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        玉米單倍體的自然及化學加倍研究

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

        劉海+郭建文

        摘 要:通過試驗研究了6種常見單倍體玉米(NDG5、GY5598、ND108、ZD958、GY115、1145×Y331)在自然和化學條件下的基因加倍。結果表明,在自然條件下,6種基因型單倍體玉米的散粉率和結實率普遍較低,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實率。

        關鍵詞:玉米;單倍體;秋水仙素

        中圖分類號:S513 文獻標識碼:A DOI 編碼:10.3969/j.issn.1006-6500.2014.12.031

        玉米是我國種植面積最大的農(nóng)作物,直接關系到我國的糧食安全問題,具有十分重要的戰(zhàn)略地位。近年來,國內(nèi)飼用和工業(yè)用玉米的需求量增長迅速,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。

        長期以來,傳統(tǒng)的系譜法、回交法、復合雜交和輪回選擇等技術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等缺點。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系配制了強優(yōu)勢的雜交種D640。利用單倍體育種技術,只需要2個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,由于單倍體只有一套染色體,沒有等位基因,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,基于孤雌生殖誘導系的單倍體育種技術已在國內(nèi)外玉米育種領域得到廣泛應用,并越來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和化學方法加倍,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個常見玉米雜交種的單倍體,將上述玉米品種的種子栽植于試驗地,生長成熟時采用自花受粉的方式對6個玉米品種分別進行授粉,并統(tǒng)計其散粉率與結實率。

        1.2 單倍體化學加倍

        選擇6個雜交種(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)進行化學加倍,然后移植于試驗地,生長成熟時采用自花受粉的方式對6個玉米品種分別進行授粉,并統(tǒng)計其散粉率與結實率。

        2 結果與分析

        2.1 單倍體自然加倍條件下的散粉率與結實率

        圖1為6種基因型通過自花受粉方式在自然條件下授粉結實的試驗結果。通過圖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%。通過圖1不難看出,6種基因型玉米單倍體的結實率普遍低于散粉率,由此可見,并非散粉植株就一定會授粉成功并結實,其中值得注意的是1145×Y331基因型,其散粉率與結實率相同,相對結實率可達到100%,可見,1145×Y331基因型所有散粉植株全部授粉成功并結實,相對結實率最低的基因型為NDG5,其散粉率為8.79%,但結實率僅為0.37%,相對結實率不足5%。

        2.2 單倍體化學加倍條件下的散粉率與結實率

        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實率。圖2結合圖1內(nèi)容不難看出,通過對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%。通過圖2還可以發(fā)現(xiàn),6種基因型在化學加倍條件下的結實率均明顯高于自然加倍條件下,其中結實率最高為ZD958基因型,結實率為25%,而自然條件下,最高結實率僅為11.84%(1145×Y331)。

        3 結論與討論

        通常認為,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程,并促使少量的植株完成授粉和結實的過程。

        試驗表明,自然條件下,單倍體玉米的散粉率和結實率都非常低,散粉率與結實率之間沒有明顯的相關關系,可見,即使在成功散粉的條件下,也無法實現(xiàn)散粉植株全部授粉,通過秋水仙素溶液的處理,6種基因型玉米的散粉率與結實率均出現(xiàn)了明顯的上升,單倍體玉米結實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:

        [1] 趙延明,董樹亭,張鎖良,等.玉米單倍體育種技術研究與應用進展[J].玉米科學,2007,15(5): 60-64.

        [2] 武沖,唐樹梅,張勇,等.植物花粉培養(yǎng)研究進展[J].中國農(nóng)學通報,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].植物學報,1973(15): 37-48.

        [4] 陳振光,王妙清,廖惠華.柑桔花粉植株的誘導[J].遺傳學報,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].實驗生物學報,1988(21):401-407.

        [6] 宋建成,姜麗君,王啟柏.誘導培養(yǎng)基及其主要成分對玉米花藥培養(yǎng)的影響[J].西北植物學報,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)學報,2001(3):12-16.

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

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

        摘 要:通過試驗研究了6種常見單倍體玉米(NDG5、GY5598、ND108、ZD958、GY115、1145×Y331)在自然和化學條件下的基因加倍。結果表明,在自然條件下,6種基因型單倍體玉米的散粉率和結實率普遍較低,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實率。

        關鍵詞:玉米;單倍體;秋水仙素

        中圖分類號:S513 文獻標識碼:A DOI 編碼:10.3969/j.issn.1006-6500.2014.12.031

        玉米是我國種植面積最大的農(nóng)作物,直接關系到我國的糧食安全問題,具有十分重要的戰(zhàn)略地位。近年來,國內(nèi)飼用和工業(yè)用玉米的需求量增長迅速,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。

        長期以來,傳統(tǒng)的系譜法、回交法、復合雜交和輪回選擇等技術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等缺點。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系配制了強優(yōu)勢的雜交種D640。利用單倍體育種技術,只需要2個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,由于單倍體只有一套染色體,沒有等位基因,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,基于孤雌生殖誘導系的單倍體育種技術已在國內(nèi)外玉米育種領域得到廣泛應用,并越來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和化學方法加倍,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個常見玉米雜交種的單倍體,將上述玉米品種的種子栽植于試驗地,生長成熟時采用自花受粉的方式對6個玉米品種分別進行授粉,并統(tǒng)計其散粉率與結實率。

        1.2 單倍體化學加倍

        選擇6個雜交種(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)進行化學加倍,然后移植于試驗地,生長成熟時采用自花受粉的方式對6個玉米品種分別進行授粉,并統(tǒng)計其散粉率與結實率。

        2 結果與分析

        2.1 單倍體自然加倍條件下的散粉率與結實率

        圖1為6種基因型通過自花受粉方式在自然條件下授粉結實的試驗結果。通過圖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%。通過圖1不難看出,6種基因型玉米單倍體的結實率普遍低于散粉率,由此可見,并非散粉植株就一定會授粉成功并結實,其中值得注意的是1145×Y331基因型,其散粉率與結實率相同,相對結實率可達到100%,可見,1145×Y331基因型所有散粉植株全部授粉成功并結實,相對結實率最低的基因型為NDG5,其散粉率為8.79%,但結實率僅為0.37%,相對結實率不足5%。

        2.2 單倍體化學加倍條件下的散粉率與結實率

        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實率。圖2結合圖1內(nèi)容不難看出,通過對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%。通過圖2還可以發(fā)現(xiàn),6種基因型在化學加倍條件下的結實率均明顯高于自然加倍條件下,其中結實率最高為ZD958基因型,結實率為25%,而自然條件下,最高結實率僅為11.84%(1145×Y331)。

        3 結論與討論

        通常認為,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程,并促使少量的植株完成授粉和結實的過程。

        試驗表明,自然條件下,單倍體玉米的散粉率和結實率都非常低,散粉率與結實率之間沒有明顯的相關關系,可見,即使在成功散粉的條件下,也無法實現(xiàn)散粉植株全部授粉,通過秋水仙素溶液的處理,6種基因型玉米的散粉率與結實率均出現(xiàn)了明顯的上升,單倍體玉米結實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:

        [1] 趙延明,董樹亭,張鎖良,等.玉米單倍體育種技術研究與應用進展[J].玉米科學,2007,15(5): 60-64.

        [2] 武沖,唐樹梅,張勇,等.植物花粉培養(yǎng)研究進展[J].中國農(nóng)學通報,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].植物學報,1973(15): 37-48.

        [4] 陳振光,王妙清,廖惠華.柑桔花粉植株的誘導[J].遺傳學報,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].實驗生物學報,1988(21):401-407.

        [6] 宋建成,姜麗君,王啟柏.誘導培養(yǎng)基及其主要成分對玉米花藥培養(yǎng)的影響[J].西北植物學報,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)學報,2001(3):12-16.

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

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

        摘 要:通過試驗研究了6種常見單倍體玉米(NDG5、GY5598、ND108、ZD958、GY115、1145×Y331)在自然和化學條件下的基因加倍。結果表明,在自然條件下,6種基因型單倍體玉米的散粉率和結實率普遍較低,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實率。

        關鍵詞:玉米;單倍體;秋水仙素

        中圖分類號:S513 文獻標識碼:A DOI 編碼:10.3969/j.issn.1006-6500.2014.12.031

        玉米是我國種植面積最大的農(nóng)作物,直接關系到我國的糧食安全問題,具有十分重要的戰(zhàn)略地位。近年來,國內(nèi)飼用和工業(yè)用玉米的需求量增長迅速,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。

        長期以來,傳統(tǒng)的系譜法、回交法、復合雜交和輪回選擇等技術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等缺點。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系配制了強優(yōu)勢的雜交種D640。利用單倍體育種技術,只需要2個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,由于單倍體只有一套染色體,沒有等位基因,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,基于孤雌生殖誘導系的單倍體育種技術已在國內(nèi)外玉米育種領域得到廣泛應用,并越來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和化學方法加倍,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個常見玉米雜交種的單倍體,將上述玉米品種的種子栽植于試驗地,生長成熟時采用自花受粉的方式對6個玉米品種分別進行授粉,并統(tǒng)計其散粉率與結實率。

        1.2 單倍體化學加倍

        選擇6個雜交種(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)進行化學加倍,然后移植于試驗地,生長成熟時采用自花受粉的方式對6個玉米品種分別進行授粉,并統(tǒng)計其散粉率與結實率。

        2 結果與分析

        2.1 單倍體自然加倍條件下的散粉率與結實率

        圖1為6種基因型通過自花受粉方式在自然條件下授粉結實的試驗結果。通過圖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%。通過圖1不難看出,6種基因型玉米單倍體的結實率普遍低于散粉率,由此可見,并非散粉植株就一定會授粉成功并結實,其中值得注意的是1145×Y331基因型,其散粉率與結實率相同,相對結實率可達到100%,可見,1145×Y331基因型所有散粉植株全部授粉成功并結實,相對結實率最低的基因型為NDG5,其散粉率為8.79%,但結實率僅為0.37%,相對結實率不足5%。

        2.2 單倍體化學加倍條件下的散粉率與結實率

        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實率。圖2結合圖1內(nèi)容不難看出,通過對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%。通過圖2還可以發(fā)現(xiàn),6種基因型在化學加倍條件下的結實率均明顯高于自然加倍條件下,其中結實率最高為ZD958基因型,結實率為25%,而自然條件下,最高結實率僅為11.84%(1145×Y331)。

        3 結論與討論

        通常認為,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程,并促使少量的植株完成授粉和結實的過程。

        試驗表明,自然條件下,單倍體玉米的散粉率和結實率都非常低,散粉率與結實率之間沒有明顯的相關關系,可見,即使在成功散粉的條件下,也無法實現(xiàn)散粉植株全部授粉,通過秋水仙素溶液的處理,6種基因型玉米的散粉率與結實率均出現(xiàn)了明顯的上升,單倍體玉米結實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:

        [1] 趙延明,董樹亭,張鎖良,等.玉米單倍體育種技術研究與應用進展[J].玉米科學,2007,15(5): 60-64.

        [2] 武沖,唐樹梅,張勇,等.植物花粉培養(yǎng)研究進展[J].中國農(nóng)學通報,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].植物學報,1973(15): 37-48.

        [4] 陳振光,王妙清,廖惠華.柑桔花粉植株的誘導[J].遺傳學報,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].實驗生物學報,1988(21):401-407.

        [6] 宋建成,姜麗君,王啟柏.誘導培養(yǎng)基及其主要成分對玉米花藥培養(yǎng)的影響[J].西北植物學報,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)學報,2001(3):12-16.

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

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

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