可以成為利用玉米近緣屬材料的一種有效途徑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種通過玉米異源代換系充當“中介”方法克服玉米遠緣雜交困難，從而培育出結(jié)合普通玉米和四倍體多年生玉米種優(yōu)良特性的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗性強、適應性廣、并且能多年生的飼草玉米的方法。
本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)一種利用玉米近緣種選育飼草玉米的方法，包括以下步驟
(1)、通過玉米自交系與四倍體多年生玉米種之間雜交和回交，培育出玉米-四倍體多年生玉米種代換系；(2)、用玉米-四倍體多年生玉米種代換系和四倍體多年生玉米種雜交，可得飼草玉米。
上述利用玉米近緣種選育飼草玉米的方法，還可以包括如下步驟(1)、用四倍體多年生玉米種與玉米自交系雜交，獲得雜交F1代種子；(2)、種植雜交F1代種子，對雜交F1代植株進行短日照處理，并進行開放輔助授粉，收獲F2代種子；(3)、種植F2代種子，用步驟(1)的玉米自交系與F2代植株回交得到BC1F2代種子；(4)、種植BC1F2代種子，將BC1F2代植株自交得到BC1F3代種子；對BC1F3代材料進行多色熒光原位雜交技術(shù)檢測，選留染色體數(shù)為20條并且其中含有至少1條至3條外來染色體的品系，獲得玉米-四倍體多年生玉米種代換系；(5)、用步驟(4)中所得的玉米-四倍體多年生玉米種代換系與四倍體多年生玉米種雜交，可獲得飼草玉米。
上述選育飼草玉米的方法，其步驟(1)可以玉米自交系為母本，以四倍體多年生玉米種為父本。
上述選育飼草玉米的方法，其步驟(2)中所述的對雜交F1代植株進行短日照處理可以是對植株進行遮光處理。
上述選育飼草玉米的方法，其步驟(3)可用步驟(1)中所述的玉米自交系為父本，以F2代植株作母本。
上述選育飼草玉米的方法，其所述的步驟(5)中用步驟(4)中所得的玉米-四倍體多年生玉米種代換系為母本，以四倍體多年生玉米種為父本。
上述選育飼草玉米的方法中所述的玉米-四倍體多年生玉米種代換系染色體數(shù)為20，其中含有1條至3條四倍體多年生玉米種的染色體。
上述選育飼草玉米的方法，其所述的玉米自交系可以是48-2。48-2是四川農(nóng)業(yè)大學玉米研究所培育的一個優(yōu)良的玉米自交系。
本發(fā)明所用的四倍體多年生玉米種來源于國際小麥玉米改良中心。
四倍體多年生玉米種植株一般具有很多雄穗，單株花粉量大。
上述普通玉米與四倍體多年生玉米種雜交所產(chǎn)生的雜交F1代種子極少，而且雜交F1代植株為三倍體(2n＝30)，高度不育。F1植株的花粉生活力很低，比親本低50個以上百分點。這主要是玉米與四倍體多年生玉米種的親緣關(guān)系太遠，雜交后遺傳物質(zhì)不協(xié)調(diào)所致。
一般雜交F1代植株第一年生育期較遲，在四川雅安至9月份才抽雄吐絲。F1植株具有多年生特性，第二年在四川雅安從5月到11月均持續(xù)抽絲、散粉，以9～10月抽絲、散粉最旺；對同一植株不同時期花粉生活力的觀測結(jié)果表明，在四川雅安9～10月花粉生活力最高，5月次之，而7月花粉可育率幾乎為0。由此可見，四倍體多年生玉米種種與玉米雜交的三倍體F1植株的花粉生活力可能具有光、溫敏反應，中、短日照和適溫對其具促進作用；對F1植株進行短日照處理可以誘導在8～9月抽穗，開放性輔助授粉可以產(chǎn)生極少的F2種子(非整倍體籽粒)，但結(jié)實率低于1/1000。
上述方法中所述的玉米-四倍體多年生玉米種種代換系的植株性狀與普通玉米自交系相似，葉片寬大，葉片顏色淺綠色，質(zhì)地粗糙。
本發(fā)明方法具有的優(yōu)點和積極效果(1)、本發(fā)明方法通過“中介”方法解決了普通玉米和玉米近緣種雜交結(jié)實率低的問題，從而使普通玉米和四倍體多年生玉米種的遠緣雜交利用成為可能；(2)、利用本發(fā)明方法培育的飼草玉米雜交種可以將普通玉米和多年生玉米的的優(yōu)點結(jié)合在一起，集中了普通玉米高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)和四倍體多年生玉米種的分蘗多、抗逆性強、多年生等優(yōu)點，具有強大的雜種優(yōu)勢；(3)、用本發(fā)明方法培育的飼草玉米的生物產(chǎn)量高，1年可收4～6次，高者每666.7m2鮮草產(chǎn)量年產(chǎn)可達15000kg；(4)、用本發(fā)明方法培育的飼草玉米適應性強我國南至海南島，北至內(nèi)蒙古、甘肅均能栽培。飼草玉米對土壤要求不嚴，荒山、溝沿、房前屋后均可種植；該飼草玉米生命力強，在南方一次栽培可多年利用；(5)、用本發(fā)明方法培育的飼草玉米具有匍匐根狀莖和須根系，能保水固土；(6)、繁殖方式多樣，除利用種子生產(chǎn)外，植株還可分株繁殖和扦插繁殖；(7)、用本發(fā)明方法培育的飼草玉米可以是多年生的，從而可節(jié)省大量制種成本。


圖1為本發(fā)明方法示意圖。
具體實施例方式
通過下面給出的具體實施例可以進一步清楚地了解本發(fā)明，但它們不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。
實施例11999年，在四川省雅安市四川農(nóng)業(yè)大學多營農(nóng)場以四倍體多年生玉米種為父本，玉米自交系“48-2”作為母本，在剪短的“48-2”的花絲上授粉，獲得少量的雜交F1代種子；2000年春播種雜交F1代，對F1代植株進行遮光處理，誘導在8-9月抽穗，進行開放性輔助授粉獲得極少的F2代種子；2001年3月播種F2代種子，有5粒F2代種子發(fā)芽，僅有2株長成植株，為野生親本型植株；一株沒有花絲不能授粉結(jié)實；另一株于8月上旬才抽絲，用“48-2”花粉回交，得到10多粒BC1F2回交一代種子；2002年3月在四川雅安播種BC1F2代種子，BC1F2植株自交得BC1F3，7月收獲；2002年10月，在云南元江用四倍體多年生玉米種花粉給BC1F3植株授粉，組配成“SAUMZ1號”飼草玉米；2003年用BC1F3開放授粉的種子為母本，用四倍體多年生玉米種為父本在雅安、云南試制生產(chǎn)出“SAUMZ1號”飼草玉米200kg，制種產(chǎn)量達100kg/666.7m；2004年4月初在四川雅安分別播種“SAUMZ1號”、墨西哥玉米、高丹草，種植面積1333.3m2，密度為5000株/666.7m2；6月2日刈割，結(jié)果“SAUMZ1號”、墨西哥玉米和高丹草每666.7m2鮮草產(chǎn)量分別為3500kg、1900kg和1780kg，SAUMZ1號鮮草產(chǎn)量明顯高于墨西哥玉米和高丹草的鮮草產(chǎn)量。
2005年在四川雅安種植“SAUMZ1號”，以及墨西哥玉米和高丹草各2000m2；結(jié)果每666.7m2鮮草產(chǎn)量分別為“SAUMZ1號”飼草玉米13080kg，高丹草10390kg，墨西哥玉米10160kg。蛋白質(zhì)產(chǎn)量相當于每公頃“SAUMZ1號”為2788.21kg，高丹草為2211.22kg，墨西哥玉米為2128.47kg。
參考文獻[1]唐祈林，李晚忱，宋運淳等.玉米與四倍體多年生玉米種代換種質(zhì)的選育及其基因組原位雜交鑒定[J].遺傳學報，2004，31(4)340～344. 李冬郁，郭樂群，張忠等.玉米野生近緣種類玉米和研究和利用[J].玉米科學，2001，9(2)11～13. 唐祈林，楊克誠，鄭祖平等.玉米與玉米近緣種可雜交性研究[J].作物學報，2006，32(1)144～146. 郭樂群，張忠.二倍體多年生大芻草(Zea Diploperennis)是有價值的新種質(zhì)資源.玉米科學，2000，8，(4)12～1權(quán)利要求
1.一種利用玉米近緣種選育飼草玉米的方法，包括以下步驟(1)、通過普通玉米自交系與四倍體多年生玉米種之間雜交和回交，培育出玉米-四倍體多年生玉米種代換系；(2)、用玉米-四倍體多年生玉米種代換系和四倍體多年生玉米種雜交，可得飼草玉米。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于還可以包括如下步驟(1)、用四倍體多年生玉米種與玉米自交系雜交，獲得雜交F1代種子；(2)、種植雜交F1代種子，對雜交F1代植株進行短日照處理，并進行開放輔助授粉，收獲F2代種子；(3)、種植F2代種子，用步驟(1)的玉米自交系與F2代植株回交得到BC1F2代種子；(4)、種植BC1F2代種子，將BC1F2代植株自交得到BC1F3代種子，對BC1F3代材料進行多色熒光原位雜交技術(shù)檢測，選留染色體數(shù)為20條并且其中含有至少1條至3條外來染色體的品系，獲得玉米-四倍體多年生玉米種代換系；(5)、用步驟(4)中所得的玉米-四倍體多年生玉米種代換系與四倍體多年生玉米種雜交，可獲得雜交種飼草玉米。
3.按照權(quán)利要求2所述的方法，其步驟(1)可以玉米自交系為母本，以四倍體多年生玉米種為父本。
4.按照權(quán)利要求2所述的方法，其步驟(2)中所述的對雜交F1代植株進行短日照處理可以是對植株進行遮光處理。
5.按照權(quán)利要求2所述的方法，其步驟(3)可用所述的玉米自交系為父本，以F2代植株作母本。
6.按照權(quán)利要求2所述的方法，其步驟(5)中可以用步驟(4)中所得的玉米-四倍體多年生玉米種代換系為母本，以四倍體多年生玉米種為父本雜交。
7.按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其所用的玉米自交系可以是48-2。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用玉米近緣種選育飼草玉米品種的方法，主要是先通過玉米自交系與四倍體多年生玉米種雜交和回交形成玉米－四倍體多年生玉米種代換系，然后利用代換系與四倍體多年生玉米種雜交育成飼草玉米。通過這種方法克服了普通玉米與四倍體多年生玉米種之間遠緣雜交的困難，通過此種方法選育的飼草玉米品種綜合了普通玉米和四倍體多年生玉米種的優(yōu)點，具有高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗性強、適應性廣、分蘗多、多年生等特點。
文檔編號A01H1/04GK1926963SQ20061015061
公開日2007年3月14日 申請日期2006年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月19日
發(fā)明者榮廷昭, 唐祈林, 黃玉碧, 潘光堂, 張明強, 楊克誠, 曹墨菊, 譚登峰, 高世斌, 胡爾良, 蘭海, 劉堅 申請人:四川農(nóng)業(yè)大學