3個(gè)單倍體誘導(dǎo)系對不同基礎(chǔ)群體玉米材料的誘導(dǎo)效率研究

楊通文，柏光曉，陳汁雯，余彩霞

(貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院，貴陽 550025)

自交系的選育是獲得玉米雜交種的第一步，選育自交系是育種的重點(diǎn)和難點(diǎn)。傳統(tǒng)自交系的選育至少需要6～8代，育種年限長，效率低。而玉米單倍體育種技術(shù)(Double Haploid Technology)也稱DH技術(shù)，主要是利用單倍體誘導(dǎo)系誘導(dǎo)產(chǎn)生單倍體，只需2～3代，縮短了育種年限，提高了育種效率[1]。單倍體誘導(dǎo)率與誘導(dǎo)系和誘導(dǎo)材料有關(guān)，不同誘導(dǎo)系對同一材料的誘導(dǎo)率呈顯著差異，張如養(yǎng)等[2]利用京科誘043等6 個(gè)不同誘導(dǎo)系對6個(gè)玉米自交系進(jìn)行雜交發(fā)現(xiàn)，京科誘043誘導(dǎo)率顯著高于京科誘005和京科誘041；孫瑞等[3]通過研究高誘1號和高誘5號等5個(gè)誘導(dǎo)系對玉米四大種質(zhì)類群的誘導(dǎo)結(jié)果表明，高誘5 號誘導(dǎo)率顯著高于高誘1號。同一誘導(dǎo)系對不同材料的誘導(dǎo)率呈顯著差異，祁志云等[4]以誘導(dǎo)系 RWS、Stock 6和高誘1號為誘導(dǎo)父本時(shí)，不同基礎(chǔ)群體玉米單倍體誘導(dǎo)率差異明顯；黎亮等[5]利用20個(gè)雜交種作母本和CAUHOI-1雜交發(fā)現(xiàn)，農(nóng)大622的單倍體誘導(dǎo)率顯著高于農(nóng)大169。溫帶材料的誘導(dǎo)率高于熱帶材料的誘導(dǎo)率[6-7]。在西南地區(qū)的玉米育種中，解決雜交種抗性和適應(yīng)性問題是關(guān)鍵，熱帶材料具有植株高大，生物產(chǎn)量高，適應(yīng)性強(qiáng)，抗性好等特點(diǎn)，是解決抗性和適應(yīng)性不可缺少的種質(zhì)材料。因此，以熱帶材料為基礎(chǔ)材料雜交誘導(dǎo)選育自交系具有重要意義。本研究利用3個(gè)單倍體誘導(dǎo)系對溫帶和熱帶材料進(jìn)行單倍體誘導(dǎo)，分析同一誘導(dǎo)系對不同材料的誘導(dǎo)效率以及不同誘導(dǎo)系對同一材料的誘導(dǎo)效率，為玉米單倍體育種技術(shù)應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

選用3個(gè)單倍體誘導(dǎo)系Stock 6、W 1619和N 548-1作父本，供試母本材料見表1。

表1 供試母本材料

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1誘導(dǎo)基礎(chǔ)材料的構(gòu)建

為選出適應(yīng)性強(qiáng)、抗性好和配合力高的自交系，以1104-1和熱抗白67作母本，以18 D 3和L 040作父本，組配2個(gè)熱帶種質(zhì)血緣材料；以PH 6 WC、103、964、鄭58和Z 78作母本，以BGH 35、141和MO 17為父本，組配5個(gè)溫帶種質(zhì)血緣材料。

1.2.2單倍體誘導(dǎo)和鑒定

2018年冬季在海南樂東進(jìn)行單倍體誘導(dǎo)，由于誘導(dǎo)系生育期較短，采用分期播種，以便確保花期相遇。每個(gè)單倍體誘導(dǎo)系混粉，分別給每個(gè)母本材料授粉，收獲后對得到的雜交果穗進(jìn)行單倍體篩選，根據(jù)Chase[8]提出的單倍體籽粒Navajo遺傳標(biāo)記進(jìn)行鑒定，挑選出胚部不著色胚乳著色的籽粒，最后根據(jù)苗期植株長勢、株高、葉片大小和植株顏色等植株性狀確定是否為真單倍體植株。

1.3 染色體加倍

1.3.1自然加倍

2019年春季在甘肅張掖進(jìn)行單倍體加倍，將篩選好的準(zhǔn)單倍體種子不經(jīng)藥劑處理直接播種，去除雜株，在散粉吐絲期套袋自交，統(tǒng)計(jì)自交結(jié)實(shí)株數(shù)。

1.3.2化學(xué)加倍

先將單倍體種子發(fā)芽，等到幼苗的胚芽鞘長1～2 cm，用刀片將幼苗芽尖劃傷，以便藥劑更好地浸入到生長點(diǎn)部位，在0.06%秋水仙素溶液中浸泡8～10 h，浸泡后用清水沖洗，在育苗盤中溫室培養(yǎng)，待幼苗長到3～4片葉時(shí)移栽至大田。去除雜株，散粉吐絲期套袋自交，統(tǒng)計(jì)授粉結(jié)實(shí)株數(shù)。

1.4 調(diào)查項(xiàng)目

統(tǒng)計(jì)總粒數(shù)、準(zhǔn)單倍體粒數(shù)、單倍體株數(shù)、吐絲株數(shù)、散粉株數(shù)、授粉結(jié)實(shí)株數(shù)，計(jì)算單倍體誘導(dǎo)率、雌穗加倍率、散粉率和結(jié)實(shí)率。

單倍體誘導(dǎo)率(%)=(準(zhǔn)單倍體籽粒數(shù)/誘導(dǎo)籽?？倲?shù))×100%;

雌穗加倍率(%)=(吐絲株數(shù)/單倍體株數(shù))×100%;

散粉率(%)=(散粉株數(shù)/單倍體株數(shù))×100%;

結(jié)實(shí)率(%)=(授粉結(jié)實(shí)株數(shù)/單倍體株數(shù))×100%。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同基礎(chǔ)群體材料的誘導(dǎo)效果

由表2可以看出，不同基礎(chǔ)群體材料之間誘導(dǎo)率存在差異，平均誘導(dǎo)率最高的是W 3，為3.56%；平均誘導(dǎo)率最低的是W 5，為1.71%。其中，誘導(dǎo)率高于4%的誘導(dǎo)組合有3個(gè)，分別是R 2×Stock 6、W 3×Stock 6和W 3×N 548-1，誘導(dǎo)率分別為4.51%、4.27%和4.03%。

表2 不同誘導(dǎo)系對同一材料的誘導(dǎo)率

2個(gè)熱帶材料誘導(dǎo)率在1.64%～4.51%之間，平均誘導(dǎo)率為2.93%；溫帶材料誘導(dǎo)率在1.45%～4.27%之間，平均誘導(dǎo)率為2.88%，2個(gè)熱帶血緣材料的平均誘導(dǎo)率略高于溫帶血緣材料。

2.2 不同誘導(dǎo)系的誘導(dǎo)效果

由表3可以看出，不同誘導(dǎo)系的誘導(dǎo)率在不同基礎(chǔ)群體間存在差異，平均誘導(dǎo)率較高的2個(gè)誘導(dǎo)系是Stock 6和N 548-1，分別為3.22%和3.14%，誘導(dǎo)系W 1619平均誘導(dǎo)率相對較低，為2.33%。誘導(dǎo)系Stock 6、W 1619和N 548-1的變異系數(shù)都較小，分別為0.26、0.25和0.25，說明這3個(gè)誘導(dǎo)系在不同基礎(chǔ)群體材料間誘導(dǎo)率穩(wěn)定性好。

表3 同一誘導(dǎo)系對不同材料的誘導(dǎo)率

2.3 單倍體加倍率

2.3.1自然加倍和化學(xué)加倍結(jié)果比較

由表4、表5可知，化學(xué)加倍處理后單倍體散粉率在1.82%～20.34%之間，平均散粉率為6.28%；自然加倍處理后單倍體散粉率變化幅度在0.91%～9.76%之間，平均散粉率為4.15%，化學(xué)加倍后單倍體散粉率要高于自然加倍?；瘜W(xué)加倍處理后單倍體雌穗加倍率變化幅度在14.18%～67.80%之間，平均雌穗加倍率為40.60%；自然加倍方式處理后單倍體雌穗加倍率變化幅度在11.65%～60.27%之間，平均雌穗加倍率為38.77%，化學(xué)加倍處理后單倍體雌穗加倍率要高于自然加倍。化學(xué)加倍處理后單倍體結(jié)實(shí)率變化幅度在0～5.08%之間，平均結(jié)實(shí)率為1.07%；自然加倍結(jié)實(shí)率變化幅度在0～1.30%之間，平均結(jié)實(shí)率為0.71%，化學(xué)加倍處理的結(jié)實(shí)率要高于自然加倍。

表4 單倍體化學(xué)加倍結(jié)果

表5 單倍體自然加倍結(jié)果

2.3.2不同基礎(chǔ)群體材料單倍體加倍結(jié)果

由表6可以看出，不同單倍體材料的散粉率、雌穗加倍率和結(jié)實(shí)率差異較大。化學(xué)加倍方式下，W 5的散粉率和結(jié)實(shí)率均表現(xiàn)最高，雌穗加倍率僅次于W 3，加倍效果最好；R 2的散粉率、雌穗加倍率和結(jié)實(shí)率均表現(xiàn)最低，加倍效果最差。自然加倍方式下，W 2的雌穗加倍率和結(jié)實(shí)率均表現(xiàn)最高，加倍效果最好；R 2的雌穗加倍率和結(jié)實(shí)率均表現(xiàn)最低，散粉率略高于R 1，加倍效果最差。熱帶材料R 1和R 2經(jīng)化學(xué)加倍和自然加倍處理，結(jié)實(shí)率均低于其它溫帶材料，說明2個(gè)熱帶材料的加倍效率比溫帶材料差。

表6 不同基礎(chǔ)群體材料單倍體加倍結(jié)果

3 結(jié)論與討論

本研究表明，3個(gè)誘導(dǎo)系都有誘導(dǎo)產(chǎn)生單倍體的能力。誘導(dǎo)系Stock 6和N 548-1誘導(dǎo)率較高，分別為3.22%和3.14%，且變異系數(shù)小，穩(wěn)定性好，具有較好的應(yīng)用潛力。W 3的平均誘導(dǎo)率最高，為3.56%；W 5的平均誘導(dǎo)率最低，為1.71%，2個(gè)材料都是溫帶血緣材料，說明溫帶血緣材料間誘導(dǎo)率差異較大，可進(jìn)一步研究篩選出誘導(dǎo)率高的誘導(dǎo)材料。誘導(dǎo)率最高的2個(gè)誘導(dǎo)組合是R 2×Stock 6和W 3×Stock 6，誘導(dǎo)率分別為4.51%和4.27%。2個(gè)誘導(dǎo)組合都由Stock 6雜交誘導(dǎo)而來，說明誘導(dǎo)系Stock 6應(yīng)用潛力更大。

2個(gè)熱帶血緣材料的平均誘導(dǎo)率為2.93%，溫帶血緣材料的平均誘導(dǎo)率為2.88%。李國良等[6]以農(nóng)大高誘1號為誘導(dǎo)系，對不同母本材料進(jìn)行誘導(dǎo)發(fā)現(xiàn)，蘭卡斯特類群平均誘導(dǎo)率高于瑞德類群和旅系類群，熱帶血緣材料平均誘導(dǎo)率最低；蘇娟娟等[7]也得出相同結(jié)論。本試驗(yàn)結(jié)果與之有所差異，原因可能是在所選溫帶材料中，W 5的顯色效果差，難以辨別，在挑選過程中可能淘汰了一部分真單倍體種子，從而導(dǎo)致溫帶材料平均誘導(dǎo)率偏低。

單倍體加倍率與加倍方式和加倍材料有關(guān)[9-12]?；瘜W(xué)加倍的單倍體加倍率要高于自然加倍，化學(xué)加倍處理后，W 5的加倍率最高，R 2的加倍率最低；自然加倍后，W 2的加倍率最高，R 2的加倍率最低；2個(gè)熱帶材料加倍率低于溫帶材料。在我國北方，熱帶材料由于受光周期的影響，生育期延長，吐絲和散粉不正常，從而影響單倍體的加倍率。

研究所選材料中，R 1屬于Suwan材料，以R 1為母本進(jìn)行雜交誘導(dǎo)時(shí)，由于顯色花青素抑制基因的存在，果穗有接近一半籽粒不染色。在挑選過程中，不染色籽粒無法辨別，直接剔除，但在剔除的不染色籽粒中，可能存在單倍體種子，造成單倍體的統(tǒng)計(jì)會(huì)結(jié)果產(chǎn)生一定誤差。