3个单倍体诱导系对不同基础群体玉米材料的诱导效率研究

杨通文，柏光晓，陈汁雯，余彩霞

(贵州大学农学院，贵阳 550025)

自交系的选育是获得玉米杂交种的第一步，选育自交系是育种的重点和难点。传统自交系的选育至少需要6～8代，育种年限长，效率低。而玉米单倍体育种技术(Double Haploid Technology)也称DH技术，主要是利用单倍体诱导系诱导产生单倍体，只需2～3代，缩短了育种年限，提高了育种效率[1]。单倍体诱导率与诱导系和诱导材料有关，不同诱导系对同一材料的诱导率呈显著差异，张如养等[2]利用京科诱043等6 个不同诱导系对6个玉米自交系进行杂交发现，京科诱043诱导率显著高于京科诱005和京科诱041；孙瑞等[3]通过研究高诱1号和高诱5号等5个诱导系对玉米四大种质类群的诱导结果表明，高诱5 号诱导率显著高于高诱1号。同一诱导系对不同材料的诱导率呈显著差异，祁志云等[4]以诱导系 RWS、Stock 6和高诱1号为诱导父本时，不同基础群体玉米单倍体诱导率差异明显；黎亮等[5]利用20个杂交种作母本和CAUHOI-1杂交发现，农大622的单倍体诱导率显著高于农大169。温带材料的诱导率高于热带材料的诱导率[6-7]。在西南地区的玉米育种中，解决杂交种抗性和适应性问题是关键，热带材料具有植株高大，生物产量高，适应性强，抗性好等特点，是解决抗性和适应性不可缺少的种质材料。因此，以热带材料为基础材料杂交诱导选育自交系具有重要意义。本研究利用3个单倍体诱导系对温带和热带材料进行单倍体诱导，分析同一诱导系对不同材料的诱导效率以及不同诱导系对同一材料的诱导效率，为玉米单倍体育种技术应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

选用3个单倍体诱导系Stock 6、W 1619和N 548-1作父本，供试母本材料见表1。

表1 供试母本材料

1.2 试验方法

1.2.1诱导基础材料的构建

为选出适应性强、抗性好和配合力高的自交系，以1104-1和热抗白67作母本，以18 D 3和L 040作父本，组配2个热带种质血缘材料；以PH 6 WC、103、964、郑58和Z 78作母本，以BGH 35、141和MO 17为父本，组配5个温带种质血缘材料。

1.2.2单倍体诱导和鉴定

2018年冬季在海南乐东进行单倍体诱导，由于诱导系生育期较短，采用分期播种，以便确保花期相遇。每个单倍体诱导系混粉，分别给每个母本材料授粉，收获后对得到的杂交果穗进行单倍体筛选，根据Chase[8]提出的单倍体籽粒Navajo遗传标记进行鉴定，挑选出胚部不着色胚乳着色的籽粒，最后根据苗期植株长势、株高、叶片大小和植株颜色等植株性状确定是否为真单倍体植株。

1.3 染色体加倍

1.3.1自然加倍

2019年春季在甘肃张掖进行单倍体加倍，将筛选好的准单倍体种子不经药剂处理直接播种，去除杂株，在散粉吐丝期套袋自交，统计自交结实株数。

1.3.2化学加倍

先将单倍体种子发芽，等到幼苗的胚芽鞘长1～2 cm，用刀片将幼苗芽尖划伤，以便药剂更好地浸入到生长点部位，在0.06%秋水仙素溶液中浸泡8～10 h，浸泡后用清水冲洗，在育苗盘中温室培养，待幼苗长到3～4片叶时移栽至大田。去除杂株，散粉吐丝期套袋自交，统计授粉结实株数。

1.4 调查项目

统计总粒数、准单倍体粒数、单倍体株数、吐丝株数、散粉株数、授粉结实株数，计算单倍体诱导率、雌穗加倍率、散粉率和结实率。

单倍体诱导率(%)=(准单倍体籽粒数/诱导籽粒总数)×100%;

雌穗加倍率(%)=(吐丝株数/单倍体株数)×100%;

散粉率(%)=(散粉株数/单倍体株数)×100%;

结实率(%)=(授粉结实株数/单倍体株数)×100%。

2 结果与分析

2.1 不同基础群体材料的诱导效果

由表2可以看出，不同基础群体材料之间诱导率存在差异，平均诱导率最高的是W 3，为3.56%；平均诱导率最低的是W 5，为1.71%。其中，诱导率高于4%的诱导组合有3个，分别是R 2×Stock 6、W 3×Stock 6和W 3×N 548-1，诱导率分别为4.51%、4.27%和4.03%。

表2 不同诱导系对同一材料的诱导率

2个热带材料诱导率在1.64%～4.51%之间，平均诱导率为2.93%；温带材料诱导率在1.45%～4.27%之间，平均诱导率为2.88%，2个热带血缘材料的平均诱导率略高于温带血缘材料。

2.2 不同诱导系的诱导效果

由表3可以看出，不同诱导系的诱导率在不同基础群体间存在差异，平均诱导率较高的2个诱导系是Stock 6和N 548-1，分别为3.22%和3.14%，诱导系W 1619平均诱导率相对较低，为2.33%。诱导系Stock 6、W 1619和N 548-1的变异系数都较小，分别为0.26、0.25和0.25，说明这3个诱导系在不同基础群体材料间诱导率稳定性好。

表3 同一诱导系对不同材料的诱导率

2.3 单倍体加倍率

2.3.1自然加倍和化学加倍结果比较

由表4、表5可知，化学加倍处理后单倍体散粉率在1.82%～20.34%之间，平均散粉率为6.28%；自然加倍处理后单倍体散粉率变化幅度在0.91%～9.76%之间，平均散粉率为4.15%，化学加倍后单倍体散粉率要高于自然加倍。化学加倍处理后单倍体雌穗加倍率变化幅度在14.18%～67.80%之间，平均雌穗加倍率为40.60%；自然加倍方式处理后单倍体雌穗加倍率变化幅度在11.65%～60.27%之间，平均雌穗加倍率为38.77%，化学加倍处理后单倍体雌穗加倍率要高于自然加倍。化学加倍处理后单倍体结实率变化幅度在0～5.08%之间，平均结实率为1.07%；自然加倍结实率变化幅度在0～1.30%之间，平均结实率为0.71%，化学加倍处理的结实率要高于自然加倍。

表4 单倍体化学加倍结果

表5 单倍体自然加倍结果

2.3.2不同基础群体材料单倍体加倍结果

由表6可以看出，不同单倍体材料的散粉率、雌穗加倍率和结实率差异较大。化学加倍方式下，W 5的散粉率和结实率均表现最高，雌穗加倍率仅次于W 3，加倍效果最好；R 2的散粉率、雌穗加倍率和结实率均表现最低，加倍效果最差。自然加倍方式下，W 2的雌穗加倍率和结实率均表现最高，加倍效果最好；R 2的雌穗加倍率和结实率均表现最低，散粉率略高于R 1，加倍效果最差。热带材料R 1和R 2经化学加倍和自然加倍处理，结实率均低于其它温带材料，说明2个热带材料的加倍效率比温带材料差。

表6 不同基础群体材料单倍体加倍结果

3 结论与讨论

本研究表明，3个诱导系都有诱导产生单倍体的能力。诱导系Stock 6和N 548-1诱导率较高，分别为3.22%和3.14%，且变异系数小，稳定性好，具有较好的应用潜力。W 3的平均诱导率最高，为3.56%；W 5的平均诱导率最低，为1.71%，2个材料都是温带血缘材料，说明温带血缘材料间诱导率差异较大，可进一步研究筛选出诱导率高的诱导材料。诱导率最高的2个诱导组合是R 2×Stock 6和W 3×Stock 6，诱导率分别为4.51%和4.27%。2个诱导组合都由Stock 6杂交诱导而来，说明诱导系Stock 6应用潜力更大。

2个热带血缘材料的平均诱导率为2.93%，温带血缘材料的平均诱导率为2.88%。李国良等[6]以农大高诱1号为诱导系，对不同母本材料进行诱导发现，兰卡斯特类群平均诱导率高于瑞德类群和旅系类群，热带血缘材料平均诱导率最低；苏娟娟等[7]也得出相同结论。本试验结果与之有所差异，原因可能是在所选温带材料中，W 5的显色效果差，难以辨别，在挑选过程中可能淘汰了一部分真单倍体种子，从而导致温带材料平均诱导率偏低。

单倍体加倍率与加倍方式和加倍材料有关[9-12]。化学加倍的单倍体加倍率要高于自然加倍，化学加倍处理后，W 5的加倍率最高，R 2的加倍率最低；自然加倍后，W 2的加倍率最高，R 2的加倍率最低；2个热带材料加倍率低于温带材料。在我国北方，热带材料由于受光周期的影响，生育期延长，吐丝和散粉不正常，从而影响单倍体的加倍率。

研究所选材料中，R 1属于Suwan材料，以R 1为母本进行杂交诱导时，由于显色花青素抑制基因的存在，果穗有接近一半籽粒不染色。在挑选过程中，不染色籽粒无法辨别，直接剔除，但在剔除的不染色籽粒中，可能存在单倍体种子，造成单倍体的统计会结果产生一定误差。