玉米单倍体化学加倍效果研究

张正英，李世晓，杨万平，于安芬

（1.甘肃省农业科学院作物研究所，甘肃 兰州 730070；2.甘肃五谷种业有限公司，甘肃 兰州730070；3.甘肃省农业科学院农业质量标准与检测技术研究所，甘肃 兰州 730070）

采用多代自交选育自交系的玉米常规育种方法周期长、成本高，通常需要自交6～8代，至少需要3 a以上时间。通过单倍体技术可将自交系选育时间缩短为1～2 a，大大加快育种进程；而且双单倍体系（DH系）完全纯合，系内变异来源于基因与环境互作，因而可以通过多点试验代替多年试验，更快速、更准确和更可靠的评价双单倍体系，提高育种效率。玉米单倍体雄穗育性自然恢复率低（一般1%～3%），有些材料甚至不发生自然加倍，受供体基因型的影响大[1]，自然加倍率很低，因此研究玉米单倍体的化学加倍方法来恢复雄穗育性就显得尤为重要。秋水仙素是常用的染色体加倍药剂，通常有很好的加倍效果。我们于2017年选取近期获得的单倍体材料，通过苗期大田注射秋水仙素以提高玉米双单倍体系的获得率，现报道如下。

1 材料与方法

1.1 供试材料

1.1.1 供试玉米单倍体 利用自有诱导系陇诱1号为父本，2016年经诱导试验得到的不同种质来源基础群体单倍体材料10份。单倍体籽粒鉴定依据诱导果穗上拟单倍体籽粒R1-nj标记，筛选籽粒顶部带紫色标记、胚尖不带紫色标记的拟单倍体籽粒作为供试材料。根据田间幼苗长势长相判断真实单倍体植株。

1.1.2 供试药剂 供试药剂为0.04%秋水仙素、2%二甲基亚砜（DMSO）。药剂配方共3种，配方1为0.04%秋水仙素+2%二甲基亚砜（DMSO）；配方2为0.06%秋水仙素+2%二甲基亚砜（DMSO）；配方3（对照）为蒸馏水。

1.2 试验方法

1.2.1 种植方法 试验地设在景泰县甘肃五谷种业有限公司育种基地。试验地为灰钙土，土壤肥沃，灌溉便利。前茬玉米，冬水前施入羊粪45 000 kg/hm2，供试单倍体材料顺序排列种植，行长2 m，行距40 cm，株距25 cm。每份材料种植66株。其余管理同当地大田。

1.2.2 处理方法 试验采用幼苗注射法。2017年春将拟单倍体籽粒逐粒播种于田间，幼苗5～6叶期时，用医用1 mL注射器在生长点上方约1 cm处刺入不同配方的药剂。

1.2.3 鉴定及统计 统计各处理的幼（芽）苗数，即处理单倍体株数。根据苗期长势判断真实单倍体植株。将长势瘦弱并且生长缓慢，叶片较少、狭窄、直立上冲、叶色较淡的植株鉴定为真实单倍体。玉米植株抽雄后，观察并记载单倍体植株的雄花育性恢复情况，将凡是具有外露花药且能正常散粉的植株标记为加倍株。

加倍率=散粉株数/单倍体植株数×100%。

2 结果与分析

秋水仙素两种配方处理的加倍效果（表1）表明，配方2的加倍效果优于配方1。配方1加倍率为2.3%～27.5%，平均加倍率10.99%；配方2的加倍率为6.5%～31.3%，平均加倍率17.47%；两种配方的加倍效果均优于空白对照，空白对照的加倍率为0～10.2%。经成对数据统计测验，配方2加倍效果显著优于配方1，配方1加倍效果显著优于空白对照。说明秋水仙素具有很好的加倍作用，剂量以0.06%秋水仙素+2%二甲基亚砜（DMSO）为优。

3 小结与讨论

玉米单倍体雄穗育性恢复率低且受核基因型控制，一般难以自交结实，是影响玉米单倍体直接利用的关键因素。通过染色体加倍恢复其育性后，大大提高育种利用价值。经过近50年的研究，玉米育种工作者在玉米单倍体的染色体化学加倍技术方面积累了一些经验，并总结出一些比较有效的加倍方法，同时揭示了一些影响加倍效果的因子。魏昌松[1]比较了浸种法、浸芽法和注射法三种方法，以及不同浓度、不同处理时间下的秋水仙素加倍效果，认为最优的加倍方案是秋水仙素在浓度0.06%、0.08%时处理8～12 h。杜文平[2]研究表明，切根处理48 h，单倍体植株平均散粉率和结实率分别为51.39%和8.74%，极显著高于直接浸根处理的散粉率和结实率。江禹奉等[3]研究表明大田中注射法散粉率为9.27%。

表1 玉米单倍体秋水仙素两种处理方法的加倍效果

魏昌松等[4]认为，不同基础材料加倍率不同，XF1179×苏1-51加倍株率可以达到35.90%。本研究中，单倍体材料6在2种配方处理下加倍率均很高，分别达到27.5%和31.3%，即使空白对照也达到10.2%。这些高加倍率材料可以采用自然加倍方法达到直接利用双单倍体纯系的目的。

自交率与雄穗散粉、雌穗吐丝的间隔期相关，反映了玉米单倍体雌穗育性恢复率和耐药性，耐药性高的材料一般具有较多的有利等位基因，加倍后从中筛选出抗逆性较强的双单倍体材料的概率就更高。结实率反映了花粉与卵细胞的真实育性恢复率，也就是加倍药剂渗透进细胞、与微管相互作用以及在细胞中存留时间长短的能力[5-6]。因此，应该结合加倍株率、自交率和结实率三者来判断化学药剂和处理方法的加倍效果。本研究仅通过统计雄穗散粉株数考察加倍率，还需要开展更加细化的研究。

参考文献：

[1]魏昌松.玉米单倍体高频诱导系的筛选与加倍技术的研究[D].南京：华中农业大学硕士学位论文，2011.

[2]杜文平，余桂容，陈 谦.切根处理对玉米单倍体加倍效率的影响[J]. 玉米科学，2017，25（4）：12-16.

[3]江禹奉，覃兰秋，程伟东，等.两种环境下玉米单倍体注射法与自然加倍研究[J].玉米科学，2016，24（4）：20-23.

[4]魏昌松，许贵明，谭 澍，等.两种药剂对玉米单倍体加倍效果研究[J].农业科技通讯，2016（3）：55-58.

[5]王晓梅，傅迎军，孙殷会.玉米单倍体诱导率及加倍率影响因素研究进展[J].黑龙江农业科学，2016，4：151-155.

[6]周玉乾，寇思荣，连晓荣.不同生态区玉米单倍体自然加倍率研究[J]. 甘肃农业科技，2016（6）：5-7.