一种解决彩色鲜食玉米籽粒色差问题的育种方法

摘要

一种解决彩色鲜食玉米籽粒色差问题的育种方法，其特征是以常规的秋水仙素或除草剂诱导等化学诱导方法，诱导双亲自交系的雌配子染色体加倍进而使包括控制籽粒颜色在内的基因型高度纯合，之后根据品种的颜色标准，通过籽粒的颜色及其深浅表型进行基因型鉴定、选择。获得颜色纯正均匀、基因型与表现型一致的双亲自交系，最终使杂交种鲜食期和成熟期的籽粒颜色纯正、深浅均匀，彩色比值与理论值相一致，本发明具有使颜色基因型高度纯合，鲜食期粒色纯正、均匀，颜色表现型比例与理论值一致的技术效果。该方法无论与常规技术还是与分子技术相比，不仅颜色效果好、选育结果准、育种效率高、纯合速度快、经济成本低，而且技术简单、操作容易、便于应用。

权利要求

1.一种解决彩色鲜食玉米粒色偏差问题的育种方法，其特征在于，采用常规的化学诱导方法，对双亲自交系进行诱导处理；避开双受精过程而通过雌配子染色体加倍直接获得种子；使双亲自交系的粒色基因型纯化和固定，之后再根据粒色表型进行选择；获得基因型高度纯合，鲜食期粒色纯正、均匀一致的双亲自交系。

2.根据权利要求1所述的一种解决彩色鲜食玉米粒色偏差问题的育种方法，其特征在于，对于由糊粉层决定的颜色，要在诱导1代的鲜穗采收期打开苞叶提前鉴定，选择颜色纯正、深浅一致的符合颜色目标的单株。

3.根据权利要求1所述的一种解决彩色鲜食玉米粒色偏差问题的育种方法，其特征在于，对于胚乳颜色的筛选，可按常规技术在成熟后根据表型颜色深浅直接进行选择，淘汰不符合要求的颜色及诱导1代颜色不一致的果穗，即假诱导植株。

4.根据权利要求1所述的一种解决彩色鲜食玉米粒色偏差问题的育种方法，其特征在于，对于糊粉层颜色基因型未知的白粒或黄粒亲本自交系，需要利用F0或F1的表型进行基因型鉴定。

5.根据权利要求1所述的一种解决彩色鲜食玉米粒色偏差问题的育种方法，其特征在于，对于颜色基因型不纯的白粒或黄粒亲本自交系同样需要进行诱导，纯化颜色基因型。

6.根据权利要求1所述的一种解决彩色鲜食玉米粒色偏差问题的育种方法，其特征在于，对于以同样颜色双亲配制的单交种，进行双亲自交系颜色选择时，掌握的深浅标准须一致，以保证基因型相同。

说明书

一种解决彩色鲜食玉米籽粒色差问题的育种方法

技术领域

[0001] 本发明属于植物育种技术领域，特别是用于彩色糯玉米、甜玉米等鲜食玉米籽粒颜色的选育技术。

背景技术

[0002] 在彩色鲜食玉米育种中，鲜穗采收期的籽粒颜色及均匀度与成熟期不一致或彩色比例与理论值偏差大，一直是彩色鲜食玉米育种中未能解决的技术难题。以红糯玉米（粉红）单交种为例，F1代虽然在成熟期籽粒颜色呈均匀一致的红色，但在鲜穗采收期即灌浆期，同一个果穗上的不同籽粒之间颜色并不一致，表现出粉红、淡粉、红晕、少量红斑，甚至有不显色的籽粒。再如，以红糯（粉红）与白糯玉米配制的单交种中，在F1代鲜穗采收期，籽粒颜色并不能表现红色与白色的3：1分离，红色粒往往少于1/4而白色粒比例增加。同样，在黑糯玉米（blue corn）和糊粉层型紫糯玉米上，此类问题也普遍存在。长期以来，虽然育种工作者做了大量研究试图以育种手段解决，但均未奏效。

[0003] 玉米是一种籽粒颜色十分丰富的物种，有白色、黄色、红色、黑色（蓝色）、紫色、咖啡色、花色条纹等，并有由淡黄到橙黄，浅红到紫红，浅灰到黑等不同程度的过渡颜色。在育种实践中，即使是在一个纯合的自交系果穗上，也经常会出现某种颜色在深浅程度上不一致的现象，特别是在具有多种颜色的彩色玉米品种上，在各颜色内其深浅程度也不一致。这些问题主要有以下表现：

[0004] 1. 胚乳颜色深浅不一

[0005] 在黄粒品种上，无论是成熟期还是鲜穗采收期，存在粒色深浅不一的现象，甚至有接近白色的籽粒。如垦粘1号黄糯玉米，在成熟期和乳熟期，均表现出从乳白到金黄的不同深浅程度。同样，在白粒品种上，也常有一些籽粒带有不同程度的黄色即乳白籽粒。这些都影响到玉米鲜穗的商业品质，特别是会导致罐头加工时白色玉米颜色的褐变。

[0006] 2. 鲜食期粒色深浅不一

[0007] 有些彩色玉米单交种及自交系的粒色，同一穗上的不同粒之间，尽管成熟时均匀一致，但在鲜食期则表现出较大的颜色差异和深浅程度差异，有的甚至不能表现出全部籽粒都有色。例如，红糯玉米单交种会出现从粉红、浅粉红、粉红晕直至白色的深浅差异，且白色和接近白色的籽粒比例较大；在一些黑糯玉米单交种中，会出现从蓝黑到浅色蓝晕的差异。在这些纯红、纯黑、纯紫的糊粉层型彩色鲜食玉米上育种，对采收期的籽粒颜色还不能实现育种设计，因此育成的品种在鲜食期颜色五花八门，密不可测。

[0008] 3. 杂花型彩色玉米，F1代籽粒颜色达不到理论值

[0009] 如黑糯×白糯、红糯×白糯、紫糯（糊粉层型）×白糯等，F1代鲜食期的籽粒颜[0010] 色与成熟期差距大，颜色比例与理论值不一致。

[0011] 这些问题在饲料玉米上一般并无大碍。然而，在鲜食玉米上则是一个较大问题。上述问题，究其根源是由于控制籽粒颜色基因的剂量不同所致。这些颜色，有的属于胚乳颜色，有的则属于糊粉层颜色，而有的是胚乳、糊粉层和果皮颜色共同作用的结果。这些颜色在形成过程中随着灌浆程度的推进而逐渐加深，又由于显性基因或修饰基因的存在与否以及剂量大小而导致颜色深浅的不同。

[0012] 玉米自交系的选育过程是对目的性状的选择过程。常规的玉米自交系选育方法对籽粒颜色的选择均是在收获后的果穗考种过程中进行，即根据种子颜色进行选留或淘汰。换句话说，是依据成熟籽粒颜色进行的表型选择。但是，由于玉米籽粒的颜色最终在成熟期显现较深，因此，既使是不同基因剂量的基因型之间在成熟后其颜色也往往没有明显色差。
显然，依据成熟籽粒颜色表型，难以实现对不同剂量基因型的选择，最终导致选择结果偏差很大。到目前为止，人们还没能选育出籽粒颜色表现与基因型一致的彩色玉米单交种。

[0013] 现有的玉米育种技术中，对玉米籽粒颜色的选择通常采取以下两种方法：

[0014] 1 常规选育法

[0015] 即自交纯合法，通过连续多代的自交、选择，使基因型纯合。收获后结合室内考种，对籽粒颜色类型及深浅程度进行表型选择，使等位基因纯合，非等位基因数量符合目标要求。

[0016] 2 分子标记法

[0017] 通过籽粒颜色的基因定位，特别是用表型不能鉴别的颜色基因型进行辅助选择，实现等位基因的純合及非等位基因的分离或聚合。

[0018] 然而，上述方法存在以下问题：

[0019] 1. 表型不明显，选择效果差

[0020] 常规的选育方法是根据成熟期籽粒颜色进行的表型选择，但由于成熟期颜色基因在不同剂量之间色差较小，使选择效果大打折扣。

[0021] 2．受多基因控制，选育进展缓慢

[0022] 由于控制玉米籽粒颜色的基因数量多，基因之间的关系复杂。因此常规选育方法的进展十分缓慢。

[0023] 3. 常规方法对隐性基因的选择束手无策

[0024] 除了果皮颜色外，鲜食玉米颜色育种主要涉及胚乳和糊粉层两个部位，遗传十分复杂。例如糊粉层颜色至少与9对基因有关，有抑制作用、修饰作用及剂量效应等等。当某一抑制基因起作用时其他颜色基因则不起作用，即不能显现出相应的颜色，因此依据表型进行选择的常规方法则束手无策。

[0025] 3. 分子育种技术尚不成熟

[0026] 虽然分子标记辅助选择是一有效的育种方法，但对玉米籽粒颜色性状的分子育种基础工作尚未展开，实现对彩色鲜食玉米粒色的分子标记辅助选择尚需时日。

发明内容

[0027] 本发明要解决的技术问题：国内外彩色鮮食玉米育种中，对籽粒颜色的选育通常采取常规的方法，即通过对成熟籽粒颜色的表型选择来达到纯合基因型的目的，但却难以奏效。化学诱导玉米孤雌生殖在以往的玉米育种技术中，被作为加快自交系选育速度的一种方法。

[0028] 本发明针对彩色鲜食玉米自交系和杂交种颜色基因型难以纯合所导致的鲜食期粒色不纯正、深浅不一致、彩色粒比例与理论值偏差大等问题，将化学诱导技术作为纯化基因型的一种方法，即利用化学诱导玉米孤雌生殖对双亲自交系基因型进行纯化，使控制籽粒颜色的基因型一次性纯合固定，之后再根据该品种的颜色目标进行选择。该方法将错综复杂的鲜食玉米籽粒颜色选育过程简单化，从而收到选色结果准、纯合速度快、选育周期短、经济成本低的技术效果。

[0029] 本发明采用的技术方案如下：

[0030] 1、化学诱导雌配子染色体加倍，纯合粒色基因型

[0031] 以常规的秋水仙素或除草剂诱导等化学诱导方法，诱导双亲自交系通过雌配子染色体加倍而直接获得基因型高度纯合的种子，其中包括控制玉米籽粒颜色的基因型。

[0032] 2、籽粒颜色的筛选

[0033] 根据原品种的颜色标准，依据表型的颜色和深浅对诱导当代种子及诱导一代果穗（单株）进行筛选：

[0034] 胚乳颜色的筛选。可在成熟后根据表型颜色深浅直接进行选择，有乳白、浅黄、金黄、橙黄等，淘汰不符合要求的颜色及诱导1代颜色不一致的果穗（假诱导植株）。

[0035] 对于由糊粉层决定的颜色，如粉红色、紫红色、紫色、黑色（blue）等，在诱导当代初选后，在诱导1代的鲜食期提早进行开苞叶鉴定，选取颜色符合育种目标的果穗并将苞叶复原待成熟后收获。淘汰不符合要求的颜色及诱导1代颜色不一致的果穗（假诱导植株）。

[0036] 对于以同种颜色的双亲自交系配制的单交种（如红×红），在双亲自交系颜色选择时，掌握的深浅标准须一致以保证基因型相同。

[0037] 3、颜色鉴定和筛选

[0038] 为了确保入选者的颜色准确，需在下一代播种穗行进行再次筛选，淘汰单株间颜色不一致的穗行；对于用来配制彩色玉米的纯白色（黄）双亲自交系需要进行杂交鉴定，F0代表现100%有色且深浅一致的为入选者。

[0039] 4、白粒亲本的纯化

[0040] 对于花粒型彩色玉米杂交种中的白粒（黄）亲本，例如用白×红所配制的红粒+白粒单交种，同样需要对白粒亲本进行基因型纯化，以防止因粒色基因型不纯对F1代粒色的干扰。诱导后再与对应的亲本自交系进行杂交验证和颜色筛选。

[0041] 本发明的积极效果如下：

[0042] 1、鲜穗采收期籽粒颜色纯正、一致

[0043] 通过颜色基因型的纯化，使同样粒色的双亲自交系粒色基因型相同，杂交种在F1代果穗上籽粒间基因型一致，因此颜色和深浅均匀一致。

[0044] 同样，由于双亲基因型的高度纯合，在花粒杂交种中（如红粒×白粒），F1可实现红粒：白粒的比值与理论值相一致，从而达到预期的商品性效果。

[0045] 2、选择结果准确

[0046] 籽粒间基因型一致，鲜穗采收期粒色表现型与基因型一致，因此可通过表型选择实现对基因型的选择，选择结果准确。

[0047] 3、免除多代自交的选系程序，加快纯合速度

[0048] 不经过双受精的基因重组过程，由单倍染色体加倍而获得种子，使自交系的颜色基因型高度纯合、快速纯合、一次定型。

[0049] 4、技术简便、成本低、效率高

[0050] 该方法无论与常规技术还是与分子技术相比，不仅选育效率高、速度快、成本低，而且技术简单、操作容易、便于应用。

具体实施方式

[0051] 实施例一、‘沈农红糯’鲜食糯玉米的颜色纯化技术

[0052] ‘沈农红糯’为粉红色鲜食糯玉米杂交种，属于糊粉层型彩色玉米。由于控制红颜色糊粉层基因在遗传上的复杂性，该品种在鲜穗采收期表现出深浅不一致的颜色。因此需要将颜色纯化，达到乳孰期的籽粒颜色纯正均匀的目的。

[0053] （1）双亲自交系基因型的纯合

[0054] 利用常规的秋水仙素诱导方法，将母本自交系‘红糯80’和父本自交系‘红糯68’的基因型纯合：在吐丝期向花丝注入秋水仙素诱导剂，使雌配子染色体加倍直接形成二倍体种子。成熟后获得不同基因型即颜色基因不同剂量的种子。诱导株数为50株。

[0055] （2）双亲自交系的颜色鉴定和筛选

[0056] 收获后根据籽粒颜色深浅对基因型进行初步鉴定，淘汰浅色籽粒。下一季播种入选的种子，自交，在鲜穗采收期打开苞叶观察籽粒颜色，选取颜色较浓且籽粒间颜色一致的单株，淘汰颜色较浅和籽粒间颜色不一致的非诱导单株（花粉污染产生的假诱导植株）。获得颜色纯合的诱导系‘红糯80’和‘红糯68’。

[0057] （3）杂交种的配制

[0058] 以经过纯化的‘红糯80’为母本，‘红糯68’为父本配制杂交种，生产出颜色基因型高度纯合的‘沈农红糯’种子。

[0059] （4）鲜食玉米生产及技术效果

[0060] 利用上述种子，按常规方法进行种植生产。采收鲜食玉米时，籽粒呈现均匀一致的淡粉色；籽粒成熟时，整个果穗的籽粒呈现均匀一致的粉红色。

[0061] 实施例二、‘垦粘1号’黄糯鲜食玉米的颜色纯化技术

[0062] ‘垦粘1号’是黄粒鲜食糯玉米品种，但胚乳颜色在同一果穗的不同籽粒间表现深浅不同的颜色。因此需要将基因型纯化，使籽粒颜色均匀一致。

[0063] （1）双亲自交系基因型的纯合

[0064] 利用现有的氟乐灵除草剂诱导技术，将母本自交系‘糯1’和父本自交系‘糯2’的基因型纯合：在吐丝期向花丝注入氟乐灵诱导剂，使雌配子染色体直接加倍形成二倍体种子，而不经过双受精作用。成熟后获得不同基因型即颜色基因不同剂量的种子。诱导株数为50株。

[0065] （2）双亲自交系的颜色鉴定和筛选

[0066] 考种时根据籽粒颜色深浅对双亲自交系基因型进行初步鉴定，选取金黄色的籽粒，淘汰浅黄和乳白色籽粒。下一季播种，自交，成孰后根据籽粒颜色的浓淡再次进行选择。选取颜色金黄且籽粒间颜色一致的果穗，淘汰颜色较浅的果穗和籽粒间颜色不一致的果穗（非经过诱导而是受花粉污染产生）。获得颜色基因型纯化的自交系‘糯1’和‘糯2’。

[0067] （3）杂交种的配制

[0068] 以纯化后的‘糯1’为母本，‘糯2’为父本配制杂交种，生产出颜色基因型高度纯合的‘垦粘1号’种子。

[0069] （4）鲜食玉米生产及技术效果

[0070] 利用上述种子，按常规方法进行种植生产。无论采收鲜食玉米其还是籽粒成熟期，整个果穗的籽粒呈现均匀一致的金黄色。

[0071] 实施例三、‘京花糯2008’花糯鲜食玉米的颜色纯化技术

[0072] ‘京花糯2008’是红色与白色相间的杂花型彩色鲜食糯玉米单交种，属于糊粉层型彩色玉米。该品种由白糯‘N203’与红糯‘ZN6’两个自交系杂交而成。理论上，F1粒色应该为白色：红色=1:3。但实际上，该品种在鲜穗采收期粒色有白色、粉红色、及带有不同程度的粉红晕的籽粒，且彩色籽粒较少而白色籽粒较多，白色籽粒超过1/4的理论值，颜色较深的籽粒少于1/4的理论值。需要将基因型纯化，使乳孰期籽粒的颜色更深，彩色籽粒比例达到理论值。

[0073] （1）双亲自交系基因型的纯化

[0074] 利用常规的秋水仙素诱导方法，将红糯自交系‘ZN6’和白糯自交系‘N203’的基因型纯合：在吐丝期向花丝注入秋水仙素诱导剂，使雌配子染色体直接加倍形成二倍体种子，而不经过双受精作用。成熟后获得不同基因型即颜色基因不同剂量的种子。诱导株数为50株。

[0075] （2）亲本自交系的颜色鉴定和筛选

[0076] 收获时根据籽粒颜色深浅对‘ZN6’的基因型进行初步鉴定，淘汰浅色籽粒。下一季播种，自交，在乳孰期（鲜穗采收期）打开苞叶观察籽粒颜色，选取籽粒颜色较浓且籽粒间颜色一致的单株，淘汰颜色较浅（选育目标为颜色浓的）的和籽粒间颜色不一致的非诱导单株（非经过诱导而是受花粉污染产生）。获得纯化的红糯诱导系‘ZN6’。

[0077] 以白糯自交系‘N203’为母本进行杂交检验，F0和F1粒色纯正者入选。

[0078] （3）杂交种的配制

[0079] 以纯化的白糯‘N203’为母本，红糯‘ZN6’为父本配制单交种，生产出颜色基因型高度纯合的‘京花糯2008’种子。

[0080] （4）鲜食玉米生产及技术效果

[0081] 利用上述种子，按常规方法进行种植生产。采收鲜食玉米时，其籽粒呈现深粉红1/4，浅粉2/4，白色1/4的颜色比例，表型颜色的分离与基因型一致。

[0082] 实施例四、‘石彩糯1号’花糯鲜食玉米的颜色纯化技术

[0083] ‘石彩糯1号’为白+紫+黑的杂花型彩色鲜食糯玉米单交种，属于糊粉层型彩色玉米，由白糯母本‘石糯2’与黑糯父本‘石糯1’组合而成。理论上，该品种F1籽粒颜色应该为黑：白色=3:1。但实际上，鲜穗采收期籽粒颜色有白色、黑、紫、浅紫、浅粉及带有不同程度紫晕或粉红斑点的籽粒。其中纯白色、浅色特别是带有浅色斑点的籽粒较多。各种颜色所占比例与理论值差距很大。因此需要将颜色基因型纯化，使乳孰期籽粒的颜色更深，彩色籽粒比例达到理论值。

[0084] （1）双亲自交系基因型的纯化

[0085] 利用常规的秋水仙素诱导方法，将黑糯父本‘石糯1’和白糯母本的基因型纯合：在吐丝期向花丝注入秋水仙素诱导剂，使雌配子染色体直接加倍形成二倍体种子，而不经过双受精作用。成熟后获得不同基因型即颜色基因不同剂量的种子。诱导株数为80株。

[0086] （2）双亲自交系的鉴定和筛选

[0087] 收获时根据‘石糯1’籽粒颜色深浅对基因型进行初步鉴定，淘汰浅色籽粒。重点在下一季播种入选的种子，自交，在乳孰期（鲜穗采收期）打开苞叶观察籽粒颜色，选取颜色较浓且籽粒间颜色一致的单株，淘汰颜色较浅的和籽粒间颜色不一致的非诱导单株（非经过诱导而是受花粉污染产生）。获得纯化的黑糯诱导系‘石糯1’。

[0088] 以白糯自交系‘石糯2’， 黑糯诱导系‘石糯1’为父本进行杂交检验，F0和F1粒色符合要求者入选。

[0089] （3）杂交种的配制

[0090] 以纯化的白糯自交系‘石糯2’为母本，以黑糯自交系‘石糯1’为父本配制单交种，生产出颜色基因型高度纯合的‘石彩糯1号’种子。

[0091] （4）鲜食玉米生产及技术效果

[0092] 利用上述种子，按常规方法进行种植生产。采收鲜食玉米时，其籽粒呈现黑糯（紫糯）：浅紫：白=1：2：1的颜色比例，颜色表型的分离与基因型一致。