[发明专利]一种改良玉米耐密产量的方法及其应用

说明书

本发明公开了一种改良玉米耐密产量的方法及其应用，属于植物生物技术育种领域。纯合lg1突变体具有果穗较小、产量较低、空杆率较高等不利农艺性状，本申请提供了一种新的耐密育种方法，通过将lg1突变体株系与LG1野生型株系进行杂交，获得LG1/lg1杂合基因型材料。相比LG1野生型株系，该LG1/lg1杂合基因型材料减小了玉米叶夹角和雄穗分枝数，并增加了高密度条件下的产量；与lg1突变体相比，LG1/lg1杂合基因型材料具有叶片变宽、果穗变大、空杆率降低、密植增产等优良农艺性状，该育种方法在玉米耐密高产育种领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于植物生物技术育种领域，具体涉及利用 LG1/lg1杂合基因型在玉米耐密产量改良方面方法及其应用。

背景技术

玉米是我国的第一大农作物，对我国的粮食安全和农业发展有着举足轻重的作用。然而，耕地面积的制约(中国的可耕耕地面积仅占世界耕地面积的7%，却面临着要养活~20%的世界总人口)，迫使我们不得不把提高单位面积的产量作为提高我国玉米产出的主要手段；并且，相较而言，我国玉米的平均产量仅仅为美国的60%，提升的潜力和空间巨大。

研究表明，提高品种耐密性和种植密度是提高玉米单产的关键。在过去80年里，美国玉米的种植密度从20世纪30年代的~30000株/公顷提高到了现在的~70000株/公顷(62000-104000 株/公顷)；同时，玉米单产也从20世纪30年代的1287 公斤/公顷提高到2010年的9595 公斤/公顷 (USDA-NASS, 2012)；而这个过程中玉米的单株产量和杂种优势的增加并不明显，单产的提升更多的是由于品种耐密性和种植密度的持续增长。而对中国不同年代玉米品种的研究也显示，近现代的品种相较于早期品种，在光合效率、抗倒性、空秆率和产量等方面都在向着更加耐密的方向发展。因此，提高品种耐密性和种植密度是现代玉米育种和生产中的重要目标和趋势。

降低植株的茎叶夹角和减小玉米雄穗分枝数是提高玉米耐密性的关键。较小的茎叶夹角和较少的雄穗分枝数可以最大程度上减少玉米植株之间的相互遮荫，改善田间整体的冠层结构，增强植株间的通风透光性，更利于玉米功能叶（穗位叶、穗上第一叶和穗下第一叶）捕获阳光和进行光合作用，利于玉米高产；同时良好的通风透光还将大大增加植株下层的红光/远红光（R/FR）的比例，减少密植避荫反应造成的茎秆徒长、根系变弱、茎秆强度降低等不利影响，利于玉米稳产。较小的雄穗会减轻因过量的花粉散落，从而减轻因下层叶片上粉尘的黏着而利于光合作用，利于“源”的供给。并且，雄穗是重要的“库”器官，且发育比雌穗早，在营养竞争上明显比雌穗优越，较小的雄穗利于节省能量，而利于玉米雌穗收获产量的提升。不同单位的研究都表明，现代玉米育种过程中叶夹角和雄穗分枝数都向着越来越小的方法改良，而这种趋势和玉米耐密性的提升是高度相关的，这也从另一个侧面反映的叶夹角和雄穗分枝数对玉米耐密育种的重要性。

降低玉米空杆率对提高玉米耐密性也至关重要。玉米空秆是指茎杆上不结果穗或有果穗但发育不好没有结籽粒的现象。密植空秆将直接影响产量三要素 (单位面积的果穗数、单穗粒数及百粒重)，从而严重影响玉米产量。玉米密植后会造成空秆率的显著升高。对玉米不同密度下的农艺性状与产量的关系进行分析发现，空秆率对产量的影响会随着种植密度的增加而快速提升，种植密度越高空秆率对产量的负面影响越大。密植空秆一般可使玉米产量降低15-20%，严重者可降低60%以上，是限制玉米密植产量提高的重要因素之一。因此，降低密植条件下的空杆率对提高玉米耐密性也至关重要。