玉米葉夾角突變體FU1603的選育及遺傳分析

劉忠祥　何海軍　王曉娟　連曉榮　楊彥忠　周文期　周玉乾　寇思榮

摘要：以玉米自交系LY8405為材料，以252CF裂變快中子源為手段，通過快中子輻射誘變并連續(xù)自交多代，選擇培育出葉夾角突變體FU1603。遺傳分析表明，該突變體受單個(gè)隱性核基因控制的遺傳，其穗三葉的葉夾角顯著減小，葉片皺縮卷曲，株型更加緊湊，具有耐密植的特性。玉米葉夾角突變體FU1603的發(fā)掘與選育為玉米的株型育種以及高密度育種提供了重要的種質(zhì)。

關(guān)鍵詞：玉米;葉夾角;FU1603;選育;遺傳分析

中圖分類號(hào)：S513? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? 文章編號(hào)：1001-1463（2019）12-0001-04

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2019.12.001

Report on Breeding of New Spring Wheat Cultivar Dingxi 48

MU Liming， CHENG Xiaohu， SHI Liping， WANG Jianbing， YAN Mingchun， ZHU Runhua， YAO Lan

（Dingxi Academy of Agricultural Sciences， Dingxi Gansu 743000， China）

Abstract：Dingxi 48 is bred by sexual hybridization with self-breeding line 7021 as female parent and Lin8 as male parent. In 2016 — 2017， the average yield of 2 a 10 points （sites） was 2 710.70 kg/hm2 and 14.01% higher than that of Xihan 2 in Winter Wheat Regional Test in Dryland of Gansu Province. The growth period of Dingxi 48 is 101 days. The seedlings had erect habit， dark green leaves， Plant height is 96.2 cm， panicle length is 8 cm， rectangular panicle， red and hard grains， full grains， 1 000-grain weight is 49.9 g and bulk weight is 715.1 g/L. the content of grain crude protein （dry base） is 147 g/kg， wet gluten is 309 g/kg， sedimentation value is 33.0 mL， lysine is 4.0 g/kg. It is suitable to be grown in semi-arid areas of central Gansu with an annual precipitation of 350～400 mm and an elevation of 1 700～2 300 m.

Key words：Spring wheat;New cultivar;Dingxi 48;Breeding

玉米是世界上產(chǎn)量高、種植面積廣的農(nóng)作物之一，隨著玉米品種鄭單958、先玉335、京科968、登海605、浚單20、偉科702、隆平206等在我國的大面積種植，導(dǎo)致了育種資源的日漸匱乏，種質(zhì)基礎(chǔ)越來越狹窄[1 - 2 ]。玉米種質(zhì)資源貧乏的現(xiàn)狀，嚴(yán)重阻礙了玉米雜種優(yōu)勢的研究和利用，創(chuàng)造具有豐富遺傳基礎(chǔ)的育種材料是目前玉米育種工作者研究的重點(diǎn)之一[3 - 4 ]?？熘凶虞椛湔T變是一種誘發(fā)突變頻率高、誘變范圍廣的有效育種手段，加強(qiáng)快中子輻射誘變在玉米育種中的應(yīng)用，是擴(kuò)大玉米種質(zhì)基礎(chǔ)，創(chuàng)制新種質(zhì)、新材料的一種育種方法[5 ]。葉夾角是重要的玉米株型指標(biāo)，直接影響光和CO2在冠層內(nèi)的分布及群體的光能利用，進(jìn)而影響植株的生長發(fā)育、生理特性和產(chǎn)量。我們通過252CF裂變快中子源輻照玉米自交系LY8405的研究，為玉米株型育種、高密度育種創(chuàng)制了很好的種質(zhì)資源。

1? ?材料與方法

1.1? ?試驗(yàn)材料

供試材料有玉米自交系LY8405、B73、ZD1057、0986，LY8405快中子誘變獲得的突變體材料FU1603，以及（B73/ FU160）F2、（ZD1057/ FU1603）F2、（0986/ FU1603）F2分離群體。

1.2? ?輻射方法

利用蘭州大學(xué)中子物理實(shí)驗(yàn)室的252CF裂變快中子放射源輻照LY8405干種子?？熘凶虞椛鋭┝糠謩e為0.00 Gy、0.46 Gy、0.81 Gy、1.61 Gy、4.19 Gy，每處理輻射90粒種子，以未處理種子為對(duì)照。

1.3? ?田間試驗(yàn)

將快中子輻射誘變得到的各后代材料、FU1603、LY8405、B73、ZD1057、0986，以及（B73/FU1603）F2、（ZD1057/FU1603）F2、（0986/FU1603）F2分離群體種植于甘肅省張掖九公里玉米試驗(yàn)站。試驗(yàn)順序排列，行長5 m，寬0.6 m，每行種植20株。開花散粉高峰期對(duì)LY8405以及FU1603各個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行考察，包括：穗上葉夾角、穗位葉夾角、穗下葉夾角、倒3葉夾角、倒3葉長、倒3葉寬、株高、穗位高、葉片數(shù)、節(jié)間數(shù)、雄穗長、雄穗分枝數(shù)、雌穗長、雌穗粗、穗行數(shù)、軸粗、粒長、粒寬、百粒重等多個(gè)性狀，t-test檢驗(yàn)差異顯著性。

1.4? ?突變體遺傳分析

通過對(duì)（B73/FU1603）F1 、（ZD1057/FU1603）F1 、（0986/ FU1603）F1植株表型分析，及以上3個(gè)雜交組合F2分離群體中野生型與突變型植株的分離比例分析，結(jié)合卡方測驗(yàn)判斷該突變體的遺傳模式。F2分離群體中突變體鑒定的依據(jù)主要依賴于葉片皺縮卷曲程度，植株葉片表現(xiàn)皺縮卷曲的為突變體，反之為野生型。

2? ?結(jié)果與分析

2.1? ?玉米葉夾角突變體FU1603選育經(jīng)過

玉米葉夾角突變體FU1603（原代號(hào)LY8405-Ⅰ- ②311）是甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所與蘭州大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院合作，在蘭州大學(xué)中子物理實(shí)驗(yàn)所利用252CF裂變快中子源，經(jīng)0.46 Gy、0.81 Gy、1.61 Gy、4.19 Gy的輻射劑量輻照玉米自交系LY8405種子，田間種植多代自交選擇培育而成。

2013年春，將快中子輻照的M0種子按不同輻照處理田間順序種植，每處理播種90粒種子，3行區(qū)，每行30粒種子。開花授粉期間，對(duì)每處理的不同單株全部套袋自交授粉，獲得M1種子。

2014年春，將上年度獲得的M1種子按不同輻照處理全部種植，共種植M2代238個(gè)穗行。開花授粉期間，對(duì)形態(tài)上表現(xiàn)明顯變異的M2單株選株繼續(xù)套袋自交，獲得M3種子。同時(shí)，對(duì)葉片尖硬、葉面皺褶、植株變矮的穗行FU1403（LY8405-Ⅰ-②3）全部套袋自交授粉，下年重點(diǎn)選擇培育。

2015年春，將上年度篩選的M3種子按株系全部種植。田間選株時(shí)重點(diǎn)關(guān)注FU1403（LY8405-Ⅰ-②3），開花授粉時(shí)繼續(xù)選株套袋自交，獲得M4種子，材料編號(hào)為FU1504（LY8405-Ⅰ-②31）。

2016年春，繼續(xù)種植上年度篩選的FU1504（LY8405-Ⅰ-②31）M4種子，開花授粉選株套袋自交，獲得M5種子，田間材料編號(hào)為FU1603（LY8405-Ⅰ-②311）。至此，玉米葉片皺縮、葉夾角變小突變體FU1603（原代號(hào)LY8405-Ⅰ- ②311）選育而成。

2.2? ?性狀表現(xiàn)

2.2.1? ?葉夾角? ?玉米葉夾角突變體FU1603來源于快中子輻射誘變玉米自交系LY8405的突變體。該突變體表現(xiàn)為株型緊湊，葉片上沖，葉夾角變小，葉片皺縮卷曲，莖稈粗細(xì)中等，穗位節(jié)稈較脆，遇大風(fēng)易莖折。通過田間觀察發(fā)現(xiàn)，突變體FU1603在5葉期以后開始出現(xiàn)葉片皺縮卷曲的表型，之后葉片卷曲皺縮表型越來越明顯，與野生型LY8405葉片的表型差異顯著。對(duì)穗三葉以及倒三葉的葉夾角進(jìn)行考察，結(jié)果顯示突變體FU1603穗上葉夾角15.43°，穗位葉夾角25.17°，穗下葉夾角25.89°，倒三葉夾角17.3°;與野生型LY8405相比，突變體FU1603的穗位葉、穗下葉以及穗上葉的葉夾角顯著變小（P < 0.01），而倒三葉的葉夾角在兩個(gè)材料中差異不顯著（P? >? 0.05）（表1）。

2.2.2? ?農(nóng)藝性狀? ?從表2看出，與野生型LY8405相比，突變體FU1603的株高、穗位高顯著降低（P < 0.05）;株高179.1 cm，降低約15 cm;穗位高64.3 cm，降低約6 cm。單株葉片數(shù)在2個(gè)材料間沒有顯著差異（P > 0.05）。此外，與LY8405相比，F(xiàn)U1603雄穗長14.5 cm、雄穗分枝數(shù)（6.8個(gè)）、雌穗長（8.4 cm）、穗粗（3.5 cm）、穗行數(shù)（12行）、軸粗（2.4 cm）等性狀顯著降低（P < 0.05），即FU1603雌雄生殖器官都顯著減小。籽粒相關(guān)性狀分析顯示，與LY8405相比，F(xiàn)U1603粒長（10.3 cm）顯著降低，粒寬（7.6 cm）顯著增加，而百粒重沒有顯著變化。綜上所述，與LY8405相比， FU1603突變體的株型、穗部性狀以及籽粒等多個(gè)農(nóng)藝性狀均發(fā)生了顯著的改變。

2.3? ?遺傳分析

2016年夏，對(duì)鑒定篩選的株型緊湊、葉片皺縮、葉夾角變小的突變體FU1603，與葉片寬大，株型平展的玉米自交系ZD1057、0986、玉米全基因組測序品種B73分別雜交，當(dāng)年11月在海南南繁加代獲得F1自交種子。2017年春，在張掖九公里玉米試驗(yàn)站田間種植3個(gè)雜交組合（B73/FU1603）、（ZD1057/FU1603）、（0986/FU1603）的F2分離群體種子。田間調(diào)查發(fā)現(xiàn)，雜交組合（ZD1057/FU1603）F2群體分離出野生型129株，葉片皺縮突變型39株;組合（B73/ FU1603）F2群體分離出野生型159株，葉片皺縮突變型54株; 組合（0986/ FU1603）F2群體分離出野生型128株，葉片皺縮突變型35株（表3）?？ǚ綑z驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，以上3個(gè) F2雜交組合野生型植株與突變型植株的分離比例均符合3∶1的理論比例（表3），χ2 < χ2 0.05，1 = 3.84，表明該突變體是受單個(gè)隱性核基因控制的遺傳。

3? ?小結(jié)

玉米葉夾角是株型的重要影響因素，穗上葉葉夾角與個(gè)體受光姿態(tài)和群體透光能力密切相關(guān)，直接影響植株的光合能力，進(jìn)而影響產(chǎn)量[6 ]。葉夾角突變體的發(fā)掘與研究為玉米的株型育種以及高密度育種提供了重要的種質(zhì)資源[7 - 8 ]。我們通過252CF裂變快中子輻射誘變選育得到的葉夾角突變體FU1603，遺傳分析表明是受單個(gè)隱性核基因控制的遺傳。其穗三葉的葉夾角都顯著減小，葉片皺縮卷曲，株型更加緊湊，具有耐密植的特性;同時(shí)籽粒產(chǎn)量性狀的分析結(jié)果表明，粒型雖然發(fā)生了改變，但百粒質(zhì)量沒有顯著變化。因此，玉米葉夾角突變體FU1603的發(fā)掘與選育為玉米的株型育種以及高密度育種提供了重要的種質(zhì)資源。

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（本文責(zé)編：陳? ?珩）

收稿日期：2019 - 09 - 14

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31860383、31760390）;國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2018YFD0100202-3、2016YFD0100103-19）。

作者簡介：劉忠祥（1964 — ），男，甘肅清水人，研究員，主要從事玉米育種研究工作。聯(lián)系電話：（0）13919451665。