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一种提高膨爆系数和改善花形的爆裂玉米育种方法与流程

花匠小妙招
2025-02-21 10:21

本发明属于植物育种技术领域，特别是涉及一种提高膨爆系数和改善花形的爆裂玉米育种方法。

背景技术：

爆裂玉米的膨爆系数是指玉米粒爆花之后体积的膨大程度，用每颗玉米粒爆花前后的体积之比表示（玉米花体积/玉米粒体积）。膨爆系数是爆裂玉米加工品质和食用品质的最重要指标。膨爆系数越大，玉米花越大，酥脆度越好，外观品质越好，应产率越高。研究表明，决定膨爆系数大小的内在因子是胚乳和化学和物理性质。一般情况下，角质胚乳占整个胚乳的比例越高，膨爆系数越大，但比例过高时却反而下降。遗传研究表明，爆裂玉米的膨爆性能属于数量性状，受多基因控制。爆裂玉米品种改良研究还表明，用马齿玉米改良爆裂玉米可大幅度提高产量，但却给膨爆系数和适口性带来负面影响。因此这种改良方式，马齿玉米遗传成份的导入程度需要适当控制。

现有提高爆裂玉米膨爆倍数（玉米花体积/爆花前玉米粒体积）的方法，通常从增加单位容积内玉米粒数和改变花形的角度来实现。这种途径的实质是增加了玉米花单花之间的空隙，和通过增加玉米花展开程度而增加的空隙度来实现整体玉米花体积的增加，而内在理化性质并没有改善。

为了提高爆裂玉米的膨爆系数，常规的选育方法通常采取系统选择法选育自交系，或以高膨爆系数的杂交种为试材采用二环系法选育，且须依据膨爆系数检测结果做单株筛选。由于这种方法存在的缺陷而效果不够理想，特别是对综合性状好的自交系进行膨爆系数的改良。

现有选育方法主要存在以下问题：

1.受遗传资源制约，选育难度大

爆裂玉米自交系的选育首先取决于种质基础即原始材料的好坏。对原始材料的要求，不仅对配合力、抗性、农艺性状提出要求，对膨爆系数的要求更高。爆裂玉米是一种世界性的种质资源十分匮乏的玉米类型，对膨爆性能这种内在理化指标的改良受资源限制的程度更大，选育难度大。

2.育种效率低、遗传增益难

爆裂玉米的膨爆系数属于数量性状，受多基因控制。现有技术对膨爆系数的改良只能通过多代自交选择的方法，即通过基因重组过程中有利基因的累加而逐步实现，选育周期长。当原始材料的膨爆系数较低时，遗传增益更低，花费时间更长。

3.品质检测不能与种子准确对应，选育效率低

普通玉米的品质育种所依据的检测指标，是通过对果穗甚至对单粒进行微损伤检测而得，所获数据可以与果穗甚至与单粒种子相对应，可以做出精准选留或淘汰。但是，爆裂玉米膨爆系数的检测是一种破坏性检测，玉米粒爆成玉米花之后则失去播种价值。因此只能针对果穗进行检测，所获数据只能作为参考，因此选育效率降低。

4.食用品质改良困难

玉米花的皮渣率、花形、花形比率是影响玉米花食用品质、加工品质、商业品质的主要因子，其中皮渣率对食用品质即适口性影响最大。采用常规选育方法改良品质主要依赖于原始材料，选育进展缓慢。

5.性状改良困难

在普通玉米育种中对自交系某一性状的改良，通常采取与供体材料之间杂交及回交方法即可奏效，回交次数相对较少。而对爆裂玉米膨爆性的改良，由于不利基因的连锁累赘，需要的选择世代较多。

6.育种成本高

选育周期长、选择效率低、资源耗费大，育种成本高。

本发明主要针对高膨爆系数爆裂玉米育种中，种质资源贫乏、选系效率低、选育周期长、育种成本高，以及大型花品种的皮渣度、花形率问题。

技术实现要素：

为了弥补上述现有技术的不足，本发明的目的是提出一种提高膨爆系数和改善花形的爆裂玉米育种方法，通过缩小胚芽、增大胚乳的小微胚育种途径，高效率、快速度、低成本地选育高膨爆系数的爆裂玉米新品种；既可利用群体、综合种作为原始材料，也可对现有优良自交系进行小胚芽改良，进而明显改善玉米品质，同时提高膨爆系数、单花体积、应产率、酥脆度，并降低裹糖度、破碎率。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种提高膨爆系数和改善花形的爆裂玉米育种方法，其技术要点是：包括以下步骤：

（1）选择原始材料

选择爆花品质优良、膨爆系数高的爆裂玉米群体、综合种、杂交种，及爆裂玉米自交系；

所述玉米群体、综合种、杂交种包括玉米花花形为蝶形花的品种，玉米花花形为球形花的品种，玉米花花形为混合型的品种；

所述玉米花花形为蝶形花的品种典型蝶形花率大于85%，膨爆系数大于35倍；所述玉米花花形为球形花的品种的典型球形花率大于85%，膨爆系数大于25倍；所述玉米花花形是混合型的品种球形花率大于45%、蝶形花率大于45%；膨爆系数大于30倍；

（2）选育

采取系统选育法、二环系法进行选育获得小胚、微胚自交系；具体方法如下：

①筛选试材

对原始材料进行筛选，具体方法为感官筛选和油分筛选法的任一种；

a.感官筛选

通过玉米种子胚形表型观察，选择胚较小的籽粒个体；所述胚较小的籽粒个体的胚部果皮的面积占种子表面积的四分之一以下；

b.仪器筛选

采用磁共振含油率自动分捡系统进行玉米种子单粒检测，选出含油量低的籽粒个体；所述含油量低的籽粒中含油率小于3%；

②种植试材

a.稀植

种植密度3200-3700株/亩；

b.自交

自交授粉，充分授粉以使结实完全和籽粒饱满，便于人工筛选；

c.穗选、粒选

先对单穗筛选，选择胚芽相对小的果穗；再对入选果穗进行粒选，连续多代选择；

③基因型固定

若选择的初始材料为非自交系，连续多代选择的玉米种子胚部果皮的面积占种子表面积的五分之一以下或籽粒含油率小于2%时，利用二倍体诱导技术进行基因型固定，包括胚基因型及其他杂合基因型利用二倍体诱导技术得到纯化，即获得稳定的小胚自交系或微胚自交系；

若以自交系为初始材料，连续多代选择的玉米种子胚部果皮的面积占种子表面积的五分之一以下或籽粒含油率小于2%时，则不必再进行纯化，因为自交系本身即为基因型纯合个体；

（3）组合配制

杂交种组配采用小胚、微胚自交系作双亲；组配获得高膨爆系数爆裂玉米杂交种。

进一步的，所述高膨爆系数爆裂玉米杂交种包括玉米花花形为蝶形花的品种，玉米花花形为球形花的品种，玉米花花形为混合型的品种；

所述玉米花花形为蝶形花的品种典型蝶形花率大于93.5%，蝶形花膨爆系数大于38.5倍；所述玉米花花形为球形花的品种的典型球形花率大于93.5%，膨爆系数大于27.5倍；所述玉米花花形是混合型的品种球形花率大于49.5%、蝶形花率大于49.5%；膨爆系数大于33倍。

本发明的积极效果如下：

1.指标简单、选择容易

由于胚的大小具有直观性，因此可容易地通过表型进行人工选择；利用脂肪测定仪器进行筛选则更加方便。

2.选择效率高、遗传增益大

对胚的大小进行选择，无需考虑胚乳指标的干扰。加之胚芽体积或重量的遗传潜力较大，选择效率高，遗传增益大。

3.自交系改良更容易

以自交系为试材时，无需考虑其他性状的选择与纯合，因此不涉及测配过程，改良后便可直接使用。

4.指标准确，对应性强，选择效率高

脂肪含量虽然属于间接指标，但与胚的大小密切相关，因此解决了爆花检测的破坏性和指标不能与种子对应的问题。

5.品质好

小胚、微胚爆裂玉米与现有的爆裂玉米相比，在三个方面明显改善：

（1）膨爆系数提高10%以上，单花体积增大10%以上，应产率提高10%以上；

（2）避免因胚大而导致的球形花品种的玉米花缺口、破碎、花形不圆、球形率低的问题。球形花率提高10%以上，裹糖度降低3%以上，生产成本降低2%以上；破碎率降低8%，损失减少，外观品质提高。

（3）胚芽占比减小，可使皮渣率降低2%，酥脆度提高5%。

6.育种成本低

避开了常规育种方法种质资源缺乏、有利基因累加缓慢、测花鉴定不对应导致的选育周期长、选择群体大的问题，资源占用少，育种成本低。

具体实施方式

实施例一

1.种子选择与播种。以爆裂玉米‘佳球105’的亲本‘tq10’和‘tq5’自交系作为原始材料。

所述爆裂玉米‘佳球105’的母本‘tq10’的膨爆系数为25.1，父本‘tq5’的膨爆系数为25.0；通过表型观察，选择胚较小的籽粒个体；所述胚较小的籽粒个体为胚占胚所在种子表面积的四分之一以下；

4月25日播种，种植密度3500株/亩。

2.自交授粉。所述‘tq10’和‘tq5’分别自交，连续2～3次重复授粉，保证结实完全和籽粒饱满。

3.收获与穗选。所述‘tq10’和‘tq5’分别自交后各自收获得到两个品种自交后果穗，分别将上述果穗从中间折断，观察有胚的一面，选取胚芽相对其他果穗较小的穗子，余者淘汰。

4.粒选。入选的两个品种自交后果穗脱粒，比较籽粒胚芽的大小，各自获得胚芽相对其他籽粒较小的单粒，备下一代播种继续选择。

5.选择世代。将上述获得的两个品种的单粒连续6代自交选择，当胚芽占胚所在种子表面积的五分之一及以下时选择结束，育成高膨爆系数爆裂玉米自交系‘gtq10’和‘gtq5’。

6.组配杂交种。以‘gtq10’为母本，‘gtq5’为父本，组配成高膨胀系数爆裂玉米杂交种‘佳球g105’。

与‘佳球105’相比，‘佳球g105’膨爆系数可提高10%以上；球形花比例提高10%以上，花形完整度提高10%以上；酥脆度提高、皮渣感下降；玉米花的圆度提高、粗糙度降低，裹糖玉米花的生产成本降低10%以上；产品外观也得到明显改善。

实施例二

1.种子选择与播种。以爆裂玉米‘金爆1237’的亲本‘沈爆260’和‘沈爆d7’作为原始材料。

4月25日播种，种植密度3500株/亩。

2.自交授粉。所述‘沈爆260’和‘沈爆d7’分别自交，连续2天～3次重复授粉，保证结实完全和籽粒饱满。

3.收获与穗选。所述‘沈爆260’和‘沈爆d7’分别自交后各自收获得到两个品种自交后果穗，分别将上述果穗从中间折断，观察有胚的一面，选取胚芽相对其他果穗较小的穗子，余者淘汰。

4.粒选。入选的两个品种自交后果穗脱粒，用仪器筛选，对每个籽粒进行含油量检测，选留10%含油量相对较低的籽粒，备下一代播种继续选择。

5.选择世代。将上述获得的两个品种的单粒连续7代自交选择，当籽粒含油率小于2%以下时选择结束，育成高膨爆系数爆裂玉米自交系‘沈爆g260’和‘沈爆gd7’。

6.组配杂交种。以‘沈爆g260’为母本，‘沈爆gd7’为父本，组配成高膨爆系数爆裂玉米杂交种‘金爆g1237’。

与‘金爆1237’相比，‘金爆g1237’膨爆系数可提高10%以上，玉米花完整度提高10%以上，酥脆度提高5%以上，皮渣感下降，产品外观也得到明显改善。

实施例三

1.种子选择与播种。以爆裂玉米杂交种‘金谷103’作为原始材料。

4月25日播种，种植密度3500株/亩。

2.自交授粉。‘金谷103’自交，连续2天～3天重复授粉，保证结实完全和籽粒饱满。

3.株选与穗选。选择符合育种目标的单株收获，余者淘汰。将入选果穗从中间折断，观察有胚的一面，选取胚芽相对较小的果穗，余者淘汰。

4.粒选。用磁共振含油率自动分检系统进行辅助选择，对每个籽粒进行含油量检测，选留10%含油量在3%以下的籽粒，备下一代播种继续选择。

5.选择世代。连续7代自交选择，当籽粒含油率小于2%以下时选择结束。

6.基因型固定。播种入选种子，吐丝期采用二倍体诱导技术进行诱导纯化基因型，育成高膨爆系数爆裂玉米自交系，‘佳g03’。

‘佳g03’膨爆系数提高10.3%、球形率提高9.6%，酥脆度提高5%、皮渣率降低2%。可用于组配高膨爆系数的球形花爆裂玉米杂交种。

本发明的原理：

（1）胚占整个籽粒重量的10%-15%之间，占体积很大达到30%左右。通过大胚定向选择的高油玉米，胚芽占籽粒重量达40%甚至更高。胚芽大，在玉米粒中占据的空间就大，爆花后会在胚的位置形成较大空洞或缺口。对于球形花品种来说，较大的缺口会使球形花的圆形度降低，球形率减小，不利于裹糖玉米花的加工制作；对于蝶形花品种来说，大胚会导致爆花时将玉米花从胚芽处撕裂成两半或形成更多的碎片，破碎度增加，成品率降低，外观品质下降。

（2）胚的大小与脂肪含量呈正相关关系，因此低油量可以作为小胚、微胚育种的间接指标。采用磁共振油分自动分析仪进行油分检测，朝低油量方向选择，可实现对小胚、微胚的单粒筛选，具有自动、准确、高效的技术效果。

综上可见：小胚、微胚爆裂玉米与现有的爆裂玉米相比，在三个方面明显改善：

（1）膨爆系数提高10%以上，单花体积增大10%以上，应产率提高10%以上；

（2）避免因胚大而导致的球形花品种的玉米花缺口、破碎、花形不圆、球形率低的问题。球形花率提高约10%左右，利用其制作焦糖玉米花可使裹糖度降低3%以上，生产成本降低2%以上；避免蝶形花品种爆花时从胚芽处撕裂成碎片，使破碎率降低8%，损失减少，外观品质提高。

（3）胚芽占比减小，可使皮渣率降低2%，酥脆度提高5%。