不同世代玉米誘導(dǎo)率與加倍率研究及DH系配合力分析

張艷輝, 馬藝文，倪志剛，孫盼盼，鄭永照，康 恒，孫曉晨，董本春

(1.通化市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，吉林 梅河口 135007；2.河北兆育種業(yè)集團(tuán)有限公司，河北 石家莊 050000)

玉米單倍體育種已成為玉米現(xiàn)代化育種的重要技術(shù)[1]，是現(xiàn)代玉米育種的三大核心技術(shù)之一[2-4]。玉米單倍體育種技術(shù)將常規(guī)自選系6～7代成功地縮短為兩個(gè)世代，提高了選育效率，一代自交就可以獲得純合的自交系[5-8]，加快了育種進(jìn)程[9]。玉米單倍體加倍技術(shù)具有目標(biāo)選擇性高，淘汰率高等優(yōu)點(diǎn)[10]，因此被廣泛應(yīng)用[11]。玉米單倍體育種技術(shù)體系由雜交誘導(dǎo)、單倍體加倍、DH系鑒定以及DH系測配四個(gè)部分組成，玉米單倍體育種大規(guī)模應(yīng)用主要的限制因素是誘導(dǎo)率和玉米單倍體加倍率[12]。有關(guān)玉米單倍體誘導(dǎo)率以及加倍率影響因素的報(bào)道很多[13-14]，但其中自交后代對(duì)其影響因素的報(bào)道相對(duì)較少。通過分析S0、S1、S2、S3世代產(chǎn)生的DH系的配合力，研究各世代DH系配合力遺傳變異規(guī)律，以期為玉米單倍體育種提供依據(jù)。

1 材料與方法

以Lancster類群的玉米自交系PH 5 AD和PH 4 CV進(jìn)行雜交組配，連續(xù)自交4代，形成S0、S1、S2和S3四個(gè)世代。利用誘導(dǎo)系H-4與不同世代雜交，分別在每個(gè)世代對(duì)10株植株進(jìn)行雜交誘導(dǎo)。收獲后，根據(jù)R-navajo標(biāo)記，對(duì)籽粒逐粒鑒定。根據(jù)雜交當(dāng)代籽粒數(shù)和準(zhǔn)單倍體籽粒數(shù)，計(jì)算單倍體誘導(dǎo)率。

每個(gè)世代選取180粒準(zhǔn)單倍體種子，在恒溫箱里發(fā)芽，兩次重復(fù)，待幼芽長至1.5 cm左右時(shí)，將頂端胚芽鞘切掉1～2 mm，在室溫下浸泡于濃度為0.6%的秋水仙素溶液中，浸泡時(shí)長分別為6 h、8 h和10 h，每個(gè)世代每個(gè)時(shí)長處理60個(gè)單倍體幼芽。

以DHT 1-1、DHT 1-2、DHT 1-3、DHT 1-4、DHT 1-5分別代表S0世代的5個(gè)DH系，每個(gè)世代表示方式以此類推。選用5個(gè)Reid類群的自交系PH 6 WC、M 54、PH 2 GAA、PH 09 B和鄭58作測驗(yàn)種，采用NCⅡ設(shè)計(jì)，每個(gè)世代分別組配25個(gè)(5×5)雜交組合。對(duì)雜交組合進(jìn)行隨機(jī)區(qū)組處理，試驗(yàn)設(shè)置6.0萬株/hm2，3次重復(fù)，行長為5 m，行距0.6 m，4行區(qū)。成熟時(shí)連續(xù)收獲10株，測定單株產(chǎn)量，以10株均值為統(tǒng)計(jì)單位。統(tǒng)計(jì)分析應(yīng)用Excel軟件及DPS軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 各世代間誘導(dǎo)率分析

由表1可知，利用誘導(dǎo)系H-4對(duì)四個(gè)世代進(jìn)行誘導(dǎo)，不同自交后代誘導(dǎo)率有明顯差異。S0>S1>S2>S3，平均誘導(dǎo)率分別為10.66%、9.48%、8.14%、6.36%。

對(duì)四個(gè)世代誘導(dǎo)率進(jìn)行多重比較(見表1)。從表1可以看出，α=0.05水平上，S0、S1、S2和S3世代間均有顯著差異。α=0.01水平上，S0與S1世代間無顯著差異，S0、S1與S2、S3世代差異極顯著。由此得出，同一誘導(dǎo)系，不同世代對(duì)誘導(dǎo)率有明顯影響。

表1 不同世代玉米單倍體誘導(dǎo)率多重比較Table 1 Multiple comparison of haploid induction rate in different generations of maize

2.2 不同世代的單倍體加倍率分析

相同濃度秋水仙素不同浸芽時(shí)長之間的單倍體加倍率差異極顯著，不同世代間單倍體加倍率差異不顯著(表2)。不同世代與不同浸芽時(shí)長間差異不顯著，沒有明顯的互作效應(yīng)。相同濃度秋水仙素浸芽不同時(shí)長處理單倍體的加倍率如圖1所示，8 h浸芽時(shí)長處理的單倍體加倍率最高，平均加倍率為19.91%；10 h浸芽時(shí)長處理的單倍體加倍率最低，平均加倍率為5.16%(見圖1)。

表2 不同世代與不同浸芽時(shí)長單倍體加倍率方差分析Table 2 Variance analysis of haploid doubling rate in different generations and different soaking time

圖1 不同世代與不同浸芽時(shí)長處理的加倍率分析Fig.1 Analysis of doubling rate of different generations and different soaking time treatments

2.3 不同世代DH系配合力分析

2.3.1不同世代DH系配合力的方差分析

對(duì)S0、S1、S2、S3世代雜交誘導(dǎo)，秋水仙素加倍處理后產(chǎn)出的DH系進(jìn)行單株產(chǎn)量的方差分析(表3)，結(jié)果均達(dá)到顯著、極顯著差異，說明各世代產(chǎn)出的DH系遺傳差異明顯，可進(jìn)行配合力分析。

表3 不同世代DH系的單株產(chǎn)量方差分析Table 3 Variance analysis of yield per plant of DH lines in different generations

2.3.2不同世代DH系一般配合力分析

對(duì)各世代產(chǎn)出的DH系單株產(chǎn)量進(jìn)行一般配合力分析，一般配合力效應(yīng)值如圖2所示。S0世代的DH系一般配合力平均效應(yīng)值為-1.67，變化范圍是-12.51～7.59；S1世代的平均效應(yīng)值為1.71，變化范圍是-11.37～15.26；S2世代的平均效應(yīng)值為7.92，變化范圍是2.21～17.37；S3世代的平均效應(yīng)值為5.68，變化范圍是-2.68～17.23。S1世代產(chǎn)生的DH系的單株產(chǎn)量一般配合力變化幅度最大，并且出現(xiàn)了一般配合力效應(yīng)值為15.26的高配合力DH系(DHT 2-5)。S1世代的DH系單株產(chǎn)量性狀GCA效應(yīng)值變化幅度最大，負(fù)效應(yīng)值所占比例大于正效應(yīng)值所占的比例。于S0世代誘導(dǎo)、加倍后產(chǎn)生的DH系，出現(xiàn)一般配合力高的概率較小。S2世代和S3世代單株產(chǎn)量性狀一般配合力效應(yīng)值除DHT 4-3之外都是正效應(yīng)值，變化幅度較小，且S2世代出現(xiàn)了最高的GCA效應(yīng)值的DH系。S2世代一般配合力效應(yīng)值普遍較高，并且出現(xiàn)了最高配合力效應(yīng)值的DHT 3-4，其一般配合力效應(yīng)值為17.37，說明在S2世代更容易出現(xiàn)一般配合力高的DH系，選育出優(yōu)良DH系的可能性較大。

圖2 不同世代DH系單株產(chǎn)量性狀GCA效應(yīng)值及變幅Fig.2 GCA effect value and amplitude of yield traits per plant of DH lines in different generations

2.3.3不同世代DH系特殊配合力分析

從表4可以看出，對(duì)各世代組配的雜交組合進(jìn)行特殊配合力測定，不同世代雜交組合的特殊配合力效應(yīng)值變化幅度較大，同時(shí)得到了特殊配合力效應(yīng)值最高的雜交組合。特殊配合力效應(yīng)值變化幅度與一般配合力效應(yīng)值變化幅度基本一致，S1世代的特殊配合力效應(yīng)值變化幅度最大，S2、S3世代特殊配合力效應(yīng)值變化幅度很小。其中，特殊配合力效應(yīng)值最高的組合是S2世代的DHT 3-4×PH 6 WC，效應(yīng)值為29.97。一般配合力效應(yīng)值最高值出現(xiàn)在S3世代，而特殊配合力效應(yīng)值最高值出現(xiàn)在S2世代，說明一般配合力和特殊配合力未能始終保持一致，導(dǎo)致此結(jié)果的主要原因是決定特殊配合力的是非加性效應(yīng)。

表4 各個(gè)世代雜交組合SCA效應(yīng)值變幅及SCA效應(yīng)值最高組合Table 4 Variation of SCA effect value and the combination with the highest SCA effect value in different generations of hybrid combinations

3 結(jié)論與討論

3.1 單倍體誘導(dǎo)率受不同世代的影響

影響玉米單倍體誘導(dǎo)率的因素有很多，不同基因型[15-16]和不同生態(tài)環(huán)境[17]對(duì)同一誘導(dǎo)系的誘導(dǎo)率均有影響。本研究通過對(duì)相同遺傳基礎(chǔ)、不同自交后代進(jìn)行誘導(dǎo)，誘導(dǎo)率為6.36%～10.66%，平均誘導(dǎo)率為8.66%，比楊巍等[18]的結(jié)果低，但高于張如養(yǎng)等[19]的結(jié)果。相同誘導(dǎo)系在不同世代的誘導(dǎo)率各不相同，通過多重比較可知，S0世代的誘導(dǎo)率最高且與其他世代存在顯著和極顯著差異，并且世代越高誘導(dǎo)率反而越低，與李國良等[20]的研究結(jié)果大不相同。

3.2 相同濃度秋水仙素不同浸芽時(shí)長對(duì)單倍體加倍率的影響

玉米單倍體自然加倍的加倍率特別低，慈佳賓等[21]研究表明，自然加倍率最高僅能達(dá)到5%，甚至有很多材料不發(fā)生加倍。因此，需利用化學(xué)加倍來獲得大量玉米DH系。化學(xué)加倍的方法有很多[22-23]，利用最多的是秋水仙素。本研究采用秋水仙素浸芽不同時(shí)長對(duì)四個(gè)不同世代產(chǎn)生的單倍體進(jìn)行加倍，且不同浸芽時(shí)長間差異達(dá)極顯著水平，其中8 h的處理加倍率最高，與劉曉鑫等[24]研究結(jié)果一致，平均加倍率為19.91%。不同浸芽時(shí)長對(duì)加倍率影響很大，加倍率并不是隨著浸芽時(shí)長的增加而增加，而是在達(dá)到一定時(shí)長時(shí)加倍率達(dá)到峰值，再增加浸芽時(shí)長加倍率反而會(huì)下降，所以最佳浸芽時(shí)長的探索也是單倍體育種中的重要內(nèi)容。

3.3 不同世代的DH系分析

選育優(yōu)良自交系是玉米育種中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，常規(guī)玉米育種選育自交系需要6～7個(gè)世代，S0是最不穩(wěn)定的一代。李鳳艷等[25]研究認(rèn)為，S2和S3選系變異幅度最大，而王振萍[26]研究認(rèn)為，S2，S3世代時(shí)，各個(gè)性狀已經(jīng)基本趨于穩(wěn)定。本研究在S1世代進(jìn)行雜交誘導(dǎo)，并利用單倍體加倍后產(chǎn)生的DH系，一般配合力與特殊配合力的變化幅度較明顯，S2和S3效應(yīng)值變化幅度較小。S0世代的DH系，一般配合力的平均效應(yīng)值為負(fù)數(shù)，所以產(chǎn)生高配合力的DH系的可能性不大。S1世代DH系的一般配合力負(fù)效應(yīng)值比正效應(yīng)值所占的比例大。S2和S3世代單株產(chǎn)量效應(yīng)值變化幅度較小，且S2世代出現(xiàn)了一般配合力效應(yīng)值最高的DH系，說明在S2世代更容易出現(xiàn)高配合力的DH系，選育出優(yōu)良DH系的可能性更大。