不同新型除草劑加倍糯玉米單倍體的效率研究

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·問題探討·

不同新型除草劑加倍糯玉米單倍體的效率研究

景桂昕，王薪淇，李向永，邢政，鄧?yán)i，任孝慈，趙仁貴
(吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院， 長(zhǎng)春 130118)

通過比較五氟黃草胺和二氯喹磷酸、雙草醚3種除草劑在不同濃度下對(duì)糯玉米單倍體的加倍效率，選擇最為合適的加倍方法。以京科糯2000、中糯2號(hào)、吉香糯87三種白糯基因型的單倍體籽粒為材料，用濃度為40，60，80μmol/L的五氟黃草胺和二氯喹磷酸、雙草醚作為加倍藥劑，采用浸芽法對(duì)芽長(zhǎng)1～2 cm的糯玉米單倍體種子進(jìn)行處理，處理后移栽至大田，觀察其散粉情況，統(tǒng)計(jì)單倍體植株的加倍率。結(jié)果表明，40～80μmol/L的3種加倍藥劑對(duì)糯玉米單倍體加倍都有效果。五氟黃草胺、二氯喹磷酸和雙草醚的加倍率依次為3.46%～10.17%，6.49%～14.87%，2.98%～10.05%；其中以80μmol/L的二氯喹磷酸加倍效率最高，3種糯玉米單倍體種的平均加倍率分別為13.23%、14.63%、14.87%。方差分析表明，3種白糯基因型玉米單倍體種的加倍率呈顯著差異；由此可見，五氟黃草胺、二氯喹磷酸和雙草醚可以提高糯玉米單倍體的加倍效率，但不同基因型的糯玉米單倍體對(duì)加倍藥劑的敏感性存在差異。

糯玉米； 單倍體； 除草劑； 加倍率

糯質(zhì)玉米起源于中國(guó)，其糯性是由于他的支鏈淀粉較高，被玉米的第9號(hào)染色體WS基因所控制[1]。糯玉米因其良好的口感和豐富的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值越來越受人們歡迎，并且其糯性特質(zhì)在工業(yè)上也被廣為加工利用，社會(huì)對(duì)糯玉米的品質(zhì)和產(chǎn)量的要求不斷增加。所以需要育種家們提高糯玉米育種的效率，采取有效的方法對(duì)糯玉米品種進(jìn)行鑒定、篩選和評(píng)價(jià)。以期達(dá)到最佳的育種效果。

傳統(tǒng)育種多是大規(guī)模利用二環(huán)系方法選與自交系，以此提高品種的產(chǎn)量和抗性，但是用此類方法培育出一個(gè)優(yōu)良的純合自交系需要經(jīng)過7～10代的自交選擇[2-3]。如今單倍體育種已成為與轉(zhuǎn)基因育種、分子輔助育種并列的三大玉米育種技術(shù)[4]。利用單倍體技術(shù)僅需1年即可獲得純合自交系，因而大大縮短育種的年限[5-7]。單倍體技術(shù)在普通玉米育種中應(yīng)用比較廣泛，無論是普通玉米的誘導(dǎo)還是加倍，這方面的內(nèi)容都有較多的研究。但單倍技術(shù)在糯玉米育種的研究和應(yīng)用上卻很少，因此，本研究主要探究單倍體技術(shù)在糯玉米育種上的應(yīng)用，尋找對(duì)于糯玉米育種較為有效的方法。

單倍體的加倍是制約單倍體育種技術(shù)發(fā)展的至關(guān)重要的因素，慈佳賓等研究表明，單倍體的自然散粉率低于1%，難以滿足育種需求[8]。秋水仙素作為一種加倍藥劑，能有效提高玉米單倍體加倍率，被較多使用，但姜龍等研究表明，秋水仙素有劇毒，對(duì)玉米幼苗致死率較大，危害身體、污染農(nóng)田環(huán)境，不適于大規(guī)模使用[9]。本實(shí)驗(yàn)研究比較了3種新型的低毒除草劑對(duì)糯玉米的加倍效率，篩選出低毒有效的加倍試劑，以期在糯玉米單倍體加倍中得到有效應(yīng)用。

1 材料與方法

1.1 材 料

以3種不同種質(zhì)的糯玉米雜交種為供試材料：京科糯2000(京糯6×BN 2)、中糯2號(hào)(中玉01×中玉05)、本實(shí)驗(yàn)組配的雜交種吉香糯87(JN 18×98 W-2)，玉米誘導(dǎo)系是由Stock 6與高誘5雜交改良的DR 5，加倍的藥劑選用了西格瑪-奧德里奇公司生產(chǎn)的純度為98%的五氟黃草胺、二氯喹磷酸和雙草醚3種原藥，所有材料均種植于吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)特用玉米試驗(yàn)基地。

1.2 單倍體的誘導(dǎo)方法

以單倍體誘導(dǎo)系DR 5為父本，以京科糯2000、中糯2號(hào)、吉香糯87為母本，進(jìn)行雜交誘導(dǎo)，從收獲的種子中挑選出單倍體。

1.3 單倍體的鑒定

Stock 6的選育成功是玉米單倍體育種技術(shù)的重要突破，其攜帶的染色基因能在玉米籽粒的胚乳和胚芽中表現(xiàn)為紫色，稱之為R-nj標(biāo)記[10]?；诖藰?biāo)記，對(duì)收獲的種子進(jìn)行逐粒鑒定，胚乳有色胚無色的籽粒視為準(zhǔn)單倍體，胚乳和胚都顯色的為正常雜交的二倍體種子，都不顯色的很大可能是受其他花粉的污染，還有少量無胚的種子。在單倍體幼苗期間，可根據(jù)植株顏色鑒別是否為單倍體植株，紫色植株是雜株，綠色的為單倍體植株[11]。

1.4 單倍體的加倍方法

使用1%的肥皂水、0.1%的吐溫80(TWEEN-80)溶液，將五氟黃草胺、二氯喹磷酸和雙草醚分別配制成濃度為40，60，80μmol/L的溶液。采用浸芽法浸泡種子6 h后用濕毛巾法在30 ℃的溫度下進(jìn)行催根，等到根尖長(zhǎng)為1.5 cm時(shí)降低溫度至室溫(25 ℃)再進(jìn)行催芽。當(dāng)幼芽長(zhǎng)至2～3 cm時(shí)切去頂端胚芽鞘并露出1個(gè)小口，將其在室溫狀態(tài)下密封浸泡于已配好的溶液中，浸泡12 h后用清水沖洗30 min，之后將其種在育苗盤中，轉(zhuǎn)移至溫室發(fā)育，長(zhǎng)到4～5葉時(shí)移栽到大田。

2 結(jié)果與分析

2.1 單倍體誘導(dǎo)率

表1為3種基因型糯玉米種單倍體的誘導(dǎo)率統(tǒng)計(jì)結(jié)果。3個(gè)玉米品種的平均誘導(dǎo)率為7.26%，誘導(dǎo)率最高的是京科糯2000(8.82%)，其次為中糯2號(hào)(6.71%)，最低為吉香糯87(6.24%)。從表1可以看出，3種不同的遺傳材料其單倍體誘導(dǎo)率互相都有差別，但3個(gè)品種的誘導(dǎo)率都在6%以上，符合單倍體育種的要求。

表1 3個(gè)玉米種的單倍體誘導(dǎo)率

單倍體來源誘導(dǎo)粒數(shù)單倍體粒數(shù)誘導(dǎo)率(%)京科糯20005806951228．82中糯2號(hào)3712724916．71吉香糯873210320036．24平均4243332057．26

2.2 單倍體的加倍結(jié)果分析

2.2.1 3種新型除草劑處理糯玉米單倍體的結(jié)果

如表2所示，40～80μmol/L 3種濃度的除草劑對(duì)糯玉米單倍體均有一定的加倍率，但不同濃度的藥劑對(duì)糯玉米單倍體的加倍有顯著差異，其中，在濃度為40～80μmol/L的五氟磺草磷溶液處理后，加倍率為3.46%～10.17%；濃度為40～80μmol/L的二氯喹啉酸溶液處理后，加倍率為6.49%～14.87%；濃度為40～80μmol/L的雙草醚溶液處理后，加倍率為2.98%～10.05%；所有處理均高于自然的加倍率。除草劑中80μmol/L的二氯喹啉酸加倍率最高，對(duì)京科糯2000、中糯2號(hào)、吉香糯87的平均加倍率分別為13.23%、14.63%、14.87%；80μmol/L的五氟磺草磷較高，對(duì)京科糯2000、中糯2號(hào)和吉香糯87的平均加倍率分別為9.41%、7.49%、10.17%；60μmol/L的雙草醚較高，對(duì)京科糯2000、中糯2號(hào)和吉香糯87平均加倍率分別為9.16%、8.54%、10.05%；除草劑的濃度過低，加倍效率隨之變低。濃度較高則會(huì)損害幼芽影響加倍率。所以除草劑濃度要適中。

表2 3種濃度除草劑對(duì)糯玉米單倍體加倍結(jié)果的方差分析

2.2.2 不同種質(zhì)的加倍結(jié)果

不同除草劑對(duì)3種基因型糯玉米的加倍效果見表2，其中對(duì)京科糯2000的加倍率是5.63%～13.23%，對(duì)中糯2號(hào)的加倍率是3.11%～14.63%，對(duì)吉香糯87的加倍率是2.98%～14.87%，除草劑對(duì)3種種質(zhì)均有顯著的加倍效果。京科糯2000的單倍體在80μmol/L的五氟磺草磷、80μmol/L二氯喹啉酸、60μmol/L雙草醚溶液處理后，加倍率分別為9.41%、13.23%、9.16%；在同樣濃度除草劑處理下，中糯2號(hào)加倍率分別為7.41%、14.63%、8.54%；吉香糯87的加倍率分別為10.17%、14.87%、10.05%。

使用濃度為80μmol/L五氟磺草磷對(duì)不同來源的單倍體進(jìn)行浸芽法處理，不同基因型的單倍體加倍率不同，其中吉香糯87的平均加倍率最高，為10.17%；京科糯2000次之，為9.41%；中糯2號(hào)再次之，為7.41%。3種種質(zhì)加倍率均呈顯著性差異(表3)。

表3 濃度為80 μmol/L五氟磺草磷對(duì)3種不同種質(zhì)糯玉米單倍體的加倍效果分析

單倍體來源平均加倍率(%)差異顯著性α=0．05α=0．01吉香糯8710．17aA京科糯20009．41bAB中糯2號(hào)7．41cB

3 討 論

目前，廣泛使用的加倍玉米單倍體的藥劑比較單一，秋水仙素因其相對(duì)較好的加倍效果被很多育種者使用，但使用秋水仙素加倍存在明顯的弊端，它具有極高的毒性，對(duì)人體的損害相當(dāng)大，需要實(shí)驗(yàn)人員有嚴(yán)格的操作技能和保護(hù)措施，其次，秋水仙素對(duì)于玉米幼苗的藥害也很嚴(yán)重，畸形和死苗并不少見。因此，需要較為低毒、藥害作用小且加倍率較高的新型藥劑。在本試驗(yàn)中，80μmol/L 二氯奎磷酸溶液對(duì)不同來源的糯玉米單倍體處理效果較好，糯玉米單倍體被這3種新型的除草劑處理后，死苗率比其他藥劑低，畸形苗的比率也很低，處理方法相對(duì)簡(jiǎn)單且容易操作，因此適合于大規(guī)模的應(yīng)用[15]。

4 結(jié) 論

五氟黃草胺、二氯喹磷酸和雙草醚3種除草劑對(duì)高糯玉米單倍體的加倍都有較好的效果，其中以80μmol/L 二氯喹磷酸的效果最好。 但是，不同基因型糯玉米單倍體的加倍率有一定的差異。

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Doubling Efficiency of Waxy Maize Haploids Treated by Different New Herbicides

JINGGuixin,WANGXinqi,LIXiangyong,XINGZheng,DENGKunpeng,RENXiaoci,ZHAORengui

2016-11-20

國(guó)家星火計(jì)劃項(xiàng)目(2011 GA 660005)。

景桂昕(1990—)，男，吉林通化人；碩士研究生，主要從事玉米種質(zhì)資源創(chuàng)新與DH育種工作；E-mail:1466602626@qq.com。

趙仁貴(1966—)，男，吉林松原人；教授，主要從事特用玉米遺傳育種和新品種的選育工作；E-mail:zhaorengui@sina.com。

10.16590/j.cnki.1001-4705.2017.05.071

S 513.032

A

1001-4705(2017)05-0071-03