基于DH 技術(shù)的優(yōu)良玉米自交系TP7-5 的選育與應(yīng)用

馬延華 孫德全 李綏艷 林 紅 潘麗艷 吳建忠 李東林 楊國(guó)偉

（黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院草業(yè)研究所，哈爾濱 150086）

玉米是黑龍江省第一大作物，分布在第一至第五積溫帶，年播種面積穩(wěn)定在600 萬(wàn)hm2左右，約占全國(guó)種植面積的1/5，產(chǎn)量約占全國(guó)玉米總產(chǎn)量的1/6[1]。玉米產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對(duì)于保障國(guó)家糧食安全和黑龍江省農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革至關(guān)重要。近幾年，隨著品種審定制度的改革，玉米審定品種數(shù)量急劇增加，但是突破性大品種還很少[2]。優(yōu)良玉米自交系是選育優(yōu)良雜交種的基礎(chǔ)，選育配合力高、高產(chǎn)、抗逆性強(qiáng)的自交系是育種工作首要任務(wù)。黑龍江省因?yàn)樘厥獾母吆乩砦恢?，?yōu)異種質(zhì)數(shù)量少、來(lái)源相似，育成品種的遺傳基礎(chǔ)狹窄，不僅存在生態(tài)安全威脅，且嚴(yán)重制約著突破性品種的選育。

引入法國(guó)、德國(guó)等歐洲國(guó)家的早熟、耐密植、適宜機(jī)械化收獲的種質(zhì)資源對(duì)于促進(jìn)我國(guó)玉米育種具有重要作用[3]。重慶市三峽農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院利用從歐洲引進(jìn)的BC8241Ht 種質(zhì)先后選育出8 個(gè)自交系，并組配選育了17 個(gè)雜交種[4]。丹東農(nóng)業(yè)科學(xué)院利用引進(jìn)的西班牙種質(zhì)選育出5 個(gè)優(yōu)良的早熟、耐密自交系，這些自交系與旅大紅骨、塘四平頭、PN78599 類(lèi)群有較強(qiáng)的雜種優(yōu)勢(shì)[5]。王元東等[6]以8 個(gè)骨干黃旅群自交系為受體，分別導(dǎo)入歐洲早熟種質(zhì)，通過(guò)系譜法和回交轉(zhuǎn)育法改良黃旅群種質(zhì)機(jī)械粒收特性，改良效果明顯。

黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院草業(yè)研究所玉米課題組以法國(guó)玉米雜交種Phi7 為基礎(chǔ)材料選育了高淀粉、高配合力自交系TP7，利用TP7 為親本育成了國(guó)審玉米新品種龍育366。應(yīng)用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)TP7 具有感玉米大斑病的缺點(diǎn)。從2007 年開(kāi)始，利用150Gy60Co-γ 射線輻照處理自交系TP7 風(fēng)干種子，對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步改良，選擇早熟、抗大斑病的突變體材料利用DH 技術(shù)選育，于2011 年育成了優(yōu)良自交系TP7-5。本文介紹了TP7-5 選育經(jīng)過(guò)和應(yīng)用情況，為進(jìn)一步改良及應(yīng)用提供依據(jù)。

1 選育過(guò)程

2007 年春季在哈爾濱用150Gy60Co-γ 射線輻照處理玉米自交系TP7 風(fēng)干種子1000 粒，進(jìn)行單粒點(diǎn)播，M1單株自交授粉，不作選擇淘汰，當(dāng)代收獲159 個(gè)果穗。2007 年冬每穗選40 粒，采取穗行法在海南加代種植M2，經(jīng)田間觀察和室內(nèi)考種，重點(diǎn)選擇在熟期、株高、株型、籽粒大小、粒色、抗病性等性狀方面較TP7 有顯著變異的單株，獲得16 個(gè)果穗。2008 年春季在哈爾濱將選留的果穗種子全部種植，選擇發(fā)育良好、抗大斑病的植株作母本，以中國(guó)農(nóng)大高誘5 號(hào)作父本，秋季收獲母本植株上果穗67 穗，脫粒后挑選出準(zhǔn)單倍體籽粒1225 粒。2008 年冬在海南將篩選出的準(zhǔn)單倍體籽粒全部播種，經(jīng)田間去雜去劣后，對(duì)既能正常抽絲又能正常散粉的植株進(jìn)行自交，獲得結(jié)實(shí)的果穗36 穗。2009 年春季在哈爾濱將自交結(jié)實(shí)果穗種植成穗行，并進(jìn)行自交，在玉米11～12 片葉時(shí)期人工接種大斑病病菌，對(duì)熟期、大斑病抗性和籽粒粗淀粉含量進(jìn)行嚴(yán)格選擇，秋季共獲得15 個(gè)DH 系。2009 年冬季在海南選擇5 個(gè)分屬不同種質(zhì)類(lèi)群的測(cè)驗(yàn)種與15 個(gè)DH 系雜交組配了75 個(gè)組合。2010 年春季在哈爾濱對(duì)75 個(gè)雜交組合進(jìn)行配合力分析鑒定，優(yōu)選了3 個(gè)DH 系。2011 年重點(diǎn)對(duì)3 個(gè)DH 系與TP7 進(jìn)行觀察對(duì)比，并對(duì)特殊配合力進(jìn)一步測(cè)定，優(yōu)選出熟期早、抗大斑病、籽粒淀粉含量高、配合力高的DH 系TP7-5。具體選育過(guò)程如圖1 所示。

圖1 自交系TP7-5 選育過(guò)程

2 特征特性

2.1 生物學(xué)特性與TP7 相比，TP7-5 熟期早3～4d，在哈爾濱出苗至成熟117d 左右，需有效活動(dòng)積溫2300℃左右。TP7-5 幼苗健壯，第1 葉鞘花青甙顯色強(qiáng)，株高195cm，穗位高65cm，穗位高與株高比率中，雄穗分枝數(shù)4～6 個(gè)，花絲花青甙顯色弱，花藥花青甙顯色弱，株型半收斂，果穗筒形，穗長(zhǎng)14.2cm，穗行數(shù)16～18 行，穗軸紅色，籽粒淡黃色，千粒重304g。TP7-5 在10 萬(wàn)株/hm2的種植密度下雌雄穗發(fā)育協(xié)調(diào)，不空稈，內(nèi)外果穗大小基本一致，表現(xiàn)出較好的耐密植性。一般產(chǎn)量5250～6000kg/hm2，高產(chǎn)地塊可達(dá)6750kg/hm2。

2.2 配合力測(cè)定2011 年選用自交系TP7-5、TA28、T10-2、TR13-3、T216 為母本，TD03、TD20、DK1411、T116、T3376 5 個(gè)自交系作父本，組配25 個(gè)測(cè)交組合，在佳木斯富錦市進(jìn)行田間試驗(yàn)，分析表明TP7-5產(chǎn)量一般配合力效應(yīng)值（GCA）為82.20，高于其他9 個(gè)自交系，說(shuō)明控制產(chǎn)量的基因加性效應(yīng)強(qiáng)，易于組配高產(chǎn)雜交組合。TP7-5 與來(lái)自蘭卡斯特血緣的T116、TD03 存在較高的產(chǎn)量特殊配合力（SCA）效應(yīng)，說(shuō)明TP7-5 與蘭卡斯特類(lèi)群種質(zhì)雜種優(yōu)勢(shì)較強(qiáng)。

2.3 抗病性經(jīng)多年田間自然發(fā)病鑒定，自交系TP7-5 高抗絲黑穗病、莖腐病、瘤黑粉病，抗穗腐病、粒腐??；經(jīng)人工接種鑒定，TP7 感大斑?。ú〖?jí)7 級(jí)），而TP7-5 抗大斑?。ú〖?jí)3 級(jí)）。用自交系TP7-5 組配育成的4 個(gè)玉米雜交種經(jīng)黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所人工接種鑒定，均高抗莖腐病、絲黑穗病，抗病性較好。

2.4 品質(zhì)特性經(jīng)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部谷物及制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心（哈爾濱）檢測(cè)，自交系TP7-5 籽粒容重722g/L，含粗蛋白10.13%、粗淀粉75.33%、粗脂肪3.57%。TP7-5 籽粒粗淀粉含量高于我國(guó)普通玉米常用自交系均值68.82%[7]，屬于高淀粉玉米自交系。用TP7-5 組配的雜交種籽粒商品性好，粗淀粉含量高，龍育598、天豐55、龍育67 等品種的籽粒粗淀粉含量均超過(guò)國(guó)家高淀粉玉米的指標(biāo)。

3 應(yīng)用情況

3.1 直接應(yīng)用自交系TP7-5 具有耐密植、抗病性強(qiáng)、一般配合力高、籽粒淀粉含量高、脫水快等優(yōu)點(diǎn)，已成為黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院骨干自交系。直接利用TP7-5 組配了龍育598 和天豐55 高淀粉玉米雜交種。

3.1.1 龍育5982013 年利用TP7-5 為父本，與自選系TD03 組配了玉米新組合龍育598，于2020 年7 月通過(guò)黑龍江省農(nóng)作物品種審定委員會(huì)審定（黑審玉2020L0014）。龍育598 為高淀粉玉米品種，生育期120d 左右，需≥10℃活動(dòng)積溫2400℃左右。適宜在黑龍江省第二積溫帶≥10℃活動(dòng)積溫2550℃以上的區(qū)域種植。

自2020 年審定推廣以來(lái)，表現(xiàn)出熟期早、產(chǎn)量高、淀粉含量高、籽粒脫水快、適合機(jī)械化收獲等優(yōu)點(diǎn)，深受種植戶(hù)歡迎，2021 年推廣2.9 萬(wàn)hm2，增產(chǎn)商品玉米1844.4 萬(wàn)kg，增加經(jīng)濟(jì)效益4242.1 萬(wàn)元。此外，龍育598 為加工企業(yè)提供了優(yōu)質(zhì)原料，提升了商品玉米市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)民增收與企業(yè)增效。

3.1.2 天豐552014 年利用TP7-5 為父本，與外引黑龍江天利種業(yè)有限公司的自交系TF-6 雜交選育而成的高產(chǎn)玉米品種。于2021 年6 月通過(guò)黑龍江省農(nóng)作物品種審定委員會(huì)審定（黑審玉2021L0017）。天豐55 生育期120d 左右，需≥10℃活動(dòng)積溫2400℃左右。適宜在黑龍江省第二積溫帶≥10℃活動(dòng)積溫2500℃以上區(qū)域種植。天豐55 具有高產(chǎn)、高淀粉、抗倒伏、籽粒脫水快、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。2021 年審定當(dāng)年就在適應(yīng)區(qū)示范推廣4533hm2，增產(chǎn)商品玉米375.4 萬(wàn)kg，增加經(jīng)濟(jì)效益863.4 萬(wàn)元。

3.2 間接應(yīng)用采用復(fù)合雜交、回交等育種手段，利用優(yōu)異種質(zhì)資源，對(duì)TP7-5 進(jìn)行了改良和提高，選育出T756、TB846、TB846-2 等一系列TP7-5改良系，利用這些改良系組配出多個(gè)優(yōu)良玉米雜交種。T756 是以（TP7-5×T641）×TP7-5 為基礎(chǔ)材料通過(guò)孤雌生殖單倍體誘導(dǎo)選育而成的自交系。TB846 是以TP7-5 為母本、自交系M504 為父本雜交組配基礎(chǔ)材料，經(jīng)連續(xù)自交7 個(gè)世代選育出的優(yōu)良自交系。

3.2.1 龍育67利用T756 與自選系T287B 雜交組配了玉米新組合龍育67。龍育67 生育期111～115d，需≥10℃活動(dòng)積溫2200℃左右。龍育67 具有早熟、高產(chǎn)、耐旱、抗大斑病、宜機(jī)收等優(yōu)良特性。2021 年參加黑龍江省玉米克玉19 熟期品比試驗(yàn)，平均產(chǎn)量10302.7kg/hm2，較對(duì)照克玉19 增產(chǎn)9.9%，收獲期籽粒平均含水量27.6%，籽粒雜質(zhì)率1.9%，籽粒破損率3.8%，適合機(jī)械化直收。龍育67 籽粒粗淀粉含量75.2%，屬于高淀粉品種，適合玉米深加工企業(yè)對(duì)高淀粉品種的需求。

3.2.2 龍育592利用TB846 與自選系T437C 雜交組配成玉米新組合龍育592。生育期115～118d，需≥10℃活動(dòng)積溫2320℃左右。龍育592具有高產(chǎn)、耐瘠薄、抗倒伏、抗大斑病、籽粒脫水快等優(yōu)良特性，適合機(jī)械化直收。2021 年參加黑龍江省玉米聯(lián)合體禾田4 號(hào)熟期區(qū)域試驗(yàn)，平均產(chǎn)量10878.3kg/hm2，較對(duì)照品種禾田4 號(hào)增產(chǎn)7.8%，收獲期籽粒平均含水量26.9%，籽粒雜質(zhì)率1.6%，籽粒破損率2.8%。龍育592 在黑龍江省第三積溫帶玉米生產(chǎn)區(qū)具有非常廣闊的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

4 TP7-5 的育種啟示

骨干自交系TP7-5 的育成，極大豐富了我國(guó)早熟玉米種質(zhì)的遺傳基礎(chǔ)，也可為開(kāi)展早熟玉米種質(zhì)創(chuàng)新育種單位提供以下3 點(diǎn)借鑒。

4.1 注重歐洲早熟玉米種質(zhì)的利用豐富選系的原始材料、拓寬種質(zhì)資源已成為當(dāng)前玉米育種工作的重中之重。來(lái)自其他國(guó)家或地區(qū)的地理遠(yuǎn)緣材料，尤其是來(lái)自歐洲國(guó)家的外來(lái)種質(zhì)材料，大都具有根系發(fā)達(dá)、莖稈堅(jiān)韌、抗倒伏、耐密植、籽粒脫水快及適宜機(jī)械化收獲的特點(diǎn)，是開(kāi)展機(jī)械粒收玉米育種難得的優(yōu)良資源[8]。利用歐洲玉米種質(zhì)資源育成了FL236、W109、fm104、T056、M504 等早熟優(yōu)異自交系，對(duì)我國(guó)東北早熟玉米育種和生產(chǎn)具有積極促進(jìn)作用[9-11]。在當(dāng)前東北早熟玉米種質(zhì)改良創(chuàng)新工作中，應(yīng)進(jìn)一步加大對(duì)歐洲玉米種質(zhì)利用的力度。TP7-5 骨干自交系在黑龍江省早熟宜籽粒機(jī)收玉米新品種選育中將有更大的利用潛力。

4.2 加強(qiáng)DH 育種技術(shù)的高效利用傳統(tǒng)方法選育自交系至少需要連續(xù)自交6～8 個(gè)世代。DH 技術(shù)將傳統(tǒng)的“連續(xù)自交”多步選系轉(zhuǎn)變?yōu)椤罢T導(dǎo)和加倍單倍體”兩步選系，大大加快了育種進(jìn)程，是玉米育種的顛覆性技術(shù)[12]。自交系TP7-5 選育過(guò)程得益于單倍體育種技術(shù)的應(yīng)用，從開(kāi)始輻射誘變育種基礎(chǔ)材料到最后決選完成僅用了4 年時(shí)間。育種單位應(yīng)盡快普及DH 技術(shù)的工程化應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)玉米育種技術(shù)的轉(zhuǎn)型與升級(jí)。

4.3 促進(jìn)輻射誘變育種技術(shù)的進(jìn)一步應(yīng)用輻射誘變技術(shù)具有提高突變頻率、擴(kuò)大變異范圍、有效打破基因連鎖及縮短育種年限等特點(diǎn)，利用60Co-γ 射線先后選育了丹340、4F1、魯原92、輻746、T08、TD01 等高配合力優(yōu)良玉米自交系，在玉米育種中發(fā)揮了重要作用[13-14]。玉米自交系TP7-5的成功選育，實(shí)現(xiàn)了早熟性狀突變與抗病性突變的有機(jī)結(jié)合，豐富了我國(guó)早熟玉米種質(zhì)資源遺傳基礎(chǔ)。當(dāng)前，面對(duì)耕地面積持續(xù)減少、環(huán)境惡化等多重壓力，傳統(tǒng)育種技術(shù)選擇效率較低、育種周期較長(zhǎng)，迫切需要融合應(yīng)用輻射誘變等新育種技術(shù)，以滿足農(nóng)業(yè)對(duì)新品種的需求。