CN1442040A - 用于得到具有新功能性的玉米淀粉的谷物生产方法 - Google Patents

Abstract

已开发出一种生产具有需要的功能性的玉米谷物的新方法，包括在同一田地种植两种不同的杂种玉米。这两种杂种玉米种植在由行组成的交替区块中。一种杂种是雄性不育的，这样第二种杂种为整块地提供花粉。这样得到两种不同类型谷物的多个区块，它们可进行分别收获和加工。

Description

用于得到具有新功能性的 玉米淀粉的谷物生产方法

技术领域

本发明涉及在一块地中生产两种类型的杂种玉米的方法，这样它们可独立收获。

背景技术

在美国，玉米是一种商用作物，被用于多种用途，包括：人食品来源、动物饲料，还可作为碳水化合物、油、蛋白质和纤维来源。然而，目前对具有特殊最终用途特性的玉米的市场需求增加，但具有标准组成成份的玉米谷物不能满足上述要求。通常，特殊品种玉米由改变的胚乳特性区分于“正常的”田间玉米，例如淀粉分支化程度(蜡质玉米和直链淀粉补充剂)的总体改变，蔗糖或水溶性多多糖积聚增加(甜的，收缩的，超甜玉米)或胚乳硬度改变(食品级玉米或爆米花)。

对这种特殊品种玉米的需求增加，包括来自于对用于多种工业用途的具有特殊功能性或特性的淀粉的需求增加，这些工业用途包括造纸添加剂如胶料、粘合剂，食物成分如增稠剂，工业和医用吸收剂，药物赋形剂，化妆品，和递送系统如乳化剂。

在美国，加拿大，和欧洲生产的几乎所有商品玉米以及南美生产的大部分玉米是用杂种种子得到的。杂种玉米的生产需要开发优良玉米自交系，其显示出良好的普通和特殊结合能力，以生产出农业经济上优良的杂种。植物育种者选择的性状包括产生高产、谷粒快干、和抵抗特殊植物病虫害的杂种。

一旦开发出优良玉米自交系，它们可用于多种途径以生产商品化杂种种子。产于美国的大多数杂种种子是单交型。两种自交系相互交配得到的子代称为F1单交杂种(A×B)。在一些情况下，交配的雌性母本本身即为F1杂种，这样生产出三向交配的杂种，基因型为(A×B)×C。极少数情况下，可产生四向交配的杂种，其父本和母本均为F1杂种，产生的基因型为(A×B)×(C×D)。所有情况下，这种相互交配产生的谷粒都作为种子出售给商业种植者，他们最后从农作物中收获F2谷物作为农用或商业出售。

除了具有遗传因素的合理组合以生产优良杂种，自交系本身还相当有力的支持了现代种子生产需求。这可从如何商业化生产出单交杂种的描述中得以阐明。为了控制授粉方向并确保主要收获杂种种子，对生产种子的田地进行有代表性的设计，4行作为雌性株(雄性不育)的自交玉米植株与1行作为雄性株(雄性可育)的自交玉米植株交替种植。雌性株表现为雄性不育，这样雄性株产生的花粉使这些雌性株带有的胚珠受精，在出售给商业种植者前，收获雌性植株产出的杂种种子，清洁，筛分，加工。为更经济地生产杂种种子，雄性自交植株需要在多种气候条件下能确实发散出足够的花粉使雌性植株受精。雌性植株产出的杂种种子须具备高品质，使之在商业种植者的田地里具有良好的萌芽状态和幼苗活力，雌性植株本身须直立并保持抽穗直至收获时节。

有许多种育种方案可用于生产自交系玉米，包括家系培育，回交转化，重复选择。所有的这些方案都是劳动和资金密集型的，每一种都需要多年工作以进行遗传信息的重组和选择，最终生产出优良自交系。开发出满意自交系的速度，很大程度取决于植物育种者指定的该品系的性质和须具备性状的数目。新的或特殊性状的加入，将明显增加生产出需要的品系所需的时间和工作量，特别是如果这些性状由多个基因控制，像关于油的含量。

最近，开发了生产具有独特功能性杂种玉米的替代方法。例如，美国专利No.5,704,160和5,706,603中介绍的生产具有增强性状(如高油)玉米的方法。整块地的玉米一起收获得到单一的中间性状玉米。在替代方法中，只收获一种类型的玉米，另一种可丢弃。

开发具有独特淀粉功能性的杂交玉米与商用玉米育种相似。改变的淀粉功能性可通过掺入参与淀粉生物合成途径基因的隐性形式得到。这些基因通常称为谷粒突变基因。谷粒突变基因常引起淀粉积聚减少和湿磨操作时产生困难，该操作用于将淀粉从玉米粒的其它成份中分离出来。

令人吃惊的是，目前发现将两种不同的玉米杂种种植在交替的由行组成的区块中，其间留足够宽度以进行有效地分别收获，可获得玉米谷粒性状的最大功能性。更进一步，采用一种对两种隐性谷粒突变基因纯合的杂种玉米和仅对两种隐性基因中的一种纯合的第二种杂种玉米，可实现淀粉的需要的功能性而没有双隐性杂种通常的缺点。

发明内容

本专利涉及生产具有需要的淀粉功能性的玉米谷物的一种新方法，该方法包括在同一块田地里种植两种不同的杂种玉米。一种杂种玉米对两个控制淀粉组成的隐性基因是纯合的，而第二种杂种玉米对这些相同基因中的一个是隐性纯合的，并在第二个基因位点带有野生型或显性等位基因。这两种杂种玉米种植在交替的由行组成的区块中。一种杂种表现为雄性不育，这样第二种杂种玉米为整块地提供花粉。这样得到两种不同类型谷物的多个区块，它们可进行分别收获和加工。

杂合，用于此处是指，当不同的等位基因位于同源染色体上的相应位点时存在的一种遗传状态。

纯合，用于此处是指，当相同的等位基因位于同源染色体上的相应位点时存在的一种遗传状态。

杂种，用于此处是指，两种遗传学上不相同的自交系间进行杂交产生的所有后代。

近交系，用于此处是指，一种基本上纯合的品种。

雄性不育，用于此处是指，由于任何一种机制，植株不产生有功能的花粉，这些机制包括但不限于：机械或手工去穗，化学品致不育，或遗传不育如细胞质雄性不育，它导致花穗无功能。

除非特别提到，显性基因用大写字母表示，隐性基因用小写字母表示。玉米胚乳是三倍体，一个基因包含三个等位基因。对普通杂种，A和B用于代表两种性状。这样，aaabbb代表对一般普通性状A和普通性状B隐性纯合的杂种玉米，而aaaBbb代表对普通性状A隐性纯合和对性状B杂合的杂种玉米，对性状B来说，其带有一个显性或野生型等位基因和两个隐性或突变型等位基因。

杂种玉米中用到的其余基因可为隐性纯合，或显性，或杂合。例如，此处包含的杂交不仅有描述的aaaBBB与aaabbb间，也有aaaBBBccc与aaabbbccc的杂交。

具体实施方式

本专利涉及生产具有需要的淀粉功能性的玉米谷物的一种新方法，该方法包括在同一块田地里种植两种不同的杂种玉米。一种杂种玉米对两种需要的隐性基因是纯合的，而第二种杂种玉米对这些相同基因中的一种是隐性纯合的，对另一种基因是野生型或显性纯合的。

隐性基因此处包括但不限于，waxy(wx1)，sugary-1(su1)，sugary-2(su2)，sugary-3(su3)，amylose extender(ae1)，dull(du1)，horny(h1)，shrunken-1(sh1)，shrunken-2(sh2)，floury-1(f11)，floury-2(f12)，white endosperm(y1)，和opaque系列(o1-o14)。

一种杂种玉米表现为雄性不育，这样第二种杂种玉米为整块地提供花粉。哪一种杂种玉米被选择为雄性不育杂种玉米与本发明无关。对雄性不育和授粉株的具体选择，决定了来源于这两种杂种的淀粉的基因型。本领域所共知的，玉米胚乳是三倍体。胚乳基因型有两个基因剂量遗传自雌性胚珠，一个基因剂量遗传自雄性花粉。这样，根据来源于F1杂种的F2谷物的需要的遗传组成可选择出哪一种杂种为不育。

这两种杂种玉米种植在交替的由行组成的区块中。每一区块应该有足够的宽度以便用商业化可行的收获方法进行有效收获，例如区块应具有标准收割机的宽度。典型的区块至少四行宽。更进一步，区块也不应太宽，这样区块不能被有效地进行授粉。因此，这些区块一般不超过16行宽。例如，但不限于，杂种可以种植在6×6(每一杂种6个交替行)，8×8，12×12，12×6，12×4或16×16的区块。

这样得到两种不同类型谷物的多个区块，它们可进行分别收获和加工。通过保持两种杂种的谷物相互分开，可以获得每种谷物全部的功能性优势。一起收获谷物时，这些优势不能实现，因为一种杂种的优势被另外一种稀释了。例如，如果隐性性状A和B(aaabbb)的雄性不育突变体和隐性性状A(aaaBBB)的雄性可育突变体种植在田地中的8×8的区块中，分别收获种子，纯合隐性A和纯合显性B(aaaBBB)的玉米与纯合隐性A和具有两剂量隐性B(aaaBbb)的玉米的淀粉可分别出售，每种谷物的功能性可完全实现。如果两种杂种玉米用传统方法间作，这样可一起收获种子，产生的淀粉是两种基因型aaaBBB或aaaBbb的混合物，且每一种基因型的特殊功能性不能实现。实施例

以下给出的实施例用于进一步阐述和解释本发明，不管从任何角度说都不应该看作是对本发明的限制。实施例1-生产具有一个或两个剂量sugary-2基因的蜡质玉米A.  waxy/sugary-2雄性不育突变体(wxwxwxsu2su2su2)和waxy雄

性可育突变体(wxwxwx)种植在田地中的8×8的区块中。分别

收获种子，得到蜡质玉米(wxwxwx)和有两个剂量隐性sugary-2基

因的蜡质玉米(wxwxwxSU2su2su2)。B.  waxy/sugary-2雄性可育突变体(wxwxwxsu2su2su2)和waxy雄

性不育突变体(wxwxwx)种植在田地中的8×8的区块中。分别

收获种子，得到具有一个剂量隐性sugary-2基因的蜡质玉米

(wxwxwxSU2SU2su2)和具有三个剂量隐性sugary-2基因的蜡质玉

米(wxwxwxsu2su2su2)。实施例2-生产具有一个和两个剂量white endosperm(白色胚乳)基因的蜡质玉米A.  waxy/white endosperm的雄性不育突变体(wxwxwxy1y1y1)和waxy

雄性可育突变体(wxwxwx)种植在田地中的12×6的区块中。分

别收获种子，得到蜡质玉米(wxwxwx)和带两剂量隐性white

endosperm的蜡质玉米(wxwxwxY1y1y1)。B.  waxy/white endosperm的雄性可育突变体(wxwxwxy1y1y1)和waxy

雄性不育突变体(wxwxwx)种植在田地中的12×6的区块中。分

别收获种子，得到带有三个剂量隐性white endosperm的蜡质玉

米(wxwxwxy1y1y1)和带有一个剂量隐性white endosperm的蜡

质玉米(wxwxwxY1Y1y1)。实施例3-多种谷物的生产多种谷物通过下述杂交进行生产

雄性可育突变体	雄性不育突变体		产生的杂种
					wx1wx1wx1Su2Su2Su2		wx1wx1wx1su2su2su2		wx1wx1wx1Su2Su2Su2wx1wx1wx1Su2su2su2
wx1wx1wx1su2su2su2		wx1wx1wx1Su2Su2Su2		wx1wx1wx1Su2Su2su2wx1wx1wx1su2su2su2
					wx1wx1wx1Du1Du1Du1		wx1wx1wx1du1du1du1		wx1wx1wx1Du1Du1Du1wx1wx1wx1Du1du1du1
ae1ae1ae1Du1Du1Du1		ae1ae1ae1du1du1du1		ae1ae1ae1Du1Du1Du1ae1ae1ae1Du1du1du1
					ae1ae1ae1du1du1du1		ae1ae1ae1Du1Du1Du1		ae1ae1ae1du1du1du1ae1ae1ae1Du1Du1du1
ae1ae1ae1Su2Su2Su2		ae1ae1ae1su2su2su2		ae1ae1ae1Su2Su2Su2ae1ae1ae1Su2su2su2
					ae1ae1ae1su2su2su2		ae1ae1ae1Su2Su2Su2		ae1ae1ae1su2su2su2ae1ae1ae1Su2Su2su2
y1y1y1wx1wx1wx1Su2Su2Su2		y1y1y1wx1wx1wx1su2su2su2		y1y1y1wx1wx1wx1Su2Su2Su2y1y1y1wx1wx1wx1Su2su2su2
					y1y1y1wx1wx1wx1su2su2su2		y1y1y1wx1wx1wx1Su2Su2Su2		y1y1y1wx1wx1wx1Su2Su2su2y1y1y1wx1wx1wx1su2su2su2

Claims (12)

1.一种种植方法，包括以下步骤：

(a)将两种杂种种植在行组成的区块中，其中：

(1)第一种杂种为雄性可育玉米种子，其对两种需要的性状是隐性纯合的；和

(2)第二种杂种为雄性不育玉米种子，其对两种需要性状中的一种是隐性纯合，对另一种需要的性状是显性纯合的；

(b)允许雄性可育玉米植株授粉于所述雄性不育玉米植株；和

(c)分别收获从两种杂种中得到的玉米种子。

2.权利要求1中的方法，其中玉米植株由细胞质的、遗传的、机械的、化学的、手工的方法或这些方法的组合导致雄性不育。

3.权利要求1或2中的方法，其中杂种种植在至少四行宽的由行组成的区块中。

4.前面任意一项权利要求中的方法，其中杂种种植在行×行的区块中，该区块选自6×6，8×8，12×12，12×6，12×4，和16×16。

5.前面任意一项权利要求中的方法，其中两种需要的隐性性状选自waxy(wx1)，sugary-1(su1)，sugary-2(su2)，sugary-3(su3)，amylose extender(ae1)，du11(du1)，horny(h)，shrunken-1(sh1)，shrunken-2(sh2)，floury-1(f11)，floury-2(f12)，white endosperm(y1)，和opaque系列(o1-o14)。

6.前面任意一项权利要求中的方法，其中两种需要的性状为waxy和sugary-2。

7.一种种植方法，包括以下步骤：

(a)将两种杂种种植在行组成的区块中，其中：

(1)第一种杂种为雄性不育玉米种子，其对两种需要的性状是隐性纯合的；和

(2)第二种杂种为雄性可育玉米种子，其对两种需要性状中的一种是隐性纯合，对另一种需要的性状是显性纯合的；

(b)允许雄性可育玉米植株授粉于所述雄性不育玉米植株；和

(c)分别收获从两种杂种中得到的玉米种子。

8.权利要求7中的方法，其中玉米植株由细胞质的、遗传的、机械的、化学的、手工的或这些方法的组合导致雄性不育。

9.权利要求7或8中的方法，其中杂种种植在至少四行宽的由行组成的区块中。

10.权利要求7-9的任意一项中的方法，其中杂种种植在行×行的区块中，该区块选自6×6，8×8，12×12，12×6，12×4，和16×16。

11.权利要求7-10的任意一项中的方法，其中两种需要的隐性性状选自waxy(wx1)，sugary-1(su1)，sugary-2(su2)，sugary-3(su3)，amylose extender(ae1)，du11(du1)，horny(h)，shrunken-1(sh1)，shrunken-2(sh2)，floury-1(f11)，floury-2(f12)，whiteendosperm(y1)，和opaque系列(o1-o14)。

12.前面任意一项权利要求中的方法，其中两种需要的性状为waxy和sugary-2。