玉米單倍體誘導系選育及誘導效果

賀正華+高立+張士龍+姜海鷹+黃益勤

摘要：以國內外引進的玉米單倍體誘導系為基礎材料進行本地選育改良，得到農藝性狀和綜合抗性較好的誘導系新材料32份。用雜交種中農大451、宜單629和登海9號為測驗種對這32份誘導系材料進行誘導率測定，其平均誘導率差異很大，為1.40%～9.72%。試驗還表明，用相同的誘導系進行誘導，不同母本雜交種誘導率也有差異。

關鍵詞：玉米單倍體；誘導系；選育；誘導效果

中圖分類號：S513；S503.52 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2014）19-4533-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2014.19.006

Breeding and Induction of Maize Haploid Inducers

HE Zheng-hua1，GAO Li2，ZHANG Shi-long1， JIANG Hai-ying3， HUANG Yi-Qin1

（1.Food Crops Institute， Hubei Academy of Agricultural Science， Wuhan 430064， China；

2.College of Agronomy， Shenyang Agricultural University， Shenyang 110161， China）

Abstract： 32 maize haploid inducers with comprehensively enhanced resistance were obtained by genetically improving maize haploid inducers of domestic and overseas. The induction rates of these 32 inducers were tested by maize hybrid Zhongnongda 451， Yidan 629 and Denghai No.9. The induction rates had a broad variation ranged from 1.40% to 9.72%. It is indicated the induction rates are different among the inducers.

Key words： maize haploid； inducer；breeding； induction effect

單倍體育種技術能加快自交系選育進程，縮短育種年限，顯著提高育種效率。自從Coe[1]發(fā)現玉米孤雌生殖誘導系Stock6以來，育種家們已經利用Stock6作父本誘導了大量母本單倍體，從而使玉米單倍體育種逐步開展起來[2]。但Stock6自身存在著誘導率偏低、花粉量少、病害嚴重等一些缺陷，因此，國內外許多育種家相繼對其進行了改良。Lashermes等[3]從Stock6×W23（ig）后代中選育出誘導系SW14；Sarkar等[4]從Stock6的回交后代中獲得了誘導率超過5%的新材料；劉志增等[5]從Stock6×BHO（高油群體）后代中獲得誘導率達5.34%的誘導系農大高誘1號，才卓等[6]從Stock6與M278的雜交后代中育成了高頻率單倍體誘導系吉高誘系3號。目前德國、法國和美國的一些大公司已經選育出誘導率6%以上的誘導系[7]，并已開始商業(yè)化應用。

由于商業(yè)利益競爭，一些改良成功的誘導系都申請了專利，限制了這些高頻率誘導系在國內的利用。而且，國內外已經選育的單倍體誘導系多為溫帶血緣，在其他生態(tài)條件下往往會遇到生態(tài)適應性問題，如在湖北地區(qū)種植就會表現出熟期變早、花粉量較少、花期不遇和抗病性差等諸多缺點。因此，外引單倍體誘導系在利用前有個改良適應的過程。本研究以從國內外引進的單倍體誘導系為基礎材料，通過本地選育改良，得到適應性較好、繁種簡單的誘導系新材料，并研究其誘導效果，對開展玉米單倍體育種工作具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 基礎材料

本研究選用4個不同遺傳背景的單倍體誘導系基礎材料，采用適應性選擇、頂交、回交和自交分離等方法選育誘導系，所用的基礎材料均帶有Stock6血緣，引進材料都帶有子粒Navajo標記和ABP1紫色植株標記。

1.2 選育方法

由于Stock6自身存在著誘導率偏低、花粉量少、病害嚴重等一些缺陷，課題組利用三種模式構建基礎選系材料，即國外誘導系×普通玉米自交系再回交一次、國外誘導系×普通玉米群體再回交一次和國內誘導系×國外誘導系。

2008年以Stock6與178及優(yōu)良群體LBM雜交獲得F1代基礎材料，同年海南用Stock6回交一次，2009年引入低世代群體J1500和J1901，J1500和J1901來源于國內誘導系農大高誘1號×國外誘導系Stock6。對4個不同來源的材料采用系譜法連續(xù)進行至少6個世代的選育。早代時對子粒的Navajo標記進行重點選擇，篩選Navajo標記明顯的子粒單粒育苗移栽，每個單株自交的同時利用其花粉進行單株誘導率測定，每株用3個測交材料，每個組合測交3穗以上。同時兼顧植株ABP1標記、花粉量、結實性及抗病性等。在對單株誘導率測定的基礎上，各世代選擇花粉量大、抗逆性強、農藝性狀較好的單株進行自交繁種，選擇誘導率最高、標記性狀明顯、綜合性狀好、基本純合的優(yōu)良穗進行廣泛的誘導率測定。

在武漢和海南連續(xù)選擇至少6代后，誘導系各性狀趨于穩(wěn)定，篩選其中32份誘導系材料，進一步測交誘導率，每個材料對每個雜交種測交5穗以上，測定誘導率進行統(tǒng)計分析。

1.3 單倍體誘導率的測定方法

母本測驗種選用湖北地區(qū)具有代表性的雜交種中農大451、宜單629、登海9號。

單倍體子粒從雜交果穗上逐粒鑒別：紫色或無色粒頂、紫色胚牙尖的子粒為非單倍體；紫色粒頂、無色胚芽尖的子粒為準單倍體。再通過田間植株性狀進行進一步的鑒定。植株出現紫色或生長勢強的植株均為雜合二倍體，而生長發(fā)育慢、植株較矮、葉片短且上沖植株為單倍體，并統(tǒng)計相關數據。

單倍體誘導率=（單倍體子粒數/子粒總數）×100%。

2 結果與分析

2.1 不同誘導系材料誘導率

通過對外引誘導系進行選育改良，獲得性狀穩(wěn)定的誘導系新材料32份，進一步測定誘導率。結果表明，32份誘導系均能正常誘導出單倍體，但誘導能力差異很大（表1），以中農大451、宜單629、登海9號為母本測驗種，32份誘導系平均誘導率為1.40%～9.72%，誘導率最高的誘導系材料是HI08，對測驗種中農大451、宜單629、登海9號的誘導率分別為10.40%、8.45%、10.30%，平均誘導率達到9.72%，材料HI09誘導率其次，對測驗種中農大451、宜單629、登海9號的誘導率分別為9.61%、7.13%、8.52%，平均誘導率有8.42%；材料HI07、HI06、HI24這3個誘導系誘導率也很高，平均誘導率分別為7.21%、6.92%、6.66%，基本可以滿足誘導單倍體應用上的要求；而HI36、HI32、HI28、HI33、HI17、HI31、HI23、HI34、HI38誘導率偏低，平均誘導率不到3%，不利于單倍體育種工作高效率的開展；其他誘導系誘導率居中，可暫時保留做進一步的研究。

2.2 不同母本雜交種誘導率

從表1可以看出，3個母本雜交種中農大451、宜單629、登海9號，用相同誘導系進行雜交誘導，單倍體誘導率也有差異。32份誘導系材料對這3個母本測驗種進行誘導，中農大451平均誘導率最高，為5.27%，登海9號平均誘導率為4.16%，宜單629平均誘導率最低，為3.75%，說明母本基因型對單倍體誘導率具有重要影響。作為母本測驗種，中農大451更易于被誘導出單倍體，登海9號次之，而宜單629偏難。

2.3 不同模式選育誘導系差異

本研究采用系譜法進行選擇，各世代對自交子粒和測交子粒的Navajo斑紋標記逐代進行嚴格篩選。在各代穗行中，均選留誘導率高、自交子粒和測交子粒Navajo斑紋標記明顯的單株，直到晚代所有自交果穗子粒的Navajo斑紋標記基本純合。除具有良好的標記性狀外，還具有花粉量大、結實性好、抗病性強等特點，適應性和綜合性狀優(yōu)于原始單倍體誘導系Stock6。比較不同基礎群體后代的選系效果，從表2可以看出，32份誘導系材料，來源于Stock6與178的改良系其誘導率為4.17%～7.21%，來源于Stock6與本地優(yōu)良群體LBM回交1代選系，為2.16%～9.72%，來源于低世代群體J1500的選系，誘導率為1.69%～6.66%，來源于J1901低世代群體選系，誘導率為1.40%～4.52%，可見，Stock6與178雜交后再回交，或Stock6與本地優(yōu)良群體LBM雜交再回交1代選系，然后定向選擇，其選育效果較好。

在不同來源的誘導系中HI07、HI08、HI09、HI24和HI35較好，其中HI08和HI09雖是同一模式選育而成，但在S3代就開始分離，到穩(wěn)定世代已有區(qū)別，HI35雖然誘導率不高，但其植株紫色標記最強，后代子粒鑒別較容易，這5個材料分別命名為鄂誘1號、鄂誘2號、鄂誘3號、鄂誘4號、鄂誘5號，可以應用于育種。

3 結論與討論

本研究利用三種模式構建基礎選系材料：即國外誘導系×普通玉米自交系再回交一次、國外誘導系×普通玉米群體再回交一次和國內誘導系×國外誘導系。從S1代開始，對于自交子粒和測交子粒的Navajo斑紋標記逐代進行嚴格篩選。在各代穗行中，均選留誘導率高、自交子粒和測交子粒Navajo斑紋標記明顯的單株，直到晚代所有自交果穗子粒的Navajo斑紋標記基本純合。新選誘導系除具有良好的標記性狀外，還具有花粉量大、結實性好、抗病性強等特點，適應性和綜合性狀優(yōu)于原始單倍體誘導系Stock6。

研究結果表明，國外誘導系×優(yōu)良玉米群體再回交一次的選育效果最好，能更好地兼顧誘導率和適應性這兩個重要指標，但誘導率分離跨度也較大，HI08是本研究誘導率最高的誘導系，達到9.72%，而最低的只有2.16%，最高是最低的4.5倍。國外誘導系×普通玉米自交系再回交一次的效果其次，為4.17%～7.21%，而二環(huán)系直接分離選系在本研究中的效果并不理想。J1500選系誘導率為1.69%～6.66%，J1901選系誘導率為1.40%～4.52%，可能因為高誘1號本身含Stock6血緣，雜種優(yōu)勢不強。由于適應性和生活力弱的原因，誘導率高的材料不能正常結實而被淘汰?？梢姡x育新誘導系的基礎群體很重要，用Stock6與本地優(yōu)良群體LBM雜交得到F1再回交，選育效果較好，因為滲入本地種質，在選育高頻率誘導系的同時，還能兼顧誘導系的生態(tài)適應性。

選育的32份誘導系新材料，以雜交種中農大451、宜單629、登海9號為測驗種，研究其誘導效果，32份誘導系對三個雜交種的誘導率差異明顯，誘導率高的誘導系對不同雜交種的誘導率也明顯高于其他誘導系，可見，單倍體誘導系對提高誘導率作用顯著，在玉米單倍體育種中起著重要作用。材料HI08平均誘導率最高為9.72%，其次HI09平均誘導率為8.42%，這兩個誘導系來源于Stock6與本地種質雜交選系，本地適應性好，花粉量大，生育期中早熟，是重點應用的誘導系，可以考慮在生產上大規(guī)模應用，只是由于導入了本地種質，其Navajo標記性狀差一些，今后需要重點改良這個性狀，誘導系材料HI07誘導率也較高，誘導率為7.21%，可直接應用，這個誘導系來源于國外誘導系×普通玉米自交系再回交1代，生育期偏早熟，生產上做父本誘導時應注意與母本花期調整。

在不同來源的誘導系中HI07、HI08、HI09、HI24和HI35較好，其中HI08和HI09雖是同一模式選育而成，但在S3代就開始分離，到穩(wěn)定世代已有區(qū)別，HI35雖然誘導率不高，但其植株紫色標記最強，后代子粒鑒別較容易，這5個材料分別命名為鄂誘1號至鄂誘5號，這幾個誘導系農藝性狀較好，標記清楚，花粉量大，生育期適中，抗逆性好，植株健壯，可實際應用。

誘導系的誘導能力不僅受自身遺傳背景的影響，也受其誘導的材料遺傳背景的影響[8-10]，本研究結果與前人結果一致，3個母本雜交種做測驗種，由相同的誘導系進行誘導，所得的單倍體誘導率也存在差異性，因此，在應用于被誘導的育種群體時，用誘導系對其誘導，應根據其被誘導的難易來安排誘導規(guī)模。

致謝：本研究原始材料由華中農業(yè)大學劉紀麟教授和沈陽農業(yè)大學姜海鷹老師提供，在此一并表示感謝。

參考文獻：

[1] COE E H. A line of maize with high haploid frequency[J]. Amer Nat，1959 ，93 ：381-382.

[2] 梁文科，戚廷香，徐尚忠，等.單倍體技術在玉米育種中的應用和新進展[J].玉米科學，2004，12（3）：13-15，18.

[3] LASHERMES P， BECKERT M. Gentic control of maternal hapliod in maize and slection of hapliod lines[J]. Theor Appl Genet， 1988， 76： 405-410.

[4] SARKAR K R， PANDEY A， CAYEN P. Stabilization of high hapliod inducer lines[J]. Maize Genet News Lett， 1994， 68： 64-65.

[5] 劉志增，宋同明.玉米高頻率孤雌生殖單倍體誘導系的選育與鑒定[J].作物學報，2000，26（5）：587-590.

[6] 才 卓，徐國良，劉向輝，等.玉米高頻率單倍生殖誘導系吉高誘系3號的選育[J].玉米科學，2007，15（1）：1-4.

[7] 譚 靜，徐春霞，陳洪梅，等.利用單倍體誘導系選育玉米自交系研究[J].玉米科學，2007，15（4）：56-58

[8] 張如養(yǎng)，段民孝，趙久然，等.6個玉米單倍體誘導系誘導率的差異性研究[J].玉米科學，2013，21（2）：6-10.

[9] 祁志云，楊 華，邱正高.不同基因型玉米單倍體誘導效果研究[J].西南農業(yè)學報，2012，25（4）：1152-1158.

[10] 蔡 泉，曹靖生，史桂榮.幾個不同來源玉米單倍體誘導系誘導效果的研究[J].玉米科學，2012，20（4）：19-21.

在不同來源的誘導系中HI07、HI08、HI09、HI24和HI35較好，其中HI08和HI09雖是同一模式選育而成，但在S3代就開始分離，到穩(wěn)定世代已有區(qū)別，HI35雖然誘導率不高，但其植株紫色標記最強，后代子粒鑒別較容易，這5個材料分別命名為鄂誘1號至鄂誘5號，這幾個誘導系農藝性狀較好，標記清楚，花粉量大，生育期適中，抗逆性好，植株健壯，可實際應用。

誘導系的誘導能力不僅受自身遺傳背景的影響，也受其誘導的材料遺傳背景的影響[8-10]，本研究結果與前人結果一致，3個母本雜交種做測驗種，由相同的誘導系進行誘導，所得的單倍體誘導率也存在差異性，因此，在應用于被誘導的育種群體時，用誘導系對其誘導，應根據其被誘導的難易來安排誘導規(guī)模。

致謝：本研究原始材料由華中農業(yè)大學劉紀麟教授和沈陽農業(yè)大學姜海鷹老師提供，在此一并表示感謝。

參考文獻：

[1] COE E H. A line of maize with high haploid frequency[J]. Amer Nat，1959 ，93 ：381-382.

[2] 梁文科，戚廷香，徐尚忠，等.單倍體技術在玉米育種中的應用和新進展[J].玉米科學，2004，12（3）：13-15，18.

[3] LASHERMES P， BECKERT M. Gentic control of maternal hapliod in maize and slection of hapliod lines[J]. Theor Appl Genet， 1988， 76： 405-410.

[4] SARKAR K R， PANDEY A， CAYEN P. Stabilization of high hapliod inducer lines[J]. Maize Genet News Lett， 1994， 68： 64-65.

[5] 劉志增，宋同明.玉米高頻率孤雌生殖單倍體誘導系的選育與鑒定[J].作物學報，2000，26（5）：587-590.

[6] 才 卓，徐國良，劉向輝，等.玉米高頻率單倍生殖誘導系吉高誘系3號的選育[J].玉米科學，2007，15（1）：1-4.

[7] 譚 靜，徐春霞，陳洪梅，等.利用單倍體誘導系選育玉米自交系研究[J].玉米科學，2007，15（4）：56-58

[8] 張如養(yǎng)，段民孝，趙久然，等.6個玉米單倍體誘導系誘導率的差異性研究[J].玉米科學，2013，21（2）：6-10.

[9] 祁志云，楊 華，邱正高.不同基因型玉米單倍體誘導效果研究[J].西南農業(yè)學報，2012，25（4）：1152-1158.

[10] 蔡 泉，曹靖生，史桂榮.幾個不同來源玉米單倍體誘導系誘導效果的研究[J].玉米科學，2012，20（4）：19-21.

在不同來源的誘導系中HI07、HI08、HI09、HI24和HI35較好，其中HI08和HI09雖是同一模式選育而成，但在S3代就開始分離，到穩(wěn)定世代已有區(qū)別，HI35雖然誘導率不高，但其植株紫色標記最強，后代子粒鑒別較容易，這5個材料分別命名為鄂誘1號至鄂誘5號，這幾個誘導系農藝性狀較好，標記清楚，花粉量大，生育期適中，抗逆性好，植株健壯，可實際應用。

誘導系的誘導能力不僅受自身遺傳背景的影響，也受其誘導的材料遺傳背景的影響[8-10]，本研究結果與前人結果一致，3個母本雜交種做測驗種，由相同的誘導系進行誘導，所得的單倍體誘導率也存在差異性，因此，在應用于被誘導的育種群體時，用誘導系對其誘導，應根據其被誘導的難易來安排誘導規(guī)模。

致謝：本研究原始材料由華中農業(yè)大學劉紀麟教授和沈陽農業(yè)大學姜海鷹老師提供，在此一并表示感謝。

參考文獻：

[1] COE E H. A line of maize with high haploid frequency[J]. Amer Nat，1959 ，93 ：381-382.

[2] 梁文科，戚廷香，徐尚忠，等.單倍體技術在玉米育種中的應用和新進展[J].玉米科學，2004，12（3）：13-15，18.

[3] LASHERMES P， BECKERT M. Gentic control of maternal hapliod in maize and slection of hapliod lines[J]. Theor Appl Genet， 1988， 76： 405-410.

[4] SARKAR K R， PANDEY A， CAYEN P. Stabilization of high hapliod inducer lines[J]. Maize Genet News Lett， 1994， 68： 64-65.

[5] 劉志增，宋同明.玉米高頻率孤雌生殖單倍體誘導系的選育與鑒定[J].作物學報，2000，26（5）：587-590.

[6] 才 卓，徐國良，劉向輝，等.玉米高頻率單倍生殖誘導系吉高誘系3號的選育[J].玉米科學，2007，15（1）：1-4.

[7] 譚 靜，徐春霞，陳洪梅，等.利用單倍體誘導系選育玉米自交系研究[J].玉米科學，2007，15（4）：56-58

[8] 張如養(yǎng)，段民孝，趙久然，等.6個玉米單倍體誘導系誘導率的差異性研究[J].玉米科學，2013，21（2）：6-10.

[9] 祁志云，楊 華，邱正高.不同基因型玉米單倍體誘導效果研究[J].西南農業(yè)學報，2012，25（4）：1152-1158.

[10] 蔡 泉，曹靖生，史桂榮.幾個不同來源玉米單倍體誘導系誘導效果的研究[J].玉米科學，2012，20（4）：19-21.