基于广西地方糯玉米种质的甜糯双隐玉米自交系的创制及应用.pdf

冯云敢，男，助理研究员，主要从事玉米遗传育种研究，E-mail：*通信作者（Corresponding author）：贺囡囡，副研究员，主要从事玉米遗传育种研究，E-mail：收稿日期：2023-04-26；接受日期：2023-06-27基金项目：广西科技重大专项（桂科 AA22068095），广西重点研发计划项目（桂科 AB18221050），广西农业科学院基本科研业务专项（桂农科 2016YM40，桂农科 2021YT020）doi：10.19928/ki.1000-6346.2023.5043基于广西地方糯玉米种质的甜糯双隐玉米自交系的创制及应用冯云敢1 韦桂旺1 蒙云飞1 王玉浩1 韦爱娟1 卢 妍2 吴爱民2 贺囡囡1*（1广西农业科学院玉米研究所，广西南宁 530007；2南宁市西乡塘区生产力促进中心，广西南宁 530009）摘 要：甜糯玉米是鲜食玉米发展的重要方向，甜糯双隐玉米自交系是配制甜糯玉米新品种的重要材料。利用广西地方糯玉米种质创制优良糯玉米自交系，采用系谱法、籽粒碘显色法选育甜糯双隐玉米材料，育成 3 个优良甜糯双隐玉米自交系 GTL270、GSL121、GSL125，利用其组配 3 个高产优质的鲜食甜糯玉米新组合并通过广西审定，丰富了广西甜糯玉米 市场。关键词：甜糯玉米；鲜食玉米；甜糯双隐自交系；种质华 等，2022），糯玉米种植面积约为 80 万 hm2，占我国鲜食玉米总种植面积的一半以上，甜糯玉米种植面积达 20 万 hm2（李紫琪 等，2022）。广西鲜食糯玉米常年播种面积在 3 万4 万 hm2，且仍在不断增加（吕巨智 等，2022）。截至 2022年最新调查数据显示，广西糯玉米种植面积已达 4.5 万 hm2，其中甜糯玉米约占 1/3，主推品种为桂甜糯 525、桂甜糯 228、桂甜糯 108 等桂甜糯系列和天贵糯 932 等一批优良的甜糯玉米新 品种。种质创新是玉米遗传育种的基础。地方品种作为一种重要的基础资源，对当地独特的地理环境适应性强，而且遗传基础丰富，是非常重要的育种材料（黎裕和王天宇，2017）。我国地方农家糯玉米种质资源丰富（黄玉碧和荣延昭，1998），其中广西是糯玉米的初生起源中心之一，保存有大量的地方农家种（杨太兴 等，1981）。广西地方糯玉米种质资源被利用育成了大量的糯玉米新品种，其中20032020 年通过广西审定的 153 个糯玉米品种中，有 58 个品种的亲本是来自广西地方糯玉米品种，占比 37.9%（范競升 等，2023）。很多糯玉米新品种在广西及其周边市场包括东盟国家都表现出良好的适应性和丰产性，是广西及相似生态区市场的主推品种，但是育成的甜糯玉米新品种较少（郑加兴 等，2019）。糯玉米是因为普通玉米控制淀粉的基因 Wx 突变为 wx 而形成的一种蜡质玉米，其胚乳的淀粉主要为支链淀粉，具有营养价值和经济价值高等特点（史亚兴 等，2015）。糯玉米在鲜食、淀粉工业、食品加工和饲料等方面与普通玉米相比具有明显的优势，可利用前景非常广阔（雷涌涛 等，2016）。甜糯玉米是满足“既甜又糯”消费需求的鲜食玉米新类型，通过遗传杂交使同一果穗上同时具有甜质和糯质的籽粒，其口感既具有甜玉米的鲜甜多汁，又具有糯玉米的清香粘软（宋俏姮 等，2018），有着良好的发展前景和巨大的市场空间，市场份额占鲜食玉米市场的 1/3 以上，而且呈逐年上升的趋势，市场价值比传统的甜玉米和糯玉米高 20%以上，经济效益比普通玉米提高 23 倍（王萍 等，2016；宋俏姮 等，2022）。截至 2022 年，我国鲜食玉米种植总面积已超的 166 万 hm2，超越美国成为全球第一（郭丽 97 中 国 蔬 菜 CHINA VEGETABLES研究论文2023（8）：97-102本文利用广西地方糯玉米种质，采用常规甜、糯杂交配组，籽粒碘显色法鉴定甜糯双隐材料，选育甜糯双隐自交系，为选育高产、优质、广适的甜糯玉米新品种提供了遗传基础丰富的材料，并利用其培育适宜广西及相似生态区推广种植的优良甜糯玉米新品种，在保证高产的同时，还兼具了高品质和抗病性的优点，适应农业生产和居民消费需求，丰富广西甜糯玉米市场。1 材料与方法1.1 试验材料供试材料包括 5 份糯玉米自交系（宜山怀远糯、莫宜糯、GNL211、GNL280、GNL281）和 1份甜玉米自交系（HJZ33），共 6 份，均由广西农业科学院玉米研究所提供。材料编号、名称和系谱来源见表 1。1.2 试验设计2015 年春季开始对广西农业科学院甜糯研究室前期从广西地方糯玉米种质中选育的优良糯玉米自交系进行配合力测定，选取优良的糯玉米自交系和甜玉米材料进行杂交，采用系谱法进行连续多代自交，每代选取优株优穗并结合籽粒碘显色法进行鉴定，从 S4 开始测验配合力并进行多点试验，直到 2020 年育成优良的甜糯双隐玉米自交系和优良甜糯玉米新品种（图 1）。图 1 甜糯双隐玉米自交系和甜糯玉米新品种选育方法表 1 6 份自交系名称及系谱来源编号名称系谱来源类型1宜山怀远糯广西糯玉米农家品种自交系2莫宜糯广西糯玉米农家品种改良自交系3GNL211糯玉米美玉 11 号二环系自交系4GNL280糯玉米苏科花糯 2008 二环系自交系5GNL281糯玉米苏科花糯 2008 二环系自交系6HJZ33甜玉米华珍二环系自交系2021 年春季，在广西农业科学院明阳基地种植甜糯双隐玉米自交系 GTL270、GSL121、GSL125 和甜糯玉米新品种桂甜糯 189、桂甜糯108、桂甜糯 118。采用随机区组设计，3 次重复，每个小区 4 行，甜糯双隐玉米自交系行长 2 m，行距 0.65 m，株距 0.20 m，种植密度为 76 920 株 hm-2；甜糯玉米新品种行长 4.8 cm，行距 0.65 m，株距 0.32 m，种植密度为 48 000 株 hm-2，常规田间管理。1.3 试验方法1.3.1 籽粒碘显色检测法 该法是一种无损伤检测甜糯双隐自交系籽粒的方法，检测试剂为 2%碘酊测试剂，检测对象为从 F2筛选出的偏向蜡质籽粒的甜籽粒。对照（糯玉米籽粒）及被检测甜籽粒均按以下步骤操作：将玉米籽粒顶部种皮小心剪开，直到种子顶部露出胚乳淀粉层；用刀片刮取一薄层淀粉并小心放置于白色塑料牌上；滴 1 滴 2%碘酊于淀粉上，过 10 s 后用干净玻璃棒轻轻碾压，再过10 s 后并涂抹成圆圈，干后即可观察颜色变化；对照（糯玉米籽粒）和甜糯双隐玉米籽粒检测结果均变为棕红色，甜玉米籽粒变为蓝色。检测一次即可得到结果，不需重复。检测后的玉米种子仍具有发芽能力。1.3.2 主要农艺性状和产量调查 2021 年 5 月，?HJZ33 F1?S4?GNL211 GNL280?GNL281?GTL270?GSL121?GSL125?189?108?118 98 中 国 蔬 菜 CHINA VEGETABLES研究论文在玉米成熟期每个小区（在 4 行区中间两行取样）随机取样 5 株，调查株高、穗位高、叶片数、穗长、穗粗、穗行数和秃尖等农艺性状，将收获的果穗烘干，称取千粒重，调查植株综合抗病性（调查鲜食玉米南方主要 3 种病害，即大斑病、小斑病和南方锈病，目测小区植株的发病状况，调查重点部位为玉米穗位以上和穗位以下的叶片，其中叶片感染到穗位以上第 3 片叶及以上为高感；叶片感染到穗位上方第 12 片叶为感病，叶片感染到穗位叶为中抗，叶片感染到穗位以下 12 片叶为抗病，叶片上无病斑或仅在穗位以下第 3 片叶上有零星病斑为高抗）；除每行端部植株外，其余全部收获计算小区产量；采用手持式数显糖度计 PAL-1 测定玉米籽粒中可溶性糖含量（糖度），每穗取果穗中部籽粒 10 粒进行单粒测量，求和取平均数即为单穗值，小区 5 穗求和取平均数即为小区值。调查方法均按照 NY/T12092006农作物品种试验技术规程 玉米（中华人民共和国农业部，2006）进行 操作。1.4 数据处理利用 Excel 2010 软件整理数据及绘制表格。2 结果与分析2.1 籽粒碘显色检测法鉴定结果利用籽粒碘显色法检测，将待检测甜玉米籽粒与对照甜糯双隐籽粒对比，变棕红色的待检测样本即为甜糯双隐玉米籽粒（图 2）。该检测技术快速简单方便，室内 1 min 即可完成 1 个样本检测。利用该方法在 20152021 年间共检测了 1 065 份甜粒材料，从中鉴定出甜糯双隐玉米自交系 GTL270、GSL121、GSL125 等及一批优异甜糯双隐玉米中间材料。图 3 3 个甜糯双隐自交系的果穗自左向右分别是 GTL270、GSL121、GSL125。2.2 甜糯双隐玉米自交系选育结果利用广西地方品种宜山怀远糯 HJZ33 组合，自交分离，利用籽粒碘显色法进行鉴定，选出白色甜糯双隐玉米籽粒，在 S4 时进行自交系配合力测定；随后利用系谱法继续自交至第 8 代，最后获得稳定的白粒甜糯双隐玉米自交系 GTL270；利用广西地方品种莫宜糯 HJZ33 组合，自交分离，利用籽粒碘显色法进行鉴定，选出白色甜糯双隐玉米籽粒，自交至 S4 时进行配合力测定；随后利用系谱法连续自交至第 8 代，选出农艺性状较整齐稳定、可溶性糖含量高和抗性强的白粒甜糯双隐玉米自交系 GSL121 和 GSL125（图 3）。图 2 籽粒碘显色检测法鉴定结果自左向右分别是糯玉米籽粒（CK）、甜糯双隐玉米籽粒、甜糯双隐玉米籽粒、甜玉米籽粒。99 中 国 蔬 菜 CHINA VEGETABLES研究论文2.3 3 个甜糯双隐玉米自交系的农艺性状从表 2 可以看出，3 个甜糯双隐自交系的农艺性状较好，穗行数、千粒重好，尤其是 GTL270 植株高矮，果穗秃尖小。3 个甜糯双隐自交系品质好，可溶性糖含量 17%以上，而且抗病。2.4 3 个甜糯双隐玉米自交系的应用利用新选育的 3 个优良甜糯双隐自交系和糯玉米骨干材料杂交，配制组合主要农艺性状见表 3。3 个自交系配制的组合农艺性状、产量和抗性均较好，其中 GTL270 配制的组合穗长较长，秃尖较小，高产组合占比 100.0%。选取优良组合进行多点试验并参加区域试验，优良新品种主要农艺性状见表4。3 个甜糯玉米新品种产量、品质和抗性均较好，产量均高于区域试验对照（桂甜糯 189 和桂甜糯108对照为桂糯519，桂甜糯118对照为桂糯529）5%以上，均具有适应性强，品质优，抗倒伏性、抗病表 2 3 个甜糯双隐自交系的农艺性状自交系生育期株高/cm 穗位高/cm叶片数/片穗长/cm穗粗/cm穗行数/行 秃尖/cm千粒重/g可溶性糖/%抗性GTL270春季 102 d，秋季 80 d 135.846.816.511.03.814180.28217.6抗病GSL121春季 103 d，秋季 85 d 176.076.317.611.53.614180.58117.8抗病GSL125春季 103 d，秋季 85 d 172.071.017.212.03.614160.88617.5抗病表 4 3 个甜糯玉米新品种的主要农艺性状品种审定编号来源株高/cm穗位高/cm鲜果穗两季平均产量/kg（667 m2）-1比对照增产/%品质评价总分/分抗性桂甜糯 189桂审玉 2020054GNL211 GTL27022691728.410.185.2抗倒伏、抗病性较强桂甜糯 108桂审玉 2021050GNL280 GSL12522091705.216.886.1抗倒伏、抗病性较强桂甜糯 118桂审玉 2022029GNL281 GSL12122393736.95.285.1抗倒伏、抗病性较强注：数据来源于 20202022 年广西壮族自治区种子管理站区域试验数据，品质评价总分为外观感官评分和蒸煮品尝评分总和，对照桂糯 519、桂糯 529 品质评价总分均为 85 分。表 3 3 个甜糯双隐自交系配制组合主要农艺性状自交系配制组合数/个平均株高/cm平均穗位高/cm穗长/cm穗粗/cm穗行数/行秃尖/cm抗性产量比对照高 5%以上的组合数/个高产组合占比/%GTL270123190.5091.218.35.016180.5抗病123100.0GSL121150210.2088.016.75.216181.2高抗13791.3GSL125140202.0885.717.55.116181.0高抗12085.7性强等优点。3 讨论与结论3.1 地方种质资源的利用广西地处亚热带季风气候区，气候温暖，雨水充沛，热量丰富。但夏季气候高温高湿，很多玉米材料尤其是温带血缘重的材料生长过程病害严重，极易出现花期不遇、吐丝困难等情况（韦爱娟 等，2016）。地方玉米种质经过长期的自然选择和人工栽培驯化，对当地独特的地理环境很强的适应性，而且遗传基础丰富，可利用价值很大（黎裕和王天宇，2017）。广西地方糯玉米种质对当地土壤、气候等自然环境具有较强的适应性，且保留了当地特有的糯性风味、营养价值较高等优势，例如糯性好、耐高温多雨、抗病性较强等，但是仍然存在产量低、配合力低、籽粒小、皮厚渣多、株高和穗位偏高、易倒伏等问题，不能直接利用。因此，育种时注意引进具有高产、配合力高、粒大、皮薄及矮秆抗倒伏等性状互补的新种质进行改良，同时还要注意划分杂种优势群，遵循群内改良自交系，群外组配杂交品种的原则（贺囡囡 等，2021）。甜糯鲜食玉米作为一种新兴的消费食品，深受广大消费者的喜爱，具有很好的发展前景，是鲜食玉米育种的重要方向之一，而甜糯双隐玉米自交系是配制甜糯玉米新品种必不可少的材料（曾斌 等，2020；徐丽 等，2023）。100 中 国 蔬 菜 CHINA VEGETABLES研究论文3.2 甜糯双隐自交系的选育籽粒碘显色检测法是选育甜糯双隐玉米材料的一种新方法，是一种无损伤种胚检测技术，利用该检测技术，室内 1 min 即可完成 1 个样本检测，鉴定过是甜糯双隐材料后可以继续种植，方法简单方便，可操作性强，对比花粉碘显色法（从种植到开花需要 6070 d，开花时期花粉检测需要固定液固定，显微镜下检测）（祁显涛，2019），极大提高了甜糯双隐玉米性状筛选的效率。本试验首先利用广西地方糯玉米种质创制优良糯玉米自交系，将群内优良糯玉米自交系和甜玉米自交系杂交，然后自交分离，挑选出蜡质凹陷型种子（甜粒），利用籽粒碘显色法鉴定，选出含纯隐性糯基因（wxwx）的甜玉米籽粒。连续多代自交后，从 S4 开始测验配合力并进行多点试验，先后育成 3 个优良甜糯双隐玉米自交系GTL270、GSL121、GSL125 和 3 个 优 良 鲜 食 甜糯玉米新品种桂甜糯 189、桂甜糯 108 和桂甜糯118。3 个自交系农艺性状较好，GTL270 果穗最粗、株高最矮、秃尖最小，GSL125 果穗最长、籽粒千粒重最大，3 个自交系可溶性糖含量均高达17%以上，发芽率高，配合力高，皮薄脆。利用新选育的 3 个优良甜糯双隐自交系和糯玉米骨干材料杂交，配制组合，育成的 3 个甜糯玉米新品种产量比区域试验对照均高 5%以上，均具有适应性强，可溶性糖含量高，皮薄脆，口感软糯香甜，抗倒伏性、抗病性强，保绿度高等优点。地方种质资源作为一种重要的基础资源，遗传基础丰富，是应用价值极高的育种材料；籽粒碘显色检测法为甜糯玉米育种提供了科学的研究方法，选育的甜糯双隐自交系应用潜力大，配组的甜糯玉米新品种丰富了广西鲜食玉米市场，发展前景较好。参考文献范競升，谢和霞，覃兰秋，谢小东，周海宇，程伟东，江禹奉2023基于 SNP 标记揭示广西糯玉米地方品种的遗传多样性与群体遗传结构植物遗传资源学报，24（3）：661-670郭丽华，尉京红，马蕴菲，孟燕辉2022河北省鲜食玉米产业发展形势及高质量发展建议中国蔬菜，（3）：9-13贺囡囡，冯云敢，蒙云飞，韦爱娟，弓雪，卢生乔，韦桂旺，吕巨智2021利用 SNP 标记及配合力划分超甜玉米自交系的杂种优势群植物遗传资源学报，22（1）：165-173黄玉碧，荣廷昭1998我国糯玉米种植资源的遗传多样性和起源进化作物杂志，（增刊 1）：77-80雷涌涛，隆文杰，周国雁，蔡青，伍少云2016云南糯玉米种质资源的研究与利用河南农业科学，45（1）：1-7黎裕，王天宇2017玉米种质创新进展与展望玉米科学，25（3）：11-18李紫琪，古艳婷，郭燕枝，任明英，韩娟2022我国鲜食玉米标准体系及营养标准研究食品安全质量检测学报，13（18）：5964-5973吕巨智，李发桥，石达金，唐国荣，谢小东，贺囡囡，谭贤杰，程伟东，张述宽2022广西鲜食玉米产业优势及在“一带一路”发展中的机遇中国种业，（3）：35-38祁显涛2019基于 CRISPR-Cas9 的玉米紧凑株型与甜糯复合型性状定向遗传改良博士论文 合肥：安徽农业 大学史亚兴，卢柏山，宋伟，徐丽，赵久然2015基于 SNP 标记技术的糯玉米种质遗传多样性分析华北农学报，30（3）：77-82宋俏姮，孔亮亮，刘俊峰，张垚，杨跃华2018甜糯双隐基因型玉米材料的创制方法及鉴定技术概述中国蔬菜，（5）：28-32宋俏姮，孔亮亮，刘俊峰，张垚，崔阳，陈琳，舒琴2022甜加糯玉米新品种锦甜糯 198 的选育中国种业，（8）：128-130王萍，田凤芝，李晨2016北方甜糯玉米优质高效栽培及发展前景吉林蔬菜，（6）：18-19韦爱娟，贺囡囡，韦桂旺，蒙云飞，冯云敢2016广西甜玉米发展现状及对策现代农业科技，（4）：330-333徐丽，史亚兴，席胜利，俞嫒年，卢柏山，赵久然2023“甜味糯”新型鲜食玉米及其代表品种京科糯 768 的选育植物遗传资源学报，24（1）：317-324杨太兴，曾孟潜，王璞1981我国南方糯玉米（Zea mays Sinensis）的过氧化物酶同工酶分析植物学报，（2）：110-115曾斌，付从贵，李素敏，赵晓雷，彭勃，何瑞，钱芳，王奕2020玉米甜糯双隐自交系穗部性状配合力分析及鲜食育种价值评价土壤与作物，9（2）：184-190郑加兴，覃嘉明，覃永嫒，王兵伟，黄安霞，时成俏2019广西鲜食糯玉米品种在越南的适应性分析种子，38（2）：89-92，97中华人民共和国农业部2006NY/T 12092006 农作物品种试验技术规程 玉米北京：中国农业出版社：8-9 101 中 国 蔬 菜 CHINA VEGETABLES研究论文Creation and Application of Sweet-Waxy Double Recessive Maize Inbred line based on Local Waxy Maize Germplasm in GuangxiFENG Yungan1，WEI Guiwang1，MENG Yunfei1，WANG Yuhao1，WEI Aijian1，LU Yan2，WU Aimin2，HE Nannan1*（1Maize Institute，Guangxi Academy of Agricultural Sciences，Nanning 530007，Guangxi，China；2Xixiangtang District Productivity Promotion center in Nanning City，Nanning 530009，Guangxi，China）Abstract：Sweet-waxy maize is an important direction for developing fresh-eating maizeThe sweet-waxy double recessive maize inbred line is an important material for preparation of new sweet-waxy maize varietiesThrough creating superior waxy maize inbred line by local waxy maize germplasm in Guangxi；and breeding sweet-waxy double recessive maize material by pedigree method and grain iodine coloration method，this study succeeded in breeding 3 excellent sweet-waxy double recessive maize inbred lines，namely GTL270，GSL121 and GSL125，which were utilized to prepare another 3 new combination of fresh-eating sweet-waxy maize with high yield and superior qualityThis combination was examined and approved by Guangxi，thus enriched the market of sweet-waxy maize in GuangxiKeywords：sweet-waxy maize；fresh-eating maize；sweet-waxy double recessive maize inbred line；germplasm总经销：品氏托普园艺（上海）有限公司 咨询电话：[phone]地址：上海市闵行区浦江镇浦锦路2049弄38号301室 丹麦品氏PINDSTRUPSince 1905穴盘育苗用量估算（仅供参考）穴盘规格Q50 穴Q70 穴Q105 穴T128 穴T200 穴T288 穴每包 300 L 育苗数量5 000 株7 200 株11 000 株13 500 株30 000 株42 000 株育苗基质：丹麦原装进口品氏 育苗基质采用优质泥炭藓为原料，加入营养启动剂，pH值已调整为5.5或6.0，颗粒010 mm或060 mm，每包300 L，适用于各类蔬菜、瓜果、烟草、中草药育苗。品氏育苗基质适用于草莓 蔬菜（番茄、甜椒）切花（多头菊等）品氏种植袋10升/桶适用于草莓品氏种植袋50 升育苗基质诚招代理原产地德国，富含多种有机复合物，促进根系生长，快速缓苗，提高移栽成活。增强土壤保水保肥，促进营养吸收，改善土壤团粒结构。普兰氨基酸液肥手机淘宝扫一扫 102 中国蔬菜CHINA VEGETABLES研究论文