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        玉米單倍體的自然及化學(xué)加倍研究

        2014-12-11 17:49:18劉海郭建文
        天津農(nóng)業(yè)科學(xué) 2014年12期
        關(guān)鍵詞:秋水仙素單倍體玉米

        劉海+郭建文

        摘 要:通過(guò)試驗(yàn)研究了6種常見(jiàn)單倍體玉米(NDG5、GY5598、ND108、ZD958、GY115、1145×Y331)在自然和化學(xué)條件下的基因加倍。結(jié)果表明,在自然條件下,6種基因型單倍體玉米的散粉率和結(jié)實(shí)率普遍較低,如果在芽苗期施以秋水仙素溶液處理,可以明顯提高單倍體玉米的散粉率和結(jié)實(shí)率。

        關(guān)鍵詞:玉米;單倍體;秋水仙素

        中圖分類(lèi)號(hào):S513 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A DOI 編碼:10.3969/j.issn.1006-6500.2014.12.031

        玉米是我國(guó)種植面積最大的農(nóng)作物,直接關(guān)系到我國(guó)的糧食安全問(wèn)題,具有十分重要的戰(zhàn)略地位。近年來(lái),國(guó)內(nèi)飼用和工業(yè)用玉米的需求量增長(zhǎng)迅速,如何能更快速、高效地選育出優(yōu)良的玉米新品種,就成為擺在各玉米育種單位面前的一道難題。

        長(zhǎng)期以來(lái),傳統(tǒng)的系譜法、回交法、復(fù)合雜交和輪回選擇等技術(shù)是改良玉米自交系的主要手段,并且已培育了許多能夠適應(yīng)各種生態(tài)環(huán)境的優(yōu)良雜交種,但常規(guī)遺傳改良一直存在著育種周期長(zhǎng)等缺點(diǎn)。Chase率先提出了單倍體育種,并首次獲得了玉米DH系,隨后用DH系配制了強(qiáng)優(yōu)勢(shì)的雜交種D640。利用單倍體育種技術(shù),只需要2個(gè)世代便可得到純度為100%的DH系,極大縮短了育種周期,提高了育種效率。同時(shí),由于單倍體只有一套染色體,沒(méi)有等位基因,有利于淘汰有害的隱性基因,在加倍的群體中不存在顯隱雜合子,因此,可以避免早代人為選擇的干擾,使DH系內(nèi)的加性效應(yīng)遺傳變異最大化,從而發(fā)掘配合力高的系。目前,基于孤雌生殖誘導(dǎo)系的單倍體育種技術(shù)已在國(guó)內(nèi)外玉米育種領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,并越來(lái)越受到育種工作者的青睞。

        筆者主要研究單倍體玉米育性的自然恢復(fù)和化學(xué)方法加倍,以期為玉米的單倍體育種提供借鑒。

        1 材料和方法

        1.1 單倍體自然加倍

        NDG5、GY5598、ND108、ZD958、GY115、1145×Y331為供試的6個(gè)常見(jiàn)玉米雜交種的單倍體,將上述玉米品種的種子栽植于試驗(yàn)地,生長(zhǎng)成熟時(shí)采用自花受粉的方式對(duì)6個(gè)玉米品種分別進(jìn)行授粉,并統(tǒng)計(jì)其散粉率與結(jié)實(shí)率。

        1.2 單倍體化學(xué)加倍

        選擇6個(gè)雜交種(NDG5、GY5598、ND108、ZD958、GY115、1145×Y331)單倍體在芽苗期施以秋水仙素溶液(0.06%+2%DMSO)進(jìn)行化學(xué)加倍,然后移植于試驗(yàn)地,生長(zhǎng)成熟時(shí)采用自花受粉的方式對(duì)6個(gè)玉米品種分別進(jìn)行授粉,并統(tǒng)計(jì)其散粉率與結(jié)實(shí)率。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 單倍體自然加倍條件下的散粉率與結(jié)實(shí)率

        圖1為6種基因型通過(guò)自花受粉方式在自然條件下授粉結(jié)實(shí)的試驗(yàn)結(jié)果。通過(guò)圖1可知,6種基因型單倍體玉米在自然條件下的散粉率都很低,僅1145×Y331基因型的散粉率為11.84%,其余5個(gè)基因型的散粉率都低于10%,其中最低的為GY115基因型,其散粉率僅為4.12%。通過(guò)圖1不難看出,6種基因型玉米單倍體的結(jié)實(shí)率普遍低于散粉率,由此可見(jiàn),并非散粉植株就一定會(huì)授粉成功并結(jié)實(shí),其中值得注意的是1145×Y331基因型,其散粉率與結(jié)實(shí)率相同,相對(duì)結(jié)實(shí)率可達(dá)到100%,可見(jiàn),1145×Y331基因型所有散粉植株全部授粉成功并結(jié)實(shí),相對(duì)結(jié)實(shí)率最低的基因型為NDG5,其散粉率為8.79%,但結(jié)實(shí)率僅為0.37%,相對(duì)結(jié)實(shí)率不足5%。

        2.2 單倍體化學(xué)加倍條件下的散粉率與結(jié)實(shí)率

        圖2為6種基因型在芽苗期施以秋水仙素溶液處理后,自花受粉方式下的散粉率與結(jié)實(shí)率。圖2結(jié)合圖1內(nèi)容不難看出,通過(guò)對(duì)植物幼苗期的加倍處理,6種基因型的散粉率普遍提高,其中散粉率最高的為ZD958,散粉率可達(dá)到42.50%,而自然條件下,6種基因型的最高散粉率僅為11.84%,在化學(xué)加倍條件下,除NDG5基因型的散粉率為5.13%,其余5種基因型的散粉率均高于17%。通過(guò)圖2還可以發(fā)現(xiàn),6種基因型在化學(xué)加倍條件下的結(jié)實(shí)率均明顯高于自然加倍條件下,其中結(jié)實(shí)率最高為ZD958基因型,結(jié)實(shí)率為25%,而自然條件下,最高結(jié)實(shí)率僅為11.84%(1145×Y331)。

        3 結(jié)論與討論

        通常認(rèn)為,玉米單倍體的雄穗是高度不育的,但在自然條件下,許多單倍體基因型的雄穗仍然可以完成部分的授粉過(guò)程,并促使少量的植株完成授粉和結(jié)實(shí)的過(guò)程。

        試驗(yàn)表明,自然條件下,單倍體玉米的散粉率和結(jié)實(shí)率都非常低,散粉率與結(jié)實(shí)率之間沒(méi)有明顯的相關(guān)關(guān)系,可見(jiàn),即使在成功散粉的條件下,也無(wú)法實(shí)現(xiàn)散粉植株全部授粉,通過(guò)秋水仙素溶液的處理,6種基因型玉米的散粉率與結(jié)實(shí)率均出現(xiàn)了明顯的上升,單倍體玉米結(jié)實(shí)率的提高可以獲取更大量的純合子多倍體玉米種子,這在玉米單倍體育種中具有十分重要的意義。

        參考文獻(xiàn):

        [1] 趙延明,董樹(shù)亭,張鎖良,等.玉米單倍體育種技術(shù)研究與應(yīng)用進(jìn)展[J].玉米科學(xué),2007,15(5): 60-64.

        [2] 武沖,唐樹(shù)梅,張勇,等.植物花粉培養(yǎng)研究進(jìn)展[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào),2008,24 (11):146-149.

        [3] 郭仲深.煙草和辣椒花藥離體培養(yǎng)的研究[J].植物學(xué)報(bào),1973(15): 37-48.

        [4] 陳振光,王妙清,廖惠華.柑桔花粉植株的誘導(dǎo)[J].遺傳學(xué)報(bào),1980,7(2):189-191.

        [5] 蔡保田,陳名玲,祝虹,等.從湖北光敏核不育水稻的未受精子房和花藥培養(yǎng)出單倍體植株[J].實(shí)驗(yàn)生物學(xué)報(bào),1988(21):401-407.

        [6] 宋建成,姜麗君,王啟柏.誘導(dǎo)培養(yǎng)基及其主要成分對(duì)玉米花藥培養(yǎng)的影響[J].西北植物學(xué)報(bào),1998(18): 16-22.

        [7] 原玉香,耿建峰,張曉偉,等.影響玉米花藥培養(yǎng)效率的因素研究[J].華北農(nóng)學(xué)報(bào),2001(3):12-16.

        [8] 付迎軍.玉米離體花藥培養(yǎng)體系的建立[J].延邊大學(xué)農(nóng)學(xué)學(xué)報(bào),2004,26 (1):1-5.

        [9] 孫敬三.利用小麥X玉米雜交誘導(dǎo)小麥單倍體[J].植物學(xué)報(bào),1992,34(11): 817-821.endprint

        摘 要:通過(guò)試驗(yàn)研究了6種常見(jiàn)單倍體玉米(NDG5、GY5598、ND108、ZD958、GY115、1145×Y331)在自然和化學(xué)條件下的基因加倍。結(jié)果表明,在自然條件下,6種基因型單倍體玉米的散粉率和結(jié)實(shí)率普遍較低,如果在芽苗期施以秋水仙素溶液處理,可以明顯提高單倍體玉米的散粉率和結(jié)實(shí)率。

        關(guān)鍵詞:玉米;單倍體;秋水仙素

        中圖分類(lèi)號(hào):S513 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A DOI 編碼:10.3969/j.issn.1006-6500.2014.12.031

        玉米是我國(guó)種植面積最大的農(nóng)作物,直接關(guān)系到我國(guó)的糧食安全問(wèn)題,具有十分重要的戰(zhàn)略地位。近年來(lái),國(guó)內(nèi)飼用和工業(yè)用玉米的需求量增長(zhǎng)迅速,如何能更快速、高效地選育出優(yōu)良的玉米新品種,就成為擺在各玉米育種單位面前的一道難題。

        長(zhǎng)期以來(lái),傳統(tǒng)的系譜法、回交法、復(fù)合雜交和輪回選擇等技術(shù)是改良玉米自交系的主要手段,并且已培育了許多能夠適應(yīng)各種生態(tài)環(huán)境的優(yōu)良雜交種,但常規(guī)遺傳改良一直存在著育種周期長(zhǎng)等缺點(diǎn)。Chase率先提出了單倍體育種,并首次獲得了玉米DH系,隨后用DH系配制了強(qiáng)優(yōu)勢(shì)的雜交種D640。利用單倍體育種技術(shù),只需要2個(gè)世代便可得到純度為100%的DH系,極大縮短了育種周期,提高了育種效率。同時(shí),由于單倍體只有一套染色體,沒(méi)有等位基因,有利于淘汰有害的隱性基因,在加倍的群體中不存在顯隱雜合子,因此,可以避免早代人為選擇的干擾,使DH系內(nèi)的加性效應(yīng)遺傳變異最大化,從而發(fā)掘配合力高的系。目前,基于孤雌生殖誘導(dǎo)系的單倍體育種技術(shù)已在國(guó)內(nèi)外玉米育種領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,并越來(lái)越受到育種工作者的青睞。

        筆者主要研究單倍體玉米育性的自然恢復(fù)和化學(xué)方法加倍,以期為玉米的單倍體育種提供借鑒。

        1 材料和方法

        1.1 單倍體自然加倍

        NDG5、GY5598、ND108、ZD958、GY115、1145×Y331為供試的6個(gè)常見(jiàn)玉米雜交種的單倍體,將上述玉米品種的種子栽植于試驗(yàn)地,生長(zhǎng)成熟時(shí)采用自花受粉的方式對(duì)6個(gè)玉米品種分別進(jìn)行授粉,并統(tǒng)計(jì)其散粉率與結(jié)實(shí)率。

        1.2 單倍體化學(xué)加倍

        選擇6個(gè)雜交種(NDG5、GY5598、ND108、ZD958、GY115、1145×Y331)單倍體在芽苗期施以秋水仙素溶液(0.06%+2%DMSO)進(jìn)行化學(xué)加倍,然后移植于試驗(yàn)地,生長(zhǎng)成熟時(shí)采用自花受粉的方式對(duì)6個(gè)玉米品種分別進(jìn)行授粉,并統(tǒng)計(jì)其散粉率與結(jié)實(shí)率。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 單倍體自然加倍條件下的散粉率與結(jié)實(shí)率

        圖1為6種基因型通過(guò)自花受粉方式在自然條件下授粉結(jié)實(shí)的試驗(yàn)結(jié)果。通過(guò)圖1可知,6種基因型單倍體玉米在自然條件下的散粉率都很低,僅1145×Y331基因型的散粉率為11.84%,其余5個(gè)基因型的散粉率都低于10%,其中最低的為GY115基因型,其散粉率僅為4.12%。通過(guò)圖1不難看出,6種基因型玉米單倍體的結(jié)實(shí)率普遍低于散粉率,由此可見(jiàn),并非散粉植株就一定會(huì)授粉成功并結(jié)實(shí),其中值得注意的是1145×Y331基因型,其散粉率與結(jié)實(shí)率相同,相對(duì)結(jié)實(shí)率可達(dá)到100%,可見(jiàn),1145×Y331基因型所有散粉植株全部授粉成功并結(jié)實(shí),相對(duì)結(jié)實(shí)率最低的基因型為NDG5,其散粉率為8.79%,但結(jié)實(shí)率僅為0.37%,相對(duì)結(jié)實(shí)率不足5%。

        2.2 單倍體化學(xué)加倍條件下的散粉率與結(jié)實(shí)率

        圖2為6種基因型在芽苗期施以秋水仙素溶液處理后,自花受粉方式下的散粉率與結(jié)實(shí)率。圖2結(jié)合圖1內(nèi)容不難看出,通過(guò)對(duì)植物幼苗期的加倍處理,6種基因型的散粉率普遍提高,其中散粉率最高的為ZD958,散粉率可達(dá)到42.50%,而自然條件下,6種基因型的最高散粉率僅為11.84%,在化學(xué)加倍條件下,除NDG5基因型的散粉率為5.13%,其余5種基因型的散粉率均高于17%。通過(guò)圖2還可以發(fā)現(xiàn),6種基因型在化學(xué)加倍條件下的結(jié)實(shí)率均明顯高于自然加倍條件下,其中結(jié)實(shí)率最高為ZD958基因型,結(jié)實(shí)率為25%,而自然條件下,最高結(jié)實(shí)率僅為11.84%(1145×Y331)。

        3 結(jié)論與討論

        通常認(rèn)為,玉米單倍體的雄穗是高度不育的,但在自然條件下,許多單倍體基因型的雄穗仍然可以完成部分的授粉過(guò)程,并促使少量的植株完成授粉和結(jié)實(shí)的過(guò)程。

        試驗(yàn)表明,自然條件下,單倍體玉米的散粉率和結(jié)實(shí)率都非常低,散粉率與結(jié)實(shí)率之間沒(méi)有明顯的相關(guān)關(guān)系,可見(jiàn),即使在成功散粉的條件下,也無(wú)法實(shí)現(xiàn)散粉植株全部授粉,通過(guò)秋水仙素溶液的處理,6種基因型玉米的散粉率與結(jié)實(shí)率均出現(xiàn)了明顯的上升,單倍體玉米結(jié)實(shí)率的提高可以獲取更大量的純合子多倍體玉米種子,這在玉米單倍體育種中具有十分重要的意義。

        參考文獻(xiàn):

        [1] 趙延明,董樹(shù)亭,張鎖良,等.玉米單倍體育種技術(shù)研究與應(yīng)用進(jìn)展[J].玉米科學(xué),2007,15(5): 60-64.

        [2] 武沖,唐樹(shù)梅,張勇,等.植物花粉培養(yǎng)研究進(jìn)展[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào),2008,24 (11):146-149.

        [3] 郭仲深.煙草和辣椒花藥離體培養(yǎng)的研究[J].植物學(xué)報(bào),1973(15): 37-48.

        [4] 陳振光,王妙清,廖惠華.柑桔花粉植株的誘導(dǎo)[J].遺傳學(xué)報(bào),1980,7(2):189-191.

        [5] 蔡保田,陳名玲,祝虹,等.從湖北光敏核不育水稻的未受精子房和花藥培養(yǎng)出單倍體植株[J].實(shí)驗(yàn)生物學(xué)報(bào),1988(21):401-407.

        [6] 宋建成,姜麗君,王啟柏.誘導(dǎo)培養(yǎng)基及其主要成分對(duì)玉米花藥培養(yǎng)的影響[J].西北植物學(xué)報(bào),1998(18): 16-22.

        [7] 原玉香,耿建峰,張曉偉,等.影響玉米花藥培養(yǎng)效率的因素研究[J].華北農(nóng)學(xué)報(bào),2001(3):12-16.

        [8] 付迎軍.玉米離體花藥培養(yǎng)體系的建立[J].延邊大學(xué)農(nóng)學(xué)學(xué)報(bào),2004,26 (1):1-5.

        [9] 孫敬三.利用小麥X玉米雜交誘導(dǎo)小麥單倍體[J].植物學(xué)報(bào),1992,34(11): 817-821.endprint

        摘 要:通過(guò)試驗(yàn)研究了6種常見(jiàn)單倍體玉米(NDG5、GY5598、ND108、ZD958、GY115、1145×Y331)在自然和化學(xué)條件下的基因加倍。結(jié)果表明,在自然條件下,6種基因型單倍體玉米的散粉率和結(jié)實(shí)率普遍較低,如果在芽苗期施以秋水仙素溶液處理,可以明顯提高單倍體玉米的散粉率和結(jié)實(shí)率。

        關(guān)鍵詞:玉米;單倍體;秋水仙素

        中圖分類(lèi)號(hào):S513 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A DOI 編碼:10.3969/j.issn.1006-6500.2014.12.031

        玉米是我國(guó)種植面積最大的農(nóng)作物,直接關(guān)系到我國(guó)的糧食安全問(wèn)題,具有十分重要的戰(zhàn)略地位。近年來(lái),國(guó)內(nèi)飼用和工業(yè)用玉米的需求量增長(zhǎng)迅速,如何能更快速、高效地選育出優(yōu)良的玉米新品種,就成為擺在各玉米育種單位面前的一道難題。

        長(zhǎng)期以來(lái),傳統(tǒng)的系譜法、回交法、復(fù)合雜交和輪回選擇等技術(shù)是改良玉米自交系的主要手段,并且已培育了許多能夠適應(yīng)各種生態(tài)環(huán)境的優(yōu)良雜交種,但常規(guī)遺傳改良一直存在著育種周期長(zhǎng)等缺點(diǎn)。Chase率先提出了單倍體育種,并首次獲得了玉米DH系,隨后用DH系配制了強(qiáng)優(yōu)勢(shì)的雜交種D640。利用單倍體育種技術(shù),只需要2個(gè)世代便可得到純度為100%的DH系,極大縮短了育種周期,提高了育種效率。同時(shí),由于單倍體只有一套染色體,沒(méi)有等位基因,有利于淘汰有害的隱性基因,在加倍的群體中不存在顯隱雜合子,因此,可以避免早代人為選擇的干擾,使DH系內(nèi)的加性效應(yīng)遺傳變異最大化,從而發(fā)掘配合力高的系。目前,基于孤雌生殖誘導(dǎo)系的單倍體育種技術(shù)已在國(guó)內(nèi)外玉米育種領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,并越來(lái)越受到育種工作者的青睞。

        筆者主要研究單倍體玉米育性的自然恢復(fù)和化學(xué)方法加倍,以期為玉米的單倍體育種提供借鑒。

        1 材料和方法

        1.1 單倍體自然加倍

        NDG5、GY5598、ND108、ZD958、GY115、1145×Y331為供試的6個(gè)常見(jiàn)玉米雜交種的單倍體,將上述玉米品種的種子栽植于試驗(yàn)地,生長(zhǎng)成熟時(shí)采用自花受粉的方式對(duì)6個(gè)玉米品種分別進(jìn)行授粉,并統(tǒng)計(jì)其散粉率與結(jié)實(shí)率。

        1.2 單倍體化學(xué)加倍

        選擇6個(gè)雜交種(NDG5、GY5598、ND108、ZD958、GY115、1145×Y331)單倍體在芽苗期施以秋水仙素溶液(0.06%+2%DMSO)進(jìn)行化學(xué)加倍,然后移植于試驗(yàn)地,生長(zhǎng)成熟時(shí)采用自花受粉的方式對(duì)6個(gè)玉米品種分別進(jìn)行授粉,并統(tǒng)計(jì)其散粉率與結(jié)實(shí)率。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 單倍體自然加倍條件下的散粉率與結(jié)實(shí)率

        圖1為6種基因型通過(guò)自花受粉方式在自然條件下授粉結(jié)實(shí)的試驗(yàn)結(jié)果。通過(guò)圖1可知,6種基因型單倍體玉米在自然條件下的散粉率都很低,僅1145×Y331基因型的散粉率為11.84%,其余5個(gè)基因型的散粉率都低于10%,其中最低的為GY115基因型,其散粉率僅為4.12%。通過(guò)圖1不難看出,6種基因型玉米單倍體的結(jié)實(shí)率普遍低于散粉率,由此可見(jiàn),并非散粉植株就一定會(huì)授粉成功并結(jié)實(shí),其中值得注意的是1145×Y331基因型,其散粉率與結(jié)實(shí)率相同,相對(duì)結(jié)實(shí)率可達(dá)到100%,可見(jiàn),1145×Y331基因型所有散粉植株全部授粉成功并結(jié)實(shí),相對(duì)結(jié)實(shí)率最低的基因型為NDG5,其散粉率為8.79%,但結(jié)實(shí)率僅為0.37%,相對(duì)結(jié)實(shí)率不足5%。

        2.2 單倍體化學(xué)加倍條件下的散粉率與結(jié)實(shí)率

        圖2為6種基因型在芽苗期施以秋水仙素溶液處理后,自花受粉方式下的散粉率與結(jié)實(shí)率。圖2結(jié)合圖1內(nèi)容不難看出,通過(guò)對(duì)植物幼苗期的加倍處理,6種基因型的散粉率普遍提高,其中散粉率最高的為ZD958,散粉率可達(dá)到42.50%,而自然條件下,6種基因型的最高散粉率僅為11.84%,在化學(xué)加倍條件下,除NDG5基因型的散粉率為5.13%,其余5種基因型的散粉率均高于17%。通過(guò)圖2還可以發(fā)現(xiàn),6種基因型在化學(xué)加倍條件下的結(jié)實(shí)率均明顯高于自然加倍條件下,其中結(jié)實(shí)率最高為ZD958基因型,結(jié)實(shí)率為25%,而自然條件下,最高結(jié)實(shí)率僅為11.84%(1145×Y331)。

        3 結(jié)論與討論

        通常認(rèn)為,玉米單倍體的雄穗是高度不育的,但在自然條件下,許多單倍體基因型的雄穗仍然可以完成部分的授粉過(guò)程,并促使少量的植株完成授粉和結(jié)實(shí)的過(guò)程。

        試驗(yàn)表明,自然條件下,單倍體玉米的散粉率和結(jié)實(shí)率都非常低,散粉率與結(jié)實(shí)率之間沒(méi)有明顯的相關(guān)關(guān)系,可見(jiàn),即使在成功散粉的條件下,也無(wú)法實(shí)現(xiàn)散粉植株全部授粉,通過(guò)秋水仙素溶液的處理,6種基因型玉米的散粉率與結(jié)實(shí)率均出現(xiàn)了明顯的上升,單倍體玉米結(jié)實(shí)率的提高可以獲取更大量的純合子多倍體玉米種子,這在玉米單倍體育種中具有十分重要的意義。

        參考文獻(xiàn):

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