一種大田篩選強耐高溫玉米自交系的方法與流程
2023-10-07 00:02:29
本發明涉及農業種植技術領域，具體涉及一種大田篩選強耐高溫玉米自交系的方法。
背景技術：
近年來，隨著「溫室效應」不斷加劇，短期異常高溫愈發頻繁，高溫脅迫對玉米的影響日益突出。在我國西南玉米區、黃淮海夏玉米區，花粒期頻繁出現長時間高溫乾旱天氣對該地區的玉米產量造成巨大的影響。例如2013年的6月底至8月初的極端高溫天氣對西南及南方玉米生產造成巨大損失。
玉米抽雄吐絲期遭受高溫脅迫，可能會造成雄穗生長發育受阻，花粉敗育程度加大，花絲變細變弱變短，含水量減少，使玉米不能正常授粉，易形成秕粒，導致結實率和粒重降低而使產量嚴重下降，嚴重時顆粒無收；玉米籽粒建成期高溫脅迫會影響單位籽粒庫容的形成，導致穗上部籽粒敗育率增加，有效粒數減少，從而導致玉米行粒數減少；灌漿期高溫使玉米灌漿速率加快，灌漿持續期縮短，灌漿速率的加快程度要小於灌漿持續期縮短的程度，最終使得千粒重下降。
生產實踐表明，對於高溫的忍耐性能品種間存在著極明顯的差異，選育和引用耐高溫的品種對減緩高溫對玉米生產的危害十分有效。大量研究證明，玉米抽雄吐絲-灌漿前期是玉米對高溫脅迫敏感的時期，因此，對花粒期耐高溫品種進行篩選與評價顯得尤為重要。要育成優良的玉米雜交種，必須擁有優良的玉米資源和自交系材料，鑑定和篩選耐高溫的玉米自交系材料是選育耐高溫玉米雜交種必不可少的重要環節。
現有技術中鑑定耐高溫品種及自交系的方法主要有以下幾種：
第一種：於康珂、劉源等搭建大棚，採用大田人工增溫試驗，於花前(吐絲前8d)至花後(吐絲後8d)進行高溫處理，以30個黃淮海地區主栽玉米品種為試材，研究高溫對不同玉米雜交種的形態、葉片生理以及產量構成因素的影響，篩選玉米雜交種花期耐熱性評價指標。篩選出產量、百粒重、穗長、穗粗和結實率這5個顯著影響玉米花期耐熱性的單項指標，可作為評價玉米雜交種花期耐熱性的主要指標耐高溫係數。耐高溫係數K＝高溫處理測定值/對照測定值(對照值>處理值)；或K＝對照測定值/高溫處理測定值(對照值<處理值)。選出的耐高溫品種包括起源9號、良碩88、黎樂66、奧玉116和偉科702，共5個。該方法不需要生理生化方面的指標測定，可操作性強，但需要搭建簡易高溫棚進行人工高溫脅迫處理，少量品種的鑑定可以，大量自交系的篩選，耗費太大，工作量也較大。
第二種：王安樂等對來自國內外的816份玉米自交系及其資源材料進行耐高溫特性的鑑定和篩選，利用山西省的長治和運城兩地在溫熱方面截然不同的生態環境，各自代表適宜環境和高溫環境，把雄花小穗(MS)的減少程度、花粉敗育(PO)程度和花絲伸長(AS)程度這3個性狀作為玉米自交系耐高溫特性好壞的參考性狀，並將參考性狀的表現用數位化方式來表達。即每個材料各自在長治的正常表現為100，以該性狀的絕對最差表現為0，來確定各個材料在運城高溫條件下各個參考性狀的表現數值。用這3個數值的乘積值(HTT)的大小表示該材料耐高溫的程度。具體計算公式設定如下：HTT＝MS*PO*AS/104，HTT值的區間範圍為0～100，HTT值越大則越耐高溫。該方法不需要溫室設施提供高溫逆境，節約成本，操作簡單。缺點是沒有設對照，人為地按HTT值大小將玉米自交系的耐高溫特性分為四個級別(即HTT值處於70～100之間為特耐型，處於51～70之間為高耐型，處於31～50之間為中耐型，處於0～30之間為不耐型)，對耐高溫的評價較為主觀。在鑑定的816份材料中，特耐型只有2(運系5081、稷土60)，高耐型5個(武314、運系98-2、91-367-1、Mg67、870115)。
綜上所述，急需一種操作簡便、評價標準直觀、結果可靠且能達到快速高效篩選和鑑定效果的耐高溫玉米自交系篩選方法以解決現有技術存在的問題。
技術實現要素：
本發明目的在於提供一種操作簡便、評價標準直觀、結果可靠且能達到快速高效篩選和鑑定效果的大田篩選強耐高溫玉米自交系的方法，具體技術方案如下：
一種大田篩選強耐高溫玉米自交系的方法，包括以下步驟：
第一步：選定多個自交系，且以鄭58自交系作為對照組；
第二步：將選定的每個自交系在試驗場地分別按照播種期Ⅰ和播種期Ⅱ進行播種，播種期Ⅰ為玉米的花粒期避開高溫的時段，播種期Ⅱ為玉米的花粒期處於高溫的時段；
第三步：計算每個自交系的綜合耐高溫係數，綜合耐高溫係數通過表達式1)獲得：
K＝(K1+K2)/2 1)；
其中：K1＝M2÷M1，K2＝N2÷N1，K為綜合耐高溫係數，K1為耐高溫係數Ⅰ，K2為耐高溫係數Ⅱ，M2為播期Ⅱ單穗籽粒重，M1為播期Ⅰ單穗籽粒重，N2為播期Ⅱ單穗粒數，N1為播期Ⅰ單穗粒數；
第四步：判定自交系的耐高溫性，具體是：當自交系的綜合耐高溫係數值大於鄭58自交系的綜合耐高溫係數時，則判定為強耐高溫自交系；當自交系的綜合耐高溫係數高於0且低於鄭58的綜合耐高溫係數時，則判定為耐高溫性較弱自交系；當自交系的綜合耐高溫係數為0時，則判定為不耐高溫自交系。
以上技術方案中優選的，所述試驗場地為位於湖南地區的土地；所述播種期Ⅰ為3月中旬，玉米的抽雄吐絲-籽粒建成期處於5月底至6月中旬，平均氣溫為24℃；所述播種期Ⅱ為5月中旬，玉米的抽雄吐絲-籽粒建成期處於7月底至8月中旬，平均氣溫為28.4℃。
以上技術方案中優選的，所述第二步中的播種具體是：播期Ⅰ採用人工地膜覆蓋播種；播期Ⅱ不需要人工地膜覆蓋播種，採用大田直接播種)；播期Ⅰ和播期Ⅱ中：等行距種植，平均行距60cm，每個自交系種植3行，行長3m，株距20cm，每個自交系留苗株數不低於45株。
以上技術方案中優選的，所述第三步中計算每個自交系的綜合耐高溫係數時從中間行連續取P個穗作為樣穗，P取大於等於5小於等於10的自然數，單穗籽粒重Mi的計算採用表達式2)，單穗粒數Ni的計算採用表達式3)：
Mi＝P個穗的標準含水量籽粒重÷P 2)；
Ni＝(P個穗的標準含水量籽粒重÷100粒籽粒的總重)÷P×100 3)。
以上技術方案中優選的，所述第二步播種過程中：基肥為45％俄羅斯複合肥，用量為1000公斤/公頃；苗肥為尿素，用量為100公斤/公頃；穗肥為尿素，用量為150公斤/公頃。
應用本發明的技術方案，具有以下有益效果：(1)篩選過程精簡，採用大田簡易鑑定方法，不需要複雜的儀器設備，便於操作；(2)通過結實性與單穗產量這兩個性狀作為玉米自交系耐高溫特性好壞的參考性狀，將參考性狀的表現用數位化方式來表達，並設定了對照品種，評價標準直觀、結果可靠；(3)採用特殊設計的綜合耐高溫係數的計算表達式，可以快速計算出各個玉米自交系的綜合耐高溫係數，能達到快速高效篩選和鑑定效果；(4)採用同一玉米自交系在相同試驗基地上進行播種，考察生殖器官在不同溫度環境下的生育差異程度，能真實反映該玉米自交系的耐高溫特性的優劣。
除了上面所描述的目的、特徵和優點之外，本發明還有其它的目的、特徵和優點。下面將參照實施例，對本發明作進一步詳細的說明。
具體實施方式
以下結合實施例對本發明進行詳細說明，但是本發明可以根據權利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。
實施例1：
湖南長沙副熱帶季風區，7—8月為高溫高峰期，連年出現日最高氣溫高於35℃，而連續5d或以上日最高氣溫≥35℃(即集中發生在7月下旬和8月上旬)。這種高溫天氣超越了一般玉米材料的生殖器官在發育過程中對高溫忍耐的臨界值，從而使大部分玉米材料的生殖系統不能正常生長發育和授粉結實。
一種大田篩選強耐高溫玉米自交系的方法，尤其是適用於湖南地區的強耐高溫自交系玉米的篩選方法，包括以下步驟：
第一步：選定多個自交系，且以鄭58自交系作為對照組，此處自交系包括PHJ75、XBY11218-1、BML1281、142CT103、PF5411-1、ML1115、Y1142、ML1121、L27、PHN73、Y1124、F118、S7913以及AMD133等488份包含部分美國和國內部分核心自交系。
第二步：將選定的自交系在試驗場地(位於湖南地區)分別按照播種期Ⅰ和播種期Ⅱ進行播種，播種期Ⅰ為玉米的花粒期避開高溫的時段，此處選3月中旬(具體是3月10日)，玉米的抽雄吐絲-籽粒建成期處於5月底至6月中旬，平均氣溫為24℃；播種期Ⅱ為玉米的花粒期處於高溫的時段，此處選5月中旬(具體是5月22日)，玉米的抽雄吐絲-籽粒建成期處於7月底至8月中旬，平均氣溫為28.4℃；播種期Ⅰ過早(如為2月)，則氣溫太低，玉米不能出苗；若播種期Ⅰ太晚(如5月)，玉米的抽雄吐絲-籽粒建成期處於高溫期，起不到比對作用；播種期Ⅱ的時間選選擇原理與播種期Ⅰ相似。
以上播種具體是：播期Ⅰ採用人工地膜覆蓋播種(保證抽雄吐絲提前使抽雄吐絲-籽粒建成期處於5月底至6月中旬)；播種期Ⅱ採用大田直播，播期Ⅰ和播種期Ⅱ中：等行距種植，平均行距60cm，每個自交系種植3行，行長3m，株距20cm，每個自交系留苗株數不低於45株；
以上播種過程中：基肥為45％俄羅斯複合肥，用量為1000公斤/公頃；苗肥為尿素，用量為100公斤/公頃；穗肥為尿素，用量為150公斤/公頃。田間管理略高於普通大田管理水平。玉米生育期間按照現有技術及時防治病蟲草害。
第三步：計算每個自交系的綜合耐高溫係數，綜合耐高溫係數通過表達式1)獲得：
K＝(K1+K2)/2 1)；
其中：K1＝M2÷M1，K2＝N2÷N1，K為綜合耐高溫係數，K1為耐高溫係數Ⅰ，K2為耐高溫係數Ⅱ，M2為播期Ⅱ單穗籽粒重，M1為播期Ⅰ單穗籽粒重，N2為播期Ⅱ單穗粒數，N1為播期Ⅰ單穗粒數；
以上計算每個自交系的綜合耐高溫係數時從中間行取5個穗作為樣穗(採用取用中間行是因為：邊行授粉受到其它自交系影響，若採用邊行，則數據可能不完全準確；樣穗採用連續取5個或者5個以上的穗，數據真實可靠)，單穗籽粒重Mi的計算採用表達式2)，單穗粒數Ni的計算採用表達式3)：
Mi＝5個穗的標準含水量籽粒重÷5 2)；
Ni＝(5個穗的標準含水量籽粒重÷100粒籽粒的總重)÷5×100 3)；
標準含水量籽粒重的測得採用現有技術中常規方法(如：用的標準含水量籽粒重是籽粒含水14％的重量，水分儀測出籽粒含水量後進行換算。)。
第四步：判定自交系的耐高溫性，具體是：當自交系的綜合耐高溫係數值大於鄭58自交系的綜合耐高溫係數時，則判定為強耐高溫自交系；當自交系的綜合耐高溫係數高於0且低於鄭58的綜合耐高溫係數時，則判定為耐高溫性較弱自交系；當自交系的綜合耐高溫係數為0時，則判定為不耐高溫自交系。
採用本發明方法篩選出的強耐高溫玉米自交系的統計詳見表1：
表1鄭58自交系和強耐高溫玉米自交系的數據統計表
從表1中可以看出，鄭58玉米自交系的綜合耐高溫係數為0.53，而PHJ75、XBY11218-1、BML1281、142CT103、PF5411-1、ML1115、Y1142、ML1121、L27、PHN73、Y1124、F118、S7913以及AMD133玉米自交系的綜合耐高溫係數均高於0.53，因此，上述14個玉米自交系均屬於強耐高溫玉米自交系。
還有131個自交係為耐高溫性較弱(表1中未列出)，其耐高溫綜合係數低於鄭58但高於0，包括：Y1213、BML1293、Y1205、BML1282、BML1293、BML1282、BML1278、12GY5039-4、BML1229、BML1237、BML1214、BML1227、冀豐52、BML1222、BML1225、BML1228、內自013-1-1、12178071-1、渝561、48-2、98009、ZY2247、德2010-2、S273、遼美-6、湘97-7、渝9537、靖07-4、遼鑑-2、恩4824、98-3、臨1、綿715、ML606、PHPR5、WIL903、WIL901、BML1257、NQ508、PHW79、PHBA6、CS405、LH162、J8606、PHR58、PHJ90、6M502A、H8431、LH212Ht、PHK42、WIL900、W8304114、142CT107、142CT111、142CT113、142CT114、142CT118、142CT123、142CT124、142CT125、142CT127、142CT132、142CT136、142CT138、142CT139、142CT149、142CT151、142CT157、142CT159、142CT160、142CT163、142CT165、142CT168、AMD130、AMD142、AMD269、J24、W917、Y1107、Y1112、Y1118、Y1126、Y1127、Y1129、Y1134、Y1135、Y1140、Y1144、Y1147、ML1102、ML1122、內自013、內自454、內自4231、LZM5-1-1、XBY11262-3、PZS13、TY30331-6-2-3-2-1-2、SAM3001*X1152A-1-1-1-2-1-3、Y1101、綿723、內自013-1-1、K169R、B151、BS08-565、冀豐52-3、S7913、南09530、35855、川273、JS0251、遼5144、丹598、P138、142GWAS109、YS0、698-3、4379、LZM025、SAM3001、975-12、SCML1039、11GD003、11278199、LZM009、CL12、11雲KS175、CIMMYT自交系1、CIMMYT自交系12、外引自交系1、外引自交系2、外引自交系5。
還有剩餘的自交系(共343份)為不耐高溫自交系，受高溫影響不結實，沒有收到籽粒，耐高溫係數為0。
以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。