李劍明，姜 龍，于海燕，于曉明，高華洋，徐 輝，秦宗星，陳 祥

(吉林農(nóng)業(yè)科技學院農(nóng)學院，吉林 132101)

玉米作為我國重要的糧、經(jīng)、飼兼用作物，在國民經(jīng)濟發(fā)展中占有舉足輕重的地位[1-2]。單倍體技術大大提高了玉米新品種產(chǎn)出速度，是現(xiàn)代玉米育種的“加速器”[3-5]。單倍體需要進行染色體加倍形成DH系后，才能在育種實踐中加以應用，單倍體的染色體加倍主要分為化學加倍和自然加倍[6-8]，張坤明等[9]對單倍體的化學加倍方法進行了研究，認為浸種法對玉米單倍體的加倍效果較為突出。李顏[10]以先玉335產(chǎn)生的單倍體子粒成熟胚為試驗材料，對玉米單倍體成熟胚組培加倍技術進行了研究。關于單倍體在自然環(huán)境下加倍特性的相關研究，尤其是結(jié)合不同遺傳背景材料、不同自然加倍地點的研究報道較少。

本研究利用吉林農(nóng)業(yè)科技學院玉米育種課題組自主培育的高頻孤雌生殖誘導系吉科誘115誘導的玉米單倍體為供試材料，對不同地點、不同遺傳的玉米單倍體自然加倍率進行了相關探究，目的在于探索玉米單倍體自然加倍的實用技術，以指導玉米單倍體育種實踐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

吉林農(nóng)業(yè)科技學院北方玉米育種基地位于吉林省吉林市九站地區(qū)，地理坐標為北緯43°52，東經(jīng)126°38′，該地區(qū)生態(tài)類型屬于溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫3 ℃～5 ℃，七月平均氣溫最高，一般在21 ℃～23 ℃，常年降雨量700 mm左右。

吉林農(nóng)業(yè)科技學院南繁育種基地位于海南省三亞市南濱農(nóng)場紅衛(wèi)隊，地理坐標為北緯18°23′，東經(jīng)109°11′，該地區(qū)生態(tài)類型屬于熱帶海洋性季風氣候，年均氣溫24 ℃～26 ℃，常年降雨量1 400～1 600 mm，素有“天然溫室”“熱作寶地”等美稱。

表1 供試親本材料名稱及血緣

1.2 試驗材料

供試雜交種中墾玉206、禾育203、農(nóng)單476、先玉1503、迪卡159均購自玉米種子經(jīng)銷店，上述雜交種為近年來在東北地區(qū)生產(chǎn)上應用較多的玉米雜交種，遺傳基因優(yōu)良。玉米單倍體誘導系吉科誘115由吉林農(nóng)業(yè)科技學院玉米育種課題組提供，誘導率均值為10%。試驗材料遺傳基礎及名稱見表1。

1.3 試驗方法

1.3.1 單倍體的誘導及籽粒鑒別 2018年，在吉林農(nóng)業(yè)科技學院北方玉米育種基地九站播種母本禾育203、中墾玉206、迪卡159、先玉1503、農(nóng)單476和父本誘導系吉科誘115?；ㄆ跁r對母本去雄后進行雜交誘導，精細田間管理。收獲雜交誘導果穗時，自然晾干后根據(jù)Chase[11]提出的單倍體籽粒Navajo遺傳標記鑒定法進行單倍體籽粒的室內(nèi)鑒定，將精細挑選后的單倍體籽粒均分3等份。

1.3.2 單倍體的自然加倍 以海南南濱農(nóng)場、吉林九站作為單倍體自然加倍地點，2019年春、夏在吉林九站進行單倍體的春播、夏播試驗，2019年冬在海南南濱農(nóng)場進行單倍體的冬播試驗，同時對單倍體雄穗育性的自然恢復情況進行田間記錄調(diào)查。

1.3.3 自然加倍率計算方法 吳鵬昊等[12]研究表明雄穗育性恢復是限制單倍體自然加倍的主要因素。本試驗不作單倍體的雌穗育性研究。單倍體自然加倍率的計算方法如下：

自然加倍率(%) = (雄穗散粉株數(shù)/單倍體總株數(shù))×100%

表3 不同遺傳基礎的單倍體在不同地點自然加倍率方差分析

2 結(jié)果與分析

經(jīng)人工仔細鑒別和挑選，誘導系吉科誘115雜交誘導玉米雜交種中墾玉206、先玉1503、禾育203、農(nóng)單476和迪卡159雜交獲得的單倍體籽粒數(shù)分別為1 265、1 877、1 468、2 190和999粒。經(jīng)細胞學檢驗，單倍體染色體數(shù)為10條，驗證了人工挑選單倍體的準確性。

將不同遺傳基礎的單倍體在不同地點自然加倍率表現(xiàn)列于表2。由表2可知，不同遺傳基礎的東北地區(qū)主推玉米品種的自然加倍率表現(xiàn)不同。其中，中墾玉206經(jīng)吉科誘115誘導后的單倍體自然加倍率均值最高，為11.7%，顯著高于迪卡159和先玉1503的自然加倍率均值。田間調(diào)查結(jié)果表明，中墾玉206雄性育性最強，農(nóng)單476雄穗育性最低。此外，同一遺傳基礎的材料在3個地點的自然加倍率，均以南濱冬播最高，自然加倍率均值達9.0%，九站夏播次之，為8.4%，九站春播最低，僅為2.8%，單倍體自然加倍率表現(xiàn)為：南濱冬播>九站夏播>九站春播。

對表2中的自然加倍率進行方差分析，見表3。由表3可知，地點間單倍體的自然加倍率差異達到了顯著水平，說明不同地點間單倍體雄穗育性恢復存在真實差異。此外，不同材料遺傳基礎差異也達到了顯著水平，說明不同遺傳基礎的雜交種材料之間單倍體自然加倍率存在真實差異。

3 結(jié)論與討論

玉米單倍體自然加倍法具有對人畜、環(huán)境均安全，節(jié)約育種成本，縮減繁瑣的加倍環(huán)節(jié)等優(yōu)點，在各個育種單位逐漸受到重視[13]。才卓等[14]研究表明，單倍體自然加倍率>10%是可能的；姜龍等[15]試驗結(jié)果表明，海南三亞單倍體的加倍率顯著高于吉林長春；于海燕等[16]研究表明，海南崖州較吉林公主嶺更適合于糯玉米單倍體的自然加倍。本研究結(jié)果表明，供試5份不同遺傳血緣的東北地區(qū)推廣面積較大的玉米雜交種經(jīng)吉科誘115誘導所產(chǎn)生的單倍體植株在不同地點的自然加倍率均不同，其中南濱冬播單倍體的自然加倍率高達9.0%，九站夏播次之，為8.4%，九站春播的加倍效果最差，僅為2.8%。

本研究中不同基因型材料經(jīng)誘導產(chǎn)生的單倍體在不同地點的自然加倍率(雄穗育性)存在較大差異，這與岳堯海等[17]的研究結(jié)果一致。每年冬季吉林省內(nèi)多數(shù)的玉米科研育種單位都會利用海南有利的氣候條件，開展玉米南繁育種工作[18]。但是南繁成本較高，常常制約著DH育種這一育種“加速器”在海南進行。依據(jù)本研究結(jié)果，資金力量薄弱的單位可以選擇在吉林九站夏播種植進行玉米單倍體自然的加倍。

此外，加強單倍體的田間管理水平，諸如水肥施用時間、病蟲草害防治等則有利于單倍體植株的生長和發(fā)育，對于提高其自然加倍效率是具有正向效應的。