通过降优增密和扩容增率提高玉米产量和品质的方法

1.本发明属于玉米育种技术领域，具体涉及一种降低株高和穗位高的杂种优势提高种植密度、籽粒容重和果穗出籽率，进而提高玉米品种产量和品质的方法。


背景技术：

2.玉米是我国第一大粮食作物，随着我国人口增多，耕地资源缩减，玉米需求量不断扩大，大豆玉米间争地日益严峻，不断提高玉米产量是育种家亟待解决的问题。而在有限土地面积上生产足够多的粮食保证粮食安全,关键在于提高单产。密植是一项提高玉米单产的重要农艺措施，选育适宜高密度种植的玉米品种是关键。杂种优势高的品种，植株高大、叶片繁茂平展，高密度种植时易使群体倒伏，产生遮光引起植株严重的避荫反应。因此，杂种优势高的品种不一定适宜于高产密植栽培。降低玉米的杂种优势，提升种植密度，增加单位面积收获穗数是实现玉米单产提高的有效途径。
3.高产是玉米育种的主要目标，适当增加种植密度，扩大栽培群体，可提高生物产量和叶面积指数并使光合速率、叶绿素含量和透光率保持较高水平，进而实现通过密植继续增加单产的目标。目前我国大多数审定的品种密度在4500-5000株/亩。耐密品种的选育是增加种植密度的内因。美国过去50年玉米杂交种单株产量并没有提高，种植密度从3500-4500株/亩增加到5500株/亩，其单产提高的主要原因之一是种植密度的增加。随着我国高标准良田建设和栽培技术的完善，选育高产耐密新品种，增加玉米种植密度，已成为玉米育种的必然趋势。但实际生产中提高密度加剧了植株间对光热及养分资源的竞争，空秆率、结实率、粒重、抗倒性、通透性及光能利用降低，最终导致果穗变小产量降低。玉米单产水平的提高不仅依赖于单位面积收获的有效穗数，还需要穗粒数和粒重的增加。密植条件下果穗变小，穗粒数降低，而这些可通过粒重的增加进行补偿。粒重为玉米产量构成三要素之一，对玉米产量提升至关重要，影响粒重的关键因素为籽粒容重和出籽率。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是针对生产上适宜密植栽培的玉米品种少，密植栽培时空秆率高、抗倒性低、结实性差、不丰产等较难实现高密度下品种的资源高效利用、优质高产和机械化收获，提供一种通过“降优增密”和“扩容增率”提高玉米产量和品质的方，为密植条件下资源高效利用优质高产玉米品种的选育提供理论和技术支撑。
5.为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
6.一种通过降优增密和扩容增率提高玉米产量和品质的方法，所述方法为低杂种优势、耐密植、高容重、高出籽率、高产玉米品种的选育过程，选育株高和穗位高杂种优势降低，杂交种种植密度增大，果穗籽粒容重和出籽率提高的杂交组合，进而实现玉米密植、多抗、产量和品质协同提升。通过对父母本自交系开展耐密性试验，筛选高密度条件下持绿性好、抗倒性强、避荫反应低、容重、出籽率及产量均高的稳定穗行。对该稳定遗传的父母本材料组配杂交组合，筛选密植条件下株高矮、穗位低、熟期早、无空秆、抗倒伏、持绿性好、籽粒
容重高、果穗出籽率高且产量高的杂交组合。通过对选中的组合反复在多生态区与生产上主推品种比较检验，筛选各试验点变异性小的杂交组合审定品种。具体包括：
7.(1)亲本的选育
8.将基础材料母本群和父本群通过在高密度创造的光热水肥逆境胁迫的生态环境下选育，筛选出双亲株高低、避荫反应弱、抗倒、无空秆、结实性好、抗生物及非生物逆境能力强的父、母本稳定穗行；
9.(2)双亲的“扩容增率”选育
10.将(1)中选育的双亲耐密稳定穗行分别在同等高密度条件下再次选育，鉴选出父本和母本雌穗籽粒容重及出籽率均高的父、母本稳定遗传穗行，并将其杂交配成杂交组合；
11.(3)杂交组合的“降优增密”高产优质选育
12.将(2)中的组配杂交组合在高密度条件下进行多生态区鉴定，从中筛选出株高杂种优势降低，穗位高杂种优势降低，空秆率降低，综合抗逆性强，籽粒容重、单穗出籽率和产量均提高的杂交组合。
13.进一步，亲本选育时，将基础材料母本群和父本群通过在高密度7500株/亩创造的光热水肥逆境胁迫的生态环境下选育。
14.进一步，(2)中同等高密度条件下再次选育指的是和(1)中同等条件下高密度种植。
15.进一步，(2)中分别调查自然授粉时果穗籽粒水分含量为14％时的容重，及脱粒后籽粒含水量小于20％的干果穗出籽率，将父本籽粒容重在780g/l以上且干果穗出籽率在90％以上的穗行对应的自交果穗留种，将考种后母本籽粒容重在780g/l以上和/或干果穗出籽率在90％以上的穗行对应的自交果穗留种。
16.进一步，组配杂交组合在6500株/亩高密度条件下进行多生态区鉴定。
17.进一步，(3)中株高杂种优势降低8-16％，穗位高杂种优势降低8-22％。
18.进一步，(3)中实现杂交组合的株高为220-265cm，穗位高为90-100cm，成穗率为99-100％，容重为790-800g/l，出籽率为90-92％。
19.本发明的有益效果：株高、穗位高等农艺性状是影响玉米密植的关键指标，通过“降优增密”降低株高和穗位高的杂种优势提高种植密度，确保密植条件下的成穗率和结实性；同时，通过“扩容增率”提高容重和出籽率，提高收获粒重。亩穗数、穗粒数和粒重的增加对增产将发挥更好最大的作用，实现高密度条件下的高产优质。该专利的实施有助于育种家在育种理论、育种材料和育种方法上的改进。
附图说明
20.图1为不同密度下my73和郑单958的产量比较。
21.图2不同密度下豫单8008和先玉335的产量比较。
22.图3不同密度下豫单883和登海605的产量比较。
具体实施方式
23.下面结合具体实施例，对本发明做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围，该领域的技术熟练人员可以根据上述发明的内容作出一
些非本质的改进和调整。
24.本发明提供一种通过降优增密和扩容增率提高玉米产量和品质的方法，所述方法为低杂种优势、耐密植、高容重、高出籽率、高产玉米品种的选育过程，选育株高和穗位高杂种优势降低，杂交种种植密度增大，果穗籽粒容重和出籽率提高的杂交组合，进而实现玉米密植、多抗、产量和品质协同提升。通过对父母本自交系开展耐密性试验，筛选高密度条件下持绿性好、抗倒性强、避荫反应低、容重、出籽率及产量均高的稳定穗行。对该稳定遗传的父母本材料组配杂交组合，筛选密植条件下株高矮、穗位低、熟期早、无空秆、抗倒伏、持绿性好、籽粒容重高、果穗出籽率高且产量高的杂交组合。通过对选中的组合反复在多生态区与生产上主推品种比较检验，筛选各试验点变异性小的杂交组合审定品种。具体包括：
25.(1)亲本的选育
26.将基础材料母本群和父本群通过在高密度创造的光热水肥逆境胁迫的生态环境下选育，筛选出双亲株高低、避荫反应弱、抗倒、无空秆、结实性好、抗生物及非生物逆境能力强的父、母本稳定穗行；
27.(2)双亲的“扩容增率”选育
28.将(1)中选育的双亲耐密稳定穗行分别在同等高密度条件下再次选育，鉴选出父本和母本雌穗籽粒容重及出籽率均高的父、母本稳定遗传穗行，并将其杂交配成杂交组合；
29.(3)杂交组合的“降优增密”高产优质选育
30.将(2)中的组配杂交组合在高密度条件下进行多生态区鉴定，从中筛选出株高杂种优势降低，穗位高杂种优势降低，空秆率降低，综合抗逆性强，籽粒容重、单穗出籽率和产量均提高的杂交组合。
31.进一步，亲本选育时，将基础材料母本群和父本群通过在高密度7500株/亩创造的光热水肥逆境胁迫的生态环境下选育。
32.进一步，(2)中同等高密度条件下再次选育指的是和(1)中同等条件下高密度种植。
33.进一步，(2)中分别调查自然授粉时果穗籽粒水分含量为14％时的容重，及脱粒后籽粒含水量小于20％的干果穗出籽率，将父本籽粒容重在780g/l以上且干果穗出籽率在90％以上的穗行对应的自交果穗留种，将考种后母本籽粒容重在780g/l以上和/或干果穗出籽率在90％以上的穗行对应的自交果穗留种。
34.进一步，组配杂交组合在6500株/亩高密度条件下进行多生态区鉴定。
35.进一步，(3)中株高杂种优势降低8-16％，穗位高杂种优势降低8-22％。
36.进一步，(3)中实现杂交组合的株高为220-265cm，穗位高为90-100cm，成穗率为99-100％，容重为790-800g/l，出籽率为90-92％。
37.实施例1耐密高产优质玉米品种my73的选育
38.本实施例提供低杂种优势、耐密植、高容重、高出籽率、高产玉米品种my73的选育过程，步骤如下：
39.1、my73亲本的选育
40.将河南农业大学玉米育种团队收集创制的自交系材料按种质来源鉴定为母本材料群和父本材料群，通过多年育种选择，发现这些材料的稳定穗行适宜种植密度一般为4500-5000株/亩。高密度创造的光热水肥等资源竞争性大的压力能够对自交系材料的各方
面特性进行进一步筛选。对这些材料分别种成双行穗行，行长4m，每穴双粒播种，于4展叶时留健壮苗一株，种植密度为7500株/亩，即在高密度压力下筛选，授粉时每穗行一半自交授粉用于后期筛选后留种，另一半自然授粉用于结实性观察。受精完成后调查株高、空秆率、结实率，乳线一半时调查持绿性及抗倒性。发现大部分材料在避荫反应、抗倒性、空秆率、结实性等非生物逆境灾害的抗性与适宜密度下的表现差别很大。高密度压力下竞争能力强的材料可能组配出更加高产稳产的杂交组合。因此，对各父母本自交系材料在7500株/亩的高密度条件下筛选。选择株高在正常密度条件下偏低，高密度时几乎无避荫反应；抗倒性在高密度和正常密度条件下无差异，均较强，表现为茎秆坚硬，后期站秆能力强，气生根发达；高密度条件下植株均有果穗，无空秆现象，且自然授粉时果穗结实性好；此外，高密度种植时植株后期抗病性强，表现为叶片持绿性好。将这样父本及母本穗行的自交果穗收获留种，对应的自然授粉果穗收获后于室内考种。
41.2、双亲的“扩容增率”选育
42.对筛选出的上述用于室内考种的穗行，根据自然授粉时籽粒容重和出籽率再次筛选。分别调查自然授粉时果穗籽粒水分含量为14％时的容重，及干果穗(脱粒后籽粒含水量小于20％)的出籽率。将父本籽粒容重在780g/l以上且干果穗出籽率在90％以上的穗行对应的自交果穗留种。将考种后母本籽粒容重在780g/l以上且干果穗出籽率在90％以上，或母本仅籽粒容重在780g/l以上，或母本仅干果穗出籽率在90％以上的穗行对应的自交果穗留种。
43.3、杂交组合的“降优增密”高产优质选育
44.将筛选出的上述父、母本自交果穗再次种成穗行，将父本分别与各母本授粉配制杂交组合。以生产上主推品种郑单958为对照，将得到的杂交组合在驻马店西平、商丘永城、郑州和许昌开展多生态区鉴定。根据受精完成后株高和穗位高测定结果，从中筛选出株高范围在220-230cm，穗位高范围90-95cm。根据杂种优势指数，选择株高穗位高杂种优势较郑单958降低15-25％的杂交组合。于子粒乳线一半时，调查这些杂交组合的空秆率和叶片持绿性，于收获后测定干果穗的出籽率、籽粒容重及产量，选择空秆率较郑单958明显降低或无空秆，籽粒容重为790-800g/l，出籽率为90-92％，产量较郑单958增产8％以上的杂交组合。
45.基于以上筛选，发现母本自交系t1932和父本自交系t856配置的杂交组合my73，株高230cm，穗位高94cm，my73株高和穗位高的杂种优势较郑单958分别降低15.2％和10.7％。籽粒容重为798g/l，出籽率为92％，产量较郑单958增产9.7％(表1)。2022年黄淮海夏播区多点密度试验中my73亩播种密度为6500株时产量最高，较生产上推广面积较大的品种郑单958增加2000株，因此，建议该区域生产上适宜推广的密度为6500株/亩(图1)。
46.表1玉米品种my73杂种优势、籽粒容重和果穗出籽率与郑单958的比较
47.[0048][0049]
注：杂种优势指数是指杂交种f1某一性状的平均值与双亲同一性状的平均值的比值。用公式表示为：杂种优势指数(％)＝f1/[(p1+p2)/2]
×
100％
[0050]
实施例2耐密高产优质玉米品种豫单8008的选育
[0051]
本实施例豫单8008亲本的选出过程与实施例1中my73类似，经选择得到编号为t4691的父本自交系，编号为t4953的母本自交系。两亲本配出的杂交组合，株高264cm，穗位高100cm。与生产上主推品种先玉335比较，豫单8008株高和穗位高的杂种优势较先玉335分别降低8.0％和9.6％。籽粒容重为791g/l，出籽率为90％，产量较先玉335增产10.3％(表2)。2022年黄淮海夏播区多点试验中，豫单8008的亩播种密度较生产上主推品种先玉335增加2000-2500株，建议该区域生产上适宜推广的密度为6500株/亩左右(图2)。
[0052]
表2玉米品种豫单8008杂种优势、籽粒容重和果穗出籽率与先玉335的比较
[0053][0054]
实施例3耐密高产优质玉米品种豫单883的选育
[0055]
本实施例豫单883亲本的选育过程与实施例1和实施例2类似，经选择得到父本自交系编号g4849，母本自交系编号t3875。两亲本配出的杂交组合，株高241.0cm，穗位高91.5cm。与生产上主推品种登海605作比较，豫单883株高和穗位高的杂种优势较登海605分别降低8.9％和21.3％。籽粒容重为790g/l，出籽率为91％，产量较登海605增产7.1％(表3)。黄淮海夏播区亩播种密度较登海605增加1500-2000株，建议该区生产上适宜推广的密度为6000-6500株/亩(图3)。
[0056]
表3玉米品种豫单883杂种优势、籽粒容重和果穗出籽率与登海605的比较
[0057][0058]
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

技术特征：
1.一种通过降优增密和扩容增率提高玉米产量和品质的方法，其特征在于，所述方法为低杂种优势、耐密植、高容重、高出籽率、高产玉米品种的选育过程，具体包括：（1）亲本的选育；（2）双亲的“扩容增率”选育；（3）杂交组合的“降优增密”高产优质选育。2.根据权利要求1所述的通过降优增密和扩容增率提高玉米产量和品质的方法，其特征在于：亲本的选育过程如下：将基础材料母本群和父本群通过在高密度创造的光热水肥逆境胁迫的生态环境下选育，筛选出双亲株高低、避荫反应弱、抗倒、无空秆、结实性好、抗生物及非生物逆境能力强的父、母本稳定穗行。3.根据权利要求1或2所述的通过降优增密和扩容增率提高玉米产量和品质的方法，其特征在于：亲本选育时，将基础材料母本群和父本群通过在高密度7500株/亩创造的光热水肥逆境胁迫的生态环境下选育。4.根据权利要求1所述的通过降优增密和扩容增率提高玉米产量和品质的方法，其特征在于：双亲的“扩容增率”选育方法如下：将（1）中选育的双亲耐密稳定穗行分别在同等高密度条件下再次选育，鉴选出父本和母本雌穗籽粒容重及出籽率均高的父、母本稳定遗传穗行，并将其杂交配成杂交组合。5.根据权利要求4所述的通过降优增密和扩容增率提高玉米产量和品质的方法，其特征在于：同等高密度条件下再次选育指的是和（1）亲本的选育中同等条件下高密度种植。6.根据权利要求4所述的通过降优增密和扩容增率提高玉米产量和品质的方法，其特征在于：（2）中分别调查自然授粉时果穗籽粒水分含量为14%时的容重，及脱粒后籽粒含水量小于20%的干果穗出籽率，将父本籽粒容重在780g/l以上且干果穗出籽率在90%以上的穗行对应的自交果穗留种，将考种后母本籽粒容重在780g/l以上和/或干果穗出籽率在90%以上的穗行对应的自交果穗留种。7.根据权利要求1所述的通过降优增密和扩容增率提高玉米产量和品质的方法，其特征在于：杂交组合的“降优增密”高产优质选育的方法如下：将（2）中的组配杂交组合在高密度条件下进行多生态区鉴定，从中筛选出株高杂种优势降低，穗位高杂种优势降低，空秆率降低，综合抗逆性强，籽粒容重、单穗出籽率和产量均提高的杂交组合。8.根据权利要求7所述的通过降优增密和扩容增率提高玉米产量和品质的方法，其特征在于：组配杂交组合在6500株/亩高密度条件下进行多生态区鉴定。9.根据权利要求1或7所述的通过降优增密和扩容增率提高玉米产量和品质的方法，其特征在于：（3）中株高杂种优势降低8-16%，穗位高杂种优势降低8-22%。10.根据权利要求1或7所述的通过降优增密和扩容增率提高玉米产量和品质的方法，其特征在于：（3）中实现杂交组合的株高为220-265cm，穗位高为90-100cm，成穗率为99-100%，容重为790-800g/l，出籽率为90-92%。

技术总结
本发明公开了一种通过降优增密和扩容增率提高玉米产量和品质的方法，选育株高和穗位高杂种优势降低，杂交种种植密度增大，果穗籽粒容重和出籽率提高的杂交组合，进而实现玉米密植、多抗、产量和品质协同提升的方法。该方法通过对父母本自交系开展耐密性试验，筛选高密度条件下持绿性好、抗倒性强、避荫反应低、容重、出籽率及产量均高的稳定穗行。对该稳定遗传的父母本材料组配杂交组合，筛选密植条件下株高矮、穗位低、熟期早、无空秆、抗倒伏、持绿性好、籽粒容重高、果穗出籽率高且产量高的杂交组合。通过对选中的组合反复在多生态区与生产上主推品种比较检验，筛选各试验点变异性小的杂交组合审定品种。杂交组合审定品种。杂交组合审定品种。


技术研发人员：汤继华 李鸿萍 王雅菲 陈永强 杨慧丽
受保护的技术使用者：河南农业大学
技术研发日：2023.07.28
技术公布日：2023/10/6