作物育种学玉米各论 教案.docx
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作物育种学玉米各论教案
作物育种学玉米各论教案
第三章玉米遗传育种（16学时）
第一节、玉米生产概况（1学时）
介绍玉米在国内外国民经济生活中的重要地位和作用，我国玉米品种的发展历史和所取得的成就以及我国玉米育种和生产中所面临的问题及决解的途径。
重点和难点：
玉米育种和生产中所面临的问题及决解的途径
概念：
1、种质瓶颈，杂交种种质瓶颈，自交系种质瓶颈
2、杂种优势群
3、
一、玉米在国内外国民经济生活中的重要地位和作用
（一）在世界
表Ⅱ-4-12004年世界稻、麦、玉米面积和产量
作物
面积
总产
亩产
1
小麦
（2.15亿ha）
6.27亿吨
2907kg/ha
2
水稻
（1.51亿ha）
6.05亿吨
4004kg/ha
3
玉米
（1.47亿ha）
7.21亿吨
4907kg/ha
（二）在中国
表Ⅱ-4-22004年中国稻、麦、玉米生产
作物
面积
占粮作比率
总产量
比率
单产
谷物
8043.6万ha
100%
4.14亿吨
100%
5142kg/ha
水稻
2832.7万ha
35.2%〈1〉
1.77亿吨
42.8%
6264kg/ha
小麦
2173.0万ha
27%〈3〉
0.91亿吨
22%
4203kg/ha
玉米
2565.4万ha
31.9%〈2〉
1.32亿吨
31.9%
5152kg/ha
二、国内外玉米生产现状
（一）2004年玉米主产国对比
国别
面积
比率
总产量
比率
单产
全世界
1.47亿ha
100%
7.214亿吨
100%
4907kg/ha
美国
0.298亿ha
20.3%
2.999亿吨
41.6%
10065kg/ha
中国
0.256亿ha
17.4%
1.322亿吨
18.3%
5152kg/ha
巴西
0.124亿ha
8.4%
0.419亿吨
5.8%
3373kg/ha
墨西哥
0.08亿ha
5.4%
0.2亿吨
2.8%
2500kg/ha
法国
0.018亿ha
1.2%
0.164亿吨
2.3%
8983kg/ha
阿根庭
0.023亿ha
1.6%
0.150亿吨
2.1%
6435kg/ha
罗马尼亚
0.031亿ha
2.1%
0.145亿吨
2%
4692kg/ha
印度
0.07亿ha
4.8%
0.14亿吨
1.9%
2000kg/ha
0.9亿ha
61.2%
5.539亿吨
76.8%
From,FAO数据库
（二）中国国内玉米生产状况
1992
1994
省别
面积
总产
面积
总产
全国
21.04百万ha
98百万吨
21.2百万ha
99百万吨
辽宁
1.38百万ha
8.64百万吨〈5〉
1.47百万ha
6.52百万吨
吉林
2.23百万ha
14.73百万吨〈1〉
2.10百万ha
14.39百万吨
黑龙江
2.17百万ha
11.33百万吨〈3〉
1.96百万ha
11.46百万吨
山东
2.35百万ha
11.51百万吨〈2〉
13.35百万吨
河北
1.99百万ha
8.34百万吨〈4〉
10.65百万吨
河南
1.96百万ha
8.07百万吨〈6〉
7.54百万吨
四川
1.72百万ha
6.44百万吨〈7〉
陕西
1.00百万ha
3.46百万吨
70.5%
64%
（三）我国玉米生产的发展中国玉米生产的发展
年度
面积
增加
总产
单产
1952年
12.57百万ha
1686万吨
1343kg/ha
1987年
20.47百万ha
7982万吨
3900kg/ha
1992年
21.04百万ha
9815万吨
4665kg/ha
1994年
20.58百万ha
10355万吨
5033kg/ha
2004年
25.65百万ha
13216万吨
5152kg/ha
三、我国各时期玉米品种的演变
品种意义
50年代初：
品种间杂交种，如土方杂号（山东）、百杂交（河南）比对照增产10~15%。
50年代后期：
双交种及综合杂交种（综交种）育成，如春杂号、农大号、新双号；（自交系选育）。
1954~1959品种杂交种为主，少量顶交种、三交种。
1960~1970年双交种为主；其次为三交种及顶交种。
1971年后以单交种为主；
1975年，单交种55%，双交种40%，三交种及顶交种5%；
1978年统计：
杂交种面积69.8%，其中单交种67.7%;双交种18.4%;其它8.4%;
1986年单交种98.6%,其它1.4%.
四、我国玉米育种和生产中面临的问题和解决的途径
（一）存在的问题：
1、品种退化严重、产量徘徊提高不大；
2、玉米种质基础越来越窄，发生突发性病虫害的潜在威胁越来越大；
丹育13号：
Mo17×E28；中单2号（Mo17×自330）
目前，全国所推广的玉米单交种中，Mo17及其改良系作为亲本的单交种占17%以上，也就是说这些杂交种在全国的推广面积占340万公顷以上。
如果Mo17种质的抗病性等被突破，则其损失不可估量。
美国自40年代推广T型不育系杂交种。
中国玉米杂种优势的利用来看，玉米自交系划分为5个杂种优势群和9个亚群。
（表3-4-1）
杂种优势利用模式有10种主模式，16种子模式；其中利用最多的子模式有4种。
（表3-4-2）。
在5个杂种优势群中，Lancaster群、改良Reid群、唐山四平头群和旅大红骨群等四大杂种优势群占有核心地位。
在“九五”期间全国审认定的杂交种亲本中，四大杂种优势群的自交系占79.8%。
（表3-4-3）。
在玉米育种中，玉米种质利用过于集中，其种质基础越来越狭窄。
●玉米种质瓶颈：
是指玉米育种中种质来源越来越狭窄的现象
●玉米种质瓶颈GermplasmNick=
玉米杂交种种质瓶颈+玉米自交系种质瓶颈
GermplasmNickinMaizeHybrids+GermplasmNickinMaizeInbreds
北方硬粒性×南方马齿玉米
↓
玉米带马齿玉米
（1900）
↓
自交系
（1920~1940）
↓
B14
“瓶颈”B37遗传变异
C103
Oh43
B73
复合种改良品种综合种外来种质
↓
轮回选择
↓
自交系
遗传分歧
图种质“瓶颈”现象
⏹基本种质（BasicGermplasm）：
是指并长期开放授粉的地方品种
⏹基本重组种质（BasicRecombinedGermplasm）：
是指用2种以上基本种质合成的开放授粉品种；
⏹复合种质（综合种质）（SyntheticGermplasm）：
是指用多个来源不同的自交系合成的综合种；
⏹基础种质（BaseGermplasm）：
是指遗传基础复杂的开放授粉品种，包括基本种质、基本重组种质和复合种质（综合种质）
⏹自交系种质：
是指每个具体自交系的遗传背景；
⏹外来种质：
在当地不适应的种质；
“玉米杂交种种质茎瓶”是由于在玉米杂交种选育中高频率应用的自交系数量少，而且这些自交系又仅仅来自少数几个基本种质所造成。
在美国广泛利用的主要种质有三种：
ReidYellowDent,Iodent,LancasterSurecrop等，只有不到20%的杂交种含有其他种质的自交系。
在我国广泛利用的种质主要有四种：
LancasterSurecrop,改良Reid，唐山四平头和旅大红骨，占79.8%，只有约20%的杂交种含有其他来源种质的自交系。
“玉米自交系种质茎瓶”是由于在利用玉米某一基本种质培育自交系时，提供该基本种质的供体少，尤其是大量培育和利用二环系的今天，基本种质的直接供体自交系少而造成的。
（二）解决的途径：
1、定期更换主推品种（杂交种）、严格把关杂交种及其亲本的典型性；
2、利用外来种质（资源）进一步拓宽我国玉米种质的遗传基础；
⑴拓宽玉米杂交种种质瓶颈：
①挖掘和利用地方种质资源；
②引进和利用热带、亚热带种质；
③重视基础群体的轮回选择改良，并从中选育自交系的工作。
⑵拓宽玉米自交系种质瓶颈：
①对基本种质进行轮回选择改良，提高其有利基因的频率，在从中选育自交系（一环系）；
②构建杂种优势群内基本重组种质，并对其进行轮回选择改良，在从中选育一环系；
③构建群内核心自交系种质背景为依据的二环系模式的基本重组种质，并对其进行轮回选择改良，再从中选育一环系。
第二节、玉米种质资源（1学时）
重点介绍玉米类型、历史上和当代玉米遗传育种中具有重要作用的地方品种、国内外重要的综合种质及其作用，玉米种质资源的征集、研究、利用方法。
重点和难点：
种质类型及其作用
一、玉米植物学分类
1.硬粒型，（FlintCorn）我国的地方品种
2.马齿型，（dentcorn）
3.半马齿型，（semi-dentcorn）
4.粉质型，（FlourCorn/Starchycorn）
5.糯质型，（WaxyCorn）
6.甜质型，（SweetCorn）
7.爆裂型，（PorCorn）
8.甜粉型，（StarchSweetCorn）
9.有稃型，
10.高油玉米。
粉质胚乳：
farinasciousalbumenorsoftendosperm
角质胚乳：
hardendosperm
糊粉层：
Aleuronelayer
胚：
Germ
果皮：
Pericarp
二、玉米种质资源
1.地方品种
1）硬粒型黑龙江省小红粒，火苞米。
陕西野鸡红
2）马齿型如金皇后（英，1930年引入）；英粒系（1943）
3）中间型金顶子、白头霜（黑龙江省）
4）糯质型
5）爆裂型
2、国外种质
1）地方品种LancasterSurecrop,KrugYellowDent
2）综合种及合成群体BSSS（R1）B73B84B109,BSCB1（R）C12B97B99
3）自交系Mo1712个自交系：
A340、CCE、Hy、I205、K230、L317、OhO7、Oh37、Oh4OB、oh51A、P8、R4
4）杂交种
墨西哥国防玉米小麦改良中心CIMMYT
Mexico全国农业研究所INIA
Columbia农业科学研究中心ICA
美国农业部（USDA）
三、玉米种质资源的征集、研究、利用及保存
1.取样方法从100~200穗中部取样混合1~2斤，做好记录；提供性状、来源（地点）、时间
2.研究整理、性状调整、形态特征、生育期、特殊性状
3.保存方法
1）保存：
a）-10℃以下干种子保存、存20年
b）常温干种保存
2）繁殖保持活力
a）每隔一定时间种植
b）隔离区保证人工授粉
4、利用
1）自交系直接利用如Mo12、Va35
2）综合种质创造
3）群体中选系
4）
抗病基因及其他有得基因的回交转育及二环系选育（重组）二环系
5）Mo12oh43打破连锁，注意有利但不适应种质的被排挤丢失。
如美国theCornBeltDentsNewEnglandFlints和美国SouthernDents天然杂交经百代以上自由散粉而合成.一般杂交之后需要至少5代以上自由授粉才能达到重组
第三节、玉米重要性状的遗传（2学时）
介绍玉米质量性状尤其是品质性状和抗病性状的遗传方式，以及玉米籽粒颜色的遗传方式。
重点和难点：
玉米籽粒颜色的遗传方式
一、质量性状的遗传
（一）粒型
1.甜质Gene（性状）
SugarySweetCornsu1su1/Su1Su3:
1
SuperSweetCornsh2sh2/Sh2Sh23:
1
EnhancedSweetCornsu1su1sese/Su1Su1SeSe（3:
1）（3:
1）
DosageEffectseGene（门坎式）
2.糯质Gene（性状）
Waxy-whiteCornWx/wx3:
1
WaxyCorn
Waxy-yellowCornWx/wx3:
1
ColoredwaxyCornWaxy-yellow/Waxy-white3:
1
3.糯质*甜质
F1粉质
自交
F2
9粉质：
3糯：
4甜质
9Su1-Wx-:
3Su-wxwx-:
3su1su1Wx-:
1su1su1wxwx
甜质
4．DentFlintCorn*FlourCorn
FlFlflfl
F1FlflDent/Flint
胚乳/剂量效应
F2
1:
1Dent/Flin
5.粉质*糯质
Wxwx
F1粉质
F23粉:
1wx
6.Oraque（O2）
7.brittle（bt1,bt2）
8.anylose
（二）粒色
1、果皮色
属两对Geneheredity
红色P-Bp-，花斑色（白底红条纹）PV-Bp-
棕色P-bpbp无色ppBp-/ppbpbp
显隐性：
P＞PV＞p三个复等位基因PV-bpbp白底棕条
PPBpBp*PVPVBpBp
红皮花皮
PPVBp红果皮
F23：
1
2、胚乳淀粉层
3Y黄：
1白y
3、糊粉层
大体上可分为紫色、红色和白色三大类型。
它们与9个显性基因有关。
A1、A2、Bz1、Bz2、C1、C2、In、Pr和R
Bz基因与R基因相似。
R基因可以为B所取代。
这9个基因均为显性时，紫色糊粉层
它们与果皮色也有着复杂的关系。
（In是C/c的抑制基因）使颜色变淡，但有色
c是Pr/pr的隐性上位基因
如C-Pr-紫色糊粉层
C-prpr红色糊粉层
ccPr-白色糊粉层
CCPrPr（紫）*ccPr（白）
F2
9C-Pr-：
3C-prpr：
4（ccPr-+ccprpr）
紫红白色糊粉层
PP控制果皮色，只要有PP，就显示有色果皮色。
PP为主控制基因。
此外，Bp/bp及PV／pv均依附于P／p。
C/c-Pr/pr控制糊粉层色,r/y控制内胚乳色。
Ppccprpryy*PPCCPrPryy
当代籽粒性果皮有色﹙红或﹚
状为白色粒。
糊粉层紫色。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
籽粒深紫色
果皮无色，内胚乳白色
糊粉层白色，
内胚乳白色
F1F1代籽粒果皮为母体组织，
其基因型与母体相同。
为二
倍体：
ppccprpryy
胚：
PpCcPrpryy
糊粉层：
ppPccCprprPryyy（深紫色）
内胚乳：
ppPccCprprPryyy（白色）
籽粒：
深紫色（紫色糊粉层＋有色果皮）
F2
果皮：
PpCcPrpryy有色
胚：
27P-C-prpryy:
9P-ccPr-yy:
9ppC-Pr-yy
3P-ccprpryy:
3ppc-prpryy:
3ppccPr-yy
1ppccprpryy
糊粉层和内胚乳：
a例相似
27P—C—Pr—yyy：
9P—C—ppryyy：
9P—cccPr—yyy
27P—C—Pr—yyy有色皮+紫糊深紫粒27深紫
9P—C—prprpryyy有色皮+红糊红粒9
9P—cccPrPrPryyy有色皮+白糊红粒9
9pppC—PrPrPryyy无色皮+紫糊紫粒9紫27红
3P—cccprprpryyy有色皮+白糊白红粒3
3pppC—prprpryyy无色皮+红糊红粒3
3pppcccPr—yyy无色皮+白糊白粒
1pppcccprprpryy无色皮+白糊白粒4白
27深紫：
9紫：
24红：
4白60粒有色：
4无色
36：
24：
4
9：
6：
1
紫红白
例ppccprpryy*PPCCPrPryy
白色深紫色
F1F1籽粒果皮为母本细胞。
由子房壁
PpCcPrpryy（胚）发育而来，故遗传进程比胚晚一代。
果皮为无色紫色粒
果皮细胞基因型为ppccprpryy（二倍体）
（三倍体）糊粉层基因型和胚乳基因型为ppPccCprprPryyy,糊粉层为紫色，内胚乳白色。
胚基因型为PpCcPrpryy
自交
Ｆ２
果皮基因型为PpCcPrpryy
与糊粉层有关的基因型为﹝
CCPrPr:
CCprpr:
ccPrPr:
ccprpr﹞*
﹝
CPr:
Cpr:
cPr:
cpr﹞
CCCPrPrPrCCCPrPrprCCcPrPrPrCCcPrPrpr
CCCprprPrCCCprprprCCcprprPrCCcprprpr
ccCPrPrPrccCPrPrprcccPrPrPrcccPrPrpr
ccCprprPccCprprprcccprprPrcccprprpr
C—Pr--:
C—prprpr:
cccPr--:
cccprprpr
紫红白
考／测ppccprpryy*ppCCPrPryy
红紫
Ｆ１
ppCcPryy胚pppccCprprPryyy胚乳/糊粉层（紫色）
自交ppccprpryy果皮（无色）
F2果皮ppCcPryy无色
ppyy胚：
9C-Pr-：
3C-prpr：
3ccPr-：
1ccprpr
胚乳：
9C—Pr--：
3C—prpr：
4（cccPr---，cccprprpr）
二、玉米主要数量性状遗传
（一）穗长、穗粗、穗行数、行粒数、百粒重及单株穗数等。
主效因素
次效因素
F2分离
遗传力
杂优
受环境影响
穗长
显性
上位性
大
较低
较大
大
穗行数
加性
——
小
较高
很小
很小
行粒数
非加性
——
大
较小
很大
百粒重
加性
弱显性
——
中等
大
单株穗数
加性
——
——
很大（最大）
基本上无
较小
单株产量
显性
上位性
大
很小
很大
（二）株型性状
主效因素
次效因素
F2分离
遗传力
杂优
株高
显性
加性
大
小
很大
穗位高
非加性
较大
较大
叶数
加性
很小
很大
无
生育期
显性-加性
较小
前负后正优势较大
F1生育期主要决定于亲本的早熟以及双亲生育期之差。
双亲生育期差小，则有利于缩短生育期，否则不和
（三）配合力（拿到自交系选育部分）
1、配合力的遗传和选择自交系性太与其配合力相关很小，基本株的分离世代S1~S2不稳定，到S3~S4才趋于稳定
1基本株的配合力决定其后代
2配合力在各自交世代发生变化，会随自交世代进展增高。
2、配合力的测定
1共同亲本方法
2双列杂交法
第一种：
P*P=P2正交、反交及自交
第二种：
1/2P（P+1）正交或反交+自交
第三种：
P（P-1）正交+反交
第四种：
1/2P（P-1）正交或反交
第五种：
分组杂交。
Pn*Pm
采用第四种方法测定配合力
亲本数：
P个
组合数=1/2P（P-1）（只用正交）
第一步：
统计分析
固定模式
随机模式
df
SS
MS
F
重复间
r-1
组合间
c-1
SSc
或V3
rn
g+Ve1
rnVg+Ve2
重复*组合
（r-1）（n-1）
SSrc
或Ve2
n
gr+Ve1
Ve2
误
rc（n-1）
SSe
或Ve1
Ve1
和
rcn-1
第四节、玉米育种目标（1学时）
一、高产性状、穗部性状
１、单穗、大穗：
双穗，中大穗。
以长筒形高产。
２、穗行数多，行数数数。
８～１２行，２０～５０粒。
３、百粒重大：
大穗，大粒。
４、出籽率：
７０～９０％要高。
二、植株性状
1、株型：
中秆、中矮秆，紧凑型为好。
2、抗病。
3、抗逆，抗倒伏。
4、乳熟期灌浆快，主光敏，源大、流大、库大。
三、优质
1、硬，半硬。
2、蛋白质
3、玉米油 ４～５％
四、适宜的生育期
玉米是喜温短日照作物。
玉米品种生育期的长短，常随栽培地点和季节而有所变化；但在玉米在生育期中对有效积温（生育期大于是１０℃的日平均气温的总和）的要求则是比较稳定的。
所以按玉米品种全生育期所需的积温来区分成熟类型要比生育期天数区分适合。
但生育期天数直观，较易把握，故人们还是常用生育期天数表示玉米的熟期。
类型
积温
无霜期
极早熟品种
1800~2000
生育期小于无霜期
早熟品种
2000~2200
尤其是平均温度≥10℃天数
中熟品种
2200~2400
中晚熟品种
2400~2600
晚熟品种
2600~2800
极晚熟品种
2800以上
如果某地有效积温少于某地品种所需积温数，则该品种的生育期在该地变长，即成熟期会发生变化，如早熟变成中熟等。
所以应根据该地的有效积温来确定选择适宜熟期的品种，如龙井；2700℃。
我国玉米区划
东北春玉米区划一年一熟玉米黑龙江、吉林、辽宁三省，此外还有内蒙古自治区。
1992年占全国面积27%。
1994年占全面积26%。
早熟、耐低温为主要育种目标。
极早熟：
生育期小于100天
早熟：
100~110北部、东部
中早熟：
105~115110~120天东部
中熟：
110~120115~125天
中晚熟：
115~125120~130天中部
晚熟：
15~130大于130天
≥10℃队≥10℃队天数
2000~3400℃100~170天
注意：
中部地区和春夏玉米区的早熟品种在北部地区或东部地区至少会变成中早熟，甚至多成中熟品种。
第五节、玉米自交系选育（3学时）
介绍自交系概念、优良自交系应具备的条件，选育自交系的基本材料及其特点，基于不同选系材料的自交系的选育方法和程序、配合力的测定方法。
重点和难点：
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