玉米單倍體誘導系及其雜交種對不同類型F1的誘導率評價與應用

劉傳兵等

摘要：綜合不同誘導系優良性狀，組建了誘導系間雜交種，優化玉米（Zea mays）單倍體誘導技術，克服單倍體植株弱小、花粉量少、抗逆性差等缺點，研究了玉米單倍體誘導系及其雜交種對不同類型F1的誘導效果。結果表明，誘導率與母本基因型間差異達極顯著水平，與父本間差異達顯著水平。LA11的誘導率明顯高于農大高誘1號，而兩者的雜交種植株高大，雄花花粉量大，抗逆性強，綜合性狀明顯優于兩個誘導系，且誘導率接近較高的LA11，可以用于自然雜交誘導育種；自然加倍率與父本無關，與母本基因型關系密切。

關鍵詞：玉米（Zea mays）；單倍體誘導系；誘導率；自然加倍率

中圖分類號：S513 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）18-4398-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.18.004

玉米單倍體誘導育種技術已成為國內外種業公司及科研院校主要的玉米選系技術，國際大型種業公司已經具有成熟的DH育種體系，實現了規模化和工廠化育種。自Coe[1]發現了誘導系“Stock6”以來，通過幾十年的研究，以“Stock6”為基礎誘導系的改良得到了突飛猛進地發展。Chang[2]將控制子粒糊粉層和胚芽色素形成的AcR-nj基因和控制不定根、葉鞘和莖稈色素形成的ABPI基因導入“Stock6”，使之成為具有子粒和植株顯性雙遺傳標記的孤雌生殖誘導系，并在育種中得到了應用。在中國，劉志增等[3]用一個高油玉米改良群體“BHo”和“Stock6”雜交，經多代自交和測交選育出“農大高誘1號”單倍體誘導系，其誘導率可達5.8%，并廣泛應用于國內各科研院校及企業中。

本試驗以兩個誘導系及其雜交種作父本，用3個不同類型的雜交種作母本進行雜交誘導，對不同誘導系及系間雜交種和不同類型母本的誘導率進行研究與評價，同時對不同誘導系及其雜交種誘導產生的單倍體自然加倍率進行研究與探討。

1 材料與方法

1.1 材料

母本為同一類群組配的雜交種（F1），分別為L1：自育系N21×TD1（馬齒型）；L2：Y8201×F19（中間型）；L3：18599×SW1（硬粒型）。父本為農大高誘1號、LA11及其雜交種農大高誘1號×LA11（表1）。

1.2 方法

1.2.1 組建母本和父本雜交種 2012年春季在湖北恩施天池山試驗基地進行，分別組建雜交組合L1、L2和L3及農大高誘1號×LA11，冬季在海南陵水基地進行雜交誘導。

1.2.2 試驗設計 選好隔離區，采用制種方式進行自然授粉雜交。試驗采用雙列雜交法，3個父本分別與3個母本雜交， 共9個處理，每個處理40行，其中母本30行，父本10行（父母本按1∶3間比排列），行長4 m，寬67 cm，株距33 cm，每行12株。當母本一葉一心期時播父本。在授粉期間，對母本嚴格去雄，并對每個小區進行隔離，防止外來花粉進入授粉。

1.2.3 單倍體鑒選 成熟收獲后，根據子粒的R-nj標記挑選出擬單倍體種子，同時記下總粒數和擬單倍體數。

1.2.4 單倍體自然加倍 獲得的準單倍體子粒于2013年春季在恩施天池山試驗地種植。種植行長4 m，行距50 cm，株距20 cm。因單倍體發芽力和生活力非常弱，因此在播種期及苗期，田間管理應相當精細。上年深翻松土，越冬后田間加施有機肥，用耕整機平整田塊，土壤條件適宜時起壟覆膜，保證土壤濕度和溫度，打孔播種，單粒精播，用細濕土蓋種，力保全苗。待5～8葉期，通過觀察葉鞘顏色和植株生長勢等判斷，去除假單倍體植株，并第1次確定單倍體數量；在開花授粉期間，根據植株顏色及長勢去除假單倍體植株，再次確定單倍體數量。

1.2.5 誘導率的統計與分析 誘導率=（真實單倍數/總粒數）×100%。

1.2.6 自然加倍率的統計與分析 主要針對恩施州農業科學院天池山基地海拔較高、溫差較大等特異的氣候、生態條件，對玉米單倍體進行自然加倍，分析探討諸因素對玉米單倍體加倍效率的影響。

加倍率=（收獲DH數/總株數）×100%。

以上數據均用Excel 2003軟件進行分析。

2 結果與分析

2.1 不同誘導系及其雜交種對不同玉米群體誘導結實性分析

通過R-nj標記性狀對單倍體子粒進行鑒選，對子粒總數進行統計，由表2和表3可知，兩個誘導系誘導產生的總粒數和單倍體數在同一水平上，而用誘導系間雜交種農大高誘1號×LA11作父本誘導的母本總子粒數和單倍體數明顯高于前兩者。這可能是在自然雜交授粉過程中，由于兩個誘導系生育期較短，田間長勢弱，花粉量少，導致母本群體授粉結實性差；相反，雜交種長勢旺，花粉量大，母本授粉結實性好，子粒多，中選的單倍體也多。

2.2 不同誘導系及其雜交種對不同類型群體的誘導率分析

在通過R-nj標記性狀鑒別單倍體過程中，因為胚未完全顯色和誘導系的標記退化等原因，有可能出現雜合二倍體，可引起挑選的擬單倍體子粒中存在一些雜合二倍體[4]，可通過田間長勢和性狀進行鑒選和判斷，最終確定單倍體數。由表2和表4可知，誘導率與母本和父本的基因型均相關。在同類型的母本誘導中，LA11的誘導率較高，雜交種高誘1號×LA11的誘導率次之，農大高誘1號最低；同一個父本誘導時，馬齒型的母本誘導率最高，中間型次之，硬粒型最低，說明誘導率與母本基因型存在顯著差異。

2.3 不同誘導系及其雜交種誘導的不同類型群體的自然加倍率分析

由表5可知，不同類型的母本單倍體加倍效率與母本基因型存在顯著差異，而與父本基因型無明顯差異。

3 小結與討論

3.1 誘導系及其雜交種對母本群體授粉結實性的影響

在本試驗中，誘導系LA11和農大高誘1號的雜交種誘導產生的總粒數和單倍體數均顯著高于兩者誘導的數量。在收獲和鑒選過程中，發現前者誘導的結實性較好，而后者誘導的母本果穗上有明顯結實不全及禿尖的現象。通過分析，一是誘導系LA11和農大高誘1號生長勢弱，抗倒伏性差，二是兩者生育期較母本短10 d左右，在各個生育階段均落后于母本群體，在吸收光照資源、肥水等方面均處于弱勢，生長受阻，花期花粉量較少，散粉期短，導致母本接受花粉量少，結實率低，出現結實不全及禿尖的現象；而兩者的雜交種由于存在雜種優勢，生長勢及抗逆性均明顯強于兩個親本，花期花粉量大，散粉期長，母本能接受更多的花粉，結實性更好。

3.2 誘導系及其雜交種對誘導率及加倍率的影響

在本試驗中，誘導系LA11對不同類型母本群體的誘導率均顯著高于農大高誘1號，而其雜交種的誘導率介于兩者之間，略傾向于較高的LA11；同一誘導系對不同類型母本群體的誘導率測試中，馬齒型的誘導率最高，其次是中間型，而硬粒型最低，這說明了母本基因型對誘導率的差異具有明顯影響，這與孫瑞等[5]、才卓等[6，7]和陳紹江等[8]的研究結果基本一致，因此，對單倍體誘導系的誘導率進行評價或開展單倍體誘導系改良時，應考慮到測定母本的基因型等綜合因素[9]。本試驗中，馬齒型的加倍率較高，中間型次之，硬粒最低，基本與誘導率一致，這說明單倍體加倍率與母本基因型的差異存在明顯相關性，與父本基因型無關，這與魏昌松[10]的研究結果基本一致。

3.3 誘導系間雜交種在玉米誘導育種中的利用及評價

玉米單倍體誘導育種已被廣大育種者認可且廣泛應用。一些中小育種企業和基層農業科學院由于受到人力、物力及財力的影響，基本處于試探型或小作坊試驗中，用常用的套袋雜交也能完成育種任務。如果一旦大規模啟用單倍體誘導育種技術，不可能用常規授粉方法完成育種任務，而利用雜交制種的方法誘導產生單倍體，省工、省時，有利于規模化育種。鑒于絕大多數單倍體誘導系生育期短、長勢弱、抗逆性差、花粉量小且花期短，不利于自然雜交授粉，所以在本試驗組建了誘導系間雜交種，通過試驗，比較了誘導系及系間雜交種在自然授粉誘導中的差異，分析總結了誘導系間雜交種在大田誘導玉米單倍體的可行性和優越性，以便于為其他育種企業及科研單位提供可行的信息與經驗。

參考文獻：

[1] COE E H. A line of maize with high haploid frequency[J].Amer Nat，1959，93：381-382.

[2] CHANG M T. Preferential fertilization induced from Stock 6[J].Maize Genet Coop Newslett，1992，66：99-100.

[3] 劉志增，宋同明.玉米高頻率孤雌生殖單倍體誘導系的選育與鑒定[J].作物學報，2000，26（5）：570-574.

[4] 張如養，段民孝，趙久然，等.6個玉米單倍體誘導系誘導率的差異性研究[J].玉米科學，2013，21（2）：6-10.

[5] 孫 瑞，景希強，高洪敏.單倍體誘導系對玉米不同種質類群誘導效果的初步研究[J].遼寧農業科學，2013（3）：18-21.

[6] 才 卓，徐國良，劉向輝，等.玉米高頻率單倍生殖誘導系吉高誘系3號的選育[J].玉米科學，2007，15（1）：1-4.

[7] 才 卓，徐國良，任 軍，等.玉米雜交誘導單倍體選育自交系技術規范（修訂版）[J].玉米科學，2013，21（2）：1-5.

[8] 陳紹江，黎 亮，李浩川.玉米單倍體育種技術[M].北京：中國農業大學出版社，2009.

[9] 丁照華，王志武，徐立華，等.玉米單倍體誘導率與玉米遺傳背景相關研究[J].玉米科學，2013，22（2）：18-21.

[10] 魏昌松.玉米單倍體高頻誘導系的篩選與加倍技術的研究[D].武漢：華中農業大學，2011.