478玉米自交系的選育

478玉米自交系的選育

478玉米自交系是萊州市農(nóng)業(yè)科學(xué)院培育的優(yōu)良自交系。自問世以來,478自交系即為玉米育種者廣泛應(yīng)用。478自交系綜合性狀好,配合力高,已成為我國玉米育種的骨干自交系,目前已組配出掖單13號(hào)、掖單12號(hào)、西玉3號(hào)等產(chǎn)量超過1500kg/hm2的夏玉米新品種,其中掖單13號(hào)夏玉米最高產(chǎn)量達(dá)到16444.4kg/hm2,創(chuàng)世界夏玉米單產(chǎn)最高紀(jì)錄,真正成為我國超高產(chǎn)玉米的骨干自交系,豐富了我國的玉米種質(zhì)資源。2002年11月通過專家鑒定,總體上達(dá)到同類研究國際先進(jìn)水平。1材料來源與育種過程1.1利用優(yōu)良性狀集于一體的玉米自交系的選育根據(jù)基因重組、性狀互補(bǔ)原理,科學(xué)選用具有不同優(yōu)良性狀、特點(diǎn)明顯的玉米自交系8112和5003組配基礎(chǔ)材料,選育創(chuàng)新自交系,將株型緊湊、抗病、矮稈、大穗、抗倒等多個(gè)優(yōu)良性狀集于一體。1.2行為應(yīng)用階段1985年(海南),我們以株型緊湊、抗倒性強(qiáng)的8112自交系做母本,以矮稈大穗5003自交系做父本組配基本材料,采用溫室與南育相結(jié)合,擴(kuò)大群體,加快選育世代,早代測比,邊測邊用,測用結(jié)合,共測配了138個(gè)自交系,從中選出包括掖單12號(hào)、掖單13號(hào)、掖單19號(hào)等一大批組合,1989年被眾多育種單位應(yīng)用,從此進(jìn)入廣泛應(yīng)用階段。478自交系選育程序如下:1985年1月(海南),8112×5003組成基本材料;1985年4月,S0,種植基本材料,由基本材料選株自交7穗;1985年9月(海南),S1,獲自交穗35穗,編號(hào)85-1、85-2、……85-7,繼續(xù)自交;1986年1月(海南),S2,種植35個(gè)穗行,繼續(xù)自交;1986年5月,S3,種植128個(gè)穗行,在自交的同時(shí),對部分穗行進(jìn)行配合力測定,共獲測交組合78份;1986年10月(海南),S4,種植選系202個(gè)穗行,在自交的同時(shí)進(jìn)行測交,共獲測交組合60行,按目標(biāo)性狀進(jìn)行淘汰選優(yōu),按系譜順序編號(hào);1987年3月,S5,當(dāng)選穗行種植在溫室,選優(yōu)株自交并測交;1987年7月,S6,上代當(dāng)選穗行繼續(xù)種植,選優(yōu)株自交,根據(jù)測交鑒定結(jié)果及目標(biāo)性狀,選中85-3-5-1-4-7-8,定名為478;1987年11月(海南),S7,繼續(xù)自交穩(wěn)定,并進(jìn)行繁殖,對在測比鑒定中表現(xiàn)極優(yōu)的組合340×478、515×478等進(jìn)行復(fù)配;1988年5月,S8,繼續(xù)自交穩(wěn)定,同時(shí)進(jìn)行繁種。2教育結(jié)果2.1出生類型2.1.1整株成穗形態(tài)特征478自交系種子的出土力強(qiáng),幼苗生長勢強(qiáng),苗鞘紫色,葉片綠色且有淺黃色條紋。成株葉片數(shù)18～19片(19片占極少數(shù)),一般第13片葉是穗位葉,穗上葉片5～6片(6片占少數(shù)),穗上葉片上沖,葉平均夾角在20°左右,整株葉向值48.1左右,穗上葉平均葉向值為60.8,穗位葉向值46,穗下葉平均葉向值37.3。葉脈挺直,葉片有較明顯的皺折;成株葉片呈深濃綠色。穗下節(jié)間粗壯、穗上節(jié)間曲拐,根系發(fā)達(dá),高抗倒伏,根層數(shù)8層左右,地上部有2～3層氣生根,總根數(shù)82.5條。雄穗分枝10個(gè)左右,單株散粉期7d左右,花絲綠色,穎殼綠色,花藥黃色。抗病毒病和小斑病,后期輕感大斑病,株高162cm,穗位63cm左右,果穗筒型,籽粒深馬齒型,籽粒黃色,穗軸較細(xì),白色,出籽率在80%左右,穗行數(shù)14～16行,千粒重320g左右。2.1.2出苗、抽雄、吐絲、全生育期478在萊州市5月13日播種,生育期125d,播種到出苗11d,出苗到抽雄57d,抽雄到吐絲4d,吐絲到成熟53d,全生育期積溫3048℃。2.2結(jié)果表明，結(jié)合力試驗(yàn)2.2.1材料上的平均值478、Mo17、8112、5003與5個(gè)自交系(測驗(yàn)種)組配的20個(gè)雜交組合籽粒產(chǎn)量的平均值(表1)。一般配合力是由基因的加性效應(yīng)所決定,其高效應(yīng)值的性狀在F1代的表現(xiàn)受親本的影響較大,經(jīng)過對478、8112、5003、Mo17一般配合力效應(yīng)值的LSR比較,結(jié)果表明478一般配合力高于雙親,與8112相比差異顯著,與5003相比差異極顯著。2.2.2復(fù)配分子的遺傳距離北京市農(nóng)林科學(xué)院玉米研究中心利用RAPD分子標(biāo)記技術(shù),測得自交系間遺傳距離與其雜交優(yōu)勢顯著正相關(guān),即自交系之間遺傳距離越大,其雜交種產(chǎn)量越高,雜交優(yōu)勢就越強(qiáng)。選擇478、其姊妹系488、3189及雙親8112、5003,結(jié)合以它們?yōu)橛H本組配的在生產(chǎn)上應(yīng)用的雜交種,分析雙親的遺傳距離,結(jié)果如下:雜交組合478×340,遺傳距離6.6;8112×雙105,遺傳距離6.0;488×雙105,遺傳距離5.8;478×515,遺傳距離6.0;8112×H21,遺傳距離5.9;488×5237,遺傳距離6.0;478×502,遺傳距離6.1;8112×404,遺傳距離6.1;3189×515,遺傳距離5.8;478×京06,遺傳距離6.1;8112×黃早4,遺傳距離5.8;478×多22,遺傳距離6.1;5003×52106,遺傳距離5.9。通過測定,發(fā)現(xiàn)以478為親本的雜交種雙親遺傳距離在6.0～6.6之間,平均值為6.18;其雙親8112和5003為親本的雜交種雙親遺傳距離在5.8～6.0之間,平均值為5.94;其姊妹系488和3189為親本的雜交種雙親遺傳距離在5.8～6.0之間,平均值為5.87。說明478自交系的配合力高于其雙親,是姊妹系中配合力最高的自交系。2.3玉米抗小斑病、青枯病、矮花葉病毒病分級(jí)檢測經(jīng)河北省農(nóng)科院植保研究所1992年接種鑒定,結(jié)果表明,478高抗玉米小斑病,病級(jí)為1.0級(jí);高抗青枯病,病株率為0;抗玉米矮花葉病毒病,病級(jí)為1.5級(jí);抗粗縮病,病級(jí)為1.0級(jí)。2.4478自交系是多基因控制的低莖自交系2.4.1穗高系數(shù)表1478株高162cm,穗位高63cm,株高明顯低于常規(guī)系,果穗下部高度占株高的百分?jǐn)?shù)小,即穗高系數(shù)明顯低于常規(guī)系(表2)。其果穗下部節(jié)間密集,基部1～4節(jié)間長度明顯小于常規(guī)系(表3),從植株形態(tài)看屬于矮稈自交系。2.4.2株高穩(wěn)定檢測1986年第4代478株高160cm,穗位59cm;87年第6代株高161cm,穗位60cm;88年第7代株高162cm,穗位60cm;表明478在不同世代株高穩(wěn)定;1993年第4代478株高158cm,穗位56cm;第5代株高162cm,穗位61cm;第6代株高160cm,穗位59cm;第8代株高161cm,穗位59cm;表明同一年份,不同世代,株高穩(wěn)定;478在高代穩(wěn)定后,不同年份間株高穩(wěn)定。說明478自交系矮稈特性穩(wěn)定。2.4.3數(shù)量遺傳規(guī)律用478與7922自交系雜交后F2的株高分離呈連續(xù)變異,接近常態(tài)分布,表現(xiàn)為多基因控制的數(shù)量遺傳規(guī)律,而不是3:1分離規(guī)律(附圖)。說明控制478株高的基因?yàn)槎嗷?克服了用br-2、lg1和lg2等單基因改良株型的弊端。2.4.4自交系對種質(zhì)生長、穗位的影響1)478與大多數(shù)系相配有降低株高的作用。據(jù)1997年萊州市農(nóng)科院玉米展示田統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示:掖單13號(hào)(478×340)株高233cm,穗位77cm;掖單12號(hào)(478×515)株高220cm,穗位72cm;掖單19號(hào)(478×52106)株高232cm,穗位75cm;西玉3號(hào)(478×502)株高208cm,穗位53cm;中單2號(hào)(Mo17×自330)株高275cm,穗位101cm;丹玉13號(hào)(Mo17×E28)株高255cm,穗位99cm。測定結(jié)果表明478株高遺傳傳遞力較強(qiáng),其致矮作用可在大多數(shù)雜交組合得以實(shí)現(xiàn),478與常規(guī)系配制的雜交種穗位高系數(shù)顯著下降(表4),說明478能明顯降低雜交種穗位,而常規(guī)系卻起不到這種作用。2)478自交系對于熱帶種質(zhì)株高和穗位的改造具有顯著降低的作用。1997年中國農(nóng)業(yè)大學(xué)在海南以8個(gè)溫帶材料為母本,以10個(gè)CIMMYT提供的熱帶、亞熱帶自交系為父本,按照NCII設(shè)計(jì)配制了80個(gè)溫×熱雜交組合,1998年分別在鄭州市春播(04-23)、在河南省西華縣夏播(06-09)。結(jié)果顯示:從8個(gè)溫帶材料所配雜交組合來看,478×熱自交系10個(gè)組合的均值最小,春播266.7cm,夏播288.2cm,其中478×CML323組合平均值在春、夏播2個(gè)環(huán)境中,1個(gè)略高于CK,1個(gè)略低于CK。穗位高與株高有類似的結(jié)果。結(jié)果說明,478自交系對于熱帶種質(zhì)株高和穗位的改造有顯著的降低的作用。由上述結(jié)果,可以認(rèn)定478自交系矮稈特性是由多基因控制的,并且在F1代致矮性的遺傳傳遞力比較強(qiáng),能降低較高密度情況下的群體株高,對于熱帶種質(zhì)株高和穗位的改造具有顯著降低的作用。3478自適應(yīng)系統(tǒng)的主要特點(diǎn)3.1選擇穩(wěn)定的低溫種植穗478具有多基因控制的矮稈性,植株矮、穗位低,且受環(huán)境影響小,能夠穩(wěn)定遺傳,矮稈遺傳傳遞力強(qiáng),降低株高、穗位作用明顯,用其配制的雜交種穗下節(jié)間短、穗位低、植株重心低、抗倒伏能力強(qiáng)。如中矮稈大穗型高產(chǎn)玉米雜交種掖單12號(hào)、掖單13號(hào)、西玉3號(hào)等。3.2結(jié)構(gòu)合理性和高效率478株型清秀、葉片上沖,果穗上下葉片分布合理,著生角度理想,有利于提高光能利用率,可以組配出緊湊型中稈或矮稈雜交種。3.3特殊配合力478的一般配合力高,與丹340、515等自交系的特殊配合力也很高。478克服了單基因矮生系的弱點(diǎn),解決了降低株高與保持較高單株配合力的矛盾,組配出了一大批在生產(chǎn)上大面積推廣應(yīng)用的中矮稈大穗型高產(chǎn)雜交種。3.4海南玉米育種選育的應(yīng)用478屬中晚熟自交系,受溫光變化影響小,在我國從東北到海南均可良好地生長發(fā)育,其組配的雜交種既適于北方春玉米區(qū),又適于黃淮海、西北、南方玉米區(qū)種植,遍布全國28個(gè)省、市、自治區(qū)。無論春播還是夏播均可獲得高產(chǎn)。3.5蠶絲的生活力478為矮稈大穗型玉米自交系,雌雄花期協(xié)調(diào),花絲生活力強(qiáng),結(jié)實(shí)性好。在黃淮海夏玉米區(qū)春播產(chǎn)量一般在4500kg/hm2以上,在東北、西北玉米區(qū)產(chǎn)量一般在5250kg/hm2以上。4478的利用、社會(huì)影響及其在中國玉米科研和生產(chǎn)中的重要地位4.1為親本直接組配的新品種緊湊矮稈高配合力玉米自交系478育成后,其組配的雜交種掖單12號(hào)、13號(hào)夏玉米畝產(chǎn)雙雙突破1000kg。在全國引起巨大的反響。之后,全國廣大科研部門育種工作者和種子部門廣泛應(yīng)用。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),用其為親本直接組配的雜交種有60多個(gè)參加省級(jí)以上試驗(yàn),其中41個(gè)通過省級(jí)和國家審定(表5),多個(gè)雜交種獲得獎(jiǎng)勵(lì)(表6)。掖單12號(hào)、13號(hào)被國家農(nóng)業(yè)部、科技部確定為“八五”、“九五”期間重點(diǎn)推廣品種。掖單13號(hào)、西玉3號(hào)、鄭單14號(hào)獲得國家農(nóng)作物新品種后補(bǔ)助,這些品種為我國玉米生產(chǎn)發(fā)揮了重要作用。4.2衍生系的使用各育種單位在直接利用478組配雜交種的同時(shí),又根據(jù)不同環(huán)境條件和需求,用其選育出一大批衍生系(其中絕大多數(shù)為二環(huán)系),據(jù)我們所知,目前在生產(chǎn)上廣泛使用的衍生系有22個(gè)(表7),這些衍生系繼承和發(fā)揚(yáng)了478的優(yōu)點(diǎn),具有配合力高、抗病蟲性強(qiáng)、抗逆性強(qiáng)、株型理想、自身產(chǎn)量高等特點(diǎn)。用這些二環(huán)系組配的并在生產(chǎn)上利用的雜交種有47個(gè),其中19個(gè)已通過省級(jí)和國家級(jí)審定(表7)。5后記和討論5.1玉米自交系的構(gòu)建478自交系立項(xiàng)伊始就確定明確的育種目標(biāo),即為解決我國缺乏超高產(chǎn)夏玉米基礎(chǔ)自交系的難題,選育多基因控制的致矮性遺傳傳遞力較強(qiáng),根系發(fā)達(dá),莖稈堅(jiān)韌,抗病、籽粒大、粒重高的高配合力的緊湊型玉米自交系。這個(gè)育種目標(biāo)的確立為今后基礎(chǔ)材料的選用和育種過程中材料的取舍起到至關(guān)重要的作用。5.2選育優(yōu)良性狀育種目標(biāo)確立后,根據(jù)基因重組、性狀互補(bǔ)原理,科學(xué)選用具有不同優(yōu)良性狀、特點(diǎn)明顯的玉米自交系8112和5003組配基礎(chǔ)材料,選育創(chuàng)新自交系,將株型緊湊、抗病、矮稈、大穗、抗倒等多個(gè)優(yōu)良性狀集于一體。5.3條件2:高速進(jìn)行,加快選育速度為了迅速達(dá)到預(yù)定自交系的選擇目標(biāo),針對株型緊湊、抗病、抗倒、矮稈、大穗、高配合力等目標(biāo)性狀加大選擇壓力,并在萊州和海南生態(tài)差異極大的條件下交互進(jìn)行,加快選育速度。478自交系選育過程中,選育與測配相結(jié)合,及時(shí)掌握材料的配合力,并對材料的植物學(xué)特征、生物學(xué)特性進(jìn)行研究,充分了解其特征特性,提高選育工作質(zhì)量,擴(kuò)大選擇群體,加大選擇壓力,創(chuàng)造多種環(huán)境,注意試材對重點(diǎn)病害的多抗和兼抗,以及水平抗性與垂直抗性。通過山東、海南多地區(qū)、多點(diǎn)次的產(chǎn)量及性狀鑒定,使試材的各種性狀得到充分表現(xiàn),以此為根據(jù)進(jìn)行淘汰與選擇。5.4組配雜交的應(yīng)用478自交系育成后,為了促進(jìn)我國玉米科研事業(yè)的發(fā)展,積極同全國各育種單位交換材料,使各育種單位的同行及時(shí)對其開展利用