利用三种遗传效应生产商品玉米技术

摘要

以具有细胞质雄性不育的普通玉米单交种与一定比率的雄性育性正常但带有重要经济性状如高油、高蛋白的玉米杂交种授粉者混种,生产高产优质商品玉米。这种生产模式不仅充分利用了细胞质雄性不育对籽粒的增产效应,避免了种植单一单交种引起籽粒的衰退作用,而且利用了单交种再杂交引起杂种优势而获得的增产效应。父本杂交种的高油含量和其他显性、半显性基因作用的经济性状,通过花粉直感效应在母本单交种籽粒上表现出来。使其含油量提高,品质改进。最终使生产的商品玉米不仅比原单交种更高产,而且又使其由普通玉米变成了高油玉米或其他优质玉米。

说明书

本发明属于杂种优势利用领域，具体地说，它是利用三种遗传效应生产商品玉米技术。

在世界商品玉米生产中，曾经推广过双交种(自交系A×自交系B)×(自交系C×自交系D)、三交种(自交系A×自交系B)×自交系C和综合种(多个自交系或杂交种杂交而成)。但从60年代以后主要推广的是单交种(自交系A×自交系B)。常规玉米是如此，特用玉米包括高赖氨酸玉米、甜玉米、高支链淀粉玉米和糯玉米等也是如此。在高油玉米生产中，虽然也推广单交种，但这种杂交种常常是由一个普通玉米自交系(低油系)和一个高油玉米自交系杂交而来。近年来，美国曾利用常规玉米高油酸突变系或机械去雄，或化学去雄，或本身为遗传雄性不育，并以其作母本，与具有高油含量、高油酸含量或者既是高油含量又是高油酸含量的父本玉米杂交，使母本所结籽粒具有2％至7.5％的含油量，而油中有大约55％的油酸含量。这种玉米的油用于食用油或动物饲料，具有抗氧化作用的稳定性。但并未提及单交种再杂交的杂种优势。对于细胞质雄性不育，也只是当作与机械去雄或化学去雄一样的一种促进杂交手段，并未提及细胞质雄性不育对商品玉米的增产作用。父本的油酸含量与母本的油酸含量一样，其作用是维持玉米油的抗氧化稳定性，并未说明玉米的许多数量性状，如蛋白质含量、油分含量等的花粉直感作用可用于商品玉米的品质改良。

当前商品玉米生产沿袭的单交种种植模式，仅仅利用了两个亲本自交系杂交F₁代引起植株的杂种优势，并未避免F₁株因自交而引起的籽粒减产，也没有利用两个单交种再杂交而引起籽粒的杂种优势效应。细胞质雄花不育对商品玉米的增产效应也未能加以利用，更没有利用因花粉直感效应对商品玉米品质的巨大改进作用。

本发明的目的在于提供一套技术，使商品玉米生产在不改变原来玉米单交种对F₁代植株杂种优势利用的基础上，也能把F₁代再杂交(即单交种A×单交种B)而引起的籽粒杂种优势也利用起来，把细胞质雄性不育引起的对籽粒的增产作用也利用起来，同时把花粉直感效应引起的对蛋白质、油分脂肪)的提高作用以及对品质的改进作用也利用起来，使商品玉米生产比单纯种植单交种产量上更加提高，含油量大幅提高，品质大大改善，从而实现高产和优质的双重效果。

以下叙述本发明的主要内容：

一种商品玉米生产技术，利用了细胞质雄性不育性对商品玉米籽粒的增产作用，单交种再杂交引起杂种优势对籽粒的增产作用和玉米花粉直感效应对商品玉米籽粒的品质改进作用。

本发明所述的细胞质雄花不育包括T型细胞质雄花不育，C型细胞质雄花不育和S型细胞质雄花不育。

本发明所述的单交种再杂交包括任一类型的细胞质雄性不育单交种和与其缺少亲缘关系的另一个杂交种进行杂交，这一杂交种为不育杂交种提供花粉，称为授粉者。授粉者与不育单交种杂交，除引起受粉籽粒的杂种优势之外，还带有引起受粉籽粒花粉直感效应的重要数量性状或质量性状。

本发明所述的具有花粉直感效应的数量性状是指大的玉米籽粒、籽粒中高的油分(脂肪)含量、高的蛋白质含量以及具有半显性或累加性遗传效应的品质性状如高赖氨酸含量、高蛋氨酸含量。

本发明所述大的玉米籽粒是指粒重大于350毫克的籽粒，高的油分含量是指籽粒含油量在6％以上，高的蛋白质含量是指籽粒蛋白质含量在12％以上，高赖氨酸含量是指籽粒赖氨酸含量在0.26％以上，高蛋氨酸含量是指籽粒蛋氨酸含量在0.20％以上。

本发明所指的具有花粉直感效应的质量性状包括由主效显性基因控制的玉米籽粒有色糊粉层性状和淀粉层性状。控制有色糊粉层性状的主效显性基因有A1、A2、C1、C2、Bz1、Bz2、R1和Pr。控制淀粉层的主效显性基因有Y、Wx、O2、Ae、Sh、Su、Bt。

本发明可用下述方法在农业生产上推广应用：以雄花不育单交种玉米种子与授粉者玉米种子以4-9∶1的比例混和，用作商品种子。

本发明所述的授粉者玉米种子指的是单交种、三交种、双交种或综合杂交种玉米种子。

由雄花不育单交种与授粉者杂交所结籽粒或由授粉者杂交种互交所结籽粒都属于本项技术生产的商品玉米籽粒。这种籽粒只能作为粮食、饲料或工业原料，不能再作种子用。

以下叙述本发明的详细内容：

本发明内容之一是把玉米细胞质雄性不育单交种应用于商品玉米生产中，使生产上应用的单交种实现细胞质雄性不育化。不育化的单交种在本发明中具有双重作用：一是这种不育化单交种由于自身丧失了形成花粉能力，因而可以降低玉米的顶端优势，促进雌穗发育，同时用作生产花粉的营养物质，可以向籽粒转移，因而和花粉正常的同型单交种相比，具有更大的增产潜力。二是不育单交种不可能进行自交或近亲交配，因而完全避免了种植正常单交种因近亲交配产生F₂引起籽粒的衰退作用。这种衰退作用不仅导致籽粒整齐度下降，降低粒重和籽粒产量，也影响到其抗病性和诸多经济性状。本发明内容之二是把具有正常散粉能力的杂交种作为授粉者以一定比例与不育单交种混种。授粉者的散粉期要和不育单交种的抽丝期相一致，与不育单交种之间有较大的遗传差异，或有较强的遗传互补性，从而引起杂种优势，促进不育单交种籽粒产量的提高。受粉者还要具有强花粉直感效应的经济性状，如高油分含量(含油量在6％以上)、高蛋白质含量(蛋白质含量在12％以上)或某些具有累加性遗传效应的数量性状，或者带有由主基因控制的显性质量性状如有色糊粉层和黄色淀粉层。授粉者的这些性状通过花粉直感效应，可在不育单交种的籽粒上表现出来。

实现上述内容的操作程序是，在播种之前，把细胞质不育普通玉米单交种种子和用作授粉者的具有高油含量(6％至20％含油量)或其它优质性状的杂交种种子以一定比率混合。混合种子播种在田间，不育株上所结籽粒，就是本发明要实现的高产高油和优质玉米，占收获量的80％以上。授粉者株上所结籽粒，是授粉者杂交种近亲交配种子，占收获总量的20％以下，二者混收，即本项技术所得到的全部商品玉米。

本发明的积极效果在于：

1、在利用单交种F₁植株杂种优势基础上，使单交种再进行一次杂交，因而避免了仅仅种植单交种引起的自交衰退作用，获得了新的杂种优势，可使籽粒产量增加5～6％。

2、玉米单交种细胞质不育性应用于商品玉米生产，减少了顶端优势，促进雌穗发育。加上不育花粉引起的营养转移，增加了大约5％籽粒的增产潜力。

3、把玉米的数量性状和质量性的花粉直感作用应用于商品玉米生产，可以大幅度提高商品玉米的油分含量，蛋白质含量和其他重要氨基酸含量，使其变成了高油玉米、高蛋白玉米或综合优质玉米，也可以改变商品玉米的色泽和外观，从而提高了商品玉米的营养价值和商品价值。

4、简化了玉米育种程序。因为玉米育种家只需培育单交种亲本的不育系和保持系，不再需要培育恢复系。

5、有利于种子公司实现不育化制种，节省去雄劳动力，提高杂交种纯度。

6、适用于任何玉米杂交种，不受时间和空间限制，不受品种更新换代限制。任何杂交种采用本发明模式，都会变得更高产更优质。

以下结合实施例详细叙述本发明的内容：

1、高产高油商品玉米生产

把当前推广的高产常规玉米杂交种(例如含油量为4％)按本领域技术人员熟知的方法实现细胞质雄性不育化。以其雄性不育种子和特定的与其生育期相当的高油玉米杂交种(例如含油量为14％)种子以5∶1混合播种。从不育单交种上收获的商品玉米不仅产量高于花粉可育的同型单交种，而且由于控制玉米含油量基因的花粉直感作用，其含油量也大大提高，变成了高油玉米(含油量大约为7.5％)。

2、高产紫甜商品玉米生产

把雄花不育的白甜或黄甜玉米单交种子按6∶1比例的混以紫甜玉米杂交种子，播种于商品玉米生产地。从不育株收获的甜玉米，不仅比白甜或黄甜单交种更高产，而且由于紫色基因的花粉直感作用，全部变成了紫甜玉米。

3、高产黄糯商品玉米生产

把雄花不育的白糯玉米杂交种种子，按8∶1的比例混以黄糯玉米杂交种种子进行播种。由于黄胚乳基因的花粉直感作用，从不育白糯玉米植株上收获的玉米子粒，全部为更高产的黄糯玉米。

4、综合高产优质商品玉米生产

把当代最高产的普通玉米不育单交种种子，以9∶1比例混合一种高油玉米杂交种作为授粉者，这种高油玉米同时也带有具有花粉直感效应的高贮藏蛋白基因，高赖氨酸基因和高蛋氨酸基因。把混合种子进行播种，从不育植株上收获的商品玉米籽粒，既是高产的，又是高油的，高蛋白的，高赖氨酸的和高蛋氨酸的，因而是综合优质的。