基于不同生態(tài)環(huán)境下的甜糯玉米單倍體自然加倍效果初探

陳祥 孫潔 于海燕 李劍明

摘? ? 要：為篩選出適合甜糯玉米單倍體自然加倍的生態(tài)環(huán)境與遺傳基礎(chǔ)材料，以吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院玉米遺傳育種創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)自主選育的誘導(dǎo)系‘吉科誘115為父本，‘吉科糯1號(hào)、‘吉科糯15和‘吉科糯20為母本材料進(jìn)行雜交誘導(dǎo)所產(chǎn)生的單倍體為供試材料，共設(shè)置3個(gè)生態(tài)環(huán)境進(jìn)行單倍體自然加倍試驗(yàn)，分別為南濱冬播、九站春播和九站夏播。結(jié)果表明，不同遺傳基礎(chǔ)的甜糯玉米材料、不同生態(tài)環(huán)境下的自然加倍率均存在著顯著差異。遺傳基礎(chǔ)方面，‘吉科糯15的自然加倍率最高，‘吉科糯20次之，‘吉科糯1號(hào)最低;生態(tài)環(huán)境方面，南濱冬播的自然加倍率最高，九站夏播次之，九站春播最低。綜上，適宜的生態(tài)環(huán)境與遺傳基礎(chǔ)材料，有利于甜糯玉米單倍體育種技術(shù)研究的開展。

關(guān)鍵詞：甜糯玉米;生態(tài)環(huán)境;單倍體;自然加倍;加倍率

中圖分類號(hào)：S513? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ?DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2021.04.002

Abstract：In order to screen out the ecological environment and genetic basic materials suitable for haploid natural doubling of sweet glutinous corn. In this study， 'Jikeyou 115'， an induction line independently selected by the Maize Genetics and Breeding Innovation Team of Jilin University of Agricultural Science and Technology， was used as the male parent，and the haploid produced by cross induction of 'Jikenuo No.1'， 'Jikenuo 15'， 'Jikenuo 20' was used as the female parent. The haploid natural doubling experiment was carried out in three ecological environments， which were winter sowing， spring sowing and summer sowing in Jiuzhan along the southern shore. The results showed that there were significant differences in the natural doubling rate of sweet glutinous corn with different genetic basis and under different ecological environment. In terms of genetic basis， the natural doubling rate of 'Jikenuo 15' was the highest， followed by 'Jikenuo 20' and 'Jikenuo No.1'. In terms of ecological environment， the natural doubling rate of winter sowing in the south shore was the highest， followed by summer sowing at Jiuzhan and spring sowing at Jiuzhan. In conclusion， suitable ecological environment and genetic base materials are beneficial to the development of haploid breeding technology of sweet glutinous corn.

Key words： sweet-waxy corn;ecological environment;haploid;natural doubling;doubling rate

玉米作為我國(guó)重要的糧食作物，其用途廣泛涉及到食品業(yè)、飼料業(yè)、加工業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域[1]。相比于普通玉米，鮮食玉米口感更佳，且籽粒中含有更高含量的蛋白質(zhì)、氨基酸，并且易于被人體吸收[2-3]。與此同時(shí)，甜、糯玉米擁有較多的加工方式，既可以做菜食用，也可以制成罐頭、真空塑料包裝等食品[4]。當(dāng)前，鮮食玉米市場(chǎng)上又出現(xiàn)了一種集甜、糯玉米優(yōu)良特性于一體的鮮食玉米，即甜糯玉米（Sweet-waxy corn），也極受消費(fèi)者喜愛[5]。鮮食玉米市場(chǎng)需求量的擴(kuò)大加速了甜糯型玉米新品種的更新?lián)Q代，必將促進(jìn)甜糯玉米育種進(jìn)程。

按照常規(guī)育種方法選育新品種至少需要7～8年，育種時(shí)間長(zhǎng)，且成本較大。而單倍體育種技術(shù)只需3～4年即可獲得新品種，大大縮短了育種時(shí)間，已成為眾多育種家所采用的育種方法[6-7]。前人們已經(jīng)在普通玉米單倍體的誘導(dǎo)、加倍方面作了有益嘗試[8-12]，然而關(guān)于甜糯玉米的自然加倍研究的相關(guān)文獻(xiàn)確較為少見?；诖?，本研究利用吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院玉米遺傳育種科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)自主培育的高頻孤雌生殖誘導(dǎo)系‘吉科誘115誘導(dǎo)的甜糯玉米單倍體為主要供試材料，對(duì)不同地點(diǎn)、不同遺傳基礎(chǔ)的甜糯玉米單倍體進(jìn)行了自然加倍率的相關(guān)探究，以期為甜糯玉米育種同行提供一定的參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

本研究采用的甜糯玉米單倍體材料是經(jīng)父本誘導(dǎo)系‘吉科誘115雜交誘導(dǎo)母本材料‘吉科糯1號(hào)、‘吉科糯15和‘吉科糯20所產(chǎn)生的，上述親本材料均由吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院玉米遺傳育種科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)提供，親本材料名稱及其遺傳基礎(chǔ)如表1所示。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 單倍體的誘導(dǎo) 2019年春，在吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院玉米遺傳育種基地（九站）播種父本材料‘吉科誘115及母本材料‘吉科糯1號(hào)、‘吉科糯15和‘吉科糯20，開花期時(shí)將母本去雄，父本對(duì)其進(jìn)行雜交誘導(dǎo)，田間精細(xì)管理。待果穗成熟后收獲晾干并脫粒，按照Chase[13]提出的單倍體籽粒標(biāo)記鑒定法對(duì)收獲的雜交籽粒進(jìn)行室內(nèi)鑒定，精挑細(xì)選出合格的單倍體籽粒備用。

1.2.2 單倍體雄穗育性恢復(fù)的調(diào)查 2019年冬，將精挑細(xì)選后的單倍體籽粒均分3等份，于2019年冬在海南三亞南濱農(nóng)場(chǎng)冬播，2020年春、夏在吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院玉米遺傳育種基地九站進(jìn)行春播與夏播，對(duì)單倍體雄穗育性的自然恢復(fù)情況進(jìn)行調(diào)查并做好記錄，計(jì)算雄穗的自然加倍率。

1.2.3 自然加倍率的計(jì)算方法 前人研究表明，在自然環(huán)境條件下，玉米單倍體的雌穗育性恢復(fù)效率高于雄穗[14]。因此，本研究不做雌穗的育性恢復(fù)研究。雄穗的單倍體自然加倍率計(jì)算公式如下：

單倍體的自然加倍率 （%） = （散粉株數(shù)/單倍體總株數(shù)） × 100

2 結(jié)果與分析

2019年冬，經(jīng)過人工仔細(xì)挑選與鑒定，共獲得經(jīng)誘導(dǎo)系‘吉科誘115與‘吉科糯1號(hào)、‘吉科糯15和‘吉科糯20雜交誘導(dǎo)后代的甜糯單倍體籽粒數(shù)分別為1 146，1 532，1 367粒。

不同遺傳基礎(chǔ)的甜糯單倍體在不同環(huán)境下的自然加倍率如表2所示。不同遺傳基礎(chǔ)的甜糯玉米單倍體的自然加倍率存在著顯著差異。其中，‘吉科糯15的單倍體在3個(gè)環(huán)境下的自然加倍率最高，平均值為9.7%，顯著高于‘吉科糯20與‘吉科糯1號(hào)，而‘吉科糯20的自然加倍率顯著高于‘吉科糯1號(hào)。由此表明，‘吉科糯15的雄穗育性恢復(fù)性最高，‘吉科糯20次之，‘吉科糯1號(hào)最低。此外，同一基因型材料在3個(gè)環(huán)境條件下的自然加倍率，均以南濱冬播最高，均值為10.1%;九站夏播次之，均值為8.8%;九站春播最低，均值為2.3%。雄穗育性恢復(fù)情況表現(xiàn)為：南濱冬播>九站夏播>九站春播。

對(duì)不同遺傳基礎(chǔ)的單倍體在不同環(huán)境條件下的自然加倍率進(jìn)行方差分析，結(jié)果如表3所示。不同環(huán)境間的單倍體自然加倍率差異達(dá)到了極顯著水平，表明不同環(huán)境間的單倍體雄穗育性恢復(fù)性存在著真實(shí)差異。此外，不同遺傳基礎(chǔ)間的單倍體自然加倍率也達(dá)到了極顯著的差異，表明不同基礎(chǔ)材料間的單倍體雄穗育性恢復(fù)性也存在著真實(shí)差異。

3 結(jié)論與討論

鮮食甜糯玉米具有粘香、細(xì)膩、順滑等特點(diǎn)，風(fēng)味獨(dú)特，口感上佳，已經(jīng)成為廣大消費(fèi)者極其歡迎的食品之一，巨大的市場(chǎng)需求量迫使鮮食玉米育種行業(yè)急需迅速發(fā)展。常規(guī)玉米育種方法年限長(zhǎng)，成本高，而單倍體育種技術(shù)能更快地得到純合的自交系，大大縮短了育種年限，已成為眾多育種家作為選育新品種應(yīng)用的育種技術(shù)。

單倍體育種技術(shù)化學(xué)加倍法雖然加倍率高，但危害性大，而自然加倍法具有對(duì)環(huán)境無污染，對(duì)人畜等安全，節(jié)約育種成本，縮短育種年限等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為各個(gè)育種單位更為重視的育種方法[15]。本研究結(jié)果表明：供試的3份不同遺傳基礎(chǔ)材料經(jīng)與‘吉科誘115雜交后得到的甜糯單倍體在南濱冬播、九站春播和九站夏播3個(gè)不同的生態(tài)環(huán)境條件下自然加倍率均不同，南濱冬播單倍體的自然加倍率最高，為10.1%;九站夏播單倍體的自然加倍率僅次于南濱冬播，為8.8%;九站春播單倍體的自然加倍率最低，為2.3%。結(jié)果顯示，南濱冬播最適宜甜糯玉米單倍體自然加倍。目前，有很多玉米育種團(tuán)隊(duì)在冬季選擇到海南進(jìn)行南繁，利用其有利的氣候條件，既縮短育種年限，又可提高單倍體自然加倍率，從而使育種效率得以大大提高。但南繁成本高，僅適合資金力量雄厚的育種單位常年進(jìn)行育種試驗(yàn)，資金力量薄弱的育種單位可選擇在九站夏播進(jìn)行單倍體的自然加倍。

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