玉米超多穗行数基因型通15D969 的 单倍体育种效应

李忠南 王越人 刘 颖 艾 东 王大川 胡 博 李光发

（1 吉林省农业技术推广总站，长春 130033；2 吉林省通化市农业科学研究院，通化 135007）

玉米穗行数是产量重要构成因素之一，其数量性状的遗传分布为正态分布，具有加性和部分显性遗传效应，广义遗传力较高。目前国内从事玉米穗行数主效QTL 研究所用材料最大穗行数为22 行[1]。2015 年在单倍体育种中发现育成了穗行数30 行的DH 系通15D969 之后（其选育方法已获得国家发明专利，专利号：ZL201610726826.5），受到业内高度关注和玉米育种学家的高度肯定，延边大学农学院郑大浩教授团队利用该DH 系进行了基因定位研究。

2016 年利用DH 系15D969 组配1 份杂交组合材料、3 份回交组合材料进行单倍体育种实践，以对DH 系15D969 超多穗行数基因型效应进行研究，为玉米育种工作提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料 试验材料为通化市农业科学研究院自选DH 系15D969 和自交系A6、外引系PHB1M和PH4CV。其血缘系谱及穗行数特征值见表1。

表1 自交系的血缘系谱及穗行数特征值

1.2 试验方法 2016 年在通化市农业科学研究院试验基地，组配1 个杂交组合15D969×PH4CV，3个回交组合15D969×PHB1M、PHB1M×15D969、15D969×A6，每个组合收获种子各5kg。

2017 年在通化市农业科学研究院试验基地对该4 份组合材料F1进行杂交诱导，诱导系为吉林省农业科学院提供的吉诱SM6278-2，诱导材料行长5m，诱导系行长2m，小区为150 行，共4 小区。杂交材料15D969×PH4CV F1种植300 行，回交材料15D969×PHB1M、PHB1M×15D969、15D969×A6 F1各种植100 行。

7 月10 日 开 始 杂 交 诱 导 授 粉10d，9 月15 日开始单倍体子粒挑选，4 份组合材料共挑选出准单倍体粒10 多万粒，其中杂交材料15D969×PH4CV 61500 粒、回交材料15D969×PHB1M 13000 粒、回交材料PHB1M×15D969 15500 粒、回交材料15D969× A6 12500 粒。

10 月25 日在海南三亚南滨农场试验基地进行准单倍体粒种植，进行自然加倍试验。大垄双行，垄距1m，株距7cm，行长120m，单粒播种，共28 垄56行。其中杂交材料15D969×PH4CV 准单倍体36行、回交材料15D969×PHB1M 准单倍体7 行、回交材料PHB1M×15D969 准单倍体7 行、回交材料15D969×A6 准单倍体6 行。

苗期开始去杂，12 月10 日开始针对雄穗加倍的单倍体植株进行自交授粉，12 月25 日授粉结束，2018 年2 月10 日收获，共收获自交结实穗831 个，穗粒数不等。

2018 年在通化市农业科学研究院试验基地对海南4 份组合材料单倍体自然加倍获得的自交穗种子，按穗行种植，行长1m，株距20cm，单粒播种，单行区，共计831 穗行。期间进行抗病、株型田间鉴定，9 月20 号收获时，穗行数≥26 行DH 系均保留，以利于对超多穗行数基因型DH 系概率准确统计。

数据处理采用DPSV14.10 数据处理系统。

2 结果与分析

2.1 单倍体自然加倍结果 将各组合材料单倍体株数、雄穗散粉株数、自交结实穗数列于表2。由此可以看出，4 份组合材料单倍体雄穗加倍率为9.8%～18%，与前人研究结果基本一致[2]；单倍体自交结实率为0.8%～4.29%。最高为杂交组合材料15D969×PH4CV，单倍体自交结实率为4.29%，杂交组合材料单倍体自交结实率比回交组合材料高2～5倍。过去研究结果认为单倍体雄穗加倍率与结实率呈正相关[3]，本试验雄穗加倍率差异不大，雄穗加倍率与结实率相关系数为0.7319，未达显著水平。

表2 各组合材料单倍体雄穗加倍率、自交结实率

杂交组合材料单倍体自交结实率高于回交组合材料，可能部分原因是回交组合材料F1具有75%回交亲本基因，在单倍体分离世代优良发育基因效应表达相对较差，从而导致结实率较低，也符合在自然环境条件下单倍体表现良好发育活力的植株拥有良好花粉发育功能、有更高结实率、种子发育基因效应表达更好的结论[4]。杂交组合材料15D969×PH4CV 单倍体雄穗加倍率不是最高，但单倍体自交结实率最高，从而在很大程度上进一步佐证了自交系PH4CV 具有较多优良结实性基因这一研究结果[3]，同时也说明DH 系15D969 优良结实性基因拥有量相对不足。

2.2 DH 系田间鉴定 针对4 份组合材料共831个DH 系，就生育后期大斑病、茎腐病、穗腐病、丝黑穗病发病程度及株高、穗位高和株型紧凑程度进行选择。杂交组合材料15D969×PH4CV 的DH 系群体中，选择出抗病、株型紧凑的DH 系107 个，株高为1.6～2.4m，穗位高为0.9～1.15m，入选率15.9%。回 交 组 合 材 料15D969×PHB1M 的DH 系 群 体中，选择出抗病、株型紧凑的DH 系2 个，株高为1.9～2.1m，穗位高为0.9～1.1m，入选率7.7%。回交组合材料PHB1M×15D969 的DH 系群体中，选择出抗病、株型紧凑的DH 系6 个，株高为1.8～2.1m，穗位高为0.8～1.2m，入选率9.4%。回交组合材料15D969×A6 的DH 系群中，选择出抗病、株型半紧凑的DH 系8 个，株高为1.3～1.8m，穗位高为0.5～0.9m，入选率11.6%。在淘汰的4 份组合材料共708 个DH 系中，未发现穗行数26 行以上的 DH 系。

2.3 超多穗行数基因型在DH 系群体中表达概 率 DH 系15D969 平均穗行数26 行，穗行数最大值为32 行。2015 年DH 系15D969 穗行鉴定共7 穗，穗行数均为30 行[1]。将穗行数≥26 行DH 系暂定为超多穗行数基因型。

将4 份组合材料入选DH 系数量及穗行数统计值列于表3。由此可以看出，杂交组合材料15D969×PH4CV DH 系选择后数量为107 个，占种植数量（672 份）的15.9%；平均穗行数19 行，最大穗行数28 行，最小穗行数12 行，变异系数16.47%；其中穗行数28 行的DH 系2 个，穗行数26 行的DH 系1 个，超多穗行数基因型占DH 系总数量0.45%、占入选DH 系数量2.8%；穗行数28 行基因型占DH 系总数量0.3%、占入选DH 系数量1.9%。

表3 DH 系群穗行数特征值

统计数据显示，DH 系15D969 穗行数平均值26行、最大值32 行、最小值20 行；自交系PH4CV 穗行数平均值16 行、最大值18 行、最小值14 行。由此可见，杂交组合材料15D969×PH4CV DH 系群体穗行数平均值介于双亲之间，低于双亲平均值2 行；穗行数最大值介于双亲之间，高于双亲最大值平均数3 行；穗行数最小值低于低穗行亲本最小值2 行。上述结果表明DH 系群体穗行数遗传分布属于加、显遗传模型，总体偏向低穗行数趋势，存在超多穗行数基因型。说明控制DH 系15D969 超多穗行数多基因群连锁比较紧密，具有较完整功能性和较强遗传表达。

回交组合材料（15D969×PHB1M）DH 系选择后数量为2 个，占种植数量（26 份）的7.7%；穗行数平均值20 行，低于双亲穗行数（15D969：26 行，PHB1M：16 行）平均值1 行。

回交组合材料（PHB1M×15D969）DH 系选择后数量为6 个，占种植数量（64 份）9.4%；平均穗行数19 行，低于双亲穗行数平均值2 行；最大穗行数22 行，低于双亲穗行数最大值（PHB1M：18 行，15D969：32 行）平均数3 行，比低穗行亲本最大值多4 行；最小穗行数16 行，低于双亲穗行数最小值（PHB1M：14 行，15D969：20 行）平均数1 行，比低穗行亲本最小值多2 行。

上述2 个正反交回交组合材料DH 系群体中超多穗行数基因型均没有表达，表现低穗行数遗传。主要原因是其F1具有75%低穗行数基因（PHB1M），在减数分裂基因分离与重组时，超多穗行数连锁基因群被部分或全部抵消，超多穗行数基因群整体功能性被削弱，超多穗行数基因型效应难以表达。再则可能是单倍体育种规模不够大。

回交组合材料（15D969×A6）DH 系选择后数量为8 个，占种植数量（69 份）11.6%；平均穗行数24.8 行，比双亲（15D969：26 行，A6：22 行）平均值多0.8 行；最大穗行数30 行，比双亲穗行数最大值（15D969：32 行，A6：26 行）平均数多1 行，比高穗行亲本最大值低2 行；最小穗行数20 行，与双亲一致。穗行数变异系数14.92%。DH 系群体中穗行数30 行DH 系1 个、穗行数28 行DH 系1 个、穗行数26 行DH 系3 个，超多穗行数基因型占DH 系总数量7.2%，占入选DH 系数量62.5%。穗行数30 行基因型占DH 系总数量1.4%。

可见，该回交组合材料DH 系群穗行数遗传为高穗行数遗传特征，超多穗行数基因群整体功能性得到保持或加强，DH 系群体中超多穗行数基因型得到较好表达。主要原因是其F1具有75%高穗行数基因（A6），在减数分裂基因分离与重组时，超多穗行数连锁基因群得以保持或加强，超多穗行数基因群整体功能性得以正常发挥，超多穗行数基因型获得概率就高。

3 结论与讨论

通化市农业科学研究院自2012 年开始参加吉林省农业科学院玉米研究所主持的“玉米单倍体规模化育种技术研究与示范”项目，本研究是该项目后继研究专题，主要是针对PH6WC 等Reid 系有较强配合力的父本系（Lancaster）组配基础材料，进行单倍体育种，以提高育种效率。本研究所获得的DH 系均为父本系，与以PH6WC 等Reid 系为母本系组配杂交种，理论上将有良好育种效果。

在DH 系群体田间综合鉴定方面，杂交组合材料（15D969×PH4CV）3 个超多穗行数DH 系和回交组合材料（15D969×A6）5 个超多穗行数DH 系，均兼有良好的抗病性、株型、果穗性状，说明超多穗行数基因型与优良农艺性状是可兼顾的。

在单倍体自交结实率方面，杂交组合材料（15D969×PH4CV）高于回交组合材料，说明杂交组合材料单倍体群拥有较多优良发育基因，107 份DH系应该具备更高配合力的潜力。

在超多穗行数基因型表达概率方面，回交组合材料（15D969×A6）超多穗行数基因型占DH 系总数量7.2%，穗行数30 行基因型占DH 系总数量1.4%。穗行数30 行基因型得以重现，说明决定超多穗行数基因群具有一定程度整体功能性和可遗传性。

杂交组合材料（15D969×PH4CV）超多穗行数基因型占DH 系总数量0.45%，穗行数28 行基因型占DH 系总数量0.3%，比张铭堂等[5]研究的玉米花粉化学诱变隐性基因突变率高0.14%～0.2%，说明玉米单倍体育种在挖掘稀有种质资源方面具有重要现实意义。