一种选育青贮玉米自交系的方法

1.本发明涉及玉米育种相关领域，尤其涉及一种选育青贮玉米自交系的方法。


背景技术：

2.青贮玉米，是把包括玉米穗在内的玉米植株全部收割下来经过切碎、加工后用发酵的方法制作成青贮饲料的玉米，用来冬天饲喂牛、羊等牲畜，在北方牧区十分常见，青贮玉米是按收获物和用途来进行划分的玉米三大类型(籽粒玉米、青贮玉米、鲜食玉米)之一；是指在适宜收获期内收获包括果穗在内的地上全部绿色植株，并经切碎、加工,并适宜用青贮发酵的方法来制作青贮饲料以饲喂牛、羊等为主的草食牲畜的一种玉米；
3.选育青贮玉米自交系是指通过连续自交和选择，从基础种质中筛选出适应本地环境的优良自交系，以供后续杂交育种使用。选育青贮玉米自交系的目的是提高玉米的产量和品质，增强其对环境适应能力和抗病虫害能力，从而实现玉米育种的可持续发展；
4.但现有选育的方法存在以下问题：
5.时间和成本高：传统的选育方法需要大量的时间和资源，需要进行大量的室内和田间试验，而且需要长时间的连续自交和选择，耗时、费力；
6.局部最优解问题：传统的选育方法容易陷入局部最优解，无法得到最优解；
7.不充分利用遗传信息：传统的选育方法往往只关注少量的性状，无法充分利用遗传信息，影响选育效果。


技术实现要素：

8.因此，为了解决上述不足，本发明提供一种选育青贮玉米自交系的方法。
9.为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种选育青贮玉米自交系的方法，包括以下步骤：
10.s1选择母本和父本，母本：选取表现优异的高产品种"b73"，其平均单位面积产量为8-12吨/公顷；父本：选取表现优异的耐病品种"z58"，其对干旱、病虫害等抗性表现较好；
11.s2自交：将母本自交6-8代，每代进行自花授粉；
12.s3筛选：从每代自交系中选择具有目标性状的植株，进行连续自交和选择；
13.s4优化选育：利用遗传算法辅助优化选育；
14.s5稳定性测试：选择稳定的自交系，进行稳定性测试，以确保其性状的稳定和纯度，首先，对自交系进行大田试验，记录其性状和生长情况，对比不同自交系之间的差异和稳定性，再根据大田试验结果，选择稳定性状和高遗传纯度的自交系进行进一步测试和评估，并可根据量化判断稳定性方法来进行；
15.s6选育新品种：将最终稳定的自交系与其他自交系或外部品种进行杂交，选育出新的青贮玉米品种。
16.本发明的有益效果：
17.本发明通过利用遗传算法辅助优化选育，基于遗传算法的选育方法可以提高选育
效率，降低时间和成本；遗传算法的计算速度快，可以在短时间内完成大量的计算，提高了选育效率，降低了选育成本；遗传算法采用全局搜索的方法，可以避免陷入局部最优解，找到全局最优解，从而提高选育效果；遗传算法可以模拟自然选择的过程，不断筛选出适应度高的自交系，从而充分利用遗传信息，提高选育成功率。
具体实施方式
18.为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例进行详细阐述。
19.s1选择母本和父本，母本：选取表现优异的高产品种"b73"，其平均单位面积产量为8-12吨/公顷；父本：选取表现优异的耐病品种"z58"，其对干旱、病虫害等抗性表现较好。
20.s2自交，将母本自交6代，每代进行自花授粉，具体操作方法如下：
21.a.在青贮玉米离开自花授粉期前，留下五组进行授粉；
22.b.在授粉后，为防止杂交授粉，每株须进行严密的花袋掩盖；
23.c.采集颖果进行种子处理，将采集的种子进行种皮去除和消毒处理，然后在适当的培养基上进行发芽和移栽；
24.d.对发芽后的幼苗进行单株分割和移植，每株放置在单独的盆中，以避免杂交污染；
25.e.连续进行自交6代，每代选择表现优异的植株进行自交；
26.f.在第6代自交后，选出表现优异的10个自交系进行性状评价和筛选。
27.s3筛选，从每代自交系中选择具有目标性状的植株，进行连续自交和选择，具体操作方法如下：
28.a.对自交系进行描述性状评价，如植株高度、茎粗度、叶片长度等，选出表现优异的植株进行标记；
29.b.将标记植株进行连续自交和选择，每代选择表现优异的植株进行自交；
30.c.在每代自交后，对自交系进行性状评价和筛选，选出具有稳定性状和高遗传纯度的自交系。
31.s4利用遗传算法辅助优化选育，具体操作步骤如下：
32.构建遗传算法模型：根据自交系性状数据，构建遗传算法模型。将每一代自交系的性状数据作为输入变量，育种目标函数作为输出变量；
33.运行遗传算法：运行遗传算法模型，进行自交系的优化选择。遗传算法会根据育种目标函数，对每一代自交系进行评价和选择，直到得到最优的自交系组合；
34.验证自交系效果：对最优的自交系组合进行实验验证和实地试种。验证其性状表现和稳定性，确保达到育种目标
35.育种目标函数：f＝w1*y+w2*q+w3*r，y是产量，q是饲用价值，r是抗逆性；w1、w2、w3是每个性状的权重系数；
36.将权重系数设为w1＝0.4、w2＝0.3、w3＝0.3，表示产量、饲用价值和抗逆性在育种目标函数中的相对重要性，对自交系进行了6代自交，并对每一代自交系进行了性状评价，得到了以下数据：
37.第一代自交系：y1＝10.0，q1＝8.0，r1＝7.0
38.第二代自交系：y2＝11.0，q2＝8.5，r2＝7.5
39.第三代自交系：y3＝12.0，q3＝9.0，r3＝8.0
40.第四代自交系：y4＝12.5，q4＝9.5，r4＝8.5
41.第五代自交系：y5＝13.0，q5＝9.8，r5＝9.0
42.第六代自交系：y6＝13.5，q6＝10.0，r6＝9.5
43.将这些数据代入育种目标函数中，得到每一代自交系的得分：
44.第一代自交系：f1＝0.4*10.0+0.3*8.0+0.3*7.0＝8.5
45.第二代自交系：f2＝0.4*11.0+0.3*8.5+0.3*7.5＝9.0
46.第三代自交系：f3＝0.4*12.0+0.3*9.0+0.3*8.0＝10.2
47.第四代自交系：f4＝0.4*12..5+0.3*9.5+0.3*8.5＝10.9
48.第五代自交系：f5＝0.4*13.0+0.3*9.8+0.3*9.0＝11.14
49.第六代自交系：f6＝0.4*13.5+0.3*10.0+0.3*9.5＝11.7
50.接下来，可以使用遗传算法对这些自交系进行优化选择，选择出最优的自交系组合，以达到育种目标；
51.最优的自交系组合规则如下：
52.稳定性：选出的自交系组合应该具有稳定的性状和表现，以确保品种的一致性和质量；
53.遗传多样性：选出的自交系组合应该具有较高的遗传多样性，以增加品种的可塑性和适应性；
54.抗逆性：选出的自交系组合应该具有较强的抗逆性，包括抗病虫害、逆境等方面的抗性，以确保品种在不同环境条件下的表现一致性和稳定性；
55.产量和品质：选出的自交系组合应该具有较高的产量和良好的品质，以满足市场需求和消费者的需求。
56.s5稳定性测试：选择稳定的自交系，进行稳定性测试，以确保其性状的稳定和纯度，具体操作方法如下：
57.a.对自交系进行大田试验，记录其性状和生长情况，对比不同自交系之间的差异和稳定性；
58.b.根据大田试验结果，选择稳定性状和高遗传纯度的自交系进行进一步测试和评估；
59.c.在稳定性测试过程中，可以对自交系进行多环境试验，以评估其适应性和稳定性；
60.d.加以根据量化判断稳定性方法来进行：
61.可采用如下方法：
62.稳定性方差分析法(anova)：该方法通过分析不同自交系在不同环境下的性状表现来判断稳定性，在这种方法中，将不同自交系的性状数据进行方差分析，以确定不同因素对性状表现的影响，并计算每个自交系的稳定性指数(ssi)，ssi越接近1，表示该自交系的性状表现越稳定。
63.稳定性指数法(si)：该方法通过比较不同自交系的平均表现和表现的方差来判断其稳定性，在这种方法中，计算每个自交系的稳定性指数(si)，si越接近0，表示该自交系的性状表现越稳定，si的计算公式为：si＝1-(s^2di/σs^2d+s^2e)，其中s^2di表示自交系i
的差异方差，σs^2d表示所有自交系的差异方差之和，s^2e表示误差方差。
64.回归分析法：该方法通过分析自交系在不同环境下的性状表现与环境因素之间的关系来判断稳定性，在这种方法中，将自交系的性状数据与环境因素进行回归分析，以确定每个自交系的稳定性指数(bi)，bi越接近1，表示该自交系的性状表现越稳定。
65.直接比较法：该方法通过直接比较不同自交系在不同环境下的性状表现来判断稳定性，在这种方法中，将不同自交系在不同环境下的性状表现进行比较，以确定哪些自交系的表现最为稳定，这种方法常用于育种初期或数据较少时的稳定性评估。
66.s6选育新品种：
67.a.将自交系与其他自交系或外部品种进行杂交，选育出新的青贮玉米品种；
68.b.在杂交后代中，选择表现优异的个体进行后代选育和推广。
69.关于其他自交系或外部品种如下：
70.同种不同品种的自交系：选择同种不同品种的自交系进行杂交，可以获得更多的遗传变异，从而扩大育种材料的遗传基础；
71.不同种的品种：选择与青贮玉米有亲缘关系的其他种类进行杂交，如玉米的其他亚种、豌豆科植物等，可以获得更多的遗传变异和组合优势，从而增加育种材料的多样性和可塑性；
72.基因库中的遗传资源：利用基因库中保存的大量遗传资源进行杂交，可以获得更多的遗传变异，从而增加育种材料的遗传多样性和可塑性；
73.新的遗传育种技术：如基因编辑和转基因技术，可以通过精确的基因操作来获得特定的遗传特征，从而增加育种材料的多样性和可塑性。
74.关于杂交时，遵循以下方法操作：
75.杂交组合设计：设计多个杂交组合，按照部分配对设计(如正交设计、拉丁方设计等)进行组合，例如，可以设计9个杂交组合，每个组合包括4个亲本；
76.杂交组合评价：在多个地点(至少3个)进行杂交组合试验，以评价各个组合的表现，收集关键数据，例如：产量、品质、抗病性等；
77.整理收集到的数据，并进行统计分析，如方差分析、相关性分析等。计算各组合的综合评价指数，并选出优良组合。
78.示例数据：
[0079][0080]
示例测试数据如下：
[0081]
植株性状数据：选育高产的自交系时，可以记录不同自交系的平均植株高度、茎粗度、叶片长度等性状，如a自交系平均植株高度为200cm，b自交系为190cm，c自交系为210cm；茎粗度分别为2.5cm、2.3cm、2.7cm等。
[0082]
产量数据：例如，选育高产的自交系时，可以记录不同自交系的单位面积产量和单株产量，如a自交系单位面积产量为10吨/公顷，单株产量为1kg；b自交系单位面积产量为12吨/公顷，单株产量为1.2kg等。
[0083]
抗病性数据：对青枯病的抗性表现可以记录不同自交系的发病程度和病害指数等数据，如a自交系发病率为20％，b自交系为30％，c自交系为15％；病害指数分别为2.0、2.5、1.5等。
[0084]
抗逆性数据：例如，对干旱胁迫的耐受性表现可以记录不同自交系的相对含水量、叶片脱水速率、叶绿素含量等数据，如a自交系相对含水量为50％，叶片脱水速率为0.5g/h，叶绿素含量为2mg/g；b自交系相对含水量为60％，叶片脱水速率为0.4g/h，叶绿素含量为2.5mg/g等。
[0085]
分子标记数据：例如，利用ssr标记进行遗传多样性分析可以记录不同自交系的遗传多样性指数、遗传相似度等数据，如a自交系的遗传多样性指数为0.6，遗传相似度为0.8；b自交系的遗传多样性指数为0.5，遗传相似度为0.7等。
[0086]
实施例中：青贮玉米b73是一种常见的玉米自交系，是玉米品种之一，b73自交系是由美国康奈尔大学的育种学家在20世纪初期选育出来的一种自交系，具有高产、耐旱、耐病等特点，适应性广，被广泛用于玉米杂交育种和基础种质的保存；青贮玉米z58是一种常见的玉米自交系，是玉米品种之一。z58自交系是由中国农业科学院玉米研究所选育出来的一种自交系，具有高产、优质、耐病等特点，广泛用于玉米杂交育种和基础种质的保存。
[0087]
以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种选育青贮玉米自交系的方法，其特征在于：包括以下步骤：s1选择母本和父本，母本：选取表现优异的高产品种"b73"，其平均单位面积产量为8-12吨/公顷；父本：选取表现优异的耐病品种"z58"，其对干旱、病虫害等抗性表现较好；s2自交：将母本自交6-8代，每代进行自花授粉；s3筛选：从每代自交系中选择具有目标性状的植株，进行连续自交和选择；s4优化选育：利用遗传算法辅助优化选育；s5稳定性测试：选择稳定的自交系，进行稳定性测试，以确保其性状的稳定和纯度，首先，对自交系进行大田试验，记录其性状和生长情况，对比不同自交系之间的差异和稳定性，再根据大田试验结果，选择稳定性状和高遗传纯度的自交系进行进一步测试和评估，并可根据量化判断稳定性方法来进行；s6选育新品种：将最终稳定的自交系与其他自交系或外部品种进行杂交，选育出新的青贮玉米品种。2.根据权利要求1所述一种选育青贮玉米自交系的方法，其特征在于：s2中母本自交6代。3.根据权利要求2所述一种选育青贮玉米自交系的方法，其特征在于：自交具体操作步骤如下：a.在青贮玉米离开自花授粉期前，留下五组进行授粉；b.在授粉后，为防止杂交授粉，每株须进行严密的花袋掩盖；c.采集颖果进行种子处理，将采集的种子进行种皮去除和消毒处理，然后在适当的培养基上进行发芽和移栽；d.对发芽后的幼苗进行单株分割和移植，每株放置在单独的盆中，以避免杂交污染；e.连续进行自交6代，每代选择表现优异的植株进行自交；f.在第6代自交后，选出表现优异的10个自交系进行性状评价和筛选。4.根据权利要求1所述一种选育青贮玉米自交系的方法，其特征在于：s3筛选具体操作步骤如下：a.对自交系进行描述性状评价，如植株高度、茎粗度、叶片长度等，选出表现优异的植株进行标记；b.将标记植株进行连续自交和选择，每代选择表现优异的植株进行自交；c.在每代自交后，对自交系进行性状评价和筛选，选出具有稳定性状和高遗传纯度的自交系。5.根据权利要求1所述一种选育青贮玉米自交系的方法，其特征在于：s4利用遗传算法辅助优化选育，步骤如下：
①
构建遗传算法模型：根据自交系性状数据，构建遗传算法模型，将每一代自交系的性状数据作为输入变量，育种目标函数作为输出变量；
②
运行遗传算法：运行遗传算法模型，进行自交系的优化选择，遗传算法会根据育种目标函数，对每一代自交系进行评价和选择，直到得到最优的自交系组合；
③
验证自交系效果：对最优的自交系组合进行实验验证和实地试种，验证其性状表现和稳定性，确保达到育种目标；育种目标函数：f＝w1*y+w2*q+w3*r，y是产量，q是饲用价值，r是抗逆性；w1、w2、w3是每
个性状的权重系数。6.根据权利要求1所述一种选育青贮玉米自交系的方法，其特征在于：s5稳定性测试中量化判断稳定性的方法如下：稳定性指数法(si)：该方法通过比较不同自交系的平均表现和表现的方差来判断其稳定性，在这种方法中，计算每个自交系的稳定性指数(si)，si越接近0，表示该自交系的性状表现越稳定，si的计算公式为：si＝1-(s^2di/σs^2d+s^2e)，其中s^2di表示自交系i的差异方差，σs^2d表示所有自交系的差异方差之和，s^2e表示误差方差。7.根据权利要求1所述一种选育青贮玉米自交系的方法，其特征在于：s6中其他自交系或外部品种：同种不同品种的自交系：选择同种不同品种的自交系进行杂交，可以获得更多的遗传变异，从而扩大育种材料的遗传基础；不同种的品种：选择与青贮玉米有亲缘关系的其他种类进行杂交，如玉米的其他亚种、豌豆科植物等，可以获得更多的遗传变异和组合优势，从而增加育种材料的多样性和可塑性；基因库中的遗传资源：利用基因库中保存的大量遗传资源进行杂交，可以获得更多的遗传变异，从而增加育种材料的遗传多样性和可塑性。

技术总结
本发明公开了一种选育青贮玉米自交系的方法，本发明通过利用遗传算法辅助优化选育，基于遗传算法的选育方法可以提高选育效率，降低时间和成本；遗传算法的计算速度快，可以在短时间内完成大量的计算，提高了选育效率，降低了选育成本；遗传算法采用全局搜索的方法，可以避免陷入局部最优解，找到全局最优解，从而提高选育效果；遗传算法可以模拟自然选择的过程，不断筛选出适应度高的自交系，从而充分利用遗传信息，提高选育成功率。提高选育成功率。


技术研发人员：蒲全波 李仕伟 金容 王鹏 杨云 夏清清 符鹏 郑祖平 廖宇 程学敏
受保护的技术使用者：南充市农业科学院
技术研发日：2023.06.19
技术公布日：2023/8/16