4個玉米單倍體誘導系的誘導效果

賈波　謝慶春　余艷歡

摘要：旨在從黃淮玉米產區主要遺傳群體材料中篩選適宜的單倍體誘導系，研究并分析授粉時期對誘導系誘導效果的影響，為基于單倍體技術快速創制優良玉米種質提供研究基礎。以2個遺傳類型的材料為母本、4個外引的單倍體誘導系為父本，在江蘇省淮安市于夏季玉米吐絲后的不同時期授粉，統計后代單倍體產生的頻率，研究不同單倍體誘導系的誘導效果及授粉時期對單倍體誘導率的影響。結果表明：（1）不同誘導系的誘導率之間存在顯著差異，YD4、YD2、YD3的誘導率分別為8.57%、7.98%、7.93%，三者之間差異不顯著。YD5的誘導率最低，為3.41%，與其他誘導系之間的差異均達到了顯著水平。4個誘導系的誘導效果由高到低依次為YD4、YD2、YD3、YD5。（2）母本材料吐絲早，中期授粉誘導率高于后期，其中吐絲后2 d的授粉誘導率最高，為9.99%，與其他授粉時期間的差異均達到顯著水平，其次為吐絲后3、4 d授粉，誘導率分別為8.06%、7.87%。綜合分析母本授粉結實情況及單倍體誘導率認為，母本材料在吐絲后2、3、4 d授粉，單倍體誘導系的誘導效率較高。

關鍵詞：玉米；單倍體誘導系；誘導率；授粉時期；方差分析

中圖分類號：S513.03文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2023）05-0129-05

玉米種質資源是選育優勢雜交種的基礎，玉米產量的不斷提高、農藝性狀的改善以及抗病抗逆性的增強等都應歸功于玉米種質的不斷改良創新與利用。傳統種質資源創制通常采用常規育種手段，種質資源純化代數往往需要6～7代，不利于資源的快速更新換代，限制了玉米育種產業的發展。玉米單倍體育種技術是近年來發展起來的一種快速獲得玉米自交系的先進技術，該技術可以使玉米自交系純化代數縮短為2～3代，大大縮短了改良利用創新種質的時間，為快速實現育種目標提供了可能［1-2］。

目前，玉米單倍體育種技術主要是利用植物孤雌生殖誘導系得到單倍體。經過孤雌生殖得到的自交系，純度高、遺傳穩定、配合力高、雜種優勢強，在育種工作中有很大的實用價值和廣闊的應用前景。1941年，Coe從Northrup King種子公司得到1份具有紅葉耳、白色胚乳和紫色糊粉層的硬粒型獨特遺傳性狀的晚熟墨西哥食用玉米品系用于色素研究，1950年Coe將其命名為Stock 6。經研究后發現，Stock 6自交后會出現2.52%的單倍體［3］。在Stock 6的基礎上，國外相繼選育出WS14、MHI、RWS和EMK等一批優良的孤雌生殖誘導系［4］。我國也相繼選出農大高誘1號、吉高誘3號等一批單倍體誘導系［5-6］。誘導系誘導率的高低是影響單倍體育種效率的一個重要因素，國內已有眾多研究者對單倍體誘導系的誘導效果開展了深入研究。楊美麗等引進了2個常規誘導系，并對其進行改良，旨在獲得誘導率較高的誘導系［7］。王薪淇等對21個誘導雜交組合進行誘導率評價，發現誘導率變異范圍為0.8%～9.6%［8］。武云昊等以不同的甜玉米基礎材料為母本，以吉科誘115、吉科誘209為父本進行雜交誘導，發現吉科誘115的誘導率為5.9%，顯著高于吉科誘209［9］。楊繼偉等以自選系L583為母本測驗種，組配了25個誘導系的雜交組合進行誘導率的評價和比較分析，結果表明，不同組合間的誘導率存在極顯著差異，并篩選出5個誘導率達9%以上的雜交組合，可以用于單倍體規模化隔離誘導［10］。眾多研究結果表明，誘導系的誘導率受到本身基因型、母本遺傳類型、生態條件等多種因素的影響。

目前，我國玉米單倍體育種技術在北方春玉米區應用得較多，在黃淮海玉米產區研究得較少。本研究以黃淮海玉米產區主要遺傳基礎材料為母本，以外引的4個單倍體誘導系為父本，研究不同誘導基因及授粉時期對玉米單倍體誘導率的影響，有針對性地篩選適宜的誘導系，以期為基于單倍體技術快速創制優良玉米種質提供基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗選用由綜合性狀優良、抗病抗逆性較好的玉米種質構建的Reid、Non-Reid 2個材料為母本（表1），以4個外引的單倍體誘導系YD2、YD3、YD4、YD5為父本（表2）進行雜交誘導，根據雜交后代單倍體產生的頻率評價不同誘導系的誘導率。

1.2 試驗方法

“1.1”節中的材料于2019年7月種植于江蘇省淮安市，每個母本材料種植500株，田間管理同一般大田。在開花期對所有單株套袋并掛牌，記載吐絲日期，于吐絲后2～6 d取誘導系花粉授粉。單穗收獲，在收獲的果穗上按如下標準逐粒鑒別單倍體：紫色胚乳、紫色盾片及黃色胚乳、紫色胚芽尖的子粒均為雜合二倍體；黃色胚乳、無色盾片的為外來花粉污染籽粒；紫色胚乳、無色盾片的子粒為準單倍體。種植準單倍體，將幼苗葉鞘為全紫色的予以淘汰，葉鞘為綠色的即為單倍體。根據單倍體子粒數和雜交子粒總數，確定不同母本材料、不同誘導系以及不同授粉時期獲得的單倍體誘導率。

試驗數據的方差分析采用SAS/STAT v9.1的PROC GLM進行，平均值間的差異顯著性通過Duncans新復極差法進行檢測。

2 結果與分析

2.1 不同誘導系誘導率的統計分析

針對Reid、Non-Reid 2個母本材料，對4個誘導系的誘導率進行方差分析，結果（表3）表明，不同誘導系的誘導率之間存在顯著差異，說明誘導系的誘導率受到自身基因型的影響；不同誘導系對2個母本材料的誘導率差異不顯著。

對4個誘導系的誘導率進行比較分析，結果（表4）表明，YD4的誘導率最高，為8.57%，與YD2、YD3的誘導率相比差異不顯著；YD5的誘導率最低，為3.41%，顯著低于其他3個誘導系。

2.2 不同誘導系誘導單穗平均總粒數的統計分析

單倍體的獲得效率除了與誘導系的誘導率有關外，與誘導系的授粉效果也直接相關，具體可以用誘導系誘導母本材料獲得的單穗平均總粒數來衡量。針對2個母本材料，對4個誘導系誘導的母本單穗平均總粒數進行方差分析，結果（表5）表明，不同誘導系誘導的母本單穗平均總粒數之間差異不顯著；不同母本材料之間的單穗平均總粒數差異顯著，說明單穗總粒數受到母本材料本身基因型影響。

對4個誘導系誘導的母本單穗的平均總粒數進行比較分析，結果（表6）表明，YD5誘導母本材料獲得的單穗平均總粒數最多，為234.00粒，YD3誘導母本材料獲得的單穗平均總粒數最少，為160.88粒，4個誘導系之間的差異不顯著。

2.3 不同誘導系誘導單穗平均單倍體粒數的統計分析

單穗獲得的平均單倍體粒數能夠直接反映誘導系的誘導效率。對不同誘導系誘導母本材料獲得的單穗平均單倍體粒數進行方差分析可知，2個母本材料之間的單穗單倍體平均粒數差異顯著，不同誘導系之間的差異不顯著（表7）。

對不同誘導系誘導單穗平均單倍體粒數進行比較分析，結果（表8）表明，YD4誘導的單穗平均單倍體粒數最多，為14.82粒，與YD2、YD3相比差異不顯著；YD5誘導的單穗平均單倍體粒數最少，為8.10粒，與YD3相比差異不顯著，與YD2、YD4相比差異顯著。

2.4 不同授粉時期對單倍體誘導率的影響

不同授粉時期直接影響誘導系的授粉效果。將2個母本材料與YD4誘導系雜交得到的單倍體籽粒按不同母本和授粉時期進行統計。由表9可以看出，不同遺傳類型母本材料之間、不同授粉時期之間的單倍體誘導率差異均達到了顯著水平。

對2個母本材料在5個授粉時期的單倍體誘導率比較分析，結果（表10）表明，在吐絲后2 d授粉，YD4的誘導率最高，為9.99%，與其他授粉時期相比差異達到顯著水平；吐絲后5、6 d授粉，誘導系的誘導率較低，與吐絲后4 d相比差異不顯著，與吐絲后2、3 d相比差異顯著。

2.5 不同授粉時期YD4誘導的單穗總粒數的比較分析

以YD4誘導系為父本，對2個母本材料在5個不同授粉時期誘導獲得的單穗平均總粒數進行方差分析。由表11可以看出，2個母本材料之間及不同授粉時期的單穗平均總粒數之間均存在顯著差異。

對不同母本材料在5個授粉時期單穗平均總粒數進行比較分析，結果（表12）表明，母本材料在吐絲后4 d授粉，單穗平均總粒數最多，為196.09粒，其次為吐絲后3 d，兩者之間的差異未達顯著水平，與其他授粉時期的單穗平均總粒數相比差異顯著。

2.6 不同授粉時期YD4誘導的單穗單倍體粒數的比較分析

對不同母本材料在5個授粉時期單穗平均單倍體粒數進行方差分析，結果（表13）表明，2個母本材料之間以及不同授粉時期單穗平均單倍體粒數之間均存在顯著差異。

對不同母本材料在5個授粉時期的單穗平均單倍體粒數進行比較分析，結果（表14）表明，母本材料在吐絲后4、3、2 d誘導獲得的單穗平均單倍體粒數較多，分別為15.82、15.72、15.03粒，3個授粉時期之間的差異未達顯著水平，與其他授粉時期之間的差異達到顯著水平。

3 討論與結論

3.1 4個單倍體誘導系的誘導效果

本研究以Reid、Non-Reid作為2個母本材料對4個誘導系的誘導率進行比較分析，發現YD4的誘導率最高，為8.57%，YD2、YD3的誘導率分別為7.98%、7.93%，3種材料的誘導率之間的差異不顯著；YD5誘導系的誘導率最低，為3.41%，與其他誘導系之間的差異均達到顯著水平。對不同誘導系誘導的單穗平均單倍體粒數進行比較分析，發現YD4誘導的單穗平均單倍體粒數最多，為14.82粒，YD2、YD3誘導系誘導的單穗平均單倍體粒數分別為13.89、12.87粒，三者之間的差異不顯著；YD5誘導的單穗平均單倍體粒數最少，為8.10粒，與YD3之間的差異不顯著，與YD2、YD4之間的差異顯著。4個誘導系的誘導效果由高到低依次為YD4、YD2、YD3、YD5。

國內其他學者在單倍體誘導率研究方面已有一些報道，李高科等以28份外引及自育單倍體誘導系為父本、粵甜28為母本得到的誘導率變幅為0.43%～3.57%［11］。邢政等將玉米孤雌生殖誘導系Tg29與16份不同基因型的自交系和雜交種進行雜交，得到的誘導率變幅為3.13%～10.41%，平均值為6.55%［12］。慈佳賓等以8個不同基因型組合為母本、以玉米單倍體誘導系JS6-1為父本，在3種不同生態環境下得到的平均誘導率分別為15.2%、11.1%、8.6%［13］。楊巍等以誘導系JS5-27、JS17-1為誘導材料對不同品種類型材料進行雜交誘導試驗，結果表明，誘導系JS5-27在3個地點的平均誘導率為16.54%，JS17-1的為15.62%，顯著優于其他誘導系［14］。劉欣芳等選育出了遼誘1號、遼誘2號、遼誘3號和遼誘4號等遼誘系列玉米單倍體誘導系，對22個品種的誘導試驗表明，遼誘1號、遼誘2號、遼誘3號和遼誘4號的綜合誘導率分別為6.85%、7.53%、6.66%和6.03%［15］。

綜上，除了慈佳賓、楊巍等選育的單倍體誘導系誘導率較高外，與其他研究者相比，本研究引進篩選的YD4、YD2誘導系誘導率有一定優勢，可以作為玉米單倍體育種技術的誘導材料。

3.2 不同授粉時期單倍體的誘導效率

母本材料的授粉時期會直接影響誘導系的誘導效率。本研究以YD4為父本，對2個母本材料在5個授粉時期的單倍體誘導率進行比較分析發現，母本材料在吐絲早中期的授粉誘導率高于后期，其中吐絲后2 d的授粉誘導率最高，為9.99%，與其他授粉時期相比差異均達到顯著水平，其次為吐絲后3、4 d授粉，誘導率分別為8.06%、7.87%；對不同母本材料在5個授粉時期的單穗平均總粒數進行比較分析發現，母本材料在吐絲后4 d授粉的單穗平均總粒數最多，為196.09粒，其次為吐絲后3 d授粉，單穗平均總粒數為191.49粒，兩者之間的差異未達顯著水平，與其他授粉時期間的差異顯著；對母本材料在5個授粉時期的單穗平均單倍體粒數進行比較分析發現，母本材料在吐絲后4、3、2 d授粉，誘導獲得的單穗平均單倍體粒數較多，分別為15.82、15.72、15.03粒，3個授粉時期之間的差異未達顯著水平。綜合分析母本授粉結實情況及單倍體誘導率，認為母本材料在吐絲后2、3、4 d授粉，單倍體誘導系的誘導效率較高。

關于授粉時期對單倍體誘導率的影響，不同研究人員得到的結論不同。Chase等研究認為，延遲授粉可以提高玉米單倍體的誘導率［16-17］。楊巍等探討玉米單倍體誘導系JS6-2對不同基礎材料、不同授粉時期的誘導效果，發現在雌穗吐絲3～5 d后進行雜交誘導，單倍體的誘導效果好［18］。姜龍等均研究認為，在母本吐絲早期授粉可以提高單倍體的誘導率［19-21］。本研究得出的結論與國內學者的研究結果較為一致。

針對黃淮玉米產區主要遺傳群體材料篩選適宜的單倍體誘導系，研究分析授粉時期對誘導系誘導效果的影響，可為基于單倍體技術快速創制綜合性狀優良玉米種質及改良特定種質性狀提供理論基礎，對于實現規模化單倍體育種技術應用具有重要的現實意義。

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收稿日期：2022-04-02

基金項目：江蘇省農業科技自主創新資金［編號：CX（19）3048］；江蘇省環洪澤湖生態農業生物技術重點實驗室項目（編號：17HZHL008）；江蘇省作物遺傳生理重點實驗室開放課題（編號：YCSL202106）；淮安市農業科學研究院科研發展基金（編號：HNY202016）。

作者簡介：賈 波（1985—），男，江蘇漣水人，碩士，副研究員，主要從事玉米遺傳育種與栽培研究。E-mail：jiabo85@163.com。

通信作者：謝慶春，副研究員，主要從事玉米遺傳育種研究。E-mail：hy_xqc@sina.com。