玉米单倍体诱导系选育及诱导效果

贺正华+高立+张士龙+姜海鹰+黄益勤

摘要：以国内外引进的玉米单倍体诱导系为基础材料进行本地选育改良，得到农艺性状和综合抗性较好的诱导系新材料32份。用杂交种中农大451、宜单629和登海9号为测验种对这32份诱导系材料进行诱导率测定，其平均诱导率差异很大，为1.40%～9.72%。试验还表明，用相同的诱导系进行诱导，不同母本杂交种诱导率也有差异。

关键词：玉米单倍体；诱导系；选育；诱导效果

中图分类号：S513；S503.52 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）19-4533-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2014.19.006

Breeding and Induction of Maize Haploid Inducers

HE Zheng-hua1，GAO Li2，ZHANG Shi-long1， JIANG Hai-ying3， HUANG Yi-Qin1

（1.Food Crops Institute， Hubei Academy of Agricultural Science， Wuhan 430064， China；

2.College of Agronomy， Shenyang Agricultural University， Shenyang 110161， China）

Abstract： 32 maize haploid inducers with comprehensively enhanced resistance were obtained by genetically improving maize haploid inducers of domestic and overseas. The induction rates of these 32 inducers were tested by maize hybrid Zhongnongda 451， Yidan 629 and Denghai No.9. The induction rates had a broad variation ranged from 1.40% to 9.72%. It is indicated the induction rates are different among the inducers.

Key words： maize haploid； inducer；breeding； induction effect

单倍体育种技术能加快自交系选育进程，缩短育种年限，显著提高育种效率。自从Coe[1]发现玉米孤雌生殖诱导系Stock6以来，育种家们已经利用Stock6作父本诱导了大量母本单倍体，从而使玉米单倍体育种逐步开展起来[2]。但Stock6自身存在着诱导率偏低、花粉量少、病害严重等一些缺陷，因此，国内外许多育种家相继对其进行了改良。Lashermes等[3]从Stock6×W23（ig）后代中选育出诱导系SW14；Sarkar等[4]从Stock6的回交后代中获得了诱导率超过5%的新材料；刘志增等[5]从Stock6×BHO（高油群体）后代中获得诱导率达5.34%的诱导系农大高诱1号，才卓等[6]从Stock6与M278的杂交后代中育成了高频率单倍体诱导系吉高诱系3号。目前德国、法国和美国的一些大公司已经选育出诱导率6%以上的诱导系[7]，并已开始商业化应用。

由于商业利益竞争，一些改良成功的诱导系都申请了专利，限制了这些高频率诱导系在国内的利用。而且，国内外已经选育的单倍体诱导系多为温带血缘，在其他生态条件下往往会遇到生态适应性问题，如在湖北地区种植就会表现出熟期变早、花粉量较少、花期不遇和抗病性差等诸多缺点。因此，外引单倍体诱导系在利用前有个改良适应的过程。本研究以从国内外引进的单倍体诱导系为基础材料，通过本地选育改良，得到适应性较好、繁种简单的诱导系新材料，并研究其诱导效果，对开展玉米单倍体育种工作具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 基础材料

本研究选用4个不同遗传背景的单倍体诱导系基础材料，采用适应性选择、顶交、回交和自交分离等方法选育诱导系，所用的基础材料均带有Stock6血缘，引进材料都带有子粒Navajo标记和ABP1紫色植株标记。

1.2 选育方法

由于Stock6自身存在着诱导率偏低、花粉量少、病害严重等一些缺陷，课题组利用三种模式构建基础选系材料，即国外诱导系×普通玉米自交系再回交一次、国外诱导系×普通玉米群体再回交一次和国内诱导系×国外诱导系。

2008年以Stock6与178及优良群体LBM杂交获得F1代基础材料，同年海南用Stock6回交一次，2009年引入低世代群体J1500和J1901，J1500和J1901来源于国内诱导系农大高诱1号×国外诱导系Stock6。对4个不同来源的材料采用系谱法连续进行至少6个世代的选育。早代时对子粒的Navajo标记进行重点选择，筛选Navajo标记明显的子粒单粒育苗移栽，每个单株自交的同时利用其花粉进行单株诱导率测定，每株用3个测交材料，每个组合测交3穗以上。同时兼顾植株ABP1标记、花粉量、结实性及抗病性等。在对单株诱导率测定的基础上，各世代选择花粉量大、抗逆性强、农艺性状较好的单株进行自交繁种，选择诱导率最高、标记性状明显、综合性状好、基本纯合的优良穗进行广泛的诱导率测定。

在武汉和海南连续选择至少6代后，诱导系各性状趋于稳定，筛选其中32份诱导系材料，进一步测交诱导率，每个材料对每个杂交种测交5穗以上，测定诱导率进行统计分析。

1.3 单倍体诱导率的测定方法

母本测验种选用湖北地区具有代表性的杂交种中农大451、宜单629、登海9号。

单倍体子粒从杂交果穗上逐粒鉴别：紫色或无色粒顶、紫色胚牙尖的子粒为非单倍体；紫色粒顶、无色胚芽尖的子粒为准单倍体。再通过田间植株性状进行进一步的鉴定。植株出现紫色或生长势强的植株均为杂合二倍体，而生长发育慢、植株较矮、叶片短且上冲植株为单倍体，并统计相关数据。

单倍体诱导率=（单倍体子粒数/子粒总数）×100%。

2 结果与分析

2.1 不同诱导系材料诱导率

通过对外引诱导系进行选育改良，获得性状稳定的诱导系新材料32份，进一步测定诱导率。结果表明，32份诱导系均能正常诱导出单倍体，但诱导能力差异很大（表1），以中农大451、宜单629、登海9号为母本测验种，32份诱导系平均诱导率为1.40%～9.72%，诱导率最高的诱导系材料是HI08，对测验种中农大451、宜单629、登海9号的诱导率分别为10.40%、8.45%、10.30%，平均诱导率达到9.72%，材料HI09诱导率其次，对测验种中农大451、宜单629、登海9号的诱导率分别为9.61%、7.13%、8.52%，平均诱导率有8.42%；材料HI07、HI06、HI24这3个诱导系诱导率也很高，平均诱导率分别为7.21%、6.92%、6.66%，基本可以满足诱导单倍体应用上的要求；而HI36、HI32、HI28、HI33、HI17、HI31、HI23、HI34、HI38诱导率偏低，平均诱导率不到3%，不利于单倍体育种工作高效率的开展；其他诱导系诱导率居中，可暂时保留做进一步的研究。

2.2 不同母本杂交种诱导率

从表1可以看出，3个母本杂交种中农大451、宜单629、登海9号，用相同诱导系进行杂交诱导，单倍体诱导率也有差异。32份诱导系材料对这3个母本测验种进行诱导，中农大451平均诱导率最高，为5.27%，登海9号平均诱导率为4.16%，宜单629平均诱导率最低，为3.75%，说明母本基因型对单倍体诱导率具有重要影响。作为母本测验种，中农大451更易于被诱导出单倍体，登海9号次之，而宜单629偏难。

2.3 不同模式选育诱导系差异

本研究采用系谱法进行选择，各世代对自交子粒和测交子粒的Navajo斑纹标记逐代进行严格筛选。在各代穗行中，均选留诱导率高、自交子粒和测交子粒Navajo斑纹标记明显的单株，直到晚代所有自交果穗子粒的Navajo斑纹标记基本纯合。除具有良好的标记性状外，还具有花粉量大、结实性好、抗病性强等特点，适应性和综合性状优于原始单倍体诱导系Stock6。比较不同基础群体后代的选系效果，从表2可以看出，32份诱导系材料，来源于Stock6与178的改良系其诱导率为4.17%～7.21%，来源于Stock6与本地优良群体LBM回交1代选系，为2.16%～9.72%，来源于低世代群体J1500的选系，诱导率为1.69%～6.66%，来源于J1901低世代群体选系，诱导率为1.40%～4.52%，可见，Stock6与178杂交后再回交，或Stock6与本地优良群体LBM杂交再回交1代选系，然后定向选择，其选育效果较好。

在不同来源的诱导系中HI07、HI08、HI09、HI24和HI35较好，其中HI08和HI09虽是同一模式选育而成，但在S3代就开始分离，到稳定世代已有区别，HI35虽然诱导率不高，但其植株紫色标记最强，后代子粒鉴别较容易，这5个材料分别命名为鄂诱1号、鄂诱2号、鄂诱3号、鄂诱4号、鄂诱5号，可以应用于育种。

3 结论与讨论

本研究利用三种模式构建基础选系材料：即国外诱导系×普通玉米自交系再回交一次、国外诱导系×普通玉米群体再回交一次和国内诱导系×国外诱导系。从S1代开始，对于自交子粒和测交子粒的Navajo斑纹标记逐代进行严格筛选。在各代穗行中，均选留诱导率高、自交子粒和测交子粒Navajo斑纹标记明显的单株，直到晚代所有自交果穗子粒的Navajo斑纹标记基本纯合。新选诱导系除具有良好的标记性状外，还具有花粉量大、结实性好、抗病性强等特点，适应性和综合性状优于原始单倍体诱导系Stock6。

研究结果表明，国外诱导系×优良玉米群体再回交一次的选育效果最好，能更好地兼顾诱导率和适应性这两个重要指标，但诱导率分离跨度也较大，HI08是本研究诱导率最高的诱导系，达到9.72%，而最低的只有2.16%，最高是最低的4.5倍。国外诱导系×普通玉米自交系再回交一次的效果其次，为4.17%～7.21%，而二环系直接分离选系在本研究中的效果并不理想。J1500选系诱导率为1.69%～6.66%，J1901选系诱导率为1.40%～4.52%，可能因为高诱1号本身含Stock6血缘，杂种优势不强。由于适应性和生活力弱的原因，诱导率高的材料不能正常结实而被淘汰。可见，选育新诱导系的基础群体很重要，用Stock6与本地优良群体LBM杂交得到F1再回交，选育效果较好，因为渗入本地种质，在选育高频率诱导系的同时，还能兼顾诱导系的生态适应性。

选育的32份诱导系新材料，以杂交种中农大451、宜单629、登海9号为测验种，研究其诱导效果，32份诱导系对三个杂交种的诱导率差异明显，诱导率高的诱导系对不同杂交种的诱导率也明显高于其他诱导系，可见，单倍体诱导系对提高诱导率作用显著，在玉米单倍体育种中起着重要作用。材料HI08平均诱导率最高为9.72%，其次HI09平均诱导率为8.42%，这两个诱导系来源于Stock6与本地种质杂交选系，本地适应性好，花粉量大，生育期中早熟，是重点应用的诱导系，可以考虑在生产上大规模应用，只是由于导入了本地种质，其Navajo标记性状差一些，今后需要重点改良这个性状，诱导系材料HI07诱导率也较高，诱导率为7.21%，可直接应用，这个诱导系来源于国外诱导系×普通玉米自交系再回交1代，生育期偏早熟，生产上做父本诱导时应注意与母本花期调整。

在不同来源的诱导系中HI07、HI08、HI09、HI24和HI35较好，其中HI08和HI09虽是同一模式选育而成，但在S3代就开始分离，到稳定世代已有区别，HI35虽然诱导率不高，但其植株紫色标记最强，后代子粒鉴别较容易，这5个材料分别命名为鄂诱1号至鄂诱5号，这几个诱导系农艺性状较好，标记清楚，花粉量大，生育期适中，抗逆性好，植株健壮，可实际应用。

诱导系的诱导能力不仅受自身遗传背景的影响，也受其诱导的材料遗传背景的影响[8-10]，本研究结果与前人结果一致，3个母本杂交种做测验种，由相同的诱导系进行诱导，所得的单倍体诱导率也存在差异性，因此，在应用于被诱导的育种群体时，用诱导系对其诱导，应根据其被诱导的难易来安排诱导规模。

致谢：本研究原始材料由华中农业大学刘纪麟教授和沈阳农业大学姜海鹰老师提供，在此一并表示感谢。

参考文献：

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

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[3] LASHERMES P， BECKERT M. Gentic control of maternal hapliod in maize and slection of hapliod lines[J]. Theor Appl Genet， 1988， 76： 405-410.

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[9] 祁志云，杨 华，邱正高.不同基因型玉米单倍体诱导效果研究[J].西南农业学报，2012，25（4）：1152-1158.

[10] 蔡 泉，曹靖生，史桂荣.几个不同来源玉米单倍体诱导系诱导效果的研究[J].玉米科学，2012，20（4）：19-21.

在不同来源的诱导系中HI07、HI08、HI09、HI24和HI35较好，其中HI08和HI09虽是同一模式选育而成，但在S3代就开始分离，到稳定世代已有区别，HI35虽然诱导率不高，但其植株紫色标记最强，后代子粒鉴别较容易，这5个材料分别命名为鄂诱1号至鄂诱5号，这几个诱导系农艺性状较好，标记清楚，花粉量大，生育期适中，抗逆性好，植株健壮，可实际应用。

诱导系的诱导能力不仅受自身遗传背景的影响，也受其诱导的材料遗传背景的影响[8-10]，本研究结果与前人结果一致，3个母本杂交种做测验种，由相同的诱导系进行诱导，所得的单倍体诱导率也存在差异性，因此，在应用于被诱导的育种群体时，用诱导系对其诱导，应根据其被诱导的难易来安排诱导规模。

致谢：本研究原始材料由华中农业大学刘纪麟教授和沈阳农业大学姜海鹰老师提供，在此一并表示感谢。

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在不同来源的诱导系中HI07、HI08、HI09、HI24和HI35较好，其中HI08和HI09虽是同一模式选育而成，但在S3代就开始分离，到稳定世代已有区别，HI35虽然诱导率不高，但其植株紫色标记最强，后代子粒鉴别较容易，这5个材料分别命名为鄂诱1号至鄂诱5号，这几个诱导系农艺性状较好，标记清楚，花粉量大，生育期适中，抗逆性好，植株健壮，可实际应用。

诱导系的诱导能力不仅受自身遗传背景的影响，也受其诱导的材料遗传背景的影响[8-10]，本研究结果与前人结果一致，3个母本杂交种做测验种，由相同的诱导系进行诱导，所得的单倍体诱导率也存在差异性，因此，在应用于被诱导的育种群体时，用诱导系对其诱导，应根据其被诱导的难易来安排诱导规模。

致谢：本研究原始材料由华中农业大学刘纪麟教授和沈阳农业大学姜海鹰老师提供，在此一并表示感谢。

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