农大高诱1号在不同遗传基础和生态环境下的诱导率

王绍新，曹志艳，许 洛*，冯健英*

(1.石家庄市农林科学研究院,河北 石家庄 050041； 2.河北农业大学,河北 保定 071000)

更 正



农大高诱1号在不同遗传基础和生态环境下的诱导率

王绍新1，曹志艳2，许 洛1*，冯健英1*

(1.石家庄市农林科学研究院,河北 石家庄 050041； 2.河北农业大学,河北 保定 071000)

为了明确玉米单倍体诱导系农大高诱1号(CAUHO1-1)在不同遗传基础和生态环境下的诱导率，利用CAUHO1-1为父本，郑单958、石玉9号、石玉7号、先玉335共4个F1代杂交种和郑58、海55、昌7-2、W3146、140-3、PH4CV共6个自交系分别为母本，进行了玉米单倍体诱导率的研究。结果表明：诱导系CAUHO1-1对不同遗传基础材料诱导率不同，杂交种先玉335(4.93%)和石玉7号(4.84%)为母本诱导率最高，石玉9号(3.54%)次之，郑单958(3.03%)最低；自交系中的兰卡系PH4CV(6.06%)和140-3(4.51%)诱导率较高，其中PH4CV显著高于其他非兰卡血缘自交系；不同生态环境下玉米诱导系CAUHO1-1的诱导效果差异明显，石家庄春播诱导率最高，三亚冬播次之，石家庄夏播最低。可见，CAUHO1-1在石家庄春播生态区对兰卡系材料的诱导率最高。

玉米； 单倍体； 诱导率； 农大高诱1号

玉米单倍体育种技术能使玉米材料在短时间内达到基因纯合，从而获得稳定的自交系，使玉米新品种的选育周期大大缩短，这是常规育种不能比拟的，单倍体玉米育种技术引起国内外大公司和科研所的高度重视。该技术主要包括以下几个步骤：首先以诱导系为父本，基因优良的材料为母本进行杂交；然后用籽粒颜色或其他诱导系的标记性状初步鉴定出杂交籽粒中的准单倍体籽粒，在自然状态下或利用化学药剂(秋水仙素等)进行加倍；最后对形成的双单倍体系(DH系)进行田间评价[1-2]。但是诱导系诱导效率低下一直困扰着玉米育种家们。

美国遗传学家 Coe 发现的玉米诱导系Stock6，可出现1%～2%的孤雌生殖单倍体[3]，中国农业大学刘志增等[4]通过对Stock6改良，获得了单倍体诱导率达5.8%的新诱导系农大高诱1号(CAUHO1-1)。石家庄市农林科学研究院玉米研究所在2011年引进了CAUHO1-1，为了发挥该诱导系的最大潜力，研究了CAUHO1-1对不同遗传基础玉米材料的诱导率，以及不同生态环境下CAUHO1-1的诱导率，旨在为制定石家庄地区单倍体玉米育种技术规程打下坚实的基础。

1 材料和方法

1.1 试验材料

玉米单倍体诱导系农大高诱1号(CAUHO1-1)由中国农业大学种质资源库陈绍江老师提供。不同基础材料包括杂交种和自交系2种类型，具体见表1。

表1 供试基础材料

1.2 试验方法

1.2.1 不同母本基础材料对单倍体诱导率的影响 2012年在石家庄市农科院内试验地分3期种植农大高诱1号，种植时间分别为5月20日、5月27日和6月2日，基础材料为5月27日3次重复种植，4行区，行长4 m，种植密度75 000株/hm2。基础材料全部去雄处理，以保证诱导授粉时不被其他花粉干扰。观察单个基础材料，整体花丝长到2～4 cm时统一授粉。9月15日收获正常结实果穗，每个材料30穗，晒干、脱粒，人工捡出准单倍体籽粒(种皮有紫斑，胚凹陷没有紫色)，于2012年冬在海南三亚南滨农场单粒种植，去除植株高大的，其中单倍体表现为植株矮小、叶片和茎秆绿色、多为花粉败育，统计每个基础材料的单倍体植株数，计算单倍体诱导率。单倍体诱导率=(单倍体植株数/ 杂交总粒数)×100%。

1.2.2 不同生态环境对单倍体诱导率的影响 选择2012年准诱导率较高的基础材料先玉335、石玉7号杂交种和PH4CV、140-3自交系为母本分别与农大高诱1号进行单倍体诱导杂交，每个杂交组合选择20穗进行单倍体诱导率的测定。分别进行石家庄春播、石家庄夏播和海南冬播3个生态类型的试验(表2)，从2013年到2015年连续播种，鉴定诱导率。诱导率的鉴定及计算方法同1.2.1。

表2 不同生态类型下的种植方式

1.3 数据处理与分析

试验数据采用Excel和DPS 6.5进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 诱导系CAUHO1-1对不同玉米基础材料的诱导效果

2.1.1 杂交种 由表3可见，诱导系CAUHO1-1对先玉335和石玉7号的诱导率较高，分别为4.93%和4.84%；对石玉9号和郑单958的诱导率较低，分别为3.54%和3.03%。而且诱导系CAUHO1-1对先玉335的诱导率显著高于石玉7号、石玉9号和郑单958，对石玉9号和郑单958诱导率差异不明显。

试验选用的4个杂交种的杂优模式分别为瑞德×黄改(郑单958)、瑞德×黄改(石玉9号)、兰卡×国外(石玉7号)和瑞德×兰卡(先玉335)，郑单958和石玉9号的遗传背景较近，诱导系CAUHO1-1对其诱导率也相差不大，而对先玉335和石玉7号的诱导率与对郑单958和石玉9号的诱导率差异明显。可见，诱导系CAUHO1-1的诱导率与基础材料的遗传背景有关系。

表3 诱导系CAUHO1-1对不同玉米杂交组合的诱导效果

注：同列不同小写字母表示处理间在0.05水平差异显著。下同。

2.1.2 自交系 由表4可见，诱导系CAUHO1-1对自交系PH4CV和140-3的诱导率较高，分别为6.06%和4.51%；其次是郑58和海55，分别为3.97%和2.84%；对昌7-2和W3146的诱导率最低，分别为1.21%和1.99%。诱导系CAUHO1-1对PH4CV的诱导率显著高于其他非兰卡自交系(P<0.05)，PH4CV和140-3同属兰卡系，它们之间的差异不显著；郑58和海55同属瑞德系，它们之间的差异不显著；昌7-2和W3146同属黄改系，它们之间的差异也不显著。对自交系的诱导率结果表明，诱导系CAUHO1-1对不同遗传背景玉米自交系的诱导率不同，从高到低为兰卡系>瑞德系>黄改系。

PH4CV和140-3分别为先玉335和石玉7号的亲本，2组试验中它们的诱导率都较高，可见，诱导系CAUHO1-1对杂交种的诱导率可能与其对应的亲本自交系存在一定的对应关系。

表4 诱导系CAUHO1-1对不同玉米自交系的诱导效果

2.2 诱导系CAUHO1-1在不同生态环境下的诱导效果

从表5可以看出，2013年石家庄春播诱导率为4.77%，而夏播和三亚冬播只有1.71%和2.17%；2014年石家庄春播诱导率为4.50%，而夏播和三亚冬播只有1.45%和1.94%；2015年石家庄春播诱导率为3.42%，而夏播和三亚冬播只有2.40%和2.44%。3 a中石家庄春播的单倍体诱导率均显著高于石家庄夏播和三亚冬播。

诱导系CAUHO1-1对4个母本材料的诱导率每年有所不同，但总诱导率趋势呈现石家庄春播区>三亚冬播区>石家庄夏播区，因此，石家庄地区单倍体玉米育种诱导的环节应尽量安排在春天进行，这有利于获得更多的单倍体种子，提高育种效率。

表5 不同生态环境下诱导系CAUHO1-1对基础材料的诱导率 %

3 结论与讨论

Stock6是最早的玉米诱导系，但诱导频率一般在1%左右。CAUHO1-1是以Stock6为基础材料改良而成，虽然诱导效率有所提高，但仍然达不到大规模商业育种的要求，诱导率低下，浪费大量人力、物力和财力。本研究发现，不同遗传基础的母本与诱导系CAUHO1-1杂交，诱导率不同，这点与前人研究相符[5-9]。因此，选择诱导率高的基础材料作为诱导母本，可使单倍体育种效率明显提高。本研究发现，CAUHO1-1对自交系PH4CV的诱导率明显高于其他杂交种和自交系，这可能与材料的遗传背景有关系。相对而言，背景越简单诱导率越高，达到基因纯化越容易。因此，把遗传背景复杂的农家种等种质先进行1～2代的自交，再利用诱导系对中间材料进行诱导，可能更利于优良基因的纯合与保留。由于S1～S2代籽粒较大，而且基因丰富，诱导材料也不能过度自交[10]。

本研究发现，诱导率还与诱导环境有关系，不同生态类型下诱导率差别很大，石家庄春播区诱导率最高，夏播最低，这可能与诱导系花粉对温度敏感有关系，气温较低的情况下可能更适合籽粒发育及色素标记基因的表达[11-15]，也可能与母本接受诱导系花粉的环境有关系。总之，应该在诱导率高的环境下安排诱导这一育种环节，从而提高单倍体育种效率。结合许洛等[16]对单倍体加倍率的研究，石家庄地区的单倍体育种应在春季诱导，夏季分拣准单倍体种子，冬天在海南进行自然加倍处理，这样的程序能使CAUHO1-1的诱导率和加倍率都达到最优。

硬粒型玉米胚较小、离种皮较远，在人工分拣准单倍体籽粒时很难辨别胚的颜色，因此可能造成试验误差，有条件的实验室可不进行准单倍体籽粒的分拣，直接单粒种植，田间鉴定会更准确。研究表明，诱导率与诱导系和母本的授粉时间有关系[17]，本研究严格按照花丝长度在2～4 cm授粉，最大程度减少了试验误差。另外，本研究只针对诱导系CAUHO1-1进行了试验，其他诱导系与母本、环境的互作是否也与本研究一致，有待进一步考证。

[1] Border J,Dumas De V R,Lapierre A,etal.Haplodiploidization of maize(ZeamaysL) through induced gynogenesis assisted by glossy markers and its use in breeding[J].Agronomie,1997,17(5):291-297.

[2] 陈绍江,宋同明.利用高油分的花粉直感效应鉴别玉米单倍体[J].作物学报,2003,29(4):587-590.

[3] Coe E H.A line of maize with high haploid frequency[J].American Naturalist,1959,93:381-382.

[4] 刘志增,宋同明.玉米高频率孤雌生殖单倍体诱导系的选育与鉴定[J].作物学报,2000,26(5):570-574.

[5] Sarkar K R,Coc E H.A genetic analysis of the origin of maternal haplaid in maize[J].Genctics,1966,54(2):453-464.

[6] Aman M,Sarkar K.Selection for haploidy inducing potential in maize[J].Indian J Genet and Plant Breed,1978,38(3):452-457.

[7] 王贺,李继竹,张继伟,等.秋水仙素和除草剂浸芽加倍玉米单倍体效率的研究[J].吉林农业大学学报,2013,35(4):384-388.

[8] 任雪娇,杨巍,崔学宇,等.玉米单倍体诱导系JS9诱导率研究[J].玉米科学,2015,23(3):34-38.

[9] 焦仁海,徐艳荣,代秀云,等.玉米单倍体诱导系诱导率研究[J].吉林农业科学,2015,40(2):1-3.

[10] 李国良,苏俊,李春霞,等.农大高诱1号对玉米不同种质和世代单倍体诱导频率的研究[J].玉米科学,2008,16(5):3-6.

[11] 姜龙,慈佳宾,南楠,等.玉米单倍体诱导率的优化研究[J].华南农业大学学报,2015,36(2):19-24.

[12] 刘治先,杨菲,丁照华,等.玉米单倍体诱导材料的鉴定和快速选系技术研究[J].玉米科学,2008,16(3):12-14,18.

[13] 才卓,徐国良,刘向辉,等.玉米高频率单倍生殖诱导系吉高诱系3号的选育[J].玉米科学,2007,15(1):1-4.

[14] 马骏,刘欣芳,王贺,等.两个单倍体诱导系对玉米不同材料诱导效果的研究[J].玉米科学,2011,19(4):14-16,21.

[15] 张铭堂,段民孝,赵久然,等.玉米单倍体加倍(DH)系籽粒性状表现的研究[J].华北农学报,2009,24(1):128-132.

[16] 许洛,王绍新,冯健英.不同生态环境的玉米单倍体自然加倍效果研究[J].河北农业科学,2013,17(3):63-65.

[17] 黎亮,李浩川,徐小炜,等.玉米孤雌生殖单倍体诱导效率优化方法研究[J].中国农业大学学报,2012,17(1):9-13.

更 正

本刊2016年第11期发表的《不同干燥方式对枸杞微粉品质的影响》一文中的国家科技支撑计划项目编号“2012BAD36B04”应为“2014BAL07B05”，特此更正。

《河南农业科学》编辑部

Induction Rate of CAUHO1-1 under Different Genetic Basis and Ecological Environments

WANG Shaoxin1，CAO Zhiyan2，XU Luo1*，FENG Jianying1*

(1.Shijiazhuang Academy of Agriculture and Forestry Sciences,Shijiazhuang 050041,China；2.Hebei Agricultural University,Baoding 071000,China)

In order to define the induction rate of CAUHO1-1 under different genetic basis and ecological environments,the induction rate of CAUHO1-1 was studied by the cross with haploid inducers CAUHO1-1 as the male parent,four F1hybrids(Zhengdan 958,Shiyu 9,Shiyu 7 and Xianyu 335) and six inbred lines(Zheng 58,Hai 55,Chang 7-2,W3146,140-3 and PH4CV) as female parent.The results showed that induction rate of CAUHO1-1 was different for different female parent.For the F1 hybrids,the induction rates with Xianyu 335(4.93%)and Shiyu 7(4.84%)as females were higher,followed by Shiyu 9(3.54%),Zhengdan 958(3.03%) was the lowest; for inbred lines,the induction rates with lancaster inbred line PH4CV(6.06%)and 140-3(4.51%)as females were higher,the induction rate with inbred line PH4CV as female was significantly higher than the others except lancaster line.The induction rate of CAUHO1-1 had significant differences under obviously different environments,which was the best when the seeds were sown in spring in Shijiazhuang,followed by in winter in Sanya,the lowest in summer in Shijiazhuang.Obviously,the induction rate of CAUHO1-1 was highest when the seeds were sown in spring in Shijiazhuang.

maize; haploid; induction rates; CAUHO1-1

2016-07-02

农业部公益性行业(农业)科研专项(201203033-06)；河北科技支撑计划项目(13226402D-1)；石家庄科技局项目(131490492A)

王绍新(1980-)，男，河北迁安人，助理研究员，硕士，主要从事玉米育种工作。E-mail:wangshaoxin666@163.com

*通讯作者：冯健英(1970-)，男，河北赞皇人，研究员，硕士，主要从事玉米育种工作。E-mail:sjzfjy@163.com 许洛同为通讯作者

时间：2016-11-25 14:24:33

S513

A

1004-3268(2016)12-0025-04

网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/41.1092.S.20161125.1424.027.html