玉米单倍体诱导系Stock 6的改良研究

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(吉林农业科技学院农学院， 吉林 吉林 132101)

常规育种方法选育自交系，获得一个纯系需要4～6年时间，而利用单倍体育种技术选育自交系则只需1～2年时间，极大的缩短自交系选育年限[1]。美国先锋、德国KWS等公司已经进行了卓有成效的研究单倍体育种工作[2]。利用单倍体诱导系选育玉米自交系程序主要包括杂交诱导产生单倍体、对单倍体诱导系杂交F1后代进行单倍体个体的鉴定及单倍体个体的染色体加倍，获得双单倍体(纯和二倍体)，通过自交繁殖获得的后代，进行配合力测定。

Coe[3]育成了诱导系Stock 6，其诱导率在1%左右。各国育种家相继对Stock 6进行了改良，选育出一批诱导率高、农艺性状良好的诱导系，如RWS[4]、UH 400[5]、农大高诱系列[6]、吉高诱3号[7]。然而利用单倍体选育自交系，主要受基因型和诱导率2个因素的限制[8]。利用单倍体技术育成符合育种目标的优良自交系的概率是很低的，且目前使用的诱导系的单倍体诱导率普遍不高，诱导率受母本基础材料基因型的影响较大。基于上述问题，本研究以不同遗传背景下的基础材料作为母本，以Stock 6及其改良系作为父本，开展了相关诱导试验，旨在筛选出优良的Stock 6改良系以用于玉米DH育种实践。

1 材料与方法

1.1 材 料

组1：父本材料为包括Stock 6在内的8个单倍体诱导系：GS 13、GS 22、GS 37、GS 38、GS 42、GS 47、GS 49；母本材料：Mo 17×PH 4 CV。

组2：母本材料涵盖五大种质类群的自交系：黄早四(塘四平头群)、Mo 17(Lancaster群)、郑58(国内Reid群)、丹599(PN群)、S 122(旅大红骨群)；父本材料：Stock 6改良系GS 11。

组3：母本材料为5种遵循杂种优势模式[9]原则的选系基础材料，包括昌7-2×吉853(模式：塘四平头群×塘四平头群)、PH 6 WC×郑58(模式：先锋母本群×国内Reid群)、昌7-2×S 122(模式：塘四平头群×旅大红骨群)、PH 4 CV×PH 5 AD(模式：先锋父本群×先锋父本群)、PH 4 CV×丹340(模式：先锋父本群×旅大红骨群)；父本材料：Stock 6改良系GS 11。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

试验在吉林农业科技学院南繁育种基地进行。2017年冬种植母本基础材料，每份材料种植5 m行长2行区，行距0.65 m，密度6.0万株/hm2。父本材料错期播种，每份材料都分4批种植，第1批与母本同期播种，以后每隔3 d播种1批。授粉期间用父本的花粉与所选基础材料进行杂交诱导，一般在母本花丝抽出后3～4 d进行杂交，以获得较好的杂交结实性。对杂交种果穗收获，尽量避免杂交籽粒丢失，严格避免混杂。

表3 种质类群对单倍体诱导率的影响

名称诱导率(%)123456平均值CV(%)黄早四(塘四平头群)16.917.316.015.416.917.216.625Mo17(Lancaster群)16.717.014.616.917.315.216.287郑58(Reid群)18.518.017.518.219.019.218.403S122(旅大红骨群)9.210.29.612.29.910.310.2310丹599(PN群)5.97.25.95.15.56.15.9512

表4 种质类群间单倍体诱导率多重比较

名称均值(%)5%显著水平1%极显著水平郑58(Reid群)18.40aA黄早四(塘四平头群)16.61bBMo17(Lancaster群 )16.27bBS122(旅大红骨群)10.21cC丹599(PN)5.93dD

1.2.2 单倍体籽粒的鉴定方法

根据籽粒Navajo标记性状，对杂交籽粒逐粒鉴定[10]。胚乳糊粉层呈现紫色或紫红色标记，胚芽部位无色，且胚面较小，凹陷较深的籽粒为准单倍体籽粒。

单倍体诱导率计算公式如下：

单倍体诱导率(%)=准单倍体粒数/杂交总粒数×100%。

1.2.3 统计分析

数据分析综合利用Excel 2013软件及DPS 7.05软件数据处理系统[11]。

2 结果与分析

2.1 Stock 6改良系的诱导率比较

将8份诱导系对同一份杂交组Mo 17×PH 4 CV的诱导率列于表1。由表1可知，GS 13平均诱导率最高，为25.91%，变幅为19.3%～27.7%；GS 37的平均诱导率位居第2位，为20.15%，变幅为16.2%～23.5%，其变异系数最小，为12%；其他5个Stock 6改良系的平均诱导率都明显高于Stock 6。

表1 8份诱导系对杂交组合Mo 17×PH 4 CV的杂交诱导结果

名称诱导率(%)123456平均值CV(%)GS1325.425.019.330.827.827.725.9115GS2211.210.68.217.814.38.911.831GS3720.619.820.120.723.516.220.1512GS3810.214.012.25.76.213.510.3035GS4215.413.412.114.012.216.713.9313GS473.64.22.92.33.55.33.6028GS4913.310.511.314.68.711.911.7018Stock62.71.83.61.83.52.82.7029

对表1试验数据进行方差分析，处理间假设测验的F=57.89>F0.01=3.12，可知8个诱导系的诱导率存在极显著差异，因此对各处理平均数进行多重比较，多重比较结果见表2。由表2可知，只有GS 47与Stock 6之间无明显差异，其余6个Stock 6改良系与Stock 6之间的诱导率都达到1%极显著水平；其中GS 13的诱导率最高，GS 37次之；GS 42、GS 49、JGS 22之间无差异，三者与GS 38的差异达到显著水平，未达极显著水平。

综上所述，Stock 6改良系的诱导率比Stock 6本身有所提高，其中GS 13和GS 37是改良成功的诱导系，可在育种中利用。GS 42、GS 49、GS 38、GS 22具有一定的利用价值，但仍需进行改良。

表2 不同单倍体诱导系间诱导率的多重比较

名称均值(%)5%显著水平1%极显著水平GS1325.91aAGS3720.15bBGS4213.93cCGS4911.80cdCGS2211.70cdCGS3810.30dCGS473.57eDStock62.70eD

2.2 不同种质类群对诱导率的影响

GS 11对五大种质类群自交系的诱导率见表3。由表3可知，GS 11对玉米五大种质类群自交系的平均诱导率存在差异，对Reid类群的郑58授粉所产生平均单倍体诱导率最高为18.4%，变异系数小，为3%，变幅在17.5%～19.2%之间，说明GS 11对Reid类群的诱导率最高且较为稳定；GS 11对塘四平头群的黄早四和Lancaster群的Mo 17的平均诱导率也比较高，为16.6%和16.3%，变异较小。对PN种质群单倍体诱导率最低，为5.9%。

对不同种质类群单倍体平均诱导率方差分析表明：处理间假设测验的F值为226.7>F0.01=4.18，可知不同种质类群单倍体诱导率差异达到极显著水平。因此对不同种质类群自交系的平均诱导率进行多重比较，结果列于表4。由表4可知，GS 11对Reid类群的郑58杂交诱导所产生单倍体的平均诱导率极显著高于塘四平头群、Lancaster群、PN群、旅大红骨群材料。塘四平头群和Lancaster群自交系间的诱导率差异不明显，塘四平头群和Lancaster群与旅大红骨群、PN群，旅大红骨群与PN群之间诱导率差异达极显著水平。

表5 不同杂交模式的选系材料对单倍体诱导率的影响

名称诱导率(%)123456平均值CV(%)PH4CV×丹340(先锋父本×旅大红骨)2.42.62.52.32.02.92.4512PH4CV×PH5AD(先锋父本群)8.010.58.810.611.310.59.9513PH6WC×郑58(先锋母×Reid)13.612.817.413.914.313.314.2212昌7-2×吉853(塘四平头×塘四平头)16.916.715.818.815.818.517.088昌7-2×S122(塘四平头×旅大红骨)13.815.213.613.114.813.513.996

2.3 不同杂交模式的选系材料对诱导率的影响

以GS 11分别给来自先锋父×旅大红骨、先锋父本群、先锋母×Reid、塘四平头×塘四平头、塘四平头×旅大红骨的不同杂交模式的选系基础材料进行杂交诱导，结果列于表5。由表5可知，GS 11对塘四平头×塘四平头的选系材料授粉所产生平均单倍体诱导率最高，为17.08%，变幅为15.8%～18.8%；对先锋母×Reid和塘四平头×旅大红骨的选系材料单倍体诱导率为14.22%和13.99%；对先锋父本群的选系材料授粉所产生平均单倍体诱导率为9.95%；对先锋父本×旅大红骨的选系材料单倍体诱导率最低，仅为2.45%。

3 讨论与结论

3.1 单倍体诱导率分析

单倍体诱导频率与诱导系和基础材料的选择密切相关，不同亲本组合变幅一般为1%～5%[12-13]。本研究表明，不同的单倍体诱导系诱导率存在很大差异，不同基础材料单倍体诱导率存在一定差异。

3.1.1 Stock 6的改良效果

Chase[14]发现经过多代农艺性状改良的材料比未经改良材料产生单倍体频率高，单倍体的发生频率与雌配子体中致死和半致死基因的频率呈负相关。通过本研究可知，Stock 6改良系的诱导率比Stock 6有显著提高，其中GS 13的诱导率最高，GS 37诱导率居第2位，与其他6个诱导系存在极显著差异，是改良成功的诱导系，可以应用于育种中。同时试验证明Stock 6改良系不仅保留了Stock 6的典型标记基因和一些优良的农艺性状，而且极大地提高了单倍体诱导率。因此，对Stock 6进行改良切实可行，可以选育出更加理想的单倍体诱导系，可以更有效地提高单倍体育种的效率。

3.1.2 不同基础材料对单倍体诱导率的影响

李国良等[15]利用农大高诱1号对玉米不同种质和世代单倍体诱导频率的研究表明，农大高诱1号对塘四平头、旅大红骨、Lancaster、Reid群四大种质类群和热导地方种质群的平均诱导率为3.9%，不同类群间存在显著差异。本研究结果表明，GS 11对玉米五大种质类群的诱导率存在差异，对Reid类群授粉所产生平均单倍体诱导率比塘四平头群、Lancaster群、PN群、旅大红骨群都高，为18.4%；对塘四平头和Lancaster群诱导率也比较高，为16.6%和16.3%。对PN群诱导率最低，仅为5.9%。GS 11对来自塘四平头×塘四平头模式的选系材料授粉所产生平均单倍体诱导率明显高于对先锋母×Reid、塘四平头×旅大红骨、先锋父本群、先锋父×旅大红骨的选系材料杂交诱导所产生平均单倍体诱导率。本试验与李国良试验的差异可能是由于诱导系的不同和所选种质类群的具体材料的不同导致。但是通过这2个试验均可以证明，诱导系对不同材料的诱导率差异很大。

综上，在今后的育种工作中，应根据不同的诱导系选择适合的基础材料进行杂交诱导，更有利于选育出优良单倍体育成自交系。