一种利用遗传隔离生产甜玉米、糯玉米的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于玉米生产技术领域，特别是一种利用遗传隔离生产甜玉米、懦玉米的 方法。
【背景技术】
[0002] 由于玉米属于异交作物，因此在甜玉米、懦玉米种植生产过程中，为了保证产品 质量，必须严格防止外来的其他类型玉米花粉杂交产生的花粉直感对品质的影响，即所谓 的隔离种植。国内外现有的隔离技术通常采取空间隔离、时间隔离、屏障隔离等，隔离基因 (Ga)的利用也是被看好的隔离方法： 1空间隔离法 采取空间距离隔离的，根据玉米花粉的自然传播距离和存活能力，一般要求设置300m~ 400m的空间距离。
[0003] 2时间隔离法 采取开花时间隔离的，为避免品种的吐丝时间与其他品种散粉时间相遇，一般要求错 期播种20~30山甚至更长时间。
[0004] 3屏障隔离法 利用可W产生隔离作用的高大建筑物、村庄、河流、树林、山脊等条件进行隔离，W达到 屏蔽外来花粉的目的。
[000引 4Ga基因遗传隔离法 利用Ga基因对花粉具有识别能力即排斥其他花粉受精的功能，阻止其与不含该显性 基因的品种杂交(一般品种均含隐性基因ga)，从而起到隔离作用。
[000引然而，上述方法存在W下问题： 1空间隔离难度大、成本高 由于玉米是我国种植面积最大的作物，许多地区玉米面积占作物总面积的50%W上。 在玉米产区，凡是适合种玉米的区域所种植的作物基本都是玉米。因此，利用周边的其他作 物达到隔离的地块目前很难找到。生产上，一般都采取人为设置隔离区的办法，即在隔离区 安排种植其他作物。但所需距离远、设及面积大，经济补偿费用高。
[0007] 2天然屏障隔离，一地难求 天然屏障隔离固然好。但是，找到既符合隔离要求又具备良好的±地、±壤条件的地块 十分困难。
[0008] 3时间隔离，只适用于少数品种 靠时间隔离的，为了与周边玉米错开花期，除了小面积采取地膜覆盖、小拱棚等促早措 施的，大部分只能靠推迟播种期来实现。但推迟播期往往会错过品种的最佳种植时段而导 致减产，对于生育期长的品种甚至还会造成无霜期不足而导致后期冻害。
[000引 4Ga基因隔离，技术难度大成本高 利用生产上的玉米不含Ga基因的特点进行遗传隔离。但是，要实现Ga基因隔离必须 通过育种手段将Ga基因导入到目标品种的双亲中去，如利用常规的杂交、回交导入法，转 基因方法等。但是由于遗传连锁等原因，常规转育技术选育周期长、效率较低。而转基因技 术的操作程序复杂、技术难度大、耗时长。同时在食品安全问题上也受到限制。
【发明内容】
[0010] 本发明要解决的技术问题：在国内外玉米育种研究中，四倍体玉米育种被作为创 新种质和选育四倍体新品种，W提高巧粒、营养体产量，增加粒重和营养物质含量等。本发 明是利用染色体的倍性隔离原理：即根据四倍体玉米X二倍体玉米时难W杂交结实的遗 传特性，来解决甜玉米、懦玉米生产田的隔离区问题，进而解决由于隔离区设置所遇到的困 难。
[0011] 本发明采用的技术方案如下： 1.同源四倍体自交系的选育 W常规的秋水仙素染色体加倍技术，将所需的甜玉米、懦玉米亲本自交系进行染色体 加倍，育成同源四倍体自交系。
[0012] 2.结实率的选育 鉴于同源四倍体玉米结实率可W通过育种选择而得到提高的遗传特性，对加倍后的 自交系进行结实率选择，使同源四倍体自交系和杂交种的结实率达到或接近二倍体玉米水 平。
[0013] 3.杂交制种 W同源四倍体自交系为双亲进行杂交制种，生产出同源四倍体甜玉米、懦玉米杂交种 种子（即同源四倍体同型系杂交种)。
[0014] 4.遗传隔离 生产上的其他玉米品种均属于二倍体玉米。在种植四倍体甜玉米、懦玉米时，若周围的 二倍体玉米与其杂交，由于二倍体的花粉与同源四倍体的雌配子染色体倍性不一致，受精 时会发生染色体联会素乱，或由于=倍体胚乳在巧粒发育过程中退化等原因而不能正常结 实。有研究证明，二倍体玉米给同源四倍体玉米授精，即使在充分授粉情况下其结实率也不 超过25%。
[0015] 5.隔离效果 W往的国内外研究表明，玉米自交系每株可产生花粉1 200万粒，杂交种一般在2200 万粒左右，即杂交种是自交系的1. 8倍。但现代的普通玉米品种的雄穗已经由过去的几十 个分枝减少到仅有几个分枝，雄穗大小只有过去品种的1/3至1/4,花粉量大大降低。与此 相反，甜玉米和懦玉米杂交种的雄穗分枝和小花数量相对要大得多，花粉量很大。表1调查 结果表明，生产上的普通玉米其雄穗大小一般为甜懦玉米的3. 2倍。W目前生产上最有代 表性的普通玉米品种先玉335为例，甜玉米、懦玉米的雄穗分枝数量是先玉335的7. 4倍， 雄穗小花数量是先玉335的5. 1倍。由于甜玉米、懦玉米花药所含的花粉粒数量与普通玉 米相当，因此，甜玉米、懦玉米杂交种的花粉量至少是普通玉米的3~5倍左右。
[0016] 表1甜玉米、懦玉米杂交种与先玉335雄穗大小和小花数量的比较
美国的玉米杂交制种隔离区设置，常常采用在制种田周围种植父本，用父本花粉来稀 释外来花粉W取得良好的隔离效果。W此种方法，美国将玉米杂交种制种的隔离区缩短为 50~100m。
[0017] W往国内所做的普通玉米杂交制种田的隔离试验表明，当父本与母本的行比为1 : 5时，受外来花粉杂交污染的情况为： 隔离区为150m时，外来花粉的杂交污染率为9% ; 隔离区为IOOm时，外来花粉的杂交污染率为13% ; 隔离区为50m时，外来花粉的杂交污染率为24%。
[0018] 根据上述研究结果，仅按目前普通玉米杂交种的花粉量是过去品种的1/3计算 (实际上要低于1/3)，其不同隔离距离下的杂交污染率则为： 隔离区为150m时，外来花粉的杂交污染率为3. 0% ; 隔离区为IOOm时，外来花粉的杂交污染率为4. 3% ; 隔离区为50m时，外来花粉的杂交污染率为8. 0%。
[0019] 基于运一杂交污染率结果，甜玉米、懦玉米杂交种的花粉量按自交系的1.5倍计 算(一般达1. 8倍)，由于生产田属于清种条件下，则甜玉米、懦玉米花粉量则为制种田条件 下(父本行数占1/6)的9倍W上。
[0020] 按照同源四倍体甜玉米、懦玉米的花粉量与加二倍体的花粉量相同计算，假设相 邻的其他玉米开花期与同源四倍体甜玉米、懦玉米刚好相遇的情况下： W50m隔离区计算，外来花粉的杂交机会则为8. 0%^9=0. 889%。又由于同源四倍体X二倍体的结实率最高仅有24%，按25%计算，则外来二倍体玉米花粉对同源四倍体甜玉米、 懦玉米田的边行植株的杂交几率为0. 25X0. 0089=0. 222%。按照一般甜玉米、懦玉米品种每 穗500粒计算（14行，每行35~40粒)，则平均每穗被外来花粉杂交的仅在1. 11粒左右。 [002。 对田块向内50m处(相当于IOOm的隔离区，污染率按50m的1/2计算)，外来花粉 的杂交率则0. 89%X1/2=0. 445%。同样W同源四倍体X二倍体的杂交率按25%计算，则外 来二倍体花粉对同源四倍体的杂交几率为0. 25X0. 00445=0. 111%。按照一般甜玉米、懦玉 米品种每穗500粒（14行，每行35~40粒）计算，则平均被外来花粉杂交的几率仅在0. 556 粒/穗左右。
[0022] 又由于甜玉米、懦玉米的花粉量远远大于普通玉米，使外来花粉浓度得到大幅度 稀释。
[0023] 按上述调查结果即普通玉米的花粉量是甜玉米、懦玉米的30%计算，那么： 隔离区为50m时，每穗杂交粒数则为1. 11粒/穗XO. 33=0. 366粒， 田块向内50m处，每穗杂交粒数则为0. 556粒/穗X0. 33=0. 183粒/穗。
[0024] 如果再考虑到甜玉米、懦玉米生育期短于普通玉米，生产上的甜玉米、懦玉米为了 陆续供应市场而又经常实行分期播种，因此临近的二倍体玉米花期与甜懦玉米相遇的机会 更小。另外，如果临近的二倍体花粉不在上风头，那么其花粉的污染机会就会更低，特别是 对田块内部的植株则很难构成污染。因此，可W达到理想的隔离效果，特别是甜玉米、懦玉 米的大面积种植。
[00巧]本发明的积极效果如下： 1大幅度缩短隔离区距离 利用同源四倍体的染色体倍性隔离，使外来的其他玉米的二倍体花粉污染率大幅度降 低，可将生产田所需隔离区由原来的300m~400m缩短至50m甚至更短。
[002引 2操作简单，比Ga基因隔离法