， ， ， ， ， 文才， 明鑫， ，

(吉林農(nóng)業(yè)科技學院農(nóng)學院， 吉林 吉林 132101)

如今，以生物誘導為基礎的玉米DH(Doubled Haploid)育種技術(shù)已經(jīng)成為與分子標記輔助育種、轉(zhuǎn)基因育種相媲美的現(xiàn)代三大核心育種技術(shù)之一，是加快玉米育種進程的重要手段，具有“劃時代”意義[1-2]?；谟衩譊H育種技術(shù)的實用性及其具有重大的現(xiàn)實意義，育種工作者在運用玉米DH育種技術(shù)時應當特別其注重基礎環(huán)節(jié)-誘導環(huán)節(jié)。

雜種優(yōu)勢已經(jīng)在作物育種及作物生產(chǎn)中廣泛應用，利用F1組合的雜種優(yōu)勢來提高誘導材料的株高、散粉性、結(jié)實性等，很有前景。國內(nèi)外研究表明，不同血緣的玉米單倍體誘導系在誘導率、株高等農(nóng)藝性狀之間也存在雜種優(yōu)勢[3-4]。因此，如何將誘導性狀的雜種優(yōu)勢有效地應用于玉米DH育種實踐，不斷地提高玉米DH育種效率是一項持久的研究課題。通過提高父本誘導系的誘導率可在同等誘導規(guī)模下獲得大批量的單倍體，通過提高單倍體父本誘導系的植株高度、增大誘導系材料的雄穗小花數(shù)量，可以滿足DH育種“工廠化”大規(guī)模隔離誘導材料的需求。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料分別為36份誘導系及5份測驗種，其中36份誘導系包含8份誘導系及按照NCⅡ組配的28份F1。供試誘導系的血緣及名稱見表1。供試5份測驗種分別選自國內(nèi)不同類群的玉米骨干自交系：龍抗11(Lancaster類群)、S 121(旅大紅骨類群)、鄭58(Reid類群)、吉853(塘四平頭類群)、丹599(P群)。

表1 誘導系名稱及血緣

名稱血緣 DW7(F6-UH400)-7-9-4-1-1DW8(F6-MHI)-8-4-27-10-10DW22(F6-RWS)-11-6-13-3-2DW23(BC1F5-KEMS)-5-11-8-3DW24(F6-PK6)-20-9-8-4-3DW25(BC1F5-ZMS)-14-3-5-8DW26(BC1F5- CAU5)-25-11-7-2DW27(BC1F5-WS14)-10-12-5-1

1.2 試驗方法

將供試36份誘導系材料與5份骨干系測驗種于2016年冬季播種于海南三亞。為保證誘導系材料與測驗種花期相遇，將測驗種一次性播種，36份誘導系材料分別于測驗種播種完畢后的7，10 d進行錯期播種。每份組合雜交誘導10穗。成熟后收獲雜交果穗，晾干后進行穗上脫粒再統(tǒng)計準單倍體數(shù)。當選的準單倍體于2017年夏季精細播種于吉林玉米育種基地，在苗期進行去雜去偽，單倍體鑒定及統(tǒng)計方法參照玉米單倍體育種技術(shù)(第2版)[5]，統(tǒng)計最后單倍體株數(shù)。

2017年夏季在吉林玉米育種基地進行2016年冬季的重復誘導試驗，并于2017年冬季在三亞進行單倍體鑒定。單倍體誘導率以對5份測驗種的2年試驗數(shù)據(jù)均值進行統(tǒng)計學分析。

此外，本研究于2016年冬季在三亞、2017年夏季在吉林，分別調(diào)查記載8份誘導系和28份誘導系F1的株高和雄穗小花數(shù)性狀。每份試驗材料調(diào)查5株，3次重復，取均值進行統(tǒng)計學分析。

1.3 統(tǒng)計方法

數(shù)據(jù)通過Excel 2013軟件和DPS 7.1軟件[6]進行分析。

試驗中單倍體誘導率、雜種優(yōu)勢、中親優(yōu)勢、超親優(yōu)勢計算公式如下[7]：

單倍體誘導率(%)=(單倍體株數(shù)/單倍體總粒數(shù))×100%；

雜種優(yōu)勢(%)=[F1/(P1+P2)]×100%；

中親優(yōu)勢(%)=[(F1-MP)/MP]×100%；

超親優(yōu)勢(%)=[(F1-HP)/HP]×100%；

低親優(yōu)勢(%)=[(F1-LP)/LP]×100%。

式中，P1和P2分別為親本1和親本2；MP為中親優(yōu)勢；HP為超親優(yōu)勢；LP為低親優(yōu)勢。

2 結(jié)果與分析

2.1 誘導系誘導性狀的方差分析

將8份誘導系誘導性狀的方差分析F值列于表2。由表2可知，8份誘導系間的誘導率均值、株高和雄穗小花數(shù)等誘導性狀均存在極顯著差異；不同地點

表4 28份誘導系間雜交組合株高、雄穗小花數(shù)的雜種優(yōu)勢分析

組合 株高 雄穗小花數(shù) F1均值(cm)中親優(yōu)勢MP(%)超親優(yōu)勢HP(%)F1均值(cm)中親優(yōu)勢MP(%)超親優(yōu)勢HP(%)DW7/DW8196.815.46.7405.090.346.4DW7/DW22199.213.78.0387.798.059.8DW7/DW23214.520.116.3399.4119.986.4DW7/DW24201.816.89.4334.749.311.8DW7/DW25203.214.310.1463.4144.2101.0DW7/DW26196.810.86.7386.750.96.4DW7/DW27198.810.07.8452.7114.465.6DW8/DW22195.821.518.1495.090.779.0DW8/DW23180.89.84.6574.7134.1107.8DW8/DW24189.819.617.9468.762.856.6DW8/DW25201.222.817.5486.791.976.0DW8/DW26161.8-1.1-5.2489.452.934.6DW8/DW27171.52.9-3.0508.785.083.9DW22/DW23174.53.11.0382.767.557.7DW22/DW24184.512.911.3500.784.867.3DW22/DW25199.518.416.5497.4110.2105.0DW22/DW26184.89.98.3434.743.419.6DW22/DW27182.56.53.2522.7102.691.3DW23/DW24174.54.61.0462.780.254.6DW23/DW25165.5-3.8-4.2411.084.878.2DW23/DW26186.28.47.8384.733.15.8DW23/DW27179.82.91.7554.7127.5103.0DW24/DW25169.21.9-1.2376.742.225.9DW24/DW26190.514.911.7503.752.038.5DW24/DW27184.29.14.2538.788.280.0DW25/DW26203.218.918.7464.056.227.6DW25/DW27209.520.418.5482.791.676.6DW26/DW27190.89.87.9602.789.365.8

間誘導率均值與雄穗小花數(shù)均不存在顯著差異；不同地點間株高性狀與其他2個誘導性狀間均存在顯著差異，這可能是由于三亞冬季地區(qū)日均氣溫值較長春高，一定程度上縮短了誘導系植株個體的生長發(fā)育進程，進而使株高降低。

表2 8份誘導系誘導性狀方差分析F值

變異來源株高雄穗小花數(shù)誘導率誘導系522.24**318.52**12.33**地點76.38*10.440.25誘導系×地點5.265.160.71

注：“*”表示達顯著水平；“**”表示達極顯著水平。

由表3可知，株高性狀由高到低順序為：DW 7(184.5 cm)>DW 27(176.8 cm)>DW 23(172.8 cm)>DW 25(171.2 cm)>DW 26(170.6 cm)>DW 22(165.8 cm)>DW 24(161.0 cm)>DW 8(156.5 cm)，最高值與最低值相差28 cm；對于雄穗小花數(shù)性狀，由高到低依次為DW 26(363.6)>DW 24(299.3)>DW 8(276.6)>DW 27(273.3)>DW 22(242.6)>DW 25(230.6)>DW 23(214.3)>DW 7(149.0)；對于誘導率性狀，誘導系DW 25、DW 26、DW 27的誘導率位列前3位，分別為10.13%、9.72%、9.68%，誘導系DW 24(9.53%)、DW 23(8.84%)和DW 8(8.77%)居中，而DW 22(6.91%)和DW 7(6.85%)的誘導率位列后2位。8份誘導系的株高、雄穗小花數(shù)和誘導率性狀都存在較大差異，這為DH育種實踐中對雜種優(yōu)勢的利用提供了方向。

表3 8份誘導系誘導性狀均值的多重比較

名稱株高雄穗小花數(shù)誘導率DW7184.5a149.0d6.85bDW8156.5c276.6bc8.77abDW22165.8b242.6c6.91bDW23172.8b214.3c8.84aDW24161.0bc299.3b9.53aDW25171.2b230.6c10.13aDW26170.6b363.6a9.72aDW27176.8ab273.3bc9.68a

注：表中不同小寫字母表示在0.05水平上的差異顯著性。

表5 28份誘導系間雜交組合誘導率的雜種優(yōu)勢分析

組合 誘導率F1均值(cm)中親優(yōu)勢MP(%)超親優(yōu)勢HP(%)低親優(yōu)勢LP(%)組合誘導率F1均值(cm)中親優(yōu)勢MP(%)超親優(yōu)勢HP(%)低親優(yōu)勢LP(%)DW7/DW88.377.17-4.5622.19DW22/DW249.6817.761.5740.09DW7/DW228.6025.0024.4625.55DW22/DW259.238.33-8.8933.57DW7/DW239.1016.002.9432.85DW22/DW267.86-5.47-19.1413.75DW7/DW248.736.59-8.3927.45DW22/DW278.08-2.59-16.5316.93DW7/DW259.218.48-9.0834.45DW23/DW2410.9819.5415.2224.21DW7/DW2610.0521.303.4046.72DW23/DW2512.4931.6823.3041.29DW7/DW277.28-11.92-24.796.28DW23/DW2610.118.944.0114.37DW8/DW227.33-6.51-16.426.08DW23/DW2711.1019.8714.6725.57DW8/DW238.68-1.42-1.81-1.03DW24/DW2511.8820.8517.2824.66DW8/DW249.402.73-1.367.18DW24/DW2610.408.057.009.13DW8/DW258.64-8.57-14.71-1.48DW24/DW279.55-0.57-1.340.21DW8/DW2610.1810.114.7316.08DW25/DW2611.3714.5612.2416.98DW8/DW279.765.800.8311.29DW25/DW2710.627.224.849.71DW22/DW2310.1228.5114.4846.45DW26/DW2710.094.023.814.24

2.2 株高和雄穗小花數(shù)的雜種優(yōu)勢分析

基于目前玉米DH育種實際中存在著諸如父本誘導系株高低、花粉量不充足等現(xiàn)實問題，本研究團隊利用不同血緣的誘導系相互雜交方法，通過利用株高和雄穗小花數(shù)的雜種優(yōu)勢來克服上述實踐中的不足，以期指導規(guī)?；T導系隔離誘導的需求。

由表4可知，對于株高性狀，大部分誘導系間F1均存在著一定的雜種優(yōu)勢。針對株高，位于前5位的組合為DW 7/DW 23、DW 25/DW 27、DW 25/DW 26(DW 7/DW 25)、DW 7/DW 24、DW 8/DW 25；僅組合DW 8/DW 26、DW 8/DW 27、DW 23/DW 25 和DW 24/DW 25未表現(xiàn)出超親優(yōu)勢。楊釗釗研究表明，雄穗分枝數(shù)和小花數(shù)的多少可在一定程度上代表雄穗個體花粉量的大小[8]。對于雄穗小花數(shù)性狀，28份誘導系F1的雄穗小花數(shù)均表現(xiàn)出超親優(yōu)勢，位于前5位的組合為DW 26/DW 27(602.7)、DW 8/DW 23(574.7)、DW 23/DW 27(554.7)、DW 24/DW 27(538.7)、DW 22/DW 27(522.7)。綜上，基于不同血緣的誘導系相互雜交能夠克服其株高較低和花粉量不足的問題。

2.3 誘導率的雜種優(yōu)勢分析

將不同血緣誘導系雜交后的28份F1誘導率的超親優(yōu)勢、中親優(yōu)勢和低親優(yōu)勢分析結(jié)果列于表5。由表5可知，共15份F1誘導率與其高親值相比都有不同程度的提高，最高超高親值為2.36，最低超高親值為0.08，平均超高親值為0.93。此外，組合DW 7/DW 27、DW 8/DW 22、DW 8/DW 23、DW 8/DW 25、DW 22/DW 26、DW 22/DW 27和DW 24/DW 27等7個組合的F1誘導率未表現(xiàn)出中親優(yōu)勢，組合DW 8/DW 23和DW 8/DW 25誘導率未表現(xiàn)出低親優(yōu)勢，整體來看，誘導率主要表現(xiàn)為高親和中親優(yōu)勢。

同時，表現(xiàn)出超親優(yōu)勢組合的雙親的誘導率值都普遍較高，如DW 23/DW 25(12.49)，雙親值分別為8.84和10.13；DW 24/DW 25(11.88)，雙親值分別為9.53和10.13，DW 23/DW 27(11.10)，雙親值分別為8.84和9.68。因此，通過正確選擇雙親并利用其雜種優(yōu)勢來提高雜交組合的誘導率是可行的。誘導率均值前5位的分別是DW 23/DW 25、DW 24/DW 25、DW 25/DW 26、DW 23/DW 27和DW 23/DW 24，可在利用雜種優(yōu)勢的基礎上結(jié)合自身農(nóng)藝性狀表現(xiàn)，進一步重點研究。

2.4 選育出的優(yōu)良誘導系間雜交組合

本研究發(fā)現(xiàn)，誘導系間雜交組合DW 23/DW 25(圖1)的株高在2016年夏、2017年夏2年誘導率測定時沒有超親優(yōu)勢，但誘導率最高、花粉量較大，且在2016年三亞、2017年吉林、2017年三亞連續(xù)3季的誘導率測定中能夠保證在10%以上，抗病性、開花間隔等農(nóng)藝性狀均明顯強于雙親，在育種實際中具備較高利用價值。由于誘導系來源較為單一，仍需選育更多來源差異較大的誘導系來進行誘導系間雜交組合的組配與選擇。

圖1 誘導系間雜交組合DW 23/DW 25田間長勢圖

3 結(jié)論與討論

隨著玉米DH工程化育種進程的不斷推進，快速、大量獲得玉米單倍體已成為各育種單位、科研院所的重要研究方向[9-10]。通過雜交誘導提高單倍體誘導率，是實現(xiàn)大規(guī)模獲取單倍體的有效途徑[11-12]。因此，對于新型單倍體誘導系的選育應以提高誘導率為重點，兼?zhèn)鋬?yōu)良的農(nóng)藝性狀。誘導率的提高可大大增加獲得單倍體的數(shù)量，而農(nóng)藝性狀的改良可以滿足規(guī)?；綦x誘導(節(jié)省空間、節(jié)約成本)單倍體的需求[13-14]。由本研究可知，多數(shù)誘導系F1在株高和雄穗小花數(shù)性狀上均存在超親優(yōu)勢，通過利用誘導系間雜種優(yōu)勢能夠較好地克服株高較低和花粉量不足的問題，因此對誘導率性狀變化需作重點研究。

對28份誘導系F1誘導率雜種優(yōu)勢分析表明，各組合整體表現(xiàn)以中親優(yōu)勢為主，兼具一定超親優(yōu)勢。有些表現(xiàn)出超親優(yōu)勢組合的雙親誘導率均值都較高，如DW 23/DW 27、DW 23/DW 25、DW 24/DW 25。因此，在雜種優(yōu)勢利用時應選擇高誘導率的材料進行應用，以期組配和篩選出在誘導率和農(nóng)藝性狀上都存在較大優(yōu)勢的F1，以便應用于玉米DH工程化育種實際。通過利用雜種優(yōu)勢現(xiàn)象，獲得了在誘導率、株高和花粉量性狀表現(xiàn)都較為優(yōu)良的組合DW 24/DW 25、DW 25/DW 26、DW 23/DW 27和DW 23/DW 24。組合DW 23/DW 25的株高沒有超親優(yōu)勢，但誘導率最高、花粉量大，在育種實際中具備較高利用價值，可在后期DH育種中進一步研究。

本研究亦表明，雜交組合的單倍體誘導能力不與其雙親均值呈現(xiàn)出完全的對應關(guān)系，當雙親為誘導率高/誘導率高組合時(如DW 25/DW 26和DW 25/DW 27)，雜交種的誘導能力均呈現(xiàn)出中親優(yōu)勢；當雙親為誘導率中/誘導率高組合時(如組合DW 8/DW 24)，雜交種誘導能力與誘導率低/誘導率高組合(如DW 7/DW 25)無差異，均表現(xiàn)出低親優(yōu)勢。從以上結(jié)果可以看出，單倍體誘導性狀不只由一個基因控制，而是由多個基因參與其中，且這些基因主要表現(xiàn)為加性效應，以上現(xiàn)象正與單倍體誘導性狀的遺傳機制相吻合[15]。