[发明专利]谷粒品质性状强化的玉米的新生产方法

说明书

本申请是1990年11月16日申请的同时待审的美国专利申请顺序号No.07/615,839的部分后继申请。

本发明介绍一种玉米谷粒的新生产方法，其中，将由高产品种获得的母本玉米植株与具有控制强化谷粒品质性状表达的基因的非同源的玉米植株一起种植，并由后者向母株授粉。授粉之后，从母本植株上收获的谷粒出人意料地表现出比由雄性可育或雄性不育的母本杂种通过自花授粉或异花授粉所获谷粒更强的品质性状。

玉米是一种被用作人类的食物资源、动物饲料以及碳水化合物、油、蛋白质和纤维资源的重要作物。它主要被用作动物饲料的能源，或被用作再生淀粉、蛋白饲料组份、纤维、片状磨料、谷粉和油的原料。由玉米或从玉米中提取的成分生产的产品众多，其中包括纸胶料、高果糖玉米糖浆、胶粘剂、食品增稠剂、工业用和医用吸收剂和乙醇(由淀粉制成)；动物饲料和饲料组份(由全种子、玉米青贮饲料、玉米麸质和粗粉制成)，以及从胚芽中提取的玉米油。

实际上，所有在美国、加拿大和欧洲生产的商品玉米以及南美所生产的大部分玉米都是由杂交种子生产的。生产玉米杂种需开发能表现出良好的一般和特殊的配合能力的优良玉米自交系，以便能生产出农艺性状优良的杂种。被植物育种者选择用于生产杂交种的性状包括高产潜力、良好的茎杆强度、对特殊病害的抗性、好的耐旱能力、快速失水以及足以保证在贮存和向市场运输时损失最小的谷粒品质。这些优良自交系的开发均属劳力和资金密集型，需要在许多不同的环境下进行多年的鉴定。引入能进一步提高谷粒品质的其它性状将对植物育种者造成额外的负担，并大大增加这种优质谷粒自交系的生产时间和费用。

一旦育成优良的自交系，就可以以几种途径用它生产商品杂交种。美国生产的杂交种大部分是单交型的。两个自交系相互交配以生成被称作F₁单交种的杂种(A×B)。有时候，杂交的的母本本身就是F₁杂种，这样就产生了基因型为(A×B)×C的三交种。较罕见的是，父、母本均为F₁杂交种，生产出的是双交种，其基因型为(A×B)×(C×D)。就各种情况而论，由这种交配所产生的籽粒都作为种子售给商品谷种植者，他们最终从作物上收获F₂谷粒用于农田或作为商品销售。有关这些系统的综述在几本专著中均可查到(例如，Poehlman，J.m，1987，BreedingField Crops，3rd Edition，Avi Publishing Company，Westport，Con-necticut)。

除了具有生产优良杂交种的遗传因子的适当组合外，自交系本身还必需有适应现代种子生产要求的适当能力。通过叙述如何商业化生产单交种子可以说明这一点。为了控制授粉方向以确保收获的主要是杂交种，种子生产田通常是这样设计的：4行作为母本的自交系玉米植株与1行作为父本的自交系玉米植株间作，当然也可有别的种植方式。通过去雄或遗传机制，如使得穗状雄花无用的细胞质雄性不育使母本植株变得雄性不育。长在母本植株上的胚珠由父本植株产生的花粉授粉，收获长在母本植株上的杂交种子，清理、分级，并在售给商业性种植者之前进行处理。为了经济地生产杂交种子，父本自交系植株要能够在各种气候条件下排出充足的花粉为母本植株授粉。长在母本植株上的杂交种子要具有在商业性种植者田里发芽良好并且早期植株旺盛的高品质，而母本植株本身要直立并能保留果穗，直至收获。自交系本身的这些要求又进一步增加了生产出商业上成功的杂种所需的时间和资金。    

因此，资金和时间密集型的自交系的培育和测试，是现代玉米生产的关键。有三种常用的生产玉米自交系的育种方案：系谱法育种，回交和轮回选择。系谱法常见的实施方式是，将两个具有不同的理想特征的玉米自交系相互交配，选择优良的植株在下一代自交，形成高代自交系。该选择过程的一部分包括定期评价突出的自交系在各种杂交组合中的表现。随后的自交和选择过程通常要进行5-8代，结果形成在很大程度上是遗传学上纯合的系或自交系。用该方法培育并商业化生产一个目交系，通常要用5-7年时间。