玉米单倍体诱导系及其杂交种对不同类型F1的诱导率评价与应用
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摘要：综合不同诱导系优良性状，组建了诱导系间杂交种，优化玉米（Zea mays）单倍体诱导技术，克服单倍体植株弱小、花粉量少、抗逆性差等缺点，研究了玉米单倍体诱导系及其杂交种对不同类型F1的诱导效果。结果表明，诱导率与母本基因型间差异达极显著水平，与父本间差异达显著水平。LA11的诱导率明显高于农大高诱1号，而两者的杂交种植株高大，雄花花粉量大，抗逆性强，综合性状明显优于两个诱导系，且诱导率接近较高的LA11，可以用于自然杂交诱导育种；自然加倍率与父本无关，与母本基因型关系密切。
关键词：玉米（Zea mays）；单倍体诱导系；诱导率；自然加倍率
中图分类号：S513 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2015）18-4398-03
DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.18.004
玉米单倍体诱导育种技术已成为国内外种业公司及科研院校主要的玉米选系技术，国际大型种业公司已经具有成熟的DH育种体系，实现了规模化和工厂化育种。自Coe[1]发现了诱导系“Stock6”以来，通过几十年的研究，以“Stock6”为基础诱导系的改良得到了突飞猛进地发展。Chang[2]将控制子粒糊粉层和胚芽色素形成的AcR-nj基因和控制不定根、叶鞘和茎秆色素形成的ABPI基因导入“Stock6”，使之成为具有子粒和植株显性双遗传标记的孤雌生殖诱导系，并在育种中得到了应用。在中国，刘志增等[3]用一个高油玉米改良群体“BHo”和“Stock6”杂交，经多代自交和测交选育出“农大高诱1号”单倍体诱导系，其诱导率可达5.8%，并广泛应用于国内各科研院校及企业中。
本试验以两个诱导系及其杂交种作父本，用3个不同类型的杂交种作母本进行杂交诱导，对不同诱导系及系间杂交种和不同类型母本的诱导率进行研究与评价，同时对不同诱导系及其杂交种诱导产生的单倍体自然加倍率进行研究与探讨。
1 材料与方法
1.1 材料
母本为同一类群组配的杂交种（F1），分别为L1：自育系N21×TD1（马齿型）；L2：Y8201×F19（中间型）；L3：18599×SW1（硬粒型）。父本为农大高诱1号、LA11及其杂交种农大高诱1号×LA11（表1）。
1.2 方法
1.2.1 组建母本和父本杂交种 2012年春季在湖北恩施天池山试验基地进行，分别组建杂交组合L1、L2和L3及农大高诱1号×LA11，冬季在海南陵水基地进行杂交诱导。
1.2.2 试验设计 选好隔离区，采用制种方式进行自然授粉杂交。试验采用双列杂交法，3个父本分别与3个母本杂交， 共9个处理，每个处理40行，其中母本30行，父本10行（父母本按1∶3间比排列），行长4 m，宽67 cm，株距33 cm，每行12株。当母本一叶一心期时播父本。在授粉期间，对母本严格去雄，并对每个小区进行隔离，防止外来花粉进入授粉。
1.2.3 单倍体鉴选 成熟收获后，根据子粒的R-nj标记挑选出拟单倍体种子，同时记下总粒数和拟单倍体数。
1.2.4 单倍体自然加倍 获得的准单倍体子粒于2013年春季在恩施天池山试验地种植。种植行长4 m，行距50 cm，株距20 cm。因单倍体发芽力和生活力非常弱，因此在播种期及苗期，田间管理应相当精细。上年深翻松土，越冬后田间加施有机肥，用耕整机平整田块，土壤条件适宜时起垄覆膜，保证土壤湿度和温度，打孔播种，单粒精播，用细湿土盖种，力保全苗。待5～8叶期，通过观察叶鞘颜色和植株生长势等判断，去除假单倍体植株，并第1次确定单倍体数量；在开花授粉期间，根据植株颜色及长势去除假单倍体植株，再次确定单倍体数量。
1.2.5 诱导率的统计与分析 诱导率=（真实单倍数/总粒数）×100%。
1.2.6 自然加倍率的统计与分析 主要针对恩施州农业科学院天池山基地海拔较高、温差较大等特异的气候、生态条件，对玉米单倍体进行自然加倍，分析探讨诸因素对玉米单倍体加倍效率的影响。
加倍率=（收获DH数/总株数）×100%。
以上数据均用Excel 2003软件进行分析。
2 结果与分析
2.1 不同诱导系及其杂交种对不同玉米群体诱导结实性分析
通过R-nj标记性状对单倍体子粒进行鉴选，对子粒总数进行统计，由表2和表3可知，两个诱导系诱导产生的总粒数和单倍体数在同一水平上，而用诱导系间杂交种农大高诱1号×LA11作父本诱导的母本总子粒数和单倍体数明显高于前两者。这可能是在自然杂交授粉过程中，由于两个诱导系生育期较短，田间长势弱，花粉量少，导致母本群体授粉结实性差；相反，杂交种长势旺，花粉量大，母本授粉结实性好，子粒多，中选的单倍体也多。
2.2 不同诱导系及其杂交种对不同类型群体的诱导率分析
在通过R-nj标记性状鉴别单倍体过程中，因为胚未完全显色和诱导系的标记退化等原因，有可能出现杂合二倍体，可引起挑选的拟单倍体子粒中存在一些杂合二倍体[4]，可通过田间长势和性状进行鉴选和判断，最终确定单倍体数。由表2和表4可知，诱导率与母本和父本的基因型均相关。在同类型的母本诱导中，LA11的诱导率较高，杂交种高诱1号×LA11的诱导率次之，农大高诱1号最低；同一个父本诱导时，马齿型的母本诱导率最高，中间型次之，硬粒型最低，说明诱导率与母本基因型存在显著差异。
2.3 不同诱导系及其杂交种诱导的不同类型群体的自然加倍率分析
由表5可知，不同类型的母本单倍体加倍效率与母本基因型存在显著差异，而与父本基因型无明显差异。
3 小结与讨论
3.1 诱导系及其杂交种对母本群体授粉结实性的影响 在本试验中，诱导系LA11和农大高诱1号的杂交种诱导产生的总粒数和单倍体数均显著高于两者诱导的数量。在收获和鉴选过程中，发现前者诱导的结实性较好，而后者诱导的母本果穗上有明显结实不全及秃尖的现象。通过分析，一是诱导系LA11和农大高诱1号生长势弱，抗倒伏性差，二是两者生育期较母本短10 d左右，在各个生育阶段均落后于母本群体，在吸收光照资源、肥水等方面均处于弱势，生长受阻，花期花粉量较少，散粉期短，导致母本接受花粉量少，结实率低，出现结实不全及秃尖的现象；而两者的杂交种由于存在杂种优势，生长势及抗逆性均明显强于两个亲本，花期花粉量大，散粉期长，母本能接受更多的花粉，结实性更好。
3.2 诱导系及其杂交种对诱导率及加倍率的影响
在本试验中，诱导系LA11对不同类型母本群体的诱导率均显著高于农大高诱1号，而其杂交种的诱导率介于两者之间，略倾向于较高的LA11；同一诱导系对不同类型母本群体的诱导率测试中，马齿型的诱导率最高，其次是中间型，而硬粒型最低，这说明了母本基因型对诱导率的差异具有明显影响，这与孙瑞等[5]、才卓等[6，7]和陈绍江等[8]的研究结果基本一致，因此，对单倍体诱导系的诱导率进行评价或开展单倍体诱导系改良时，应考虑到测定母本的基因型等综合因素[9]。本试验中，马齿型的加倍率较高，中间型次之，硬粒最低，基本与诱导率一致，这说明单倍体加倍率与母本基因型的差异存在明显相关性，与父本基因型无关，这与魏昌松[10]的研究结果基本一致。
3.3 诱导系间杂交种在玉米诱导育种中的利用及评价
玉米单倍体诱导育种已被广大育种者认可且广泛应用。一些中小育种企业和基层农业科学院由于受到人力、物力及财力的影响，基本处于试探型或小作坊试验中，用常用的套袋杂交也能完成育种任务。如果一旦大规模启用单倍体诱导育种技术，不可能用常规授粉方法完成育种任务，而利用杂交制种的方法诱导产生单倍体，省工、省时，有利于规模化育种。鉴于绝大多数单倍体诱导系生育期短、长势弱、抗逆性差、花粉量小且花期短，不利于自然杂交授粉，所以在本试验组建了诱导系间杂交种，通过试验，比较了诱导系及系间杂交种在自然授粉诱导中的差异，分析总结了诱导系间杂交种在大田诱导玉米单倍体的可行性和优越性，以便于为其他育种企业及科研单位提供可行的信息与经验。
参考文献：
[1] COE E H. A line of maize with high haploid frequency[J].Amer Nat，1959，93：381-382.
[2] CHANG M T. Preferential fertilization induced from Stock 6[J].Maize Genet Coop Newslett，1992，66：99-100.
[3] 刘志增，宋同明.玉米高频率孤雌生殖单倍体诱导系的选育与鉴定[J].作物学报，2000，26（5）：570-574.
[4] 张如养，段民孝，赵久然，等.6个玉米单倍体诱导系诱导率的差异性研究[J].玉米科学，2013，21（2）：6-10.
[5] 孙 瑞，景希强，高洪敏.单倍体诱导系对玉米不同种质类群诱导效果的初步研究[J].辽宁农业科学，2013（3）：18-21.
[6] 才 卓，徐国良，刘向辉，等.玉米高频率单倍生殖诱导系吉高诱系3号的选育[J].玉米科学，2007，15（1）：1-4.
[7] 才 卓，徐国良，任 军，等.玉米杂交诱导单倍体选育自交系技术规范（修订版）[J].玉米科学，2013，21（2）：1-5.
[8] 陈绍江，黎 亮，李浩川.玉米单倍体育种技术[M].北京：中国农业大学出版社，2009.
[9] 丁照华，王志武，徐立华，等.玉米单倍体诱导率与玉米遗传背景相关研究[J].玉米科学，2013，22（2）：18-21.
[10] 魏昌松.玉米单倍体高频诱导系的筛选与加倍技术的研究[D].武汉：华中农业大学，2011.
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