玉米育种 - 玉米育种

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1、异花授粉作物的花器构造与传粉特点,一 花器构造异花授粉作物在花器形态上大致有以下几种：（一） 雄雄异株（二） 雌雄同株异花 (1、2)（三） 雌雄同花但异熟 （四） 花蕊异型 （五） 自交不亲和,玉米雄花花器构造,返回,玉米雌花花器构造,返回,二 传粉特点异花授粉作物的传粉主要有两条途径：一是靠风传粉， 一是靠昆虫传粉。在异花授粉作物中，以雌雄异株的自然异交率为最高，达 100%，玉米的自然异交率在96% 左右。总的说来，这类作物的自然异交率在50-100%之间。,返回,三异花授粉作物的遗传与育种特点,（一） 遗传特点 异花授粉作物的开放授粉品种群体是一种异质性群体 从开放授粉品种群体中选出的

2、优良单株其后代要发生性状分离 自交发生衰退，杂交产生优势 （二） 育种特点在开放授粉品种群体中挑选优良个体以改良群体，其效果有限 选育自交系，组配自交系间杂交种 在良种繁育时，要严格防杂保纯,返回,玉 米 育 种,一 玉米生产和育种概况美国是世界玉米生产大国 , 其总产占世界玉米总产的 40%以上。我国是仅次于美国的玉米生产大国,年种植玉米3亿亩左右,是仅次于水稻,小麦的第三大粮食作物.我国玉米育种发展大致经过了六个阶段：即农家品种、品种间杂交种、顶交种、双交种、三交种、单交种。除选育高产、优质、多抗品种外，还重视特殊品质杂交种的选育。,（一）我国玉米分布、区划我国玉米划分为 6 个自然区域（

3、见图）1 、北方春播玉米区2、黄淮海平原套复夏播玉米区 3、西南山地套种玉米区 4、南方丘陵玉米区 5、西北灌溉玉米区 6、青藏高原玉米区,二 我国玉米分布、区划与育种目标,中国玉米的分区及命名,返回,玉米育种总的策略为：大幅度提高产量，同时改进籽粒品质，增强抗性，以充分发挥玉米在食用、饲用和加工等方面多用途特点，为国内市场提供新型营养食品。具体可分为两类：一类是高产、优质、多抗、普通玉米杂交种的选育。另一类是特殊品质杂交种的选育。如高赖氨酸玉米，高油玉米杂交种，超甜玉米 ，青贮青饲玉米，爆裂玉米、糯玉米。,(二) 玉米育种目标,（一）、农艺性状的遗传玉米产量是数量遗传性状，各产量因素也都是数

4、量遗传性状 。产量因素包括：1、果穗长度 2、穗粒行数 3、粒重 4、单株果穗数 （二）、籽粒性状的遗传1、籽粒类型的遗传 玉米籽粒根据其形状、胚乳的质地可分为不同的类型。它们大多呈简单遗传，由一对或两对基因控制。除普通玉米即马齿型或硬粒型呈显性遗传外，其他类型均为隐性遗传。 （1）、糯质玉米 （2）、甜质玉米 （3）、粉质玉米,三玉米主要性状的遗传,玉米籽粒的色泽受果皮、糊粉层和淀粉层等三个部分的影响。糊粉层，淀粉层（胚乳）均有花粉直感现象，但必须是父本为显性性状时才能表现出来，若父本为隐性则不能表现。如黄胚乳白胚乳的Fl代产生的果穗上即可分离出黄白粒来。 3、籽粒其他品质性状的遗传 （1）

5、含油量与脂肪酸组成： 油脂主要存于种胚，而胚乳中含量较少。（2）玉米油质量: 玉米油质量取决于各类脂肪酸的相对比例,而各类脂肪酸的含量同样受遗传的控制。对于软脂酸、油酸和亚油酸，加性基因效应起着最重要的作用。各种脂肪酸的含量除了受到多基因体系的控制外，同时还与某些主效基因的作用有关。,2、籽粒色泽的遗传,（三） 植株性状的遗传,玉米的营养器官在形态上存在着广泛的变异，这些变异除了由微效多基因体系控制以外，还标定了70多个基因位点。玉米植株性别发育也明显受若干基因的支配。 （四）抗病性的遗传80年代以来，大斑病、丝黑穗病和茎腐病成为我国春玉米产区的主要病害，而小斑病、 茎腐病和矮化花叶病则成为夏

6、玉米产区的主要病害。其它病害如纹枯病等均有所发展。,小斑病菌的生理小种已确定的有2个即O小种与T小种。玉米对O小种的抗病性主要表现为多基因控制的水平抗性，在抗性遗传中， 基因的加性效应是主要的，显性效应也显著，广义遗传率较高，垂直抗性也存在。 玉米对T小种的抗病性为水平抗性，属数量遗传性状，而细胞质抗病性是针对某个生理小种的，易为新生理小种产生而导致抗病性的丧失，也表现出垂直抗性。,1、对小斑病的抗性遗传,2、对大斑病的抗性遗传,玉米大斑病是世界普遍发生的一种病害,在我国主要分布于北方春玉米区和南方玉米产区的冷凉地区,是玉米主产区最重要的病害之一。大斑病主要危害叶片，也可危害叶鞘与外层苞叶，但

7、不危害果穗，植株通常自基部叶片开始发病，在适宜的发病条件下，向上扩展， 严重时病斑遍及全株，导致植株成熟前死亡。在中等感染时，植株还易遭茎腐病菌的侵染， 造成复合损失。大斑病菌的生理小种有1、2、3、4号4个生理小种，玉米对大斑病的抗性遗传有两种类型，一是主基因抗性，另一是多基因抗性。主基因抗性有两类，一为褪绿斑反应抗性 , 一为无斑反应抗性。,四 玉米种质资源的研究与利用,（一）、玉米的分类 玉米族属的亲缘关系 根据植物学分类，玉米属于禾本科玉米族，玉米族中包含7个属。起源于亚洲的有5个属。起源于美洲的有2个属，即玉米属和摩擦禾属。在玉米属中包括5个，即Z.mexicana（2n=2），ZP

8、er ennis(2n=40)，Z.luxurians (2n=20),Z.diploperennis (2n=20) 和 栽培玉米种 Zea mays L.(2n=20)。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。摩擦禾属中包括7个种，其体细胞分别具有18对或36 对染色体。它们也能与栽培玉米进行杂交，但比较困难。,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，可将栽培玉米种分为9个亚种或类型。即：有稃型 、爆裂型 、粉质型 、甜质型 、甜粉型 、马齿型 、硬粒型 、糯质型 、半马齿型 。, 栽培玉米种的分类,我国 80 年代玉米生产上主要利用的骨干

9、自交系有自 330 、获白、M017 和黄早4。育成的自交系的种质来源，约有一半是来自于美国，如：M017、C103、B37、B73、B84等；另一半为国内选系， 如黄早4、获白、自330 、二南 24 等。但从系谱分析，大部分可追溯到美国的Lancaster 与 Reid Yellow Dent 种质。其它自交系则主要来自于我国的旅大红骨、金皇后、唐山四平头、获嘉白马牙四大种源。因此，我国的玉米种质的遗传基础也是较狭窄的。,（二）、 玉米育种的种质基础研究, 拓宽种质资源培育自交系 我国应用百万亩以上的杂交种，主要由国内系国外系和国内系国内系两类组成，就种植面积来看，由一个国内系和一个国外系

10、组成的杂交种增加幅度大，从组配杂交种的方式来看，以国内系和国外系的组配方式为佳。这说明利用地理和种质基础远缘的材料与国内系组配，易于获得优势强的杂交种。 开拓玉米种质的途径 玉米在自然进化过程中形成了一个栽培种，利用近缘属、种的种质虽有一定的困难，但从开拓种质工作来看，仍须继续开发，尤以在 Teosinte （类玉米）和 Trip sacum 属中,要把有利基因引入玉米的种质。其次，要加强种质基础研究工作采用近代遗传学的手段，在分子水平上阐明近缘血缘关系，探讨玉米神质的遗传挎性，以利育种应用。第三，发掘各类种质资源，引入国外新的种质，以拓宽种质基础。第四，加强群体改良的研究工作，应在战略的高度

11、上重视改良群体的重要意义，把长远目标与当前任务很好地结合，使玉米的种质资源不断拓宽，推出一批又一批的高产、优质、抗性良好的新组合。第五，建立自交系的发放制度，以电脑档案定期向有关育种单位通报，避免育种工作的盲目性。,（三）、 玉米种质资源的利用,五玉米主要目标性状育种,（一）、高产育种1. 单株穗数有单穗、双穗和多穗几种类型。生产上主要是单大穗类型的杂交种，极少数属双穗类型。今后育种应由单株大穗类型转向以选育单株双穗中大穗类型的杂交种为主。2.行粒数、粒重行粒数取决于穗长，要增加行粒数，必须提高果穗的长度。玉米籽粒过小或过大都不利于高产。,目前高产育种中，一般要求杂交种的穗长达 15cm 以

12、上，穗粒行数 14-18 行，千粒重为 250-350g 之间。 3.株型 紧凑型玉米叶片上冲,叶片匹配合理,受光效率高,对 C02 的同化强度大。适宜密植。通过育种手段，培育紧凑型玉米杂交种是近年来培育高产杂交种的主要途径之一。但株型涉及到叶夹角的大小、叶长、叶宽、叶片数、株高、穗位高、雄花序大小等性状，这些性状都是数量遗传性状，受多基因控制，,1. 高赖氨酸玉米的育种(1)、产量与含水量: 高赖氨酸玉米一般产量低，子粒含水量高(2)、育种技术: 由于高赖氨酸玉米受隐性单基因控制，种质材料贫乏，难以获得高配合力的组合，因此应通过群体改良，不断拓宽种质基础。,（二） 品质育种,特 用 玉 米

13、育 种,玉米油育种,玉米碳水化合物育种,蛋白质玉米育种,其他特用玉米育种,高油玉米育种,优质玉米油育种,甜玉米育种,直链淀粉玉米育种,支链淀粉玉米育种,高蛋白质玉米育种,优质蛋白质玉米育种,青饲玉米育种,爆裂玉米育种,Pod corn - Z. tunicata Sturt.,Popcorn - Z. everata Sturt.,Flint maize - Z. indurata Sturt.,Dent maize - Z. indentata Sturt.,Sweet corn - Z. saccharata Sturt. (syn. rugosa Bonof.),Waxy maize -

14、 Z. ceritina Kulesh.,甜玉米主要是普通甜玉米和超甜玉米，前者用以作制罐原料，后者多以作鲜穗食用。选育甜玉米自交系方法:(1).直接引入国外、国内优良甜玉米自交系，经观察选用优系；(2).用国外、国内甜玉米杂种自交分离选系或回交选系，组成综合群体再行选系；(3).人工诱导新突变基因等方法。,2. 甜玉米育种,(1)普通甜玉米以su1为基础。在乳熟期，纯合su的还原糖和蔗糖含量增加，尤其是水溶性多糖（water soluble polysaccharide）增多，使支链淀粉变为水溶多糖。,优点：带糯性，适口性好，果皮柔嫩，适于加工 缺点： 18天含量达高峰、28天后只有18天的

15、1/2，与普通玉米上相差无几，收获期严格； 收获后，糖分内淀粉转化太快，收后24小时，糖分降低50%。,(2)超甜玉米以sh2和以bt1，bt2为基础。sh2突变体子粒的含糖量是普通玉米的10倍，其作用是在胚乳发育过程中阻止蔗糖向合成淀粉底物的转化，故使胚乳中蔗糖含量增加，淀粉减小。能较长期地保持高糖分水平。,优点：糖分含量高，为普通甜玉米的2-3倍采收后糖分向淀粉的转化慢， 货架寿命长 对采收期要求不严 缺点：几乎没有WSP，口味欠佳贮藏淀粉少，果皮厚种子发芽率低和苗期长势弱,3. 高油玉米育种,含油量在6以上，为常规玉米的一倍多，而亩产可达常规玉米水平的玉米品种。,高油玉米特点,在玉米油中

16、，油酸和亚油酸含量较高，营养价值高； 容易酸败的不饱和脂肪酸不存在，不易氧化变质； 玉米有的类脂质物质，特别是维生素E的含量较高（90250mg/g），具有防止衰老，延年益寿的作用； “健康食用油”,高油玉米不仅比传统玉米含油量大大提高，而且蛋白质、赖氨酸、维生素A、维生素E等含量也大大高于普通玉米，是一种优质高能的粮食、饲料和工业原料。在美国，人们称高油玉米为“增值玉米“。,高油玉米深加工的重要产品玉米高果糖浆，是一种高品质、富营养、低热值、不增加血糖浓度的增甜剂。高油玉米又是生产高品质玉米淀粉及深加工产品L乳酸、全降解塑料、酶制剂等的优质原料。,表 高油玉米与普通玉米组成成分比较,资料引自Han and Parson, 1987,表10-3 高油玉米与普通玉米氨基酸（%）比较,资料来源：美国饲料谷物委员会96/97VEC品质报告,中国农大已拥有独具知识产权的“超高产”高油玉米生产专利的新技术。 提出了利用3种遗传效应(杂种优势效应、细胞质雄性不育增产效应和油分基因花粉直感效应)实现了“超高产高油商品玉米生产”的新模式。 应用三利用模式，可使产量比原单交种增产35%，含油量提高1.33.0%，其品质性状亦得到改善。,