一種解決彩色鮮食玉米籽粒色差問題的育種方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于植物育種技術(shù)領(lǐng)域，特別是用于彩色糯玉米、甜玉米等鮮食玉米籽粒顏色的選育技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]在彩色鮮食玉米育種中，鮮穗采收期的籽粒顏色及均勻度與成熟期不一致或彩色比例與理論值偏差大，一直是彩色鮮食玉米育種中未能解決的技術(shù)難題。以紅糯玉米(粉紅)單交種為例，F(xiàn)1代雖然在成熟期籽粒顏色呈均勻一致的紅色，但在鮮穗采收期即灌漿期，同一個果穗上的不同籽粒之間顏色并不一致，表現(xiàn)出粉紅、淡粉、紅暈、少量紅斑，甚至有不顯色的籽粒。再如，以紅糯(粉紅)與白糯玉米配制的單交種中，在F1代鮮穗采收期，籽粒顏色并不能表現(xiàn)紅色與白色的3:1分離，紅色粒往往少于1/4而白色粒比例增加。同樣，在黑糯玉米(blue corn)和糊粉層型紫糯玉米上，此類問題也普遍存在。長期以來，雖然育種工作者做了大量研究試圖以育種手段解決，但均未奏效。
[0003]玉米是一種籽粒顏色十分豐富的物種，有白色、黃色、紅色、黑色(藍(lán)色)、紫色、咖啡色、花色條紋等，并有由淡黃到橙黃，淺紅到紫紅，淺灰到黑等不同程度的過渡顏色。在育種實(shí)踐中，即使是在一個純合的自交系果穗上，也經(jīng)常會出現(xiàn)某種顏色在深淺程度上不一致的現(xiàn)象，特別是在具有多種顏色的彩色玉米品種上，在各顏色內(nèi)其深淺程度也不一致。這些問題主要有以下表現(xiàn):
1.胚乳顏色深淺不一
在黃粒品種上，無論是成熟期還是鮮穗采收期，存在粒色深淺不一的現(xiàn)象，甚至有接近白色的籽粒。如墾粘1號黃糯玉米，在成熟期和乳熟期，均表現(xiàn)出從乳白到金黃的不同深淺程度。同樣，在白粒品種上，也常有一些籽粒帶有不同程度的黃色即乳白籽粒。這些都影響到玉米鮮穗的商業(yè)品質(zhì)，特別是會導(dǎo)致罐頭加工時白色玉米顏色的褐變。
[0004]2.鮮食期粒色深淺不一
有些彩色玉米單交種及自交系的粒色，同一穗上的不同粒之間，盡管成熟時均勻一致，但在鮮食期則表現(xiàn)出較大的顏色差異和深淺程度差異，有的甚至不能表現(xiàn)出全部籽粒都有色。例如，紅糯玉米單交種會出現(xiàn)從粉紅、淺粉紅、粉紅暈直至白色的深淺差異，且白色和接近白色的籽粒比例較大；在一些黑糯玉米單交種中，會出現(xiàn)從藍(lán)黑到淺色藍(lán)暈的差異。在這些純紅、純黑、純紫的糊粉層型彩色鮮食玉米上育種，對采收期的籽粒顏色還不能實(shí)現(xiàn)育種設(shè)計，因此育成的品種在鮮食期顏色五花八門，密不可測。
[0005]3.雜花型彩色玉米，F(xiàn)1代籽粒顏色達(dá)不到理論值
如黑糯X白糯、紅糯X白糯、紫糯(糊粉層型)X白糯等，F(xiàn)1代鮮食期的籽粒顏色與成熟期差距大，顏色比例與理論值不一致。
[0006]這些問題在飼料玉米上一般并無大礙。然而，在鮮食玉米上則是一個較大問題。上述問題，究其根源是由于控制籽粒顏色基因的劑量不同所致。這些顏色，有的屬于胚乳顏色，有的則屬于糊粉層顏色，而有的是胚乳、糊粉層和果皮顏色共同作用的結(jié)果。這些顏色在形成過程中隨著灌漿程度的推進(jìn)而逐漸加深，又由于顯性基因或修飾基因的存在與否以及劑量大小而導(dǎo)致顏色深淺的不同。
[0007]玉米自交系的選育過程是對目的性狀的選擇過程。常規(guī)的玉米自交系選育方法對籽粒顏色的選擇均是在收獲后的果穗考種過程中進(jìn)行，即根據(jù)種子顏色進(jìn)行選留或淘汰。換句話說，是依據(jù)成熟籽粒顏色進(jìn)行的表型選擇。但是，由于玉米籽粒的顏色最終在成熟期顯現(xiàn)較深，因此，既使是不同基因劑量的基因型之間在成熟后其顏色也往往沒有明顯色差。顯然，依據(jù)成熟籽粒顏色表型，難以實(shí)現(xiàn)對不同劑量基因型的選擇，最終導(dǎo)致選擇結(jié)果偏差很大。到目前為止，人們還沒能選育出籽粒顏色表現(xiàn)與基因型一致的彩色玉米單交種。
[0008]現(xiàn)有的玉米育種技術(shù)中，對玉米籽粒顏色的選擇通常采取以下兩種方法:
1常規(guī)選育法
即自交純合法，通過連續(xù)多代的自交、選擇，使基因型純合。收獲后結(jié)合室內(nèi)考種，對籽粒顏色類型及深淺程度進(jìn)行表型選擇，使等位基因純合，非等位基因數(shù)量符合目標(biāo)要求。
[0009]2分子標(biāo)記法
通過籽粒顏色的基因定位，特別是用表型不能鑒別的顏色基因型進(jìn)行輔助選擇，實(shí)現(xiàn)等位基因的純合及非等位基因的分離或聚合。
[0010]然而，上述方法存在以下問題:
1.表型不明顯，選擇效果差
常規(guī)的選育方法是根據(jù)成熟期籽粒顏色進(jìn)行的表型選擇，但由于成熟期顏色基因在不同劑量之間色差較小，使選擇效果大打折扣。
[0011]2.受多基因控制，選育進(jìn)展緩慢
由于控制玉米籽粒顏色的基因數(shù)量多，基因之間的關(guān)系復(fù)雜。因此常規(guī)選育方法的進(jìn)展十分緩慢。
[0012]3.常規(guī)方法對隱性基因的選擇束手無策
除了果皮顏色外，鮮食玉米顏色育種主要涉及胚乳和糊粉層兩個部位，遺傳十分復(fù)雜。例如糊粉層顏色至少與9對基因有關(guān)，有抑制作用、修飾作用及劑量效應(yīng)等等。當(dāng)某一抑制基因起作用時其他顏色基因則不起作用，即不能顯現(xiàn)出相應(yīng)的顏色，因此依據(jù)表型進(jìn)行選擇的常規(guī)方法則束手無策。
[0013]3.分子育種技術(shù)尚不成熟
雖然分子標(biāo)記輔助選擇是一有效的育種方法，但對玉米籽粒顏色性狀的分子育種基礎(chǔ)工作尚未展開，實(shí)現(xiàn)對彩色鮮食玉米粒色的分子標(biāo)記輔助選擇尚需時日。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題:國內(nèi)外彩色鮮食玉米育種中，對籽粒顏色的選育通常采取常規(guī)的方法，即通過對成熟籽粒顏色的表型選擇來達(dá)到純合基因型的目的，但卻難以奏效?；瘜W(xué)誘導(dǎo)玉米孤雌生殖在以往的玉米育種技術(shù)中，被作為加快自交系選育速度的一種方法。
[0015]本發(fā)明針對彩色鮮食玉米自交系和雜交種顏色基因型難以純合所導(dǎo)致的鮮食期粒色不純正、深淺不一致、彩色粒比例與理論值偏差大等問題，將化學(xué)誘導(dǎo)技術(shù)作為純化基因型的一種方法，即利用化學(xué)誘導(dǎo)玉米孤雌生殖對雙親自交系基因型進(jìn)行純化，使控制籽粒顏色的基因型一次性純合固定，之后再根據(jù)該品種的顏色目標(biāo)進(jìn)行選擇。該方法將錯綜復(fù)雜的鮮食玉米籽粒顏色選育過程簡單化，從而收到選色結(jié)果準(zhǔn)、純合速度快、選育周期短、經(jīng)濟(jì)成本低的技術(shù)效果。
[0016]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
1、化學(xué)誘導(dǎo)雌配子染色體加倍，純合粒色基因型
以常規(guī)的秋水仙素或除草劑誘導(dǎo)等化學(xué)誘導(dǎo)方法，誘導(dǎo)雙親自交系通過雌配子染色體加倍而直接獲得基因型高度純合的種子，其中包括控制玉米籽粒顏色的基因型。
[0017]2、籽粒顏色的篩選
根據(jù)原品種的顏色標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)表型的顏色和深淺對誘導(dǎo)當(dāng)代種子及誘導(dǎo)一代果穗(單株)進(jìn)行篩選:
胚乳顏色的篩選?？稍诔墒旌蟾鶕?jù)表型顏色深淺直接進(jìn)行選擇，有乳白、淺黃、金黃、橙黃等，淘汰不符合要求的顏色及誘導(dǎo)1代顏色不一致的果穗(假誘導(dǎo)植株)。
[0018]對于由糊粉層決定的顏色，如粉紅色、紫紅色、紫色、黑色(blue)等，在誘導(dǎo)當(dāng)代初選后，在誘導(dǎo)1代的鮮食期提早進(jìn)行開苞葉鑒定，選取顏色符合育種目標(biāo)的果穗并將苞葉復(fù)原待成熟后收獲。淘汰不符合要求的顏色及誘導(dǎo)1代顏色不一致的果穗(假誘導(dǎo)植株)。
[0019]對于以同種顏色的雙親自交系配制的單交種(如紅X紅)，在雙親自交系顏色選擇時，掌握的深淺標(biāo)準(zhǔn)須一致以保證基因型相同。
[0020]3、顏色鑒定和篩選
為了確保入選者的顏色準(zhǔn)確，需在下一代播種穗行進(jìn)行再次篩選，淘汰單株間顏色不一致的穗行；對于用來配制彩色玉米的純白色(黃)雙親自交系需要進(jìn)行雜交鑒定，F(xiàn)0代表現(xiàn)100%有色且深淺一致的為入選者。
[0021]4、白粒親本的純化
對于花粒型彩色玉米雜交種中的白粒(黃)親本，例如用白X紅所配制的紅粒+白粒單交種，同樣需要對白粒親本進(jìn)行基因型純化，以防止因粒色基因型不純對F1代粒色的干擾。誘導(dǎo)后再與對應(yīng)的親本自交系進(jìn)行雜交驗(yàn)證和顏色篩選。
[0022]本發(fā)明的積極效果如下:
1、鮮穗采收期籽粒顏色純正、一致
通過顏色基因型的純化，使同樣粒色的雙親自交系粒色基因型相同，雜交種在F1代果穗上籽粒間基因型一致，因此顏色和深淺均勻一致。
[0023]同樣，由于雙親基因型的高度純合，在花粒雜交種中(如紅粒X白粒)，F(xiàn)1可實(shí)現(xiàn)紅粒:白粒的比值與理論值相一致，從而達(dá)到預(yù)期的商品性效果。
[0024]2、選擇結(jié)果準(zhǔn)確
籽粒間基因型一致，鮮穗采收期粒色表現(xiàn)型與基因型一致，因此可通過表型選擇實(shí)現(xiàn)對基因型的選擇，選擇結(jié)果準(zhǔn)確。
[0025]3、免除多代自交的選系程序，加快純合速度
不經(jīng)過雙受精的基因重組過程，由單倍染色體加倍而獲得種子，使自交系的顏色基因型高度純合、快速純合、一次定型。
[0026]4、技術(shù)簡便、成本低、效率高
該方法無論與常規(guī)技術(shù)還是與分子技術(shù)相比，不僅選育效率高、速度快、成本低，而且技術(shù)簡單、操作容易、便于應(yīng)用。
【具體實(shí)施方式】
[0027]實(shí)施例一、‘沈農(nóng)紅糯’鮮食糯玉米的顏色純化技術(shù)
‘沈農(nóng)紅糯’為粉紅色鮮食糯玉米雜交種，屬于糊粉層型彩色玉米。由于控制紅顏色糊粉層基因在遺傳上的復(fù)雜性，該品種在鮮穗采收期表現(xiàn)出深淺不一致的顏