谷粒品質性狀強化的玉米的新生產方法

專利名稱：谷粒品質性狀強化的玉米的新生產方法
本申請是1990年11月16日申請的同時待審的美國專利申請順序號No.07/615，839的部分后繼申請。
本發明介紹一種玉米谷粒的新生產方法，其中，將由高產品種獲得的母本玉米植株與具有控制強化谷粒品質性狀表達的基因的非同源的玉米植株一起種植，并由后者向母株授粉。授粉之后，從母本植株上收獲的谷粒出人意料地表現出比由雄性可育或雄性不育的母本雜種通過自花授粉或異花授粉所獲谷粒更強的品質性狀。
玉米是一種被用作人類的食物資源、動物飼料以及碳水化合物、油、蛋白質和纖維資源的重要作物。它主要被用作動物飼料的能源，或被用作再生淀粉、蛋白飼料組份、纖維、片狀磨料、谷粉和油的原料。由玉米或從玉米中提取的成分生產的產品眾多，其中包括紙膠料、高果糖玉米糖漿、膠粘劑、食品增稠劑、工業用和醫用吸收劑和乙醇(由淀粉制成);動物飼料和飼料組份(由全種子、玉米青貯飼料、玉米麩質和粗粉制成)，以及從胚芽中提取的玉米油。
實際上，所有在美國、加拿大和歐洲生產的商品玉米以及南美所生產的大部分玉米都是由雜交種子生產的。生產玉米雜種需開發能表現出良好的一般和特殊的配合能力的優良玉米自交系，以便能生產出農藝性狀優良的雜種。被植物育種者選擇用于生產雜交種的性狀包括高產潛力、良好的莖桿強度、對特殊病害的抗性、好的耐旱能力、快速失水以及足以保證在貯存和向市場運輸時損失最小的谷粒品質。這些優良自交系的開發均屬勞力和資金密集型，需要在許多不同的環境下進行多年的鑒定。引入能進一步提高谷粒品質的其它性狀將對植物育種者造成額外的負擔，并大大增加這種優質谷粒自交系的生產時間和費用。
一旦育成優良的自交系，就可以以幾種途徑用它生產商品雜交種。美國生產的雜交種大部分是單交型的。兩個自交系相互交配以生成被稱作F1單交種的雜種(A×B)。有時候，雜交的母本本身就是F1雜種，這樣就產生了基因型為(A×B)×C的三交種。較罕見的是，父、母本均為F1雜交種，生產出的是雙交種，其基因型為(A×B)×(C×D)。就各種情況而論，由這種交配所產生的籽粒都作為種子售給商品谷種植者，他們最終從作物上收獲F2谷粒用于農田或作為商品銷售。有關這些系統的綜述在幾本專著中均可查到(例如，Poehlman，J.m，1987，Breeding Field Crops，3rd Edition，Avi Publishing Company，Westport，Con-necticut)。
除了具有生產優良雜交種的遺傳因子的適當組合外，自交系本身還必需有適應現代種子生產要求的適當能力。通過敘述如何商業化生產單交種子可以說明這一點。為了控制授粉方向以確保收獲的主要是雜交種，種子生產田通常是這樣設計的4行作為母本的自交系玉米植株與1行作為父本的自交系玉米植株間作，當然也可有別的種植方式。通過去雄或遺傳機制，如使得穗狀雄花無用的細胞質雄性不育使母本植株變得雄性不育。長在母本植株上的胚珠由父本植株產生的花粉授粉，收獲長在母本植株上的雜交種子，清理、分級，并在售給商業性種植者之前進行處理。為了經濟地生產雜交種子，父本自交系植株要能夠在各種氣候條件下排出充足的花粉為母本植株授粉。長在母本植株上的雜交種子要具有在商業性種植者田里發芽良好并且早期植株旺盛的高品質，而母本植株本身要直立并能保留果穗，直至收獲。自交系本身的這些要求又進一步增加了生產出商業上成功的雜種所需的時間和資金。
因此，資金和時間密集型的自交系的培育和測試，是現代玉米生產的關鍵。有三種常用的生產玉米自交系的育種方案系譜法育種，回交和輪回選擇。系譜法常見的實施方式是，將兩個具有不同的理想特征的玉米自交系相互交配，選擇優良的植株在下一代自交，形成高代自交系。該選擇過程的一部分包括定期評價突出的自交系在各種雜交組合中的表現。隨后的自交和選擇過程通常要進行5-8代，結果形成在很大程度上是遺傳學上純合的系或自交系。用該方法培育并商業化生產一個自交系，通常要用5-7年時間。
在第二種育種方法-回交育種中，通過輪回親本與能表達特殊的理想性狀的資源親本的交配，將理想性狀(通常是簡單遺傳的，如對某種病害的抗性)引入優良的目標自交系。該資源植株也可以是自交系，不過，從廣義上講它可以是任何一個與輪回親本雜交可育的植物品種或群體。然后用雜交后代與輪回親本回交(有時自交)，鑒定理想的后代，并重復以上周期。在回交和選擇5-8個周期以后，這一過程最終導致該理想性狀在基本上是優良輪回親本的遺傳背景的后代中恢復出現。通常“轉換”自交系可以很快地恢復和生產(3-5年)，但是，由于從很多方面來看終產物基本上是一個“老系”，因此，回交法常被認為是保守的自交系育種方法。
自交系育種的第三種方法，輪回選擇，通常包括從一個廣闊的、遺傳學上非均一的繁殖庫-一般稱作群體中分離新的自交系。在該群體中選有理想性狀的單株，如基桿強度或配合力，并相互交配以創造一個新的群體，從中再選擇具有這些性狀的單株并相互交配。因為這些群體中可能的遺傳組合的數目十分龐大，所以出現亞種群并最終育成具有新的谷粒、種子或全植株性狀的自交系的機會實際上是存在的。然而，這種遺傳多樣性的必然結果是，用輪回選擇法比用前兩種方法需要更長的時間才能育成優良的自交系。
總之，這三種現有的自交系育種方法都屬于勞力和資金密集型，每種方法都需要努力多年來重組遺傳信息并進行選擇以最終產生優良的自交系，將他們有效地配合再生產雜交種子，供售出生產谷粒。理想的自交系的培育速度，在很大程度上取決于該自交系所必須具有的性狀的性質和數量。增加新的或不常見的性狀，尤其是這些性狀是由幾個基因控制時，產生理想自交系所需的時間和精力將會顯著增加。
大部分玉米谷粒是作為商品處理的，因為被廣泛種植并大量生產的普通大田玉米都能滿足工業或動物飼料的要求。然而，現在市場上需要越來越多的具有特殊的最終使用性能的玉米，而標準成分的玉米無法滿足要求。最常見的是，這種“特質”玉米因改變了胚乳特性而不同于“正常”的大田玉米，比如在淀粉分枝程度上的重大變化(蠟質玉米，直鏈淀粉伸長基因;Glover，D.V.and E.T.Mertz，1987，Corn，InNutritional Quality of Cereal Grains;Genetic and Agronomic Improvement，R.A.Olson and K.J.Frey，eds.American Society of Agronomy，Madison，Wisconsin，pp.183-336)，糖或水溶性多糖累積量的增加(含糖、皺縮的超甜玉米，Glover，D.V.and E.T.Mertz，1987，Corn，InNutritional Quality，of Cereal Grains;Genetic and Agro-nomic Improvement，R.A.Olson and K.J.Frey，eds.American Society of Agronomy，Madison，Wisconsin，pp.183-336)，或在胚乳硬度方面的改變(食品級玉米，爆裂玉米，Glover，D.V.and E.T.Mertz，1987，Corn.InNutritional Quality of Cereal Grains;Genetic and Agronomic Improvement，R.A.Olson and K.J.Frey，eds.American Society of Agronomy，Madison，Wiscon-sin，pp.183-336;Rooney，L.W.and S.O.Serna-Saldivar，1987，Food Uses of Whole Corn and Dry-Milled Fractions，InCornChemistry and Technology，S.A.Watson and P.E.Ram-stead，eds.American Association of Cereal Chemists，Inc.，St.Paul，Minnesota，pp.399-429)。特質玉米種類是按合同為特殊的最終用戶生產的，他們看重淀粉的品質或其它的谷粒品質特征。或許這種變異的突出實例是蠟質玉米的合同生產，這種玉米包括一個單一的純合隱性基因(Wx)，能把普通的玉米淀粉(75-80%支鏈淀粉，20-25%直鏈淀粉)幾乎完全轉化為支鏈淀粉(＞99%)。當隱性基因直鏈淀粉伸長基因(ac)純合時，或顯性基因Ae5180純合或雜合時會以類似的方式(Plant Biotechnology，February 1991，office of Biotechnology，lowa State University，Ames，Iowa)將玉米谷粒中特定直鏈淀粉含量提高到50%或更多。另外，US.4，798，735介紹了由單一的隱性基因組合所產生的得到改進的玉米淀粉，如何能生成具有最適于在食品業使用的功能特性的淀粉。甜玉米是另一個通常按合同種植的特質玉米產品，這里，含有隱性基因的甜度、2型皺縮度或甜度增強素，以單一方式或它們的組合方法出現，通過降低淀粉的含量和提高葡萄糖，蔗糖和/或未成熟玉米籽粒中的水溶性多糖的含量，使這種玉米具有甜度(Creech，R.and D.E.Alexander，1978，Breeding for Industrial and Nutritional Quality in Maize，InMaize Breeding and Genetics，D.B.Walden，ed.John Wiley and Scns，New York，pp.249-264)。
近來，又有這樣一種傾向不僅在改變碳水化合的品質基礎上異化玉米，而且在改變其蛋白質、油和籽粒硬度特性的基礎上異化玉米。有幾個公司銷售增加賴氨酸(Crow's Hybrid Corn Company，Milford，Illinois)，蛋白質(Wilson Hybrids，Harlan，Iowa)、油(Pfister Hybrid Corn Company，El Paso，Illinois under the trademark )和胚乳硬度(Vineyard Seed Co.，Homer，Illinois)的玉米，試圖適應市場上對各粒上述特性的日益增長的重視。作為動物飼料時，蛋白質和油的含量是玉米表型的特別重要的決定因素(Glover，D.V.and E.T.Mertz，1987，Corn，InNutritional quality of Cereal GrainsGenetic and Agronomic Im-provement，R.A.Olson and K.J.Frey，eds.American Society of Agronomy，Madison，Wisconsin，pp.183-336;Han，Y.，C.M.Parsons，and D.E.Alexander，1987，Nutritive Value of High Oil Corn for Poultry.Poultry Science 66103-111)。此外，作為濕研磨或干研磨的共產物，玉米油和蛋白質是濕、干磨坊主的重要收入來源。新的依阿華洲立大學玉米性狀試驗提供了一種確定這些玉米組成成份的工業價值的方法，不僅能給出被試雜種的產量，而且能給出估算出的濕磨粉和飼用價值(Iowa Corn Growers As-sociation，1989，Higher Processing Value in 1989 State Fair Open Class Corn and Soybeans Bulletin，8/27/89)。
高含油量玉米的育種、發育和營養特性將在下面講述，以說明其發展狀況、遺傳性、育種難度和開發谷粒的許多(如果不是全部的話)強化品質特性所帶來的經濟利益。也許被研究得最充分的高含油量玉米種群是伊利諾期大學開發出來的伊利諾期高油(IHO)和亞歷山大高油(Alexo)種群。IHO是在開放授粉的玉米品種Burr's white用改進的混合選擇法，從1896年開始經過80多輪選擇而育成的(Alexander，D.E.，1988，High Oil CornBreeding and Nutritional Properties，InProceedings of the 43rd An-nual Corn and Sorghum Industrial Research Conference，pp.97-105;dudley，J.W.，R.J.Lambert，and D.E.Alexander，1974，Seventy Generations of Selection for Oil and Protein concen-tration in the Maize Kernel，InSeventy Generations of selection for Oil and Protein in Maize，J.W.dudley，ed.Crop Science Society of America，Madison，Wisconsin，pp.181-212)。在該群體中所獲得的最高籽粒或谷粒平均含油量以干重計大約為22%。相反，Denton Alexander博士在一個綜合群體(Alexo)中采用混合選擇和單籽粒選擇兩種方法經過28輪選擇后得到了接近22%的平均含油量(Alexander，D.E.，1988，High Oil CornBreeding and Nutritional Properties，InProceedings of the 43rd Annual Corn and Sorghum Industrial Research Conference，pp.97-105)。由IHO(R802A)和Alexo(R805，R806)群體中產生了很多玉米自交系，而且，公眾可通過農業實驗站的站長(University of Illinois，Urbana，IL)獲得這些自交系。
玉米含油量是一種定量遺傳的谷粒品質性狀(Silvela，L.，R.Rodgers，A.Garrera and D.E.Alexander，1989，Effect of Se-lection Intensity and Population Size on Percent Oil in Maize，Zeamays L.Theoretical and Applied Genetics 78298-304)。有幾項研究表明，由各種Alexho后代與含油量正常的自交系雜交所得增大的F2代籽粒的含油量，接近由各親本分別自花授粉所產生的籽粒含油量的中親值(Alexander，D.E.，1988，High Oil CornBreeding and Nutritional Properties，InProceedings of the 43rd An-nual Corn and Sorghum Industrial Research Conference，pp.97-105;Misevic，D.，A.Marie，D.E.Alexander，J.Dumanovic，and S.Ratkovic，1989，Population Cross Diallele Among High Oil Populations of Maize.Crop Sci.，29613-617)。另外，已經觀察到高含油量X低含油量雜交的F2代谷粒在單籽粒基礎上發生含油量性狀的分離(Alexander，D.E.，1988，High Oil CornBreeding and Nuttitional Properties，InProceedings of the 43rd An-nual Corn and Sorghum Industrial Research Conference，pp.97-105)。這兩個特征均與這樣一種假說相吻合玉米種子或谷粒的含油量是由幾個基因的作用控制的，每個基因都對總含油量有部分貢獻。
在大多數輪回選擇的初始階段都保持著很高的遺傳雜合性，因此，用輪回選擇的方法育成一個農藝性狀優良的自交系比采用系譜法需要更長的時間。迄今為止，大多數高含油量玉米是以表現出不同程度的遺傳非均一性的群體形式存在的。盡管過去30年來人們努力通過混合采用輪回選擇和系譜育種的方法開發商業性高含油玉米，但是只生產出了數量很少的商業上成功的高含油量自交系，而且，只有為數極有限的高含油雜交品種能以商業規模種植。
為滿足家禽生產者，生豬飼養者以及玉米研磨業的需要，應推廣生產高含油玉米，可是由于現有育種程序的制約，進展相當遲緩。如果能找到培育自交系的新方法或者有生產雜交種的新途徑，高含油玉米的推廣生產將會大有起色。
本發明介紹了一種供商品谷種植者生產具有強化的各粒品質性狀的玉米種子的新方法。該方法在由帶有強化的谷粒品質性狀基因的植株由高產植株授粉后會產生品質性狀強化的谷粒。作為父本的、谷粒品質性狀強化的植株，在遺傳學上不一定是純合的(自交系)或者甚至在表型方面也不必是均一的，而且也不必選擇與高產的母本植株的配合力。這樣，生產商業上成功的、谷粒品質性狀強化的親本的時間就大為縮短，具有強化品質性狀的谷粒商業化生產的進程也大大加快。該方法將促進現有的、農藝性狀優良的、可用來生產具有強化品質性狀的谷粒的母本植株在數量上劇增，從而，提高表現強化谷粒品質性狀的玉米品種的產量和擴大其生產范圍。
具體來說，申請人提出了一種使玉米谷粒的谷粒品質性狀得以強化的方法，包括以下步驟(a)相鄰種植(1)高產品種的玉米種子，以得到母本玉米植株;
(2)某一谷粒品質性狀強化了的玉米品種的種子，該品種與上述母本植株是非同源的，產生在上述種子品質性狀上強化了的玉米植株以用作父本;
(b)使上述在特定谷粒品質性狀上強化了的玉米植株為上述母本植株授粉;
(c)收獲全部植株上所結的玉米谷粒，從而得到量值介于上述谷粒品質性狀親本的母本植株自花授粉所獲籽粒之間的、上述品質性狀強化了的高產玉米谷粒。
為了本申請的需要，我們對以下術語明確定義玉米 任何一種玉米(Zea mavs L)的變種，載培品種或群體。
原種 該術語是指性狀良好的植株或品種，例如(并不局限于此)高產、良好的種子品質和抗病害能力。因此可用于能夠獲利的種子或谷粒的商業性生產。該術語還指能產生這種植株或品種的親本。
品質強化的谷粒性狀 這是指一種與大田玉米的性狀在程度上或組織上有足夠差異，從而產生商業利益的谷粒性狀。強化可以是能使商業上被認為有利可圖的性狀的特性或特征在數量或水平上增強，或者是使商業上被認為是有害的性狀的特性或特征在數量或水平上減弱。
母本玉米植株 是指不能夠產生或排放任何有功能的花粉的玉米植株。
大田玉米 這是那些在一個廣闊的、但是確定的地理區域上被以大面積廣泛種植、用來生產谷粒和/或飼料的玉米變種或栽培品種。美國的大部分大田玉米被稱作“馬齒”型玉米。而在歐洲和阿根延生產的大田玉米被更多的稱作“硬粒”玉米或“硬粒-馬齒”型玉米。
一般配合力 是指在一系列雜交中一個遺傳學品系的平均表型或總表型。
胚芽 它是玉米籽粒的胚，籽粒里的油絕大部分都含在這里。
谷粒 由商業性種植者為提供農場使用或售給消費者而生產的成熟的玉米籽粒，在兩種情形下都不是為了種植和再生物種。具有代表性的消費者包括牲畜飼養者，干、濕磨坊主或動物飼料生產者。
雜合的 在同源染色體的相應位點上存在不同的等位基因時出現的遺傳學狀態。
高直鏈淀粉玉米(籽粒) 與低直鏈淀粉玉米相比直鏈淀粉含量更高的籽粒。
高直鏈淀粉玉米(植株) 當這種植株自花授粉時能產生與低直鏈淀粉玉米植株相比直鏈淀粉含量更高的籽粒。
高油玉米(籽粒) 與低油玉米籽粒相比，以百分干重為基礎含油量升高了的籽粒。
高油玉米(植株) 當這種植株自花授粉時，所產生的籽粒以百分干重為基礎與低油玉米植株相比，其含油量更高。
高油酸玉米(植株) 當這種植株自花授粉時，能產生在脂肪酸總量中油酸所占重量百分比更高的油的玉米籽粒。
純合的 在同源染色體的相應位點上存在相同的等位基因時出現的遺傳學狀態。
雜種 任何一種由兩個遺傳學上不同的個體雜交所產生的后代(Rieger R.，A.Michaelis and M.M.Green，1968，A Glos-sary of Genetics and Cytogenetics，Springer-Verlag，New york)。
自交系 基本上純合的個體或變種。
籽粒 它是玉米穎果，包括部分雙受精產物，成熟的胚和胚乳。還有玉米果實。
低直鏈淀粉玉米(籽粒) 這種籽粒所含淀粉中直鏈淀粉的重量百分比約為20-25%。
低直鏈淀粉玉米(植株) 當這種植株自花授粉時，能產生其所含淀粉中直鏈淀粉的重量百分比約為20-25%的籽粒。
低油玉米(籽粒) 其含油量在大約占干重的2.5-5.1%的范圍內的籽粒。
低油玉米(植株) 當這種植株自花授粉時，能產生其含油量大約占干重的2.5-5.1%的粒籽。這種含油量在眾多的大田玉米自交系或雜種中是很典型的。
低油酸玉米(植株) 當這種植株自花授粉時，能產生其所含油分中油酸僅占總脂肪酸重量的3%或更少的籽粒。
玉米(Maize) 是指玉米(Zea mays L)的變種、栽培種或群體。
雄性不育 是指那些由于機械或手工去雄或通過其它機制引入遺傳學不育性而導致不能產生有功能的花粉的植株。
非同源的 個體、自交系、雜種或變種之間當他們的核遺傳物質具有低于87%的統計學類似性時的遺傳學差異狀況。通過將一個品種與遺傳學上均一的或本身是自交系的輪回親本回交至少3次，可以把非同源性降低。
胚株 它是由母體組織包圍著的構成雌性生殖組織的結構。在玉米植株發育期間，胚珠很可能包含一個單倍體卵核和兩個單倍體極核。在與花粉里的精核融合之后，胚珠將發育為成熟的玉米籽粒。
百分直鏈淀粉量(%) 以干重為基礎表示從玉米籽粒中提取出的淀粉中直鏈淀粉的濃度。
百分賴氨酸量(%) 以干重為基礎表示玉米籽粒中賴氨酸的濃度。
百分油酸量(%) 以重量為基礎表示從玉米籽粒中提取的油中油酸的濃度。
百分含油量(%) 以干重為基礎表示玉米籽粒中油的濃度。
百分蛋白質量(%) 以干重為基礎表示玉米籽粒中總蛋白質的濃度。
花粉 在玉米中，是最終包含兩個單倍體精核的結構，兩個單倍體與胚珠里的卵核和極核融合生成成熟玉米籽粒的胚和胚乳。
群體 它是擁有共同的遺傳起源的、遺傳學上雜合的植株的集合。
谷粒品質性狀 是指具有商業價值的谷粒性狀。這些性狀與谷粒的中期或最終應用有關，包括(但不局限于)玉米谷粒中油、蛋白質、淀粉、色素沉著和纖維的量與質。這些性狀還包括谷粒本身的物理特征，如谷粒結構、大小或硬度等等。谷粒的某些構成或物理特征還與有商業意義的功能性狀有關，如對損傷和腐爛的敏感性等。
種子 為繁殖物種而生產的成熟玉米籽粒。換句話說，是通常售給商品谷粒生產者或種植者的玉米籽粒。
特殊配合力它是與各種配合的平均特性有關的、雜交中遺傳學品系的特殊配合力特性。
綜合種(群體) 是指通過自交系、雜交種、變種、群體、類或其它綜合種之間的任何交配組合而產生的、譜系已知的植株按遺傳學概念雜合的群體。
變種或栽培品種 是指在結構特征和表型上類似的、在同一物種里能與其它變種區分開的一群植株。
玉米籽粒是雙受精的產物(Kiesselbach，T.A.1980，The Structure and Reproduction of Corn，University of Ne-braska Press)。這意味著二倍體的胚(產生胚芽和籽苗)和三倍體的胚乳(圍繞胚芽的營養結構)都帶有由父、母本雙方遺傳的基因。不過，影響谷粒成分和品質的基因在多數大田玉米自交系中都十分相似，以致于將任何特定母本與大量的父本植株雜交所給的種子或谷粒在成分或品質特征上都沒有太大的變化。同樣地，在相互間能傳粉的近距離之內種植不同的大田玉米自交系，在多數情況下都不會從實質上影響從各自交系上收獲的谷粒的品質。
相反，有少數商業玉米自交系或雜交種確實帶有能大大改變谷粒品質的基因。這些雜種，例如含有蠟質(Waxy)基因的雜種，必需從普通的、非蠟質玉米自交系或雜種里分離出來，以便回收蠟質種子或谷粒。如果一個非蠟質花粉粒(象在大多數大田玉米自交系或雜種中可見到的)給一個長在蠟質玉米自交系或雜種上的胚珠授粉，所結籽粒將是非蠟質型的，盡管在同一果穗上的、由蠟質花粉授粉的相鄰的籽粒仍為蠟質的。這種花粉基因型在籽粒特征上的直接效應被稱作“直感”(Rieger，R.，A.Michaelis and M.M.Green，1968，A Glossary of Genetics and Cy-togentics，Springer-Verlag，New York)，而且，通過由于花粉的基因型的直接影響所產生的特殊的表現型性狀(顏色、形狀、大小等)可以識別這些籽粒的雜交性質。
花粉基因型對谷粒品質的這種直接效應在由高油玉米獲得的花粉上也被觀察到(Alexander，D.E.and R.J.Lambert，1968，Relationship of Kernel Oil Content to Yield in Maize Crop Sci-ence 8272-274)。此外，在其它幾項谷粒品質性狀上也能看到直感現象，包括(但不局限于)蛋白質的數量、蛋白質的質量、油的質量、淀粉的質量、籽粒色素沉著和籽粒硬度。我們還能在其它幾項谷粒品質性狀上觀察到直感現象，這里不再一一列舉。我們已將這一觀察結果擴大到將其發展成一種有用的方法，以生產具有強化的谷粒品質性狀的玉米谷粒。
在以下實施例中將對本發明作進一步解釋，其中，除另加說明外所有的分量和百分比均以干物量為基礎，溫度以攝氏形式給出。應當指出，這些實例在表示本發明的優選方案時，只是為了說明的需要。通過以上討論和這些實例，本領域技術人員能夠弄清本發明的實質特征而不必偏離其精神和范圍，就能對本發明做出各種改變和改進，以適應各種用途和條件。
例1證明由高油父本授粉后，在低油玉米自交系上產生的籽粒本身也是高含油量的。
1989年夏，低油自交系和高油父本被種植在杜邦公司的Stine-Haskell研究中心(Newark，Delaware)。用作母本的低油植株在隱性基因蠟質(Wx)、不透明-2(02)上是純合的，或者在這些位點上攜帶正常的等位基因(未指定)。用于將高油植株(可以是高油玉米自交系[AEC27-2S6]，高油玉米部分自交系[UHOC3-41S3;UHOC3-131S3;UHOC3-168S3]、高油綜合群體的單株[ASKC28]，或是高油玉米品種的單株[IHO])的新鮮花粉撒在長在這些植株上的果穗上的長絲上。授粉過程包括育種領域公知的為成熟的果穗套袋，以避免被誤入的花粉污染和收集雄穗套袋里的新鮮花粉。成熟時收獲長在這些果穗上的雜交籽粒并干燥。用近紅外光透射分光光度法對每個果穗上的所有籽粒作整籽粒含油量分析(Williams，P.C.，1987，Commercial Near Infrared Reflectance Instrumentation InNear Infrared Tech-nology in the Agricultural and Food Industrics;Williams，P.C.and C.Norris，eds.American Association of Cereal Chemists)。含油值的水分誤差經過修正，以籽粒干重為基礎給出油值百分數。計算出中親值，作為由父、母本姊妹株自花授粉所結種子含油量的平均數。
表1母本 父本 雜種籽粒來源 百分油量 來源 百分油量 百分 中親 提高的油量 值 百分數§Mo17 3.19 AEC27-2 S6 7 3.9 5.1 22UHOC3-131 S3 10.5 5.6 6.9 76UHOC3-168 S3 12.8 5 8 57ASKC28 20.6 6.7 11.9 110IHO 15.8 5.3 9.5 66LH51 3.34 UHOC3-168 S3 12.8 5.7 8.1 71ASKC28 20.6 7.3 12 119B73 3.9 AEC27-2 S6 7 4.8 5.6 23UHOC3-41 S3 11.9 6.1 8.1 56UHOC3-168 S3 12.8 5.9 8.5 51ASKC28 20.6 10 12.4 156IHO 15.8 4.5 10 15Mo17 wx 3.87 AEC27-2 S6 7 4.3 5.4 11UHOC3-41 S3 11.9 5.8 7.9 50ASKC28 20.6 8.4 12.2 117
LH51 wx 3.78 AEC27-2 S6 7 4.6 5.4 22UHOC3-41 S3 11.9 6.4 7.9 69ASXC28 20.6 8.7 12.2 130IHO 15.8 6.3 9.8 67B73 HT wx 3.9＊AEC27-2 S6 7 5.2 5.5 33UHOC3-41 S3 11.9 6.3 8 62ASKC28 20.6 10.8 12.2 177IHO 15.8 5.6 9.9 44B37 wx 3.2 AEC27-2 S6 7 5.1 5.1 59UHOC3-131 S3 10.5 5.4 6.8 61UHOC3-168 S3 12.8 6.9 8 116ASKC28 20.6 7.2 11.9 125IHO 15.8 6.2 9.5 94表1(續)母本 父本 雜種籽粒來源 百分油量 來源 百分油量 百分 中親 提高的油量 值 百分數§oh43 wx 2.6 AEC27-2 S6 7 4.8 4.8 85UHOC3-131 S3 10.5 5.4 6.5 108UHOC3-168 S3 12.8 5.8 7.7 123ASKC28 20.6 8.9 11.6 242IHO 15.8 5.7 9.2 119A632 wx 3.9 AEC27-2 S6 7 5.1 5.4 31UHOC3-131 S3 10.5 5.8 7.2 49ASKC28 20.6 8.9 12.2 128IHO 15.8 8.2 9 110LH74 wx 4.1 UHOC3-41 S3 11.9 7 8 71ASKC28 20.6 9.8 12.3 139IHO 15.8 5.7 10 39LH82 wx 4.14 AEC27-2 S6 7 6 5.6 45UHOC3-41 S3 11.9 6.9 8.1 67ASKC28 20.6 11.5 12.4 178IHO 15.8 4.8 10 16Mo17 o2 3.5＊AEC27-2 S6 7 4.9 5.2 40UHOC3-41 S3 11.9 6.2 7.7 77UHOC3-168 S3 12.8 5.7 8.1 63ASKC28 20.6 8.7 12 149IHO 15.8 5.4 9.7 54
＊＝傳給母本的親本種子含油量§＝與母本相比油濃度增長的百分點如表1所示，由很多低油玉米自交系和高油玉米植株雜交所產生的籽粒，其含油量總是顯著高于低油自交系本身的含油量。
在多數情況下，雜種籽粒中油的濃度隨著用作父本的高油玉米品種的油的濃度的增加而增加。當高油品種被用作父本時，與低油自交系油的濃度相比，雜種籽粒中油濃度的這種增加是很顯著的。無論用作父本的高油玉米植株是自交系、來自部分自交系、綜合種群體或含有高油品種，情況均是如此。當ASKC28被作用父本時，雜種谷粒含油量的增加尤為突出，此時，含油量的增加超過低油親本100%是很尋常的，還觀察到一個大大超過200%的情況。
與IHO有關的雜交所產生的雜種籽粒，其含油量與百分中親值相比異常偏低。這可能是因為IHO的譜系不同于其它高油父本的事實造成的，可能是因為它帶有與本實例中所用其它高油父本行為不同的基因所致。
自交系LH51、B73、LH51wx、B73HTwx、LH74wx、和LH82wx可以從Holden基金會種子公司作為商品購買(Williamsburg，lowa)。名為Mo17，Mo17wx、B73wx、Oh43wx、A632wx和Mo1702的自交系可以從玉米遺傳合作社買到(University of Illinois A-gronomg Department，University of Illinois，Urbana，IL)。
例2證明由高油玉米自交系授粉后，在低油玉米雜種上所產生的籽粒和由低油或高油玉米自交系授粉后，在高油玉米雜種上所產生的籽粒本身都是高含油量的。
1989年夏，低油或高油自交系和雜種被種植在伊利諾斯州的ElPaso。幾個低油[Proneer 3377、Pioneer 3379、Pfister 2995)和高油(x124、
-4、x122、x326和x327)玉米雜交種被用作母本，并且手工傳授低油(LH123)或高油(LP11)自交系的花粉。手工授粉是按育種領域公知的程序進行的。成熟時收獲長在這些果穗上的雜種籽粒并干燥。將進行油量分析的、來自每個谷穗的全部籽粒干燥到含水量低于8%。通過廣線核磁共振光譜法測定完整籽粒的含油量(Alexander，D.E.，L.Silvela，F.I.Collins，and R.C.Rodgers，1967，Analysis of Oil Content of Maize by Wide Line NMR，J.Am.Oil Chem.Soc.，44555-558)，以干重的百分數表示油的濃度。
表2母本 父本 雜種籽粒來源 百分油量 來源 百分油量 百分 中親 提高的油量 值 百分數§Pionear 3379 4.8 LP11 9.0 7.0 6.9 46LH123 4.4 4.7 4.6 0Pfister 2995 4.9 LP11 9.0 7.0 6.9 43LH123 4.4 4.7 4.6 0Pioneer 3377 5.1 Lp11 9.0 7.1 7.0 39LH123 4.4 4.9 4.7 0X124 6.5 LP11 9.0 8.1 7.7 25LH123 4.4 5.4 5.4 (-17) -4 7.5 LP11 9.0 8.5 8.3 13LH123 4.4 6.1 6.0 (-19) -8 7.5 LP11 9.0 8.0 8.3 7LH123 4.4 6.2 6.0 (-17)X326 7.5 LP11 9.0 8.4 8.2 12LH123 4.4 6.0 5.9 (-20)X327 7.6 LP11 9.0 8.3 8.3 9LH123 4.4 6.0 6.0 (-22)
§＝油的濃度超過母本的百分數。括號里的負增長是下降。
表2中的數據表明，含油量的直感效應并不局限于用自交系作母本雜交才有。由高油或低油雜種(用作母本)與用作父本的高油自交系品種雜交所產生的雜種籽粒的含油量是高的。同樣，由高油雜種母本與低油自交父本雜交所產生的籽粒，其含油量也高，盡管在這種情況下雜種籽粒的含油量比高油母本的低。低油雜種與低油自交系雜交所產生的谷粒，其含油量也低。
所有的組合都包括至少一個高油親本，從母本植株上收獲的籽粒的含油量接近中親值。因此，如果將高油雜種用作雜交的母本，則在由自交系植株授粉后所產生的雜交籽粒也是高含油量的。
Pioneer3377和3379可以從依阿華州、約翰斯頓市的Pio-neer Hybrids公司購買。Pfister 2995，KernoilR-4和KernoilR-8可以從伊利斯州、El Paso的Pfister Hybrids公司購買。
例3證明由含油量提高了的雜種授粉后，在低油玉米雜種上結的籽粒含油量明顯提高。
將低油雜種Pfister3450與幾個在美國中部的玉米種植區種植時表現高油的雜種[x121、x325、x326、x327、x328和x354]雜交所結的籽粒于1989年在阿根延的羅薩里奧附近播種，并在隨后的一個季節生長。用本領域已知的方法對這些品種進行人工授粉。在成熟后收獲長有雜交籽粒的果穗并進行干燥。用近紅外光透射分光光度法對每個谷穗上的所有籽粒作整籽粒含油量分析。含油量的水分誤差經過校正，以籽粒干重的百分數為基礎表示含油量。計算出中親值，作為父本與母本的姊妹株自花授粉所得谷粒含油量的平均數。
表3母本 父本 雜種籽粒來源 百分油量 來源 百分油量 百分 中親 提高的油量 值 百分數§Pfister 3450 2.94 X325 4.61 4.45 3.78 56X338 4.73 4.21 3.84 43X326 4.74 4.65 3.84 58X327 4.75 4.4 3.84 50X354 5.46 4.08 4.2 39X121 5.62 4.13 4.28 40§＝油濃度超過母本的百分數如表3所示，幾個已知在美國的玉米種植帶種植時表現高油性狀的雜種(x325、x338、x326、x327)在阿根延進行的這一試驗中未能表現高油性狀。盡管在這一試驗中x354和x121是算做高油的。然而，即使在這種情況下，用作父本的雜種的含油量也基本上高于用作母本的雜交種的含油量。從這些雜交中收獲的雜交籽粒也表現出與中親值相當或高于中親值的含油量。這表明，當低油雜種由一個含油量比高于母本的雜交品種授粉時會出現含油量的直效應。Pfister3450可以從伊利諾斯州、El Paso的Pfister Hybrids公司購買。
例4證明由組成高油玉米綜合群體的植株開放授粉后，在低油玉米雜種上結出的籽粒本身是高含油量。
1990年夏，在依阿華州的彎博爾進行了大規模的研究實驗，以鑒定由高油父本ASKC28授粉后長在雄性不育雜種谷穗上的籽粒的產量和品質。實驗處理包括種有與穩定的雄性可育高油綜合群體ASKC28間種的低油雄性不育雜種Pfister 3000ms的各種群體的小區。對照小區里以不同密度單獨種植低油雄性可育的雜種Pfister3000(50%的Pfister3000雄性可育和Pfis-ter3000雄性不育(ms)植株的混合體)。Pfiter3000和Pfiter3000ms是同源的，因此，期望它們在產量和籽粒品質方面有類似的表現。該試驗是隨機的完整小區設計，每種處理有四次重復。為了減少小區間花粉的擴散，每個小區周圍100英尺范圍內均種植Pfister3000ms。
所有植株上的籽粒均由開放授粉所產生。因為Pfis-ter3000ms是雄性不育，只能釋放極少或根本就不釋放花粉，因此，在大部分情況下，可以認為長在ASKC28或Pfister3000ms植株上的果穗所結籽粒是由ASKC28花粉授粉所產生的。成熟后分別從每種處理的每次重復中收獲幾個果穗，將其干燥，剝去外皮，將每種處理的每次重復的籽粒混合。按照公職分析化學家協會(Association of Official Analytical Chemists)的920.39的方法，按重量測定去皮籽粒的總油濃度，該實驗以百分干重為基礎。
表4群體密度來源 來源 總計 來源油量Pfister 3000 14，000 14，000 4.60Pfister 3000 18，000 18，000 4.47Pfister 3000 22，000 22，000 4.33Pfister 3000 24，000 24，000 4.46ASKC28 8，000 24，000(a)＊20.02ASKC28 8，000 28，000(b) 18.20ASKC28 8，000 32，000(c) 18.28§株數/英畝※保留16，000(a)、20，000(b)或24，000株為Pfis-ter3000ms由低油雜種Pfister3000和高油綜合種ASKC28的果穗上獲得的籽粒的含油量列于表4中。在所有種植群體密度下，長在ASKC28果穗上并由ASKC28進行開放的兄妹授粉所結的籽粒均表現出含油量明顯高于長在雜種Pfister3000(由Pfister3000的花粉開放授粉)上的籽粒。
表5母本 父本 雜種籽粒來源 群體 來源 群體 群體 百分含 提高的油量 百分數§Pf 3000ms 16，000 ASKC28 8，000 24，000 11.10 149Pf 3000ms 20，000 ASKC28 8，000 28，000 11.18 N/C＊Pf 3000ms 24，000 ASKC28 8，000 32，000 11.67 N/C
§＝油的濃度超過母本的百分數※＝未計算長在Pfister3000ms植株上，由ASKC28花粉授粉所結籽粒的含油量列于表5。當總種植群體密度為每英畝24，000、28，000和32，000株時，這些籽粒含油濃度明顯高于Pfister雄性可育雜種植株在類似的或較低的總種植密度下開放授粉所結籽粒。例如，當總種植密度為24，000株/英畝時，Pfister3000ms所結籽粒(由ASKC28授粉)的含油量為11.1%，比開放授粉的Pfister30-00雄性可育植株的含油量(4.46%)提高了149%。這一種植密度接近美國玉米種植帶高產區的商品谷物種植者通常采用的密度。
最后，由ASKC28授粉，長在Pfister3000ms上的籽粒可獲得的最大含油濃度可能要高出本實例所測得的結果，這是因為由Pfister3000ms的不完全不育性所產生的任何花粉污染，都會導致從Pfister3000ms植株上收獲籽粒的含油濃度下降。
總起來看，表4和表5的數據清楚地表明了低由Pfis-ter3000ms由ASKC28授粉所結雜種籽粒在含油量性狀上的直感效應。
Pfister3000和Pfister3000ms可由伊利諾斯州、El Paso的Pfister Hybrids公司購買到。
例5證明與高油酸含量自交系雜交后，在低油酸含量玉米自交系上所結的籽粒本身也是高油酸的。
將自花授粉后所得籽粒表現高或低油酸濃度的玉米自交系于1990年11月或1991年種植在夏威夷的莫洛凱，以及于1990年夏種植在德拉華、紐瓦克的杜邦公司Stine-Haskell研究中心。與例1中所作一般性概述相同，用本領域公知的方法對這些系進行人工自花、兄妹交或雜交授粉。成熟后人工收獲果穗，干燥并去皮。
為了測定玉米籽粒中的油酸含量，用己烷或氯仿提取法從磨碎的籽粒中回收油分，并用甲醇鈉處理。得到的脂肪酸甲基酯用毛細管氣相色譜法分離。在該實例中，油酸含量作為油分提取物中總脂肪酸含量的百分數給出。
表6地點 來源 百分 來源 百分 百分 中親 提高的油酸量 油酸量 油酸量 值 百分數§Molokai B73 27 B73ol 62 42 45 93Molokai LH51 21 Va35 38 30 30 100Molokai B73 26 LH24 38 35 32 109Molokai B73 26 Va35 38 38 32 119Newark B73 27 Va35 41 35 34 103§油濃度超過母本百分數如表6所示，低油酸自交系B73或LH51由高油酸自交系Va35、LH24和B7301花粉授粉所結雜種籽粒的油酸含量，明顯高于低油酸自交系親本自花授粉或兄妹授粉所結籽粒的含量。
這些數據表明，低油酸玉米系由高油酸玉米系授粉后所結雜種籽粒的百分油酸含量性狀有明顯的直感效應。
自交系Va35由弗吉尼亞工科大學(Virginia Tech University)農藝系(Blacksburg，VA.)向公眾提供。自交系B73可以廣泛供應，尤其是可以從依阿華州立大學農藝系(Ames，Iowa)獲得。自交系LH24可以從Holdens基金會種子公司(Williamsburg，IA)購買。
例6證明低蛋白玉米雜種由較高蛋白的玉米綜合群體植株開放授粉所結籽粒蛋白質含量也較高。
用改進的在公職分析化學家協會的方法988.5中介紹的Kjeldhal法分析實例4中所述實驗中由高油綜合種ASKC28、低油雜種Pfister3000和Pfister3000ms所產籽粒的總蛋白質濃度。在該例中，玉米籽粒的蛋白質含量是以干重百分數為基礎給出的。
表7群體密度來源 來源 總數 來源蛋白質Pfister 3000 14，000 14，000 9.95Pfister 3000 18，000 18，000 9.09Pfister 3000 22，000 22，000 8.46Pfister 3000 24，000 24，000 8.84ASKC28 8，000 24，000(a)＊12.61ASKC28 8，000 28，000(b) 12.77ASKC28 8，000 32，000(c) 12.66§株數/英畝※保留16，000(a)、20，000(b)或24，000株為Pfis-ter3000ms雜種Pfister3000開放授粉的果穗上的籽粒的蛋白質含量和ASKC28開放授粉的谷穗上的籽粒的蛋白質含量列于表7。在所有種植群體密度中，ASKC28開放授粉果穗上的籽粒均表現出蛋白質含量明顯高于雜種Pfister3000兄妹授粉所結籽粒。
表8母本 父本 雜種籽粒來源 群體 來源 群體 總群體 雜種籽粒的總蛋白含量Pf 3000ms 16，000 ASKC28 8，000 24，000 10.22Pf 3000ms 20，000 ASKC28 8，000 28，000 9.82Pf 3000ms 24，000 ASKC28 8，000 32，000 9.82Pfister3000ms植株由ASKC28授粉所結籽粒的蛋白質含量列于表8中。當以每英畝24，000、28，000和32，000株的總群體密度種植時，這些籽粒表現出蛋白質濃度明顯高于以相同的總群體密度種植的Pfister3000開放授粉所結籽粒(表7)。當總種植密度為24，000株/英畝時，這一差異最為明顯，此時，Pfister-3000ms上所結籽粒(由ASK28授粉)的蛋白質含量(10.22%)明顯高于開放授粉的Pfister3000植株所結的籽粒(8.84%)。這一種植密度接近美國玉米帶高產區的商品谷種植者在種植很多玉米雜種時所采用的密度。
玉米種子的蛋白質含量對許多因素敏感，包括(但不局限于)群體密度和土壤肥力。例如，表7表明，在試驗范圍內Pfister3000開放授粉所結籽粒的蛋白質含量通常隨著群體密度下降而提高。然而，只是在所試驗的最低種植密度為14，000株/英畝時，Pfister3000開放授粉所結籽粒的蛋白質含量(9.95%)才接近Pfister300ms上由AKSC28授粉所結籽粒。這明顯低于美國玉米帶高產地區的商品谷種植者種植多數玉米雜種時通常所采用的種植密度。在兩個群體以14，000株/英畝的群體密度間種植時，Pfister3000ms上由ASKC28授粉所結籽粒的蛋白質含量很可能高于9.95%。
最后，Pfister3000ms上由ASKC28授粉所結籽粒的最大蛋白質含量可能高于本實施例中所測定的值，這是因為由Pfis-ter3000ms的不完全不育性所造成的任何花粉污染都會導致從Pfister3000ms植株上所收獲籽粒的蛋白質含量的下降。
總起來看，表7和表8中所列數據，清楚地證實了Pfis-ter3000ms上由ASKC28的花粉授粉所結雜種籽粒在蛋白質含量性狀上有直感效應。
Pfister3000和Pfister3000ms可以從Pfister Hybrids公司(ElPaso，Illinois)購買到。
例7證明長在低賴氨酸玉米雜種上，由高賴氨酸玉米綜合群體里的植株開放授粉所結籽粒也是高賴氨酸的。
如例4所述，1990年將低油雜種Pfister3000和Pfister3000ms以及高油綜合群體ASKC28種植在依阿華州享博爾特的實驗小區里。按同一規格設計的研究小區于1990年夏在密蘇里州奧蘭地區種植。在該實驗中，雜種[LH119×ASKC28]被用作附加的父本。在這兩個地方，Pfister3000，Pfister3000ms、ASKC28和[LH119×ASKC28]上所結籽粒都是按照例4中所述方法開放授粉、收獲并混合的。
用高性能液相色譜法分離酸解脫脂谷粉所獲氨基酸以測定籽粒的賴氨酸含量。從層析柱上導出單一氨基酸用茚三酮溶解。在該例中，籽粒的賴氨酸含量是以干重百分數為基礎表示的。測定每個相互隔離的Pfister3000和ASKC28品種開放授粉所結籽粒的賴氨酸含量。雜交籽粒的賴氨酸含量歸功于ASKC28或[LH119×ASKC28]植株上的花粉對Pfister3000ms所作的開放授粉。
表9母本 父本 雜種籽粒來源 百分賴氨 來源 百分賴氨 百分賴氨 提高的百酸量 酸量 酸量 分數§Pfister 3000 0.194 ASKC28 0.338 0.322 66Pfister 3000 0.194 (LH119 X ASKC28) 0.288 0.266 37Pfister 3000 0.194 X354 0.280 0.262 35§＝油的濃度超過母本的百分數表10母本 父本 雜種籽粒來源 百分賴氨 來源 百分賴氨 百分賴氨 提高的百酸量 酸量 酸量 分數§Pfister 3000 0.234 ASKC28 0.335 0.340 45Pfister 3000 0.234 (LH119 X ASKC28) 0.351 0.338 50Pfister 3000 0.234 X354 0.297 0.255 23§＝油的濃度超過母本的百分數表9和表10表明，Pfister3000開放授粉所獲籽粒含有0.194～0.235%的賴氨酸，這里在美國玉米帶種植的大部分玉米雜種的賴氨酸典型含量。相反，ASKC28和[LH119×ASKC28]兩者都會有基本上高于Pfister3000的賴氨酸。Pfister3000ms由ASKC28或[LH119×ASKC28]花粉授粉所結雜交籽粒，其賴氨酸含量也明顯高于Pfister3000上開放授粉所結籽粒。總起來看，表9和表10的數據，清楚地顯示賴氨酸濃度性狀有直感效應。
Pfister3000和Pfister3000ms可以從Pfister Hybrids公司(ElPaso，Illinois)購買到。
例8證明低直鏈淀粉品種由高直鏈淀粉品種授粉所結籽粒也屬高直鏈淀粉型。
典型玉米籽粒所含淀粉由將近75-80%的支鏈淀粉和20-25%的直鏈淀粉組成。目前已知很多基因能影響玉米籽粒的淀粉含量、淀粉的成份或同時影響二者。為了說明起見，Ae-5180是一個玉米基因，它能導致帶有該基因的玉米的淀粉中直鏈淀粉的量高達72%。由于甚至在僅含有一個Ae-5180拷貝的高直鏈淀粉植株上也能觀察到這種高直鏈淀粉含量(Plant Biotchnology，1991年2月生物技術局，依阿華州立大學，Ames，Iowal)，含有Ae-5180基因的植株上的花粉將在母本玉米植株上所結籽粒的直鏈淀粉百分含量性狀上表現直感效應。
母本玉米植株，無論是自交系、雜種、綜合種或天然群體里的植株，或任何其它玉米品種，會被同樣可以是自交系、雜種、綜合種或天然群體里的植株或任何其它玉米品種授粉。母本玉米植株上所結雜交籽粒含有的淀粉與母本玉米植株自花或兄妹授粉所得結果相比，直鏈淀粉含量表現出升高。以占雜交籽粒中總淀粉百分數形式表達的雜交籽粒的直鏈淀粉含量接近或超過直鏈淀粉含量預期的中親值。該例中，優選的父本含有Ae-5180基因，不過也可發現其它對直鏈淀粉含量表現直感效應的基因。
例9證明由帶有對作為強化的谷粒品質性狀的色素含量有作用的基因的玉米植株授粉后，母本玉米植株所結籽粒本身也表現出色素沉著的強化谷粒品質性狀。
玉米籽粒可以含有幾種類型的色素，包括(但不局限于)類胡蘿卜素、葉黃素和花色素等。這些色素中，有些在商業環節中具有價值，特別是類胡蘿卜素和葉黃素，在家禽飼養業中很有價值，盡管這些色素還存在其它潛在的用途。在某些其它場合，最好減少某些色素。玉米籽粒中色素積累的遺傳學機制十分復雜但是已知的，人們希望籽粒色素的積累有直感效應。
無論自交系、雜種、綜合種或天然群體里的成員或任何其它玉米品種作為玉米母本株，同樣可以由自交系、雜種、綜合種或天然群體里的成員或任何其它具有色素累積強化谷粒品質性狀的玉米品種的父本植株授粉。母本玉米植株上所結雜交籽粒將呈現強化的谷粒品質性狀，從商業利益出發，增加或減少色素含量。
公眾可以在市面上購買或通過許多種子庫廣泛獲得帶有控制籽粒色素積累基因的玉米品種，其中，主要來源是伊利諾斯大學的玉米遺傳學合作者原種中心(Urbana Illinois)。
縱觀例1、2和3表明由高油和低油系雜交授粉所產生的雜交籽粒，其含油量高于低油親本的含油量。無論父、母本植物本身是雜種還是自交系，情況均是如此，而且無論高油父本是綜合群體的成員，開放授粉品種還是表現不同程度的遺傳均一性的部分自交系，都出現這種情況。表現一定范圍含油量的多種自交系和雜種可以通過相互交配而組合，以產生含油量明顯高于低油親本含油量的雜交籽粒，而且在很多時候，雜交籽粒含油量接近甚至超過所期望的中親值。
例1、2和3廣泛地說明，玉米含油量的遺傳受制于直感效應，因此，雄配子的含油量潛力直接影響F1雜交種子或谷粒的含油量。由于兩大群體-IHO和Alexo綜合種均表現高油性狀，并能使F1雜交籽粒產生高油性狀，因此，從這些群眾中單獨或部分發展出來的新群體、亞群體、變種、雜種或自交系也很可能會表現出對含油量的直感作用。幾個起源于Aelxo綜合種和IHO的自交系已向公眾提供，包括可以從伊利諾斯大學農業實驗站站長(Urbana，I1)那里獲得的自交系R802A、R805和R806。由于玉米含油量是定量遺傳的，大部分或全部其它高油品種在進行這種試驗時很可能表現出對含油量的直感作用。
例4說明，優選的高油父本ASKC28能夠明顯提高低油雄性不育雜種上由雄性可育的ASKC28授粉所結籽粒的含油量。這樣，證明了在提高作為強化的谷粒品質性狀的含油量方面，本發明之方法是優選的方式。應當指出，例4中使用的ASKC28并不是一個農藝性狀改善了的品質;也不與低油的母本玉米植株同源，它以較小的比例在整個玉米群體中種植，但它能在自身植株和農藝性狀優良的雄性不育母本上有效地產生高油籽粒。每種類型植株上所結籽粒都能收獲用作進入商品行列的種子。
例5表明，在高油酸玉米植株上產生的花粉同低油酸母本雜交，母本植株上將產生高油酸雜交籽粒。三個不同的高油酸玉米自交系能分別在母本植株上有效地產生高油酸的雜交籽粒。同例1、2和3類似，當高油酸玉米品種作為父本與用作母本的低油酸優良品種雜交時，將產生高油酸的籽粒或種子。例5表明，直感效應可以將高油酸含量這個強化的谷粒品質性狀傳給可作谷粒收獲的、農藝性優良的雜種母本植株所結出的雜交籽粒。
例6表明，當高蛋白綜合群體ASKC28上的花粉通過開放授粉傳到用作母本的低蛋白優良雜種Pfister3000ms上時，生成的雜交籽粒呈現的蛋白質含量高于Pfister3000開放授粉所結的籽粒。與例4相似，例6說明了在優選方案中本發明為提高蛋白質含量這個強化的谷粒品質性狀所采用的方法。與例1、2、3和5相似，除ASKC28之外的高蛋白品種，也可在蛋白質含量上呈現直感，并能當作許多低蛋白品種或雜種的父本來生產本方法中所述的高蛋白谷粒。
例7表明，高賴氨酸綜合群的成員或高賴氨酸雜種[LH119×ASKC28]或x354所產生的花粉，開放授粉傳到低賴氨酸優良雜種Pfister3000ms上，結出的雜交籽粒的賴氨酸含量，高于低賴氨酸母本。與例4和6相似，例7展示了在優選方案中本發明為提高賴氨酸含量這個強化的谷粒品質性狀所采用的方法。與例1、2、3和5相似，除ASKC28之外的高賴氨酸品種也可在賴氨酸含量上呈現直感，并能當作許多低賴氨酸品種或雜種的父本來生產本方法所述的高賴氨酸谷粒。
例8表明，低直鏈淀粉玉米品種由某些高直鏈淀粉玉米品種授粉后能產生高直鏈淀粉的雜交籽粒。與例4、6和7相似，低直鏈淀粉優良雜交玉米母本植株由某些高直鏈淀粉玉米品種授粉后，產生的雜交籽粒也會是含高直鏈淀粉。
例9說明，母本玉米植株由表現籽粒色素這個強化的谷粒品質性狀的父本植株授粉后，能產生具有色素這個強化的谷粒品質性狀的雜交籽粒。與例4、6和7相似，母本玉米植株由某些帶有色素積累這個強化的谷粒品質性狀的植株開放授粉后，會產生帶有改變的色素沉著這個強化的品質性狀的雜交籽粒。
應用直感效應，是農民用以生產具有強化的谷粒品質性狀的玉米谷粒的新方法，商品谷種植者定會加速提供大批玉米產品。由于能實現谷粒高產或生產出具有強化的谷粒品質性狀的谷粒，種植高產F1雜種作為母本植株，由帶有強化谷粒品質性狀基因的植株授粉，是一種優選的方法。母本雜種可由細胞質雄性不育自交系與另一個不會恢復該雜種育性的自交系雜交產生。或者，也可用其他方式，如去雄，使母本變為雄性不育。用作父本的、帶有對強化谷粒品質性狀有影響的基因的母本植株，可以是自交系、雜種、品種、綜合種或外來種以及任何其它合適的、帶有對強化谷粒品質性狀有影響的基因的種質資源。用作父本的、帶有對強化谷粒品質性狀有影響的基因的植株，可以與雜交母本株套種，或與只有雜種母本的株行間行。至于具有強化的籽粒品質性狀的谷粒，可以通過對從母本植株上收獲的谷粒進行選擇而得到，如果值得做，還可將父本株自花授粉所結的籽粒收獲下來并與母本株所結谷粒混合。
當人們關注的強化谷粒品質性狀是油、蛋白質和賴氨酸的含量時，最好把高產的F1雜種用作母本玉米株，把ASKC28用作非同源父本株，并將兩類植株隨意套種，再把所有植株上結的玉米谷粒收獲下來。當增加油酸含量是受關注的強化谷粒品質性狀時，B7301是代替上述方法中ASKC28的最佳父本。當高直鏈淀粉含量是需要的品質性狀時，Ae-5180或性狀相同的品種可作為替代上述方法中ASKC28的最佳父本。
本發明在幾個重要方面有別于現有的谷粒生產方法。現有的谷粒生產方法，要求作為強化谷粒品質性狀來源的自交系、雜種、品種、群體或其它種質資源具有與優良親本很強的特殊配合力，以便產生的雜交種子隨后能長成農藝性狀優良的雜種植株。然后，將這種有強化谷粒品質性狀的雜種拿到種植者的大田里種植，經過開放授粉而生產出谷粒。按現有的做法，產生一個配合力好又保留了全部有益性狀，包括產量、抗病力、莖桿強度以及種子品質性狀的自交系，需要做長期和昂貴的育種工作。采用本發明的方法，對于用作父本的、有強化谷粒品質性狀的親本而言，主要是要求它釋放足夠的花粉從而有效地向高產母本授粉。最重要的是，這種新方法大大減少了育種時間和為育成能投入商業性生產、具有強化的品質性狀的父本自交系所耗用的工作量。這是因為，保證谷粒生產成效的關鍵-良好的農藝特性，已經體現在作為母本植株的高產雜種上了。
親本系是現有谷粒生產方法中必不可少的支柱，親本系的性狀受到種種制約，而本發明則排除了許多限制，因而大大加快了具有強化谷粒品質性狀的玉米谷粒進入市場的速度。商品谷種植者馬上就能采用現行農藝措施生產出具有諸多強化谷粒品質性狀的谷粒。
本申請人的發明與現有谷粒生產方法的不同之處還在于，本發明要求定向授粉而現有谷粒生產中是進行開放的、隨機的授粉。
申請人的發明與現有雜交谷粒生產方法最明顯的區別在于，本發明允許母本玉米株與用作父本的玉米品種非同源。現有谷粒生產方法是讓組成單一雜交品種的植株在種植者的田里開放授粉，或是讓雄性不育與同源的雄性可育雜種混合群體開放授粉。這兩種情況下，按照現有谷粒生產方法，母本植株和父本植株是同源的或屬同一品種。只要是以生產谷粒為目的，無論種植大田玉米還是種植特質玉米，都是這樣做的。為了培育出這樣的同源材料，必須占用大量的勞力、經費和時間。
最后，當受關注的強化品質性狀是含油量時，如果用作父本的高油玉米品種具有遺傳均一性(即基本上是自交系或純合體)，那么，用本發明的方法所得的谷粒，在含油量和總體種子品質方面也基本上是均一的。但是，由高油基因雜合的F1雜種所生產的F2谷粒，各粒種子的含油量則不盡相同，這是商品谷中含油基因的分離所致。鑒于提高種子的含油量離不開提高胚芽的大小，常規方法所生產的谷粒，其總籽粒的質量會發生某種程度的分離。對玉米研磨業來說，谷粒質量均一是有商用價值的重要品質性狀。依此類推，其它強化谷粒品質性狀的均一性也同樣會有所提高。
本發明或該方法的變化形式，可用于生產任何特質谷粒，這些谷粒表現出顯示直感效應的谷粒品質性狀。不僅對玉米是如此，而且對產生胚乳的任何別的作物也是如此，包括(但不局限于)高梁、小麥、黑麥、黑小麥、稻谷、大麥、燕麥和各種黍屬作物。
玉米品系x387已根據布達佩斯條約有關條款在1990年11月14日由美國典型作物標本中心(ATCC)(Rockville，MD20852-1776)收藏，入藏編號為40917。玉米系ASKC28也按布達佩斯條約有關條款于1991年9月19日由美國典型作物標本中心(ATCC)(Rockville，MD20852-1776)收藏，入藏編號為75105。
權利要求
1.一種強化玉米谷粒的谷粒品質性狀的方法，包括以下步驟(a)相鄰種植(1)高產品種的玉米種子，以獲得母本玉米株；(2)某種谷粒品質性狀強化了的玉米品種的種子，該品種與上述母本植株是非同源的，產生出在上述谷粒品質性狀方面得到強化的、能用作父本的玉米植株；(b)使上述在所述谷粒品質性狀方面得到強化的玉米植株向上述母本玉米植株授粉；(c)收獲所有玉米植株上所結的玉米谷粒，從而得到所述谷粒品質性狀的數值居于上述在所述谷粒品質性狀方面得到強化的玉米植株與上述母本玉米植株自花授粉所獲籽粒的數值之間的高產玉米谷粒。
2.權利要求1所述的方法，其特征在于所述強化的谷粒品質性狀是指從油、蛋白質、賴氨酸、油酸和色素的含量以及油、淀粉和纖維的質量、谷粒結構、大小和硬度、直鏈淀粉和脂肪酸性狀中選出的性狀。
3.權利要求2所述提高玉米谷粒含油濃度的方法，包括以下步驟(a)相鄰種植(1)高產品種的玉米種子，以獲得母本玉米植株;(2)與上述母本株不同源的玉米品種的種子，以生成可用作父本的高油玉米植株;(b)讓上述高油玉米植株為上述母本玉米植株授粉;(c)收獲所有玉米株上所結的玉米谷粒，從而獲得含油量居于上述高油父本和母本植株分別自花授粉所獲籽粒的含油量之間的高產玉米谷粒。
4.權利要求3所述的方法，其特征在于母本玉米植株是農藝特性優良的、高產品種的F1雜種，但含油量低。
5.權利要求4所術的方法，其特征在于母本玉米植株是高含油量的。
6.權利要求3所述的方法，其特征在于用作父本的高油玉米植株是高油自交系。
7.權利要求3所述的方法，其特征在于用作父本的高油玉米植株是高油雜交種。
8.權利要求3所述的方法，其特征在于用作父本的高油玉米植株是一個包括高油植株的群體。
9.權利要求3所述的方法，其特征在于用作父本的高油玉米植株是一個開放授粉的高油玉米品種。
10.權利要求3所述的方法，其特征在于用作父本的高油玉米植株是由標準的大田玉米品系與權利要求5、6、7、8或9中所述的高油玉米植株雜交而產生的雜交種。
11.權利要求8所述的方法，其特征在于用作父本的高油玉米植株是也進行過高油選擇的Alexho綜合種、超高油、Alexho優良群體、Disease Oil的伊利諾斯變種、依阿華2果穗、Reid黃馬齒和依阿華堅桿綜合群體中的成員。
12.權利要求8所述的方法，其特征在于用作父本的高油玉米植株是由Burr's White品種的伊利諾斯高油變種產生的。
13.權利要求3所述的方法，其特征在于上述母本玉米植株和上述可用作父本的高油玉米植株是隔行交替種植的，而且只收獲母本株上所結的谷粒。
14.權利要求3所述的方法，其特征在于上述母本玉米植株和可用作父本的上述高油玉米植株是在同一行中隨機間作的，而且收獲上述母本和父本株上所結的谷粒。
15.權利要求14所述的方法，其特征在于所述母本玉米植株是由高產的F1雜種種子產生，可用作父本的上述高油玉米植株是由ASKC28的種子產生。
16.權利要求2所述的方法，其特征在于強化的谷粒品質性狀是蛋白質。
17.權利要求16所述的方法，其特征在于可用作父本的強化蛋白質的玉米植株是組成ASKC28的成員。
18.權利要求2所述的方法，其特征在于強化谷粒品質性狀是賴氨酸。
19.權利要求18所述的方法，其特征在于可用作父本的強化賴氨酸的玉米植株是ASKC28的成員。
20.權利要求2所述的方法，其特征在于強化谷粒品質性狀是油酸。
21.權利要求2所述的方法，其特征在于可用作父本的強化油酸的玉米植株是組成Va35、LH24和B7301的群體的成員。
22.權利要求2所述的方法，其特征在于強化谷粒品質性狀是直鏈淀粉。
23.權利要求2所述的方法，其特征在于可用作父本的強化直鏈淀粉的玉米植株有Ae-5180基因表達。
全文摘要
具備包括高油含量在內的強化品質性狀的玉米谷粒生產的一種新方法已被開發出來。由非同源的、攜帶能控制谷粒品質性狀表達的基因的玉米植株向雄性不育雜交玉米植株授粉，獲得的谷粒所具備的上述性狀比自花或交叉授粉之所得要高出許多。農戶利用現行農藝措施即可借助這種方法直接獲得高產量的高油玉米谷粒、高蛋白玉米谷粒以及對動物飼料和別的產品頗具意義的其它谷粒。
文檔編號A01H1/02GK1061882SQ91111079
公開日1992年6月17日 申請日期1991年10月14日 優先權日1990年11月16日
發明者R·R·伯奎斯特, D·S·努貝爾, D·L·湯普森 申請人:納幕爾杜邦公司, 菲斯特雜交玉米公司