第三节玉米种质资源的研究与利用

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1、作物遗传育种教研室 姜海鹰,作物育种学各论 玉米育种,沈阳农业大学,玉米育种学,2,沈阳农业大学,玉米育种学,课程简介和要求,玉 米 育 种 第一节 国内外玉米生产和育种概况 第二节 玉米育种目标及主要性状遗传 第三节 玉米种质资源的研究与利用 第四节 玉米育种的途径和方法 第五节 玉米遗传育种研究的动向与展望,沈阳农业大学,玉米育种学,3,沈阳农业大学,玉米育种学,玉米的植物学起源和分类 种质资源研究与利用 美国的玉米种质资源 我国的玉米种质资源 玉米的杂种优势群和杂种优势模式 拓宽玉米种质资源的途径,第三节 玉米种质资源的研究与利用,沈阳农业大学,玉米育种学,4,沈阳农业大学,玉米育种学,

2、一、玉米的分类和起源 1、玉米的分类： 玉米属于禾本科玉米族（玉蜀黍族）共7个属，其中玉米属（玉蜀黍属）包括栽培玉米在内共5个种。栽培玉米种与其它4个种可自然杂交，栽培玉米与另一个属摩擦禾属中的7个种（2n18或36）也可杂交但比较困难。,第三节 玉米种质资源的研究与利用,沈阳农业大学,玉米育种学,5,沈阳农业大学,玉米育种学,玉米的近缘亲属,植物学分类概况 玉米属于禾本科(Gramineae)玉米族的玉米属,沈阳农业大学,玉米育种学,6,沈阳农业大学,玉米育种学,一、玉米的分类和起源 1、玉米的分类： 薏苡属（起源于亚洲） 三裂颖禾属（起源于亚洲） 流苏果属（起源于亚洲） 多裔草属（起源于亚

3、洲） 硬颖草属（起源于亚洲） 摩擦禾属（起源于美洲） 玉米属（起源于美洲） 包括5个种,第三节 玉米种质资源的研究与利用,沈阳农业大学,玉米育种学,7,沈阳农业大学,玉米育种学,一、玉米的分类和起源 1、玉米的分类： 玉米属（起源于美洲） 包括5个种 栽培玉米 、墨西哥野生玉米和小颖玉米、繁茂玉米、多年生玉米、二倍体多年生玉米。 栽培玉米种与其它 4 个种能进行自然杂交，但雌花序具有截然不同的形态。,第三节 玉米种质资源的研究与利用,沈阳农业大学,玉米育种学,8,沈阳农业大学,玉米育种学,玉米属(Zea mays L.) 玉米最近的近缘种是大刍草,杂交亲和, 2n=20 二者重叠分布区域，发生

4、天然杂交，通过渐渗作用 在各自的类型中发现对方类似的某些特性个体 大刍草顶端着生雄性花絮, 叶腋着生混合花絮 早期的分类中,大刍草称为类玉米 1967年,Wilkes将玉米分类 玉米属 栽培玉米种 2n=20 类玉米亚属 墨西哥玉米种 2n=20 多年生玉米种 2n=40 1979年,Iltis发现多年生大刍草 2n=20,第三节 玉米种质资源的研究与利用,沈阳农业大学,玉米育种学,9,玉米属,玉米亚属 (玉米种) Zea,栽培玉米亚种 ssp. mays,墨西哥玉米亚种 ssp. mexicana,小颖玉米亚种 ssp. parviglumis,繁茂亚属 Luxuriantes,繁茂玉米种

5、Zea luxuriantes,多年生玉米种(2n=40) Zea perennis,二倍体多年生玉米种 Zea diploperennis,小颖变种,huehuetenangenesis变种,大刍草,玉米的系统分类 1980年Iltis和Doebley提出了新的分类系统,一年生 大刍草,分蘖多,多年生 大刍草,此分类系统受细胞学、分子遗传学及生物化学 的证据支持，是比较合理的分类,沈阳农业大学,玉米育种学,10,沈阳农业大学,玉米育种学,第三节 玉米种质资源的研究与利用,2、 现代栽培玉米的起源 玉米起源于中南美洲。当地印第安人栽培玉米的历史，可追溯到七千年以前。哥伦布第二次从美洲返回时，把

6、玉米带到西班牙，然后逐渐传到世界各地。 我国最早关于玉米的记载，始见于公元1511 年编撰的颖州志。 关于现代栽培玉米的起源，曾提出过有稃玉米、共同祖先、三成分、野生玉米与多年生大刍草杂种、大刍草等多种假说。,沈阳农业大学,玉米育种学,11,沈阳农业大学,玉米育种学,3、栽培玉米种的分类 在现代栽培玉米中，通过长期的进化和选择，形成了硬粒、马齿、糯质、甜质、粉质、甜粉、爆裂和有稃8个亚种或类型（依据玉米籽粒形状、胚乳淀粉的含量与品质，籽粒有无稃壳等性状） 。,第三节 玉米种质资源的研究与利用,沈阳农业大学,玉米育种学,12,沈阳农业大学,玉米育种学,九种玉米类型及其特点,沈阳农业大学,玉米育种

7、学,13,沈阳农业大学,玉米育种学,二、种质资源研究与利用 种质资源是品种选育的物质基础。 玉米是经长期人工选择高度驯化的作物，没有人工收获播种则难以繁殖继代。 随着自交系间杂交种的推广普及，农民不再保留自由授粉品种。所以，与其它一些作物相比，可供新品种培育选择利用的种质资源相对贫乏，大部分种质资源还没来得及利用就消失了，严重限制了玉米育种水平进一步提高。 有关种质资源的收集、保存、研究与利用，是玉米育种的重要基础工作。,第三节 玉米种质资源的研究与利用,沈阳农业大学,玉米育种学,14,沈阳农业大学,玉米育种学,（一）玉米种质资源的类型 1、地方品种 2、自交系间杂交种 3、热带亚热带种质 4

8、、野生资源,第三节 玉米种质资源的研究与利用,沈阳农业大学,玉米育种学,15,沈阳农业大学,玉米育种学,1、地方品种 玉米在复杂多样的自然环境和生产条件下，经过栽培驯化和人工选择，形成了丰富的地方品种。特别是毗邻玉米起源地的美国各研究单位收集和整理的地方品种，常包括一些珍贵的基因资源。 我国地方品种对我国各地的生态和生产条件具有良好的适应性，是我国玉米育种的重要种质资源。我国生产上常用的自交系，许多都是从我国地方品种中选育出来的，比如塘四平头、获白、旅九宽、汶黄、黄早四等。,第三节 玉米种质资源的研究与利用,沈阳农业大学,玉米育种学,16,沈阳农业大学,玉米育种学,2 、自交系间杂交种 已经育

9、成的自交系间杂交种，集中了较多的优良基因，以此作为原始材料，分离、选择，比较容易获得综合性状良好的高配合力自交系。 国内外的育种实践证明，从自交系间杂交种中选育新自交系，是一条有效而便捷的途径。 但是，若只利用现有自交系及其杂交种，忽视遗传基础更广泛的种质资源的利用，势必造成遗传基础越来越窄的局面，给生产带来潜在危险，而且品种性状也很难继续获得较大幅度改进。,第三节 玉米种质资源的研究与利用,沈阳农业大学,玉米育种学,17,沈阳农业大学,玉米育种学,3、热带亚热带种质 玉米起源于墨西哥、秘鲁、危地马拉等拉丁美洲的热带和亚热带地区。复杂的自然条件形成多样性的玉米种质。来自热带和亚热带的外来种质是

10、玉米育种的重要材料。 70年代后期以来，中南美洲、非洲低纬度地区和西亚以及东南亚等热带和亚热带地区的玉米种质，在温带玉米育种中的重要作用，引起了育种者的普遍重视。,第三节 玉米种质资源的研究与利用,沈阳农业大学,玉米育种学,18,沈阳农业大学,玉米育种学,3、热带亚热带种质 热带种质具有根系发达、茎秆强韧、生长旺盛、抗病、抗虫、抗倒、耐旱等优点。因为种质隔离，与温带种质组配常表现较强的杂种优势。但是，热带玉米种质对温带温光敏感，气生根层次过多、黑粉病重、生长期长，并且经济系数较低，需要有计划定向改良提高。 热带种质光敏感性较强，引入温带地区种植，因日照增长，植株变高大，雌雄不协调，甚至不能正常

11、开花结实。这是热带种质利用的最大困难。,第三节 玉米种质资源的研究与利用,沈阳农业大学,玉米育种学,19,沈阳农业大学,玉米育种学,4、野生资源 玉米属的5个野生种和亚种，以及玉米族的另外6个野生属，具有抗病、抗虫、抗倒、耐瘠、耐旱等一些特殊的适应性，而且还有许多未知的基因类型，是玉米育种的重要种质资源，可以通过远缘杂交等途径研究利用。 但是，玉米与摩擦禾属的杂交比较困难，与起源于亚洲的野生属则更难杂交成功，与同属的野生种虽然比较容易杂交，但是杂交后代分离大，野生种的有益基因常与一些不良野生性状基因连锁，远缘杂交后代的分离选择比较困难，还有待进一步加强研究。,第三节 玉米种质资源的研究与利用,

12、沈阳农业大学,玉米育种学,20,沈阳农业大学,玉米育种学,（二）玉米育种的种质基础 美国玉米品种的种质主要来源于几个群体品种。北方硬粒型玉米Lancaster，南方马齿型玉米Reid Yellow Dent以及由这两品种杂交产生的一些衍生马齿型品种，80年代美国生产上应用的80的杂交种都含有Reid Yellow Dent种质血缘（39.2）和Lancaster种质血缘（42.4），其他种质血缘仅占18.4。,第三节 玉米种质资源的研究与利用,沈阳农业大学,玉米育种学,21,沈阳农业大学,玉米育种学,（二）玉米育种的种质基础 1970年代，美国开始意识到使用多样性的玉米种质，陆续对加勒比海复合

13、种Antigua、泰国Suwan 1、墨西哥群体Tuxpeno等进行了适应性混合选择。改良后的群体再导入温带玉米种质中去。如美国先锋公司的含有外来种质的玉米杂交种87001、78599等在生产上表现突出，在我国试种均表现茎叶青绿，保绿度好，活秆成熟，秆强不倒，抗叶斑病和茎腐病，明显优于美国玉米带种质和我国常规种质选育的杂交种，己在我国玉米育种中广泛应用。,第三节 玉米种质资源的研究与利用,沈阳农业大学,玉米育种学,22,沈阳农业大学,玉米育种学,三、玉米种质资源的研究和利用,三、美国玉米种质资源的研究与利用 美国用于杂交玉米的种质来源可归为四个大群： Reid yellow Dent种质以及相

14、近种质（包括BSSS） Lancaster种质及其相近种质。 Iodent种质及其近似种质。 其它种质包括拉丁美洲、非洲、东南亚热带和亚热带种质的外来种质，约占13。,第三节 玉米种质资源的研究与利用,沈阳农业大学,玉米育种学,23,沈阳农业大学,玉米育种学,三、玉米种质资源的研究和利用,三、美国玉米种质资源的研究与利用 上述四类种质中，ReidLancaster种质是优异的杂种优势模式，从1930年代一直到1980s，仍然是利用玉米杂种优势的主要种质基础。但近年来形势已经发生了很大的变化，尤其是Iodent种质的应用比例大幅度提高。 总之，美国玉米的杂种优势模式基本上可以概括为Reidnon

15、-Reid or SSSnon-SSS Reid SSS non-Reid non-SSS,第三节 玉米种质资源的研究与利用,沈阳农业大学,玉米育种学,24,沈阳农业大学,玉米育种学,美国玉米杂交种遗传背景,其他 19%,蓝卡斯特 4%,黎明 4%,西北 马齿 5%,林氏长穗 8%,明尼苏达13 13%,瑞德 47%,A Forrest Troyer, 2000,第三节 玉米种质资源的研究与利用,沈阳农业大学,玉米育种学,25,沈阳农业大学,玉米育种学,先锋杂交种原始种质基因型贡献的百分比,Founder 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 Krug

16、 10 22.92 12.5 4.46 3.82 3.01 3.44 2.71 Clarage 0 0 0 1.33 2.48 2.38 2.46 2.21 Lancaster 5 11.46 7.81 2.13 10.78 3.45 4.31 3.45 Leaming 5 0 0 3.98 7.67 10.91 10.30 8.61 Lindstrom 0 0 1.04 5.14 4.09 2.3 1.94 3.61 Midland 0 0.26 12.50 15.18 0.78 5.01 3.24 2.55 Min 13 0 0 3.25 5.36 3.89 6.79 4.31 6.54 Reid YD 40 51.82 45.97 25.45 31.18 23.77 24.61 22.36 Iodent 10 5.21 4.95 17.44 17.41 23.1 17.88 26.00 Other 3