劉傳兵等

摘要：綜合不同誘導(dǎo)系優(yōu)良性狀，組建了誘導(dǎo)系間雜交種，優(yōu)化玉米（Zea mays）單倍體誘導(dǎo)技術(shù)，克服單倍體植株弱小、花粉量少、抗逆性差等缺點(diǎn)，研究了玉米單倍體誘導(dǎo)系及其雜交種對(duì)不同類型F1的誘導(dǎo)效果。結(jié)果表明，誘導(dǎo)率與母本基因型間差異達(dá)極顯著水平，與父本間差異達(dá)顯著水平。LA11的誘導(dǎo)率明顯高于農(nóng)大高誘1號(hào)，而兩者的雜交種植株高大，雄花花粉量大，抗逆性強(qiáng)，綜合性狀明顯優(yōu)于兩個(gè)誘導(dǎo)系，且誘導(dǎo)率接近較高的LA11，可以用于自然雜交誘導(dǎo)育種；自然加倍率與父本無關(guān)，與母本基因型關(guān)系密切。

關(guān)鍵詞：玉米（Zea mays）；單倍體誘導(dǎo)系；誘導(dǎo)率；自然加倍率

中圖分類號(hào)：S513 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2015）18-4398-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.18.004

玉米單倍體誘導(dǎo)育種技術(shù)已成為國內(nèi)外種業(yè)公司及科研院校主要的玉米選系技術(shù)，國際大型種業(yè)公司已經(jīng)具有成熟的DH育種體系，實(shí)現(xiàn)了規(guī)模化和工廠化育種。自Coe[1]發(fā)現(xiàn)了誘導(dǎo)系“Stock6”以來，通過幾十年的研究，以“Stock6”為基礎(chǔ)誘導(dǎo)系的改良得到了突飛猛進(jìn)地發(fā)展。Chang[2]將控制子粒糊粉層和胚芽色素形成的AcR-nj基因和控制不定根、葉鞘和莖稈色素形成的ABPI基因?qū)搿癝tock6”，使之成為具有子粒和植株顯性雙遺傳標(biāo)記的孤雌生殖誘導(dǎo)系，并在育種中得到了應(yīng)用。在中國，劉志增等[3]用一個(gè)高油玉米改良群體“BHo”和“Stock6”雜交，經(jīng)多代自交和測(cè)交選育出“農(nóng)大高誘1號(hào)”單倍體誘導(dǎo)系，其誘導(dǎo)率可達(dá)5.8%，并廣泛應(yīng)用于國內(nèi)各科研院校及企業(yè)中。

本試驗(yàn)以兩個(gè)誘導(dǎo)系及其雜交種作父本，用3個(gè)不同類型的雜交種作母本進(jìn)行雜交誘導(dǎo)，對(duì)不同誘導(dǎo)系及系間雜交種和不同類型母本的誘導(dǎo)率進(jìn)行研究與評(píng)價(jià)，同時(shí)對(duì)不同誘導(dǎo)系及其雜交種誘導(dǎo)產(chǎn)生的單倍體自然加倍率進(jìn)行研究與探討。

1 材料與方法

1.1 材料

母本為同一類群組配的雜交種（F1），分別為L1：自育系N21×TD1（馬齒型）；L2：Y8201×F19（中間型）；L3：18599×SW1（硬粒型）。父本為農(nóng)大高誘1號(hào)、LA11及其雜交種農(nóng)大高誘1號(hào)×LA11（表1）。

1.2 方法

1.2.1 組建母本和父本雜交種 2012年春季在湖北恩施天池山試驗(yàn)基地進(jìn)行，分別組建雜交組合L1、L2和L3及農(nóng)大高誘1號(hào)×LA11，冬季在海南陵水基地進(jìn)行雜交誘導(dǎo)。

1.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 選好隔離區(qū)，采用制種方式進(jìn)行自然授粉雜交。試驗(yàn)采用雙列雜交法，3個(gè)父本分別與3個(gè)母本雜交， 共9個(gè)處理，每個(gè)處理40行，其中母本30行，父本10行（父母本按1∶3間比排列），行長4 m，寬67 cm，株距33 cm，每行12株。當(dāng)母本一葉一心期時(shí)播父本。在授粉期間，對(duì)母本嚴(yán)格去雄，并對(duì)每個(gè)小區(qū)進(jìn)行隔離，防止外來花粉進(jìn)入授粉。

1.2.3 單倍體鑒選 成熟收獲后，根據(jù)子粒的R-nj標(biāo)記挑選出擬單倍體種子，同時(shí)記下總粒數(shù)和擬單倍體數(shù)。

1.2.4 單倍體自然加倍 獲得的準(zhǔn)單倍體子粒于2013年春季在恩施天池山試驗(yàn)地種植。種植行長4 m，行距50 cm，株距20 cm。因單倍體發(fā)芽力和生活力非常弱，因此在播種期及苗期，田間管理應(yīng)相當(dāng)精細(xì)。上年深翻松土，越冬后田間加施有機(jī)肥，用耕整機(jī)平整田塊，土壤條件適宜時(shí)起壟覆膜，保證土壤濕度和溫度，打孔播種，單粒精播，用細(xì)濕土蓋種，力保全苗。待5～8葉期，通過觀察葉鞘顏色和植株生長勢(shì)等判斷，去除假單倍體植株，并第1次確定單倍體數(shù)量；在開花授粉期間，根據(jù)植株顏色及長勢(shì)去除假單倍體植株，再次確定單倍體數(shù)量。

1.2.5 誘導(dǎo)率的統(tǒng)計(jì)與分析 誘導(dǎo)率=（真實(shí)單倍數(shù)/總粒數(shù)）×100%。

1.2.6 自然加倍率的統(tǒng)計(jì)與分析 主要針對(duì)恩施州農(nóng)業(yè)科學(xué)院天池山基地海拔較高、溫差較大等特異的氣候、生態(tài)條件，對(duì)玉米單倍體進(jìn)行自然加倍，分析探討諸因素對(duì)玉米單倍體加倍效率的影響。

加倍率=（收獲DH數(shù)/總株數(shù)）×100%。

以上數(shù)據(jù)均用Excel 2003軟件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同誘導(dǎo)系及其雜交種對(duì)不同玉米群體誘導(dǎo)結(jié)實(shí)性分析

通過R-nj標(biāo)記性狀對(duì)單倍體子粒進(jìn)行鑒選，對(duì)子粒總數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，由表2和表3可知，兩個(gè)誘導(dǎo)系誘導(dǎo)產(chǎn)生的總粒數(shù)和單倍體數(shù)在同一水平上，而用誘導(dǎo)系間雜交種農(nóng)大高誘1號(hào)×LA11作父本誘導(dǎo)的母本總子粒數(shù)和單倍體數(shù)明顯高于前兩者。這可能是在自然雜交授粉過程中，由于兩個(gè)誘導(dǎo)系生育期較短，田間長勢(shì)弱，花粉量少，導(dǎo)致母本群體授粉結(jié)實(shí)性差；相反，雜交種長勢(shì)旺，花粉量大，母本授粉結(jié)實(shí)性好，子粒多，中選的單倍體也多。

2.2 不同誘導(dǎo)系及其雜交種對(duì)不同類型群體的誘導(dǎo)率分析

在通過R-nj標(biāo)記性狀鑒別單倍體過程中，因?yàn)榕呶赐耆@色和誘導(dǎo)系的標(biāo)記退化等原因，有可能出現(xiàn)雜合二倍體，可引起挑選的擬單倍體子粒中存在一些雜合二倍體[4]，可通過田間長勢(shì)和性狀進(jìn)行鑒選和判斷，最終確定單倍體數(shù)。由表2和表4可知，誘導(dǎo)率與母本和父本的基因型均相關(guān)。在同類型的母本誘導(dǎo)中，LA11的誘導(dǎo)率較高，雜交種高誘1號(hào)×LA11的誘導(dǎo)率次之，農(nóng)大高誘1號(hào)最低；同一個(gè)父本誘導(dǎo)時(shí)，馬齒型的母本誘導(dǎo)率最高，中間型次之，硬粒型最低，說明誘導(dǎo)率與母本基因型存在顯著差異。

2.3 不同誘導(dǎo)系及其雜交種誘導(dǎo)的不同類型群體的自然加倍率分析

由表5可知，不同類型的母本單倍體加倍效率與母本基因型存在顯著差異，而與父本基因型無明顯差異。

3 小結(jié)與討論

3.1 誘導(dǎo)系及其雜交種對(duì)母本群體授粉結(jié)實(shí)性的影響

在本試驗(yàn)中，誘導(dǎo)系LA11和農(nóng)大高誘1號(hào)的雜交種誘導(dǎo)產(chǎn)生的總粒數(shù)和單倍體數(shù)均顯著高于兩者誘導(dǎo)的數(shù)量。在收獲和鑒選過程中，發(fā)現(xiàn)前者誘導(dǎo)的結(jié)實(shí)性較好，而后者誘導(dǎo)的母本果穗上有明顯結(jié)實(shí)不全及禿尖的現(xiàn)象。通過分析，一是誘導(dǎo)系LA11和農(nóng)大高誘1號(hào)生長勢(shì)弱，抗倒伏性差，二是兩者生育期較母本短10 d左右，在各個(gè)生育階段均落后于母本群體，在吸收光照資源、肥水等方面均處于弱勢(shì)，生長受阻，花期花粉量較少，散粉期短，導(dǎo)致母本接受花粉量少，結(jié)實(shí)率低，出現(xiàn)結(jié)實(shí)不全及禿尖的現(xiàn)象；而兩者的雜交種由于存在雜種優(yōu)勢(shì)，生長勢(shì)及抗逆性均明顯強(qiáng)于兩個(gè)親本，花期花粉量大，散粉期長，母本能接受更多的花粉，結(jié)實(shí)性更好。

3.2 誘導(dǎo)系及其雜交種對(duì)誘導(dǎo)率及加倍率的影響

在本試驗(yàn)中，誘導(dǎo)系LA11對(duì)不同類型母本群體的誘導(dǎo)率均顯著高于農(nóng)大高誘1號(hào)，而其雜交種的誘導(dǎo)率介于兩者之間，略傾向于較高的LA11；同一誘導(dǎo)系對(duì)不同類型母本群體的誘導(dǎo)率測(cè)試中，馬齒型的誘導(dǎo)率最高，其次是中間型，而硬粒型最低，這說明了母本基因型對(duì)誘導(dǎo)率的差異具有明顯影響，這與孫瑞等[5]、才卓等[6，7]和陳紹江等[8]的研究結(jié)果基本一致，因此，對(duì)單倍體誘導(dǎo)系的誘導(dǎo)率進(jìn)行評(píng)價(jià)或開展單倍體誘導(dǎo)系改良時(shí)，應(yīng)考慮到測(cè)定母本的基因型等綜合因素[9]。本試驗(yàn)中，馬齒型的加倍率較高，中間型次之，硬粒最低，基本與誘導(dǎo)率一致，這說明單倍體加倍率與母本基因型的差異存在明顯相關(guān)性，與父本基因型無關(guān)，這與魏昌松[10]的研究結(jié)果基本一致。

3.3 誘導(dǎo)系間雜交種在玉米誘導(dǎo)育種中的利用及評(píng)價(jià)

玉米單倍體誘導(dǎo)育種已被廣大育種者認(rèn)可且廣泛應(yīng)用。一些中小育種企業(yè)和基層農(nóng)業(yè)科學(xué)院由于受到人力、物力及財(cái)力的影響，基本處于試探型或小作坊試驗(yàn)中，用常用的套袋雜交也能完成育種任務(wù)。如果一旦大規(guī)模啟用單倍體誘導(dǎo)育種技術(shù)，不可能用常規(guī)授粉方法完成育種任務(wù)，而利用雜交制種的方法誘導(dǎo)產(chǎn)生單倍體，省工、省時(shí)，有利于規(guī)?；N。鑒于絕大多數(shù)單倍體誘導(dǎo)系生育期短、長勢(shì)弱、抗逆性差、花粉量小且花期短，不利于自然雜交授粉，所以在本試驗(yàn)組建了誘導(dǎo)系間雜交種，通過試驗(yàn)，比較了誘導(dǎo)系及系間雜交種在自然授粉誘導(dǎo)中的差異，分析總結(jié)了誘導(dǎo)系間雜交種在大田誘導(dǎo)玉米單倍體的可行性和優(yōu)越性，以便于為其他育種企業(yè)及科研單位提供可行的信息與經(jīng)驗(yàn)。

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