一种玉米种质群体构建和选系方法及其在优异基

本发明涉及作物遗传育种，具体涉及一种玉米种质群体构建和选系方法及其在优异基因富集中的应用。背景技术：1、玉米是人类的主要粮食作物。土地集约化进程的加快以及气候变化和病虫害变化，对玉米种质在高产稳产、综合抗性等方面提出了更高要求。玉米的产量、耐旱、耐低温、耐高温、耐盐碱等很多性状均由微效多基因控制，仅通过常规的群体遗传改良和二环选系方法，难以实现多个优异基因的快速富集，进而难以实现育种目标。而对优异基因的富集是实现高产稳产的关键。因此，亟需开发多个优异基因快速富集的玉米种质群体构建和选系方法。技术实现思路1、本发明提供一种玉米种质群体构建和选系方法及其在优异基因富集中的应用。2、为解决现有玉米种质群体构建和选系方法存在的多个优异基因聚合效率较低、周期较长的问题，本发明提供一种玉米种质群体构建和选系方法，该方法利用基因与环境互作效应，半同胞轮回选择方法，结合环境互作，同时实现多个优异抗逆基因与高配合力的快速聚合，实现玉米种质群体构建和选系的目的。3、具体地，本发明提供以下技术方案：4、本发明提供一种玉米种质群体构建或选系方法，所述方法包括：5、s1、基础群体构建：选择具有n个目标性状的优良自交系至少3个，其中n≥2且为整数，将所述自交系按照ncⅱ遗传设计进行完全双列杂交，获得f1组合，将每个f1组合进行种植，人工混合授粉，收获全部果穗并混合，获得基础群体；6、s2、遗传平衡：将基础群体种子依次进行第一次遗传平衡和第二次遗传平衡；其中，所述第一次遗传平衡中，开放授粉且不进行人为选择，所述第二次遗传平衡中，剔除目标性状表现不良的单株后进行人工混合授粉，获得c0群体；7、s3、胁迫环境选择：8、s3-1、按照n个目标性状中所含的m个抗环境胁迫性状，选择对应的m个胁迫环境，将c0群体种子平均分成m份，分别在m个胁迫环境中隔离种植，根据目标性状进行人工选择，m个胁迫环境中分别获得c1-1~c1-m种子；9、s3-2、将c1-1~c1-m种子等量混合后进行隔离种植，剔除目标性状表现不良的单株后人工混粉自交至少2次，挑选优良单株与测验种进行配合力测定，收获果穗先不混合；10、s3-3、将测验种与群体单株杂交测配f1种子，根据杂交种表现对群体优良单株配合力进行半同胞轮回选择，将入选果穗籽粒混合获得c1-mixed群体；11、s3-4、将c1-mixed群体种子平均分成m份，分别在m个胁迫环境中隔离种植，根据目标性状进行人工选择，m个胁迫环境中分别获得c2-1~c2-m种子；12、s3-5、将c2-1~c2-m种子等量混合后进行隔离种植，剔除目标性状表现不良的单株后人工混粉自交至少2次，挑选优良单株进行配合力测定，收获果穗先不混合；按照步骤s3-3的方法进行半同胞轮回选择，入选果穗籽粒混合获得c2-mixed群体；13、s3-6、将c2-mixed群体种子在不同胁迫环境中种植，选择胁迫环境表现优良的单株分别进行自交，将得到种子进行混合，获得c3-mixed1群体种子；14、将步骤s3-5中通过半同胞鉴定的优良单株按穗行在不同胁迫环境中种植，根据穗行表现，剔除具有明显不良性状的穗行，鉴定入选的穗行，将入选的穗行的种子混合，获得c3-mixed2群体；15、s4、背景纯化：将c3-mixed1和c3-mixed2群体的种子利用单倍体加倍技术进行单倍体诱导和加倍，获得dh系群体。16、上述玉米种质群体构建或选系方法中，在不同胁迫环境下，筛选包含目标性状在内的性状表现优良的单株（以下简称优株）进行人工混粉；在进行遗传平衡时同样选择性状表现优良的单株进行人工混粉，同时在早代群体选择性状表现优良的单株进行测配，利用半同胞轮回选择，保证遗传群体的配合力，在高代群体进行穗行筛选鉴定，显著提高了优异抗胁迫基因与高配合力的聚合效率。17、上述玉米种质群体构建或选系方法中，步骤s1利用携带优良基因的优良自交系、具有相似组配方向的来自相同或不同杂种优势群的代表自交系进行组配杂交组合；步骤s3中为实现多个优良基因的快速聚合，选择在不同胁迫环境中筛选，择优混合，打破连锁；同时，为选择群体的配合力，对改良群体优株进行配合力测定，并根据杂交种田间表现，选择群体单株亲本混合，组成新改良群体；上述环境胁迫选择和配合力筛选均进行两轮；进一步对改良群体单株进行穗行种植，根据穗行表现择优组成下一轮改良群体；步骤s4中利用单倍体育种技术对先改良群体进行诱导加倍，获得批量dh系。18、上述步骤s1中，所述自交系来自同一杂种优势群或来自与另一杂种优势群均具有高配合力的两个杂种优势群。19、本发明中，所述目标性状为抗环境胁迫性状、高产性状和/或高配合力性状。20、优选地，所述目标性状为选自抗病（例如抗锈病）、耐干旱、耐盐碱、耐低温、耐高温热害、自身产量高、配合力高中的至少两种。21、上述步骤s1中，所述f1组合的种植为分穗行种植。22、上述步骤s2中，第一次遗传平衡过程中开放授粉、不进行人为选择可以提高群体内单株随机交配的几率。23、上述步骤s2中，在散粉期前将感病（例如感锈病）单株剔除，剩余单株选择发育正常单株进行人工混合授粉，完成第二次遗传平衡。24、上述步骤s3中，m≤n且为整数。25、在本发明的一些具体实施方式中，所述目标性状包括抗环境胁迫性状和高产性状；步骤s3中，根据目标性状进行人工选择包括：在所述胁迫环境中，剔除不良单株且不良单株不授粉、不取粉，剩余优良单株人工混粉自交2-3次，成熟后分别脱粒称重，选择单穗粒重前10%的果穗进行混合脱粒；所述不良单株包括群体单株自身表型不良以及受环境胁迫后表型不良单株；其中，群体单株自身表型不良包括株高过高、穗位过高、雌雄发育不良；受环境胁迫后表型不良单株包括植株发育不良、植株弱小、雌雄不协调、雌雄发育不良。26、在本发明的一些具体实施方式中，所述抗环境胁迫性状包括耐干旱、耐盐碱、耐低温、耐高温热害和/或抗病；27、其中，针对耐干旱性状，所述胁迫环境为干旱或半干旱环境；28、针对耐盐碱性状，所述胁迫环境为盐碱地环境；29、针对耐低温性状，所述胁迫环境为播种期低温环境；30、针对耐高温热害、抗病性状，所述胁迫环境为高温热害高发、高发病环境。31、上述步骤s3中，所述测验种为与基础群体具有较高配合力的骨干自交系。32、上述步骤s3中，所述半同胞轮回选择包括：将测验种与群体单株杂交，将每个杂交组合播种，成熟期根据植株、果穗和产量表现，筛选前60%优良组合，据此确定入选果穗。33、上述步骤s3-6中，步骤s3-6中，所述不同胁迫环境包括病害、风害、热害、干旱；所述胁迫环境表现优良的单株为雌雄协调、抗病抗倒、耐热耐旱的单株；所述不良性状包括株高过高、穗位过高、雌雄不协调，雌雄发育不良、不抗病，穗粒腐严重和/或青枯。34、优选地，上述玉米种质群体构建或选系方法还包括：s5、将所述dh系群体按照已知的杂种优势模式，选择与之对应的杂种优势群中的代表系1~3种进行杂交组配；选择玉米生产中具有代表性的5~10个地点，同时将杂交组合及dh系群体，连续种植至少2年，选择出配合力高、耐低温、耐旱、耐盐碱、耐高温热害、自身产量高、雌雄协调、综合抗性优良的纯系，即为目标纯系。35、上述步骤s5中，对dh系进行杂交组合测配，杂交组合与dh亲本同时进行多点鉴定，综合杂交组合与亲本表现，最终获得目标纯系。36、在本发明的一些优选实施方式中提供一种多个优异基因快速聚合的玉米种质群体构建或选系方法，包括如下步骤：37、1、群体构建亲本选择38、根据育种目标，筛选具备相应目标性状的优良自交系3个以上，所述自交系来自同一杂种优势群或来自与另一杂种优势群体均具备高配合力的两个杂种优势群；示例性地，所述自交系可为来自黄改杂种优势群的京2416k、昌7-2、京92等，以及来自改良瑞德杂种优势群的京j2418，郑58、c229等，且黄改杂种优势群与改良瑞德杂种优势群均与x群种质具有较高配合力。39、其中，所述目标性状包括但不限于自身产量高、配合力高、抗南方锈病、耐旱、耐盐碱、耐低温萌发、耐高温热害等。40、2、基础群体的构建41、2.1 对上述步骤1的自交系按照ncⅱ遗传设计进行完全双列杂交，获得若干f1组合。42、2.2 选取上述步骤2.1的每个f1组合分穗行种植，散粉期取f1组合花粉进行混粉，与f1组合进行人工混合授粉，收获全部果穗，混合脱粒，获得基础群体。43、3、遗传平衡44、3.1将上述基础群体种子在自然条件下进行隔离种植，开放授粉，不进行人为选择，收获全部果穗，混合脱粒，完成第一次遗传平衡。45、3.2将步骤3.1获得的群体种子在自然条件下进行隔离种植，散粉期前将感锈病单株剔除，剩余单株选择发育正常单株进行人工混合授粉，完成第二次遗传平衡，收获全部果穗，混合脱粒，获得群体改良c0群体。46、4、多个胁迫环境选择47、4.1 根据选系目标，将c0群体种子平均分成若干份，分别选择在对应的胁迫环境中隔离种植，并根据目标性状进行人工选择；48、其中，选系目标包括但不限于苗期耐低温、耐干旱、耐盐碱、耐高温热害、抗南方锈病、自身产量高、配合力高等。49、其中，目标性状一为苗期耐低温，其对应的胁迫环境为播种期低温环境；示例性地，在中国东华北春玉米区，播种期比常规大田生产提早10~20天进行苗期低温胁迫，按照每公顷10万~12万株密度种植，且散粉前剔除不良单株，剩余优良单株人工混粉2-3次，成熟后分别脱粒称重，选择单穗粒重前10%的果穗籽粒进行混合，获得c1-1种子。50、其中，目标性状二为耐干旱，其对应的胁迫环境为干旱或半干旱环境；示例性地，在中国西北干旱、半干旱玉米种植区域，按照每公顷10万~12万株密度种植，生长期内采取正常灌溉量的50%~75%进行半干旱胁迫；且散粉前剔除不良单株，剩余优良单株人工混粉2-3次，收获全部授粉果穗，混合脱粒，获得c1-2种子。51、其中，目标性状三为耐盐碱，其对应的胁迫环境为盐碱地环境；示例性地，在中国西北沿黄灌区盐碱地，按照每公顷10万~12万株密度种植；且散粉前剔除不良单株，剩余优良单株人工混粉2-3次，收获全部授粉果穗，混合脱粒，获得c1-3种子。52、其中，目标性状四为耐高温热害、抗南方锈病，其对应的胁迫环境为高温热害、南方锈病高发环境；示例性地，中国黄淮海夏玉米区是高温热害和南方锈病的高发地区，按照每公顷10万~12万株密度种植；且散粉前剔除不良单株，剩余优良单株人工混粉2-3次，收获剩余的授粉果穗，选择籽粒品质好的果穗混合脱粒，获得c1-4种子。53、其中，目标性状五为自身产量高，在上述各胁迫环境内，剔除不良单株且不良单株不授粉、不取粉，剩余优良单株人工混粉自交2-3次，成熟后分别脱粒称重，选择单穗粒重前10%的果穗进行混合脱粒，此选择标准适用于以上所有胁迫环境，其中不良单株指群体单株自身表型不佳，包括株高、穗位过高、雌雄发育不良等，以及受环境胁迫后植株发育不良、植株弱小、雌雄不协调、雌雄发育不良等。54、4.2 从上述c1-1、c1-2、c1-3、c1-4种子中各取出500~2000粒种子等量混合均匀，隔离种植，同样按照前述方法剔除不良单株，所述不良单株即为自身表型不佳，包括株高、穗位过高、雌雄发育不良等，以及受环境胁迫后植株发育不良、植株弱小、雌雄不协调、雌雄发育不良等。剩余优异单株人工混粉自交2次，以提高群体内多个优良性状微效基因重组的几率。同时挑选500株以上优良单株并编号，取花粉与测验种进行杂交，测验种来自与基础群体具有较高配合力的骨干自交系。收获前剔除非抗锈单株，仅收获进行了混粉自交且完成测配的500株优良单株，收获后单穗脱粒不混合。55、4.3 将上述测验种与群体单株杂交测配f1种子，按编号播种，每个杂交组合播种2行，每行3.5米，成熟期根据植株、果穗及产量表现，筛选前60%优良组合，从而完成优良单株的配合力半同胞轮回选择，并根据组合编号，挑选4.2所述收获果穗籽粒进行混合，获得第一轮富集群体c1-mixed。56、4.4 按照上述4.1步骤，将c1-mixed群体种子平均分成若干份，再次在对应的胁迫环境中隔离种植，在单个环境中抽雄吐丝期，同样按照前述方法剔除不良单株，剩余选择花期协调优异单株进行人工混粉自交2-3次，分别获得c2-1、c2-2、c2-3、c2-4种子。57、4.5 按照上述4.3步骤，从上述c2-1、c2-2、c2-3、c2-4、c2-5种子中各取出500~2000粒种子等量混合均匀，按照4.2-4.3的方法，筛选获得通过半同胞鉴定的优良单株果穗，每个果穗取一半籽粒进行混合，获得第二轮富集群体c2-mixed。58、4.6 一方面选择病害、风害、热害、干旱等胁迫环境地区，按照每公顷9万株及以上密度种植上述c2-mixed群体混合脱粒种子，每个环境下种植6000株以上，选择雌雄协调、抗病抗倒、耐热耐旱的若干单株分别进行自交，每个果穗取部分种子进行混合，获得c3-mixed1。59、另一方面将4.5中通过半同胞鉴定的优良单株按穗行，在病害、风害、热害、干旱等胁迫环境地区进行播种，根据穗行表现，剔除具有明显不良性状的穗行，包括株高过高、穗位过高、雌雄不协调、雌雄发育不良、不抗南方锈病、穗粒腐严重、青枯等不良性状；鉴定入选的穗行，挑选1-3穗，每穗脱粒30粒左右，进行混合，获得c3-mixed2群体。60、5、背景纯化61、5.1 从上述鉴定后c3-mixed1和c3-mixed2群体，每穗选取1000粒以上种子，利用单倍体加倍技术对其进行单倍体诱导和加倍，获得dh系群体。62、6、鉴选63、将上述dh系群体，按照已知的杂种优势模式，选择与之对应的杂种优势群中的代表系1~3种进行杂交组配；选择玉米生产中具有代表性的5~10个地点，同时将杂交组合及dh系群体连续种植2年，选择出一配配合力高、苗期耐低温、耐旱耐盐碱、耐高温热害、自身产量高、雌雄协调、综合抗性好的纯系，即为目标纯系。64、另一方面，本发明还提供以上所述的玉米种质群体构建或选系方法在玉米育种或玉米优良基因富集中的应用。65、本发明的有益效果至少包括：本发明提供的玉米种质群体构建和选系方法集成运用群体改良、多环境胁迫鉴定、微效多基因聚合、半同胞轮回选择及单倍体育种技术等，可在保留群体配合力的同时，实现多个优异基因的快速聚合和多个微效基因的不断累加，从而用于玉米种质群体构建和优良纯系选育，获得抗逆和高配合力等综合性状，为玉米种质资源改良与有效利用提供可行方案。