不同世代玉米诱导率与加倍率研究及DH系配合力分析

张艳辉, 马艺文，倪志刚，孙盼盼，郑永照，康 恒，孙晓晨，董本春

(1.通化市农业科学研究院，吉林 梅河口 135007；2.河北兆育种业集团有限公司，河北 石家庄 050000)

玉米单倍体育种已成为玉米现代化育种的重要技术[1]，是现代玉米育种的三大核心技术之一[2-4]。玉米单倍体育种技术将常规自选系6～7代成功地缩短为两个世代，提高了选育效率，一代自交就可以获得纯合的自交系[5-8]，加快了育种进程[9]。玉米单倍体加倍技术具有目标选择性高，淘汰率高等优点[10]，因此被广泛应用[11]。玉米单倍体育种技术体系由杂交诱导、单倍体加倍、DH系鉴定以及DH系测配四个部分组成，玉米单倍体育种大规模应用主要的限制因素是诱导率和玉米单倍体加倍率[12]。有关玉米单倍体诱导率以及加倍率影响因素的报道很多[13-14]，但其中自交后代对其影响因素的报道相对较少。通过分析S0、S1、S2、S3世代产生的DH系的配合力，研究各世代DH系配合力遗传变异规律，以期为玉米单倍体育种提供依据。

1 材料与方法

以Lancster类群的玉米自交系PH 5 AD和PH 4 CV进行杂交组配，连续自交4代，形成S0、S1、S2和S3四个世代。利用诱导系H-4与不同世代杂交，分别在每个世代对10株植株进行杂交诱导。收获后，根据R-navajo标记，对籽粒逐粒鉴定。根据杂交当代籽粒数和准单倍体籽粒数，计算单倍体诱导率。

每个世代选取180粒准单倍体种子，在恒温箱里发芽，两次重复，待幼芽长至1.5 cm左右时，将顶端胚芽鞘切掉1～2 mm，在室温下浸泡于浓度为0.6%的秋水仙素溶液中，浸泡时长分别为6 h、8 h和10 h，每个世代每个时长处理60个单倍体幼芽。

以DHT 1-1、DHT 1-2、DHT 1-3、DHT 1-4、DHT 1-5分别代表S0世代的5个DH系，每个世代表示方式以此类推。选用5个Reid类群的自交系PH 6 WC、M 54、PH 2 GAA、PH 09 B和郑58作测验种，采用NCⅡ设计，每个世代分别组配25个(5×5)杂交组合。对杂交组合进行随机区组处理，试验设置6.0万株/hm2，3次重复，行长为5 m，行距0.6 m，4行区。成熟时连续收获10株，测定单株产量，以10株均值为统计单位。统计分析应用Excel软件及DPS软件。

2 结果与分析

2.1 各世代间诱导率分析

由表1可知，利用诱导系H-4对四个世代进行诱导，不同自交后代诱导率有明显差异。S0>S1>S2>S3，平均诱导率分别为10.66%、9.48%、8.14%、6.36%。

对四个世代诱导率进行多重比较(见表1)。从表1可以看出，α=0.05水平上，S0、S1、S2和S3世代间均有显著差异。α=0.01水平上，S0与S1世代间无显著差异，S0、S1与S2、S3世代差异极显著。由此得出，同一诱导系，不同世代对诱导率有明显影响。

表1 不同世代玉米单倍体诱导率多重比较Table 1 Multiple comparison of haploid induction rate in different generations of maize

2.2 不同世代的单倍体加倍率分析

相同浓度秋水仙素不同浸芽时长之间的单倍体加倍率差异极显著，不同世代间单倍体加倍率差异不显著(表2)。不同世代与不同浸芽时长间差异不显著，没有明显的互作效应。相同浓度秋水仙素浸芽不同时长处理单倍体的加倍率如图1所示，8 h浸芽时长处理的单倍体加倍率最高，平均加倍率为19.91%；10 h浸芽时长处理的单倍体加倍率最低，平均加倍率为5.16%(见图1)。

表2 不同世代与不同浸芽时长单倍体加倍率方差分析Table 2 Variance analysis of haploid doubling rate in different generations and different soaking time

图1 不同世代与不同浸芽时长处理的加倍率分析Fig.1 Analysis of doubling rate of different generations and different soaking time treatments

2.3 不同世代DH系配合力分析

2.3.1不同世代DH系配合力的方差分析

对S0、S1、S2、S3世代杂交诱导，秋水仙素加倍处理后产出的DH系进行单株产量的方差分析(表3)，结果均达到显著、极显著差异，说明各世代产出的DH系遗传差异明显，可进行配合力分析。

表3 不同世代DH系的单株产量方差分析Table 3 Variance analysis of yield per plant of DH lines in different generations

2.3.2不同世代DH系一般配合力分析

对各世代产出的DH系单株产量进行一般配合力分析，一般配合力效应值如图2所示。S0世代的DH系一般配合力平均效应值为-1.67，变化范围是-12.51～7.59；S1世代的平均效应值为1.71，变化范围是-11.37～15.26；S2世代的平均效应值为7.92，变化范围是2.21～17.37；S3世代的平均效应值为5.68，变化范围是-2.68～17.23。S1世代产生的DH系的单株产量一般配合力变化幅度最大，并且出现了一般配合力效应值为15.26的高配合力DH系(DHT 2-5)。S1世代的DH系单株产量性状GCA效应值变化幅度最大，负效应值所占比例大于正效应值所占的比例。于S0世代诱导、加倍后产生的DH系，出现一般配合力高的概率较小。S2世代和S3世代单株产量性状一般配合力效应值除DHT 4-3之外都是正效应值，变化幅度较小，且S2世代出现了最高的GCA效应值的DH系。S2世代一般配合力效应值普遍较高，并且出现了最高配合力效应值的DHT 3-4，其一般配合力效应值为17.37，说明在S2世代更容易出现一般配合力高的DH系，选育出优良DH系的可能性较大。

图2 不同世代DH系单株产量性状GCA效应值及变幅Fig.2 GCA effect value and amplitude of yield traits per plant of DH lines in different generations

2.3.3不同世代DH系特殊配合力分析

从表4可以看出，对各世代组配的杂交组合进行特殊配合力测定，不同世代杂交组合的特殊配合力效应值变化幅度较大，同时得到了特殊配合力效应值最高的杂交组合。特殊配合力效应值变化幅度与一般配合力效应值变化幅度基本一致，S1世代的特殊配合力效应值变化幅度最大，S2、S3世代特殊配合力效应值变化幅度很小。其中，特殊配合力效应值最高的组合是S2世代的DHT 3-4×PH 6 WC，效应值为29.97。一般配合力效应值最高值出现在S3世代，而特殊配合力效应值最高值出现在S2世代，说明一般配合力和特殊配合力未能始终保持一致，导致此结果的主要原因是决定特殊配合力的是非加性效应。

表4 各个世代杂交组合SCA效应值变幅及SCA效应值最高组合Table 4 Variation of SCA effect value and the combination with the highest SCA effect value in different generations of hybrid combinations

3 结论与讨论

3.1 单倍体诱导率受不同世代的影响

影响玉米单倍体诱导率的因素有很多，不同基因型[15-16]和不同生态环境[17]对同一诱导系的诱导率均有影响。本研究通过对相同遗传基础、不同自交后代进行诱导，诱导率为6.36%～10.66%，平均诱导率为8.66%，比杨巍等[18]的结果低，但高于张如养等[19]的结果。相同诱导系在不同世代的诱导率各不相同，通过多重比较可知，S0世代的诱导率最高且与其他世代存在显著和极显著差异，并且世代越高诱导率反而越低，与李国良等[20]的研究结果大不相同。

3.2 相同浓度秋水仙素不同浸芽时长对单倍体加倍率的影响

玉米单倍体自然加倍的加倍率特别低，慈佳宾等[21]研究表明，自然加倍率最高仅能达到5%，甚至有很多材料不发生加倍。因此，需利用化学加倍来获得大量玉米DH系。化学加倍的方法有很多[22-23]，利用最多的是秋水仙素。本研究采用秋水仙素浸芽不同时长对四个不同世代产生的单倍体进行加倍，且不同浸芽时长间差异达极显著水平，其中8 h的处理加倍率最高，与刘晓鑫等[24]研究结果一致，平均加倍率为19.91%。不同浸芽时长对加倍率影响很大，加倍率并不是随着浸芽时长的增加而增加，而是在达到一定时长时加倍率达到峰值，再增加浸芽时长加倍率反而会下降，所以最佳浸芽时长的探索也是单倍体育种中的重要内容。

3.3 不同世代的DH系分析

选育优良自交系是玉米育种中最关键的环节，常规玉米育种选育自交系需要6～7个世代，S0是最不稳定的一代。李凤艳等[25]研究认为，S2和S3选系变异幅度最大，而王振萍[26]研究认为，S2，S3世代时，各个性状已经基本趋于稳定。本研究在S1世代进行杂交诱导，并利用单倍体加倍后产生的DH系，一般配合力与特殊配合力的变化幅度较明显，S2和S3效应值变化幅度较小。S0世代的DH系，一般配合力的平均效应值为负数，所以产生高配合力的DH系的可能性不大。S1世代DH系的一般配合力负效应值比正效应值所占的比例大。S2和S3世代单株产量效应值变化幅度较小，且S2世代出现了一般配合力效应值最高的DH系，说明在S2世代更容易出现高配合力的DH系，选育出优良DH系的可能性更大。