玉米誘導(dǎo)系XKY-1和XKY-2的誘導(dǎo)效果及單倍體加倍研究

王文潔 張瑞平 周聯(lián)東 孫佩 劉經(jīng)緯 王蕊

摘要?以四大基本模式（唐四平頭類群內(nèi)改良、唐四平頭類×P群、唐四平頭類×蘭卡斯特、唐四平頭類×旅大紅骨）為基本材料，探討改良誘導(dǎo)系XKY-1、XKY-2對(duì)唐四平頭類種質(zhì)的誘導(dǎo)效果，同時(shí)用組織培養(yǎng)方法對(duì)單倍體加倍進(jìn)行了探索。結(jié)果表明，2個(gè)誘導(dǎo)系對(duì)唐四平頭類種質(zhì)的誘導(dǎo)率平均達(dá)6%以上，加倍率可以達(dá)到20%。該研究為開(kāi)展單倍體育種提供了參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞?玉米;誘導(dǎo)系;唐四平頭種質(zhì);加倍率

中圖分類號(hào)?S513文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼?A

文章編號(hào)?0517-6611（2020）07-0041-02

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.07.012

Induction?Effects?of?Maize?Haploid?Induction?Lines?XKY1?and?XKY2?and?the?Doubling?Effects?of?Maize?Haploid

WANG?Wenjie，?ZHANG?Ruiping，?ZHOU?Liandong?et?al

（Xinxiang?Academy?of?Agricultural?Sciences?of?Henan，?Xinxiang，Henan?453000）

Abstract?With?four?patterns?（?TangSPT×TangSPT，?TangSPT×p?，?TangSPT×Lancaster?and?TangSPT×Lvdahonggu?）?as?the?basic?materials，?we?discussed?the?induction?effects?of?improved?inducers?XKY1?and?XKY2.?And?the?haploid?doubling?was?explored?by?tissue?culture?method.?Results?showed?that?the?average?induction?rates?of?improved?inducers?were?above?6%，?and?the?average?doubling?rate?was?about?20%.?The?research?provided?references?for?haploid?breeding?of?maize.

Key?words?Maize;Inducer;TangSPT;Doubling?rate

作者簡(jiǎn)介?王文潔（1973—），女，河南新鄉(xiāng)人，副研究員，碩士，從事玉米育種工作。通信作者，研究員，碩士，從事玉米遺傳育種研究。

收稿日期?2019-09-06

玉米單倍體育種是一種有效縮短育種年限的技術(shù)。常規(guī)的育種方法選育自交系，獲得一個(gè)純系的時(shí)間平均大約需要6年左右，而單倍體育種技術(shù)只需2年，與常規(guī)方法相比，顯著地提高了育種效率[1-3]。但目前誘導(dǎo)率低和單倍體加倍率低一直阻礙了該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用。研究結(jié)果表明，不同誘導(dǎo)系的誘導(dǎo)能力差異顯著，同一誘導(dǎo)系對(duì)不同種質(zhì)類群?jiǎn)伪扼w誘導(dǎo)效果存在顯著差異[4]，如農(nóng)大高誘一號(hào)對(duì)不同遺傳基礎(chǔ)材料誘導(dǎo)率就不同[5]，因此分析單倍體誘導(dǎo)系對(duì)不同種質(zhì)類群誘導(dǎo)效果的差異并進(jìn)行誘導(dǎo)系的改良，有助于提高單倍體育種效率。

XKY-1、XKY-2是河南省新鄉(xiāng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)院選育的2個(gè)玉米單倍體誘導(dǎo)系，具有雄分支發(fā)達(dá)、粉量大的特點(diǎn)，在前期選育過(guò)程中表現(xiàn)較高的誘導(dǎo)率。2個(gè)誘導(dǎo)系的選育是以誘導(dǎo)系M1088為基礎(chǔ)材料，增加了唐四平頭種質(zhì)的遺傳背景。為了進(jìn)一步驗(yàn)證新選誘導(dǎo)系XKY-1、XKY-2和M1088在唐四平頭類種質(zhì)改良上的應(yīng)用效果，筆者以唐四平頭類種質(zhì)改良的4個(gè)基本模式（唐四平頭類群內(nèi)改良、唐四平頭類×P群、唐四平頭類×蘭卡斯特、唐四平頭類×旅大紅骨）為材料，探討新選育誘導(dǎo)系XKY-1、XKY-2對(duì)唐四平頭類種質(zhì)改良的誘導(dǎo)效果，同時(shí)對(duì)單倍體的化學(xué)加倍方法進(jìn)行了研究。

1?材料與方法

1.1?供試材料?誘導(dǎo)系3個(gè)，包括XKY-1、XKY-2、M1088;基礎(chǔ)材料4個(gè)，包括昌7-2/LX9801、昌7-2/78599、昌7-2/PH4CV、昌7-2/340。

玉米單倍體種子加倍所用材料是以唐四平頭類H847×H865基礎(chǔ)材料，經(jīng)誘導(dǎo)系誘導(dǎo)獲得的單倍體。

1.2?試驗(yàn)方法

1.2.1?單倍體誘導(dǎo)。試驗(yàn)在河南省新鄉(xiāng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)院的新鄉(xiāng)市試驗(yàn)基地進(jìn)行。3個(gè)誘導(dǎo)系進(jìn)行分期播種。每個(gè)單倍體誘導(dǎo)系混粉，分別給每個(gè)基礎(chǔ)材料授粉，每個(gè)處理選擇5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)穗統(tǒng)計(jì)總粒數(shù)。收獲后對(duì)得到的雜交果穗進(jìn)行考種，籽粒有紫色糊粉層和白色胚芽尖，該類子粒是擬單倍體子粒。單倍體具有胚片窄小、長(zhǎng)勢(shì)弱、葉鞘或葉色呈綠色等特點(diǎn)，種植后根據(jù)其特點(diǎn)，剔除葉鞘或葉色呈紫色、株型較大、生長(zhǎng)勢(shì)較強(qiáng)的雜合植株，然后統(tǒng)計(jì)單倍體株數(shù)。

單倍體誘導(dǎo)率=單倍體株數(shù)/雜交總粒數(shù)×100%[6-7]

1.2.2?單倍體種子加倍方法。

1.2.2.1?單倍體種子消毒及種子催芽。

種子消毒采用氯化汞，濃度為0.2%，方法是將單倍體種子用清水沖洗，浸泡24?h，在超凈臺(tái)內(nèi)先用75%酒精消毒30?s，然后用無(wú)菌水沖洗1次，再用0.2%氯化汞浸泡10?min，然后用無(wú)菌水清洗，每次浸泡2?min，共清洗5次，然后用無(wú)菌紙吸干，放于滅菌的培養(yǎng)皿內(nèi)。把消毒過(guò)的種子放在含有1/2MS培養(yǎng)基的培養(yǎng)皿內(nèi)，28?℃暗培養(yǎng)3?d。

1.2.2.2?培養(yǎng)基的制備。

氨磺樂(lè)靈、氟樂(lè)靈2種物質(zhì)分別用DMSO溶解配成0.08、0.15、0.30?mg/mL，濾膜除菌。配制MS培養(yǎng)基，在倒培養(yǎng)皿之前，在超凈臺(tái)里把氨磺樂(lè)靈、氟樂(lè)靈加入培養(yǎng)基里。

1.2.2.3?胚芽準(zhǔn)備。

在超凈臺(tái)內(nèi)把單倍體的胚芽用刀子剝開(kāi)、切下，放在含有加倍劑培養(yǎng)基的培養(yǎng)皿內(nèi)。28?℃光照培養(yǎng)，到玉米苗長(zhǎng)至2～3片葉。然后將其種在育苗盤(pán)中，并轉(zhuǎn)移至溫室發(fā)苗，在幼苗長(zhǎng)至4～5?片葉時(shí)移栽至大田。

1.2.2.4?指標(biāo)計(jì)算。各項(xiàng)指標(biāo)計(jì)算方法如下：

成活率（%）=單倍體成活數(shù)/單倍體處理數(shù)×100%;

結(jié)實(shí)率（%）=收獲DH株數(shù)/移栽單倍體植株數(shù)×100%。

1.3?數(shù)據(jù)分析?試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2?結(jié)果與分析

2.1?誘導(dǎo)系M1088、XKY-1、XKY-2誘導(dǎo)系對(duì)不同材料誘導(dǎo)效果的比較

不同遺傳景下單倍體誘導(dǎo)效果見(jiàn)表1。從表1可以看出，新選育的誘導(dǎo)系XKY-1、XKY-2均可提高改良的唐四平頭類種質(zhì)材料的誘導(dǎo)率。改良前的M1088對(duì)4種材料的誘導(dǎo)率平均為3.65%，改良的誘導(dǎo)系XKY-1、XKY-2對(duì)4種材料的誘導(dǎo)率分別為6.28%和6.54%。改良前的誘導(dǎo)系M1088對(duì)昌7-2/LX9801的誘導(dǎo)率為4.16%，改良后的誘導(dǎo)系XKY-1、XKY-2使其誘導(dǎo)率提高到了6.82%和765%，3種誘導(dǎo)系對(duì)昌7-2/LX9801的平均誘導(dǎo)率達(dá)到了621%;使用改良的誘導(dǎo)系使昌7-2/78599誘導(dǎo)率從2.95%提高到5.98%和6.74%，3種誘導(dǎo)系的平均誘導(dǎo)率為522%;?改良后的XKY-1對(duì)昌7-2/PH4CV的誘導(dǎo)效果較好，由402%提高到了7.12%，XKY-2對(duì)其的誘導(dǎo)效果由4.02%提高到了5.38%;對(duì)于昌7-2/340材料，改良后的誘導(dǎo)效果從345%提高到5.20%和6.37%。

同一誘導(dǎo)系誘導(dǎo)下，不同背景的唐四平頭種質(zhì)材料對(duì)誘導(dǎo)率有顯著影響。誘導(dǎo)4份改良唐四平頭類試驗(yàn)材料中，M1088誘導(dǎo)率在2.95%～4.02%，平均值為3.65%;XKY-1誘導(dǎo)率在5.20%～7.12%，平均值為6.28%;XKY-2誘導(dǎo)率在5.38%～7.65%，平均值為6.54%。在3個(gè)誘導(dǎo)系誘導(dǎo)下，昌7-2/LX9801材料所得出的平均誘導(dǎo)率最高，為6.21%;昌7-2/340材料所得出的平均誘導(dǎo)率最低，為5.01%。

2.2?單倍體加倍效果

由表2可知，在添加氨磺樂(lè)靈除草劑的培養(yǎng)基里培養(yǎng)的牙尖，?0.08和0.15?mg/mL濃度的成活株率相近，分別為85%和82%，濃度為0.15?mg/mL的結(jié)實(shí)株率最高，為24.39%，隨著濃度的增加，成活株率和結(jié)實(shí)株率均下降。經(jīng)過(guò)氟樂(lè)靈處理的培養(yǎng)基培養(yǎng)的牙尖，單倍體成活株率隨著濃度的增加呈下降趨勢(shì)，由86%降到了59%，結(jié)實(shí)株率隨著濃度的增加而逐漸增高。濃度為0.15和0.30?mg/mL的結(jié)實(shí)株率相近，分別為20.83%和18.64%。

3?結(jié)論與討論

玉米誘導(dǎo)系M1088用唐四平頭種質(zhì)H861改良后，對(duì)通過(guò)4種基本模式改良的唐四平頭種質(zhì)材料的誘導(dǎo)率均有所提高，對(duì)于昌7-2/LX9801、昌7-2/78599和昌7-2/340改良模式的基礎(chǔ)材料，可用誘導(dǎo)系XKY-2?來(lái)誘導(dǎo)以獲得單倍體材料;對(duì)于昌7-2/PH4CV材料，可以選用誘導(dǎo)系XKY-2?來(lái)誘導(dǎo)以獲得單倍體材料。

同一誘導(dǎo)系對(duì)不同種質(zhì)類群的誘導(dǎo)率不同。很多研究發(fā)現(xiàn)，誘導(dǎo)系對(duì)唐四平頭類種質(zhì)的誘導(dǎo)率較低。如孫瑞等[1]發(fā)現(xiàn)一般旅大紅骨種質(zhì)的誘導(dǎo)率最高，其次是蘭卡斯特種質(zhì)的誘導(dǎo)率，二者差異不顯著;瑞德和唐四平頭種質(zhì)的誘導(dǎo)率較低，旅大紅骨種質(zhì)與之達(dá)極顯著差異。林紅等[8]認(rèn)為，瑞德血緣的誘導(dǎo)率明顯高于蘭卡斯特和唐四平頭血緣。對(duì)誘導(dǎo)的果穗脫粒時(shí)發(fā)現(xiàn)，玉米單倍體有時(shí)比較集中分布在果穗某個(gè)部位，這可能與吐絲時(shí)間有關(guān)，也可能與不同部位的誘導(dǎo)率差異有關(guān)。楊美麗等[9]也發(fā)現(xiàn)7個(gè)誘導(dǎo)系在玉米穗部不同部位（上部、中部、下部）誘導(dǎo)的準(zhǔn)單倍體誘導(dǎo)率不同，5個(gè)誘導(dǎo)系中部居多，下部次之，上部最少。該研究獲得的誘導(dǎo)系對(duì)唐四平頭類種質(zhì)的平均誘導(dǎo)率在6%以上，盡管誘導(dǎo)系在其他方面性狀較好，但在誘導(dǎo)率方面的改良及測(cè)定方面還需要進(jìn)一步的研究。

就單倍體的加倍方法來(lái)看，很多人員也對(duì)氟樂(lè)靈和氨磺樂(lè)靈進(jìn)行了大量的研究。如林霞等[10]利用了7個(gè)基礎(chǔ)材料與農(nóng)大高誘1號(hào)雜交所獲得的玉米單倍體籽粒，通過(guò)不同濃度的氟樂(lè)靈研究玉米單倍體籽粒加倍效應(yīng)。該研究在單倍體加倍上采用在培養(yǎng)基中加入加倍劑，用牙尖培養(yǎng)法進(jìn)行了加倍探索，改種方法采用較低濃度下的長(zhǎng)時(shí)間培養(yǎng)，對(duì)材料的破壞性較小，加倍率也適中。今后還需進(jìn)一步研究以提高單倍體的加倍效果。

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