[发明专利]利用非整倍玉米异源多倍体培育多年生饲草玉米的方法

说明书

技术领域

本发明属于多年生饲草玉米育种方法领域，具体涉及利用非整倍玉米异源多倍体培育多年生饲草玉米的方法。

背景技术

饲草是草牧业发展的基础，关系到畜产品的质量与安全。低质量饲草增加饲喂成本，且危害动物健康。近年来我国频繁出现的奶、肉制品质量安全问题都与国内饲草短缺密切相关。藏粮于草，可节粮、保土、兴牧、富民，具有产出高效、产品安全、资源节约、环境友好等优点。目前，饲草已然成为饲料产业中最具发展潜力的产业。

玉米(Zea mays L.)因具有较高的生物量和营养价值，被誉为“饲料之王”。饲用玉米不以收获籽粒为目的，而是以地上部分(茎、叶和果实)作为收获对象。截止到2016年，国家审定饲用玉米品种共22个，其中玉蜀黍属 20个，类蜀黍属仅2个种，包括墨西哥类玉米和玉草1号。玉蜀黍属类品种和玉草1号均为杂交种，墨西哥类玉米为常规品种。除玉草1号外，均为一年生。以杂交种为主的饲用玉米需要每年制种，每年种植，不仅栽培管理麻烦，成本高，而且自交系的选育周期长、见效慢，且高度依赖育种者的选育经验，难以培育出真正作为饲料的品质和产量要求的品种。

与一年生饲用玉米相比，多年生饲草具有根系更深，固碳和保水能力更强，且需肥、水较少；种植在边际土地、撂荒地无需耕种，一年种植多年受益等优点。但目前南方农区的高大多年生禾草缺乏，且品种单一，亟需培育出满足特定生态环境和市场发展需要的多年生饲草新品种。

在玉蜀黍族中，摩擦禾属与玉蜀黍属的亲缘关系最近。玉米(n＝10)与摩擦禾染色体基数(n＝18)不同，杂交不亲合，杂交极难成功。鸭茅状摩擦禾(又称指状摩擦禾，Tripsacum dactyloids L.，2n＝72)是一种多年生暖季丛生型禾草。由于其根系发达、多年生、生育周期长、持绿期长、适口性良好，在北美常作为一种优质牧草(Eubanks等.Maize Genetics Cooperation

Newsletter.1993.67:41.)。此外，由于再生能力强、适应性广，能在酸性、碱性和潮湿的土壤环境条件下生长，又可作为一种优良的土壤改良及水土保持植物(Jack R等.Proceedings of the National Academy of Sciences. 1977.74(8):3494-3497)。然而，由于其存在结实率低、易落粒、种子休眠等问题，使种苗生产不足，极大地限制了摩擦禾的推广应用。二倍体摩擦禾为有性生殖，多倍体为兼性无融合生殖，主要是二倍体孢子生殖，即胚珠内的孢原或大孢子母细胞减数分裂受阻后形成未减数配子体，而后直接发育形成胚，再经假受精形成胚乳，最终发育成种子(Kindiger等.Crop Science.1996. 36(2):250-255.)。这种兼性无融合生殖的特性除产生母性后代外，还有少数的(1％～6％)有性杂交后代，且部分有性后代仍可进行无融合生殖(Grimanelli 等.Apomixis Newsletter.1995.8:35-37.)，这就为摩擦禾牧草品种改良以及将其优良特性转移入栽培玉米的实现提供了可能。其携带的宿根性、无融合生殖和抗逆、抗病虫基因是培育多年生饲草玉米品种的优异种质资源。丰富叶量、少量茎秆有利于其加工成草产品，被称作“禾草之王”和“冰淇淋草”。但其叶片边缘有锋利锯齿，不利于人工收获；前期生长速度慢，产草量低。

大刍草(Teosinte)是玉蜀黍属中除栽培玉米种外所有野生种的统称，是与玉米亲缘关系最近的一类植物，与玉米杂交能够获得有育性的后代。一年生大刍草分蘖能力强、枝叶繁茂、再生性强、可多次刈割，是优质的饲用植物。四倍体多年生类玉米(Z.perennis，2n＝40)和二倍体多年生类玉米(Z. diploperennis，2n＝20)具有多年生、分蘖力强、营养体繁茂等特点。四倍体多年生类玉米是玉蜀黍属唯一的四倍体种(2n＝4x＝40)，具有发达的根茎，耐重度霜冻且耐涝，可作为培育多年生饲草玉米的抗寒基因的优良供体。