低穗位無(wú)葉舌耐密玉米種質(zhì)10H045的創(chuàng)制與應(yīng)用

王秋蘭 ，鄭植尹 ，鄭向陽(yáng) ，王國(guó)平 ，田 崗 ，劉 鑫

（1.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院谷子研究所，山西 長(zhǎng)治 046011；2.武漢設(shè)計(jì)工程學(xué)院，湖北 武漢 430205）

低穗位無(wú)葉舌耐密玉米種質(zhì)10H045的創(chuàng)制與應(yīng)用

王秋蘭1，鄭植尹2，鄭向陽(yáng)1，王國(guó)平1，田 崗1，劉 鑫1

（1.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院谷子研究所，山西 長(zhǎng)治 046011；2.武漢設(shè)計(jì)工程學(xué)院，湖北 武漢 430205）

為快速創(chuàng)新玉米育種種質(zhì)，山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院谷子研究所利用化學(xué)誘變劑EMS對(duì)使用范圍廣、配合力高的自交系昌7-2進(jìn)行了誘發(fā)變異。結(jié)果在田間發(fā)現(xiàn)了低穗位無(wú)葉舌的新種質(zhì)，自交2代即穩(wěn)定出圃，定名為10H045。該自交系和昌7-2相比，株高降低10 cm，穗位高降低10 cm，主莖葉片數(shù)減少1片，整株葉片無(wú)葉舌，穗上葉無(wú)夾角，包著莖稈生長(zhǎng)，雄穗分枝減少60%。這些特性都為用其組配出株型更加緊湊、株高低、穗位低、雄穗小的雜交種提供了可能，從而為增加種植密度打下了基礎(chǔ)。

玉米；EMS誘變；自交系選育

在我國(guó)的糧食作物中，玉米的種植面積和產(chǎn)量是增長(zhǎng)最快的，這和玉米具有機(jī)械化程度高、產(chǎn)品附加值高、比較效益高等特點(diǎn)有關(guān)。其中，玉米品種起了重要的作用，而決定品種好壞的關(guān)鍵是自交系的選育。近年來(lái)，隨著育種進(jìn)程的逐步推進(jìn)，玉米自交系種質(zhì)基礎(chǔ)狹窄的矛盾日益突出[1]。目前應(yīng)用系圃法等常規(guī)自交系的選育方法[2-5]，已經(jīng)取得了很好的效果，但在種質(zhì)創(chuàng)新上沒(méi)有大的突破。化學(xué)誘變育種已經(jīng)被證明在農(nóng)作物品種改良上具有獨(dú)特的作用。它能在DNA水平上，誘發(fā)基因突變，打破基因連鎖，并且提高重組率，會(huì)產(chǎn)生自然界中原來(lái)沒(méi)有的或一般常規(guī)方法難以獲得的新基因，從而出現(xiàn)新類(lèi)型、新性狀。誘變育種常常會(huì)產(chǎn)生比同源或異源轉(zhuǎn)基因更大的改變，是增加育種資源不足的一種補(bǔ)充方法。在目前使用的化學(xué)誘變劑中，甲基磺酸乙酯（EMS）的誘變技術(shù)在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)成熟，被認(rèn)為是最好的誘變劑[6]，在小麥、水稻、高梁、谷子、大豆、花生等作物上都取得了突破性進(jìn)展[7-10]。已有大量試驗(yàn)證明，使用EMS對(duì)玉米進(jìn)行誘變是有效的[11-15]。這些方法大都是通過(guò)處理玉米自交系的種子[11-12]或花粉[12-15]進(jìn)行的誘變。

山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院谷子研究所玉米種質(zhì)創(chuàng)新課題組在給玉米正常授粉后的9～12 h內(nèi)，利用EMS處理授粉過(guò)的花絲，使藥物通過(guò)玉米花粉管通道進(jìn)入種子內(nèi)干擾減絲分裂而引起變異的處理技術(shù)，進(jìn)行了玉米自交系新種質(zhì)的誘變創(chuàng)制，為拓展選育玉米自交系提供了新方法和新思路。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試玉米自交系為昌7-2，該自交系是河南省安陽(yáng)市農(nóng)科所1983年以山東省昌濰地區(qū)農(nóng)科所（現(xiàn)濰坊市農(nóng)科院）選育的單交種昌單七號(hào)（黃早四×濰95）為基礎(chǔ)材料，經(jīng)過(guò)南北連續(xù)自交，于1986年選育而成的。

1.2 試劑

化學(xué)誘變劑為甲基磺酸乙酯（EMS），為上海某化工廠生產(chǎn)。用0.06 mol/L磷酸緩沖液稀釋EMS原液為0.05%的溶液備用。

1.3 選育過(guò)程

2009年春天，在山西省長(zhǎng)治市山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院谷子研究所的試驗(yàn)田中種植昌7-2自交系，開(kāi)花盛期，選擇10株在前一天18：00左右嚴(yán)格自交授粉，第2天7：00以前，采用柱頭滴加法[16-17]，即用剪刀把雌穗頂部帶花絲剪去1 cm左右，然后把已經(jīng)配好的0.05%的EMS溶液，用滴管滴到雌穗頂部的平口處，滴至溶液不滲為止。1 h后，重復(fù)滴一次。再套好玉米授粉袋，掛好吊牌，做好標(biāo)記。

2010年春天，把上年收獲的經(jīng)過(guò)EMS溶液處理的10個(gè)果穗的混合種子播種在山西省長(zhǎng)治市山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院谷子研究所的試驗(yàn)田中。點(diǎn)播，不間苗，逐株觀察，記載，掛牌。把發(fā)現(xiàn)或矮化、或無(wú)葉舌、或不育、或少雄花等變異株，進(jìn)行嚴(yán)格自交授粉。

2010年冬天，把收獲的變異株種子，種植在海南省樂(lè)東縣九所鎮(zhèn)山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院南繁創(chuàng)新基地內(nèi)。按單穗種植，每個(gè)果穗種2行。通過(guò)觀察，發(fā)現(xiàn)第45個(gè)變異材料的各單株間沒(méi)有差異，為無(wú)葉舌、植株矮化且性狀穩(wěn)定的材料，編號(hào)為10H045，并穩(wěn)定出圃。

2 10H045的特征特性

種子發(fā)芽勢(shì)強(qiáng)，出苗頂土能力中上等。幼苗第一葉尖端卵圓形，幼苗葉片窄、小，長(zhǎng)勢(shì)較弱；葉鞘淺紫色。在長(zhǎng)治地區(qū)春播生育期為115 d左右。該自交系穗位以下節(jié)間較昌7-2短、粗；株型上沖；葉色黃綠。棒三葉中，穗上葉葉長(zhǎng)78 cm，葉寬8.6 cm；穗位葉葉長(zhǎng)85 cm，葉寬9 cm；穗下葉葉長(zhǎng)92 cm，葉寬8.7 cm，整個(gè)株型呈塔型。成熟時(shí)株高171 cm左右，穗位高70 cm左右，整株葉片數(shù)17～18片。穗上葉葉數(shù)5～6片。雄穗分枝5～9個(gè)。整株葉片無(wú)葉舌，穗上葉無(wú)夾角，包著莖稈生長(zhǎng)。果穗穗柄短且與莖夾角小。花絲桃紅色，花藥淺綠色。果穗長(zhǎng)14.3 cm左右，穗粗4.7 cm左右，穗行數(shù)14～16行，行粒數(shù)24～27粒，百粒質(zhì)量35.7g；籽粒半硬粒型，淺黃色，穗軸白色。雌雄協(xié)調(diào)，吐絲快。親本繁殖，種植密度為12萬(wàn)株/hm2時(shí)沒(méi)有空稈。該自交系耐旱性較強(qiáng)；株型緊湊，抗倒力強(qiáng)；在山西長(zhǎng)治種植，輕感大、小斑病，中抗青枯病、穗粒腐病和黑粉病；在海南種植生育后期輕感銹病。

玉米花粉落到花絲上，在適宜的溫度和濕度下10 min后開(kāi)始萌動(dòng)發(fā)芽，并形成花粉管。精子在花粉管中形成，花粉管進(jìn)入胚珠后末端破裂放出精子，一個(gè)精子與卵細(xì)胞融合，另一個(gè)精子與極核融合，即雙受精現(xiàn)象。玉米花粉管通道處理技術(shù)就是利用玉米花粉在花絲上萌發(fā)形成花粉管，在精子通過(guò)花粉管后、花粉管萎縮前，剪斷花絲，滴注EMS。EMS伴隨精子一同進(jìn)入胚珠，在精子與卵細(xì)胞融合過(guò)程中，利用細(xì)胞尚不具備完整的細(xì)胞壁和核膜系統(tǒng)，細(xì)胞內(nèi)外的物質(zhì)交流頻繁的時(shí)機(jī)[18]，EMS進(jìn)入細(xì)胞，在基因重組時(shí)誘發(fā)基因突變，打破基因連鎖，提高重組率，誘發(fā)新基因，從而產(chǎn)生自然界原來(lái)沒(méi)有的或一般常規(guī)方法難以獲得的新類(lèi)型、新性狀[6]。

玉米無(wú)葉舌是單基因位點(diǎn)的突變，是質(zhì)量性狀，容易穩(wěn)定。種植2代就能實(shí)現(xiàn)完全不分離，可穩(wěn)定出圃，快速選育出可利用的玉米自交系。

3 10H045的應(yīng)用

以10H045為親本組配的雜交種，較用昌7-2組配的雜交種株型上大有改觀，最佳種植密度從6.75萬(wàn)株/hm2上升到7.5萬(wàn)株/hm2。2015年以10H045為親本組配的雜交種奧美818和沁玉216參加山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院谷子研究所組織的品比試驗(yàn)，平均公頃產(chǎn)量分別為11 647.5，11 472 kg，分別比對(duì)照鄭單958增產(chǎn)16.1%和14.5%；2016年沁玉216參加山西省中早熟高密組的品比試驗(yàn)，平均公頃產(chǎn)量為11 305.57 kg，比對(duì)照增產(chǎn)3.3%，進(jìn)入第2年的品比試驗(yàn)；2016年奧美818參加了四川同路農(nóng)業(yè)科技有限責(zé)任公司組織的黃淮海夏播區(qū)和東華北春播區(qū)的測(cè)試，表現(xiàn)突出；2017年參加了這2個(gè)區(qū)的綠色通道，表現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)，準(zhǔn)備2018年繼續(xù)參加綠色通道，有望通過(guò)審定，大面積推廣。

4 討論與小結(jié)

10H045是利用化學(xué)誘變法從常用的、傳統(tǒng)自交系昌7-2的基礎(chǔ)上選育出的矮化、無(wú)葉舌、耐密植的新玉米自交系。其既縮短了選系的年限，又豐富了種質(zhì)基礎(chǔ)。

昌7-2在類(lèi)群劃分上屬于唐四平頭系統(tǒng)，它繼承了黃早四配合力高的特點(diǎn)[19-20]。該自交系是目前我國(guó)應(yīng)用范圍最廣、組配出品種最多、使用年較長(zhǎng)的自交系。但該親本的另一個(gè)特點(diǎn)是穗下節(jié)間多，穗上節(jié)間較少，只有4～5節(jié)，用其組配的雜交種穗位比較高，倒伏風(fēng)險(xiǎn)大。

昌7-2株高170～180 cm，穗位高80 cm左右，主莖葉片數(shù)為19片，雄穗發(fā)達(dá)，分枝15～28個(gè)。10H045株高171 cm左右，穗位70 cm左右，整株葉片17～18片葉。雄穗分枝5～9個(gè)；整株葉片無(wú)葉舌，穗上葉無(wú)夾角，包著莖稈生長(zhǎng)。10H045和昌7-2比較，株高降低了10 cm，穗位高降低了10 cm，主莖葉片數(shù)減少了1片，穗上葉無(wú)夾角，雄穗的分枝減少了60%。這些特性使用其組配的雜交種株型更加緊湊，株高低，穗位低，雄穗小，為增加種植密度提供了可能。

可見(jiàn)，采用化學(xué)誘變對(duì)使用范圍廣、配合力高的自交系進(jìn)行誘發(fā)變異來(lái)選育玉米自交系是可行的，既能縮短選系的年限，又豐富了育種材料。

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Creating and Application of Maize Liguleless Germplasm 10H045 with Low Ear Height and Density-tolerance

WANGQiulan1，ZHENGZhiyin2，ZHENGXiangyang1，WANGGuoping1，TIANGang1，LIUXin1
（1.Institute ofMillet，Shanxi AcademyofAgricultural Sciences，Changzhi 046011，China；2.Wuhan Institute ofDesign and Sciences，Wuhan 430205，China）

To broaden the germplasm resource of maize,the wide-used and high combining ability maize inbred lines Chang 7-2 was mutated using chemical inducer EMS.The result showed that 10H045 of liguleless maize germplasm was discovered in the field and came out of nursery steadily in selfing F2generation.Compared with Chang 7-2,the plant height and ear height of new inbred line reduced 10,10 cm,respectively,and the number of main stem leaves lost a leaf.It had not ligule in all the leaves and had almost no the leaf angle uppermost ear.The stem was wrapped with the leaves above ear.The number of tassel branch was reduced about 60%.All these characteristics of 10H045 offered the possibility of breeding dwarf maize hybrid with compact-type and low ear height and small tassel,which would laythe foundation toincrease plantingdensity.

maize;EMSmutagenesis;inbred line breeding

S513

A

1002-2481（2017）11-1737-03

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.11.01

2017-06-06

山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院特色農(nóng)業(yè)技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目（YGG17025）

王秋蘭（1971-），女，山西潞城人，助理研究員，主要從事作物新品種選育和推廣工作。鄭向陽(yáng)為通信作者。