賈波　謝慶春　余艷歡

摘要：旨在從黃淮玉米產(chǎn)區(qū)主要遺傳群體材料中篩選適宜的單倍體誘導(dǎo)系，研究并分析授粉時期對誘導(dǎo)系誘導(dǎo)效果的影響，為基于單倍體技術(shù)快速創(chuàng)制優(yōu)良玉米種質(zhì)提供研究基礎(chǔ)。以2個遺傳類型的材料為母本、4個外引的單倍體誘導(dǎo)系為父本，在江蘇省淮安市于夏季玉米吐絲后的不同時期授粉，統(tǒng)計后代單倍體產(chǎn)生的頻率，研究不同單倍體誘導(dǎo)系的誘導(dǎo)效果及授粉時期對單倍體誘導(dǎo)率的影響。結(jié)果表明：（1）不同誘導(dǎo)系的誘導(dǎo)率之間存在顯著差異，YD4、YD2、YD3的誘導(dǎo)率分別為8.57%、7.98%、7.93%，三者之間差異不顯著。YD5的誘導(dǎo)率最低，為3.41%，與其他誘導(dǎo)系之間的差異均達(dá)到了顯著水平。4個誘導(dǎo)系的誘導(dǎo)效果由高到低依次為YD4、YD2、YD3、YD5。（2）母本材料吐絲早，中期授粉誘導(dǎo)率高于后期，其中吐絲后2 d的授粉誘導(dǎo)率最高，為9.99%，與其他授粉時期間的差異均達(dá)到顯著水平，其次為吐絲后3、4 d授粉，誘導(dǎo)率分別為8.06%、7.87%。綜合分析母本授粉結(jié)實情況及單倍體誘導(dǎo)率認(rèn)為，母本材料在吐絲后2、3、4 d授粉，單倍體誘導(dǎo)系的誘導(dǎo)效率較高。

關(guān)鍵詞：玉米；單倍體誘導(dǎo)系；誘導(dǎo)率；授粉時期；方差分析

中圖分類號：S513.03文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1002-1302（2023）05-0129-05

玉米種質(zhì)資源是選育優(yōu)勢雜交種的基礎(chǔ)，玉米產(chǎn)量的不斷提高、農(nóng)藝性狀的改善以及抗病抗逆性的增強(qiáng)等都應(yīng)歸功于玉米種質(zhì)的不斷改良創(chuàng)新與利用。傳統(tǒng)種質(zhì)資源創(chuàng)制通常采用常規(guī)育種手段，種質(zhì)資源純化代數(shù)往往需要6～7代，不利于資源的快速更新?lián)Q代，限制了玉米育種產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。玉米單倍體育種技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一種快速獲得玉米自交系的先進(jìn)技術(shù)，該技術(shù)可以使玉米自交系純化代數(shù)縮短為2～3代，大大縮短了改良利用創(chuàng)新種質(zhì)的時間，為快速實現(xiàn)育種目標(biāo)提供了可能［1-2］。

目前，玉米單倍體育種技術(shù)主要是利用植物孤雌生殖誘導(dǎo)系得到單倍體。經(jīng)過孤雌生殖得到的自交系，純度高、遺傳穩(wěn)定、配合力高、雜種優(yōu)勢強(qiáng)，在育種工作中有很大的實用價值和廣闊的應(yīng)用前景。1941年，Coe從Northrup King種子公司得到1份具有紅葉耳、白色胚乳和紫色糊粉層的硬粒型獨特遺傳性狀的晚熟墨西哥食用玉米品系用于色素研究，1950年Coe將其命名為Stock 6。經(jīng)研究后發(fā)現(xiàn)，Stock 6自交后會出現(xiàn)2.52%的單倍體［3］。在Stock 6的基礎(chǔ)上，國外相繼選育出WS14、MHI、RWS和EMK等一批優(yōu)良的孤雌生殖誘導(dǎo)系［4］。我國也相繼選出農(nóng)大高誘1號、吉高誘3號等一批單倍體誘導(dǎo)系［5-6］。誘導(dǎo)系誘導(dǎo)率的高低是影響單倍體育種效率的一個重要因素，國內(nèi)已有眾多研究者對單倍體誘導(dǎo)系的誘導(dǎo)效果開展了深入研究。楊美麗等引進(jìn)了2個常規(guī)誘導(dǎo)系，并對其進(jìn)行改良，旨在獲得誘導(dǎo)率較高的誘導(dǎo)系［7］。王薪淇等對21個誘導(dǎo)雜交組合進(jìn)行誘導(dǎo)率評價，發(fā)現(xiàn)誘導(dǎo)率變異范圍為0.8%～9.6%［8］。武云昊等以不同的甜玉米基礎(chǔ)材料為母本，以吉科誘115、吉科誘209為父本進(jìn)行雜交誘導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)吉科誘115的誘導(dǎo)率為5.9%，顯著高于吉科誘209［9］。楊繼偉等以自選系L583為母本測驗種，組配了25個誘導(dǎo)系的雜交組合進(jìn)行誘導(dǎo)率的評價和比較分析，結(jié)果表明，不同組合間的誘導(dǎo)率存在極顯著差異，并篩選出5個誘導(dǎo)率達(dá)9%以上的雜交組合，可以用于單倍體規(guī)?；綦x誘導(dǎo)［10］。眾多研究結(jié)果表明，誘導(dǎo)系的誘導(dǎo)率受到本身基因型、母本遺傳類型、生態(tài)條件等多種因素的影響。

目前，我國玉米單倍體育種技術(shù)在北方春玉米區(qū)應(yīng)用得較多，在黃淮海玉米產(chǎn)區(qū)研究得較少。本研究以黃淮海玉米產(chǎn)區(qū)主要遺傳基礎(chǔ)材料為母本，以外引的4個單倍體誘導(dǎo)系為父本，研究不同誘導(dǎo)基因及授粉時期對玉米單倍體誘導(dǎo)率的影響，有針對性地篩選適宜的誘導(dǎo)系，以期為基于單倍體技術(shù)快速創(chuàng)制優(yōu)良玉米種質(zhì)提供基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗選用由綜合性狀優(yōu)良、抗病抗逆性較好的玉米種質(zhì)構(gòu)建的Reid、Non-Reid 2個材料為母本（表1），以4個外引的單倍體誘導(dǎo)系YD2、YD3、YD4、YD5為父本（表2）進(jìn)行雜交誘導(dǎo)，根據(jù)雜交后代單倍體產(chǎn)生的頻率評價不同誘導(dǎo)系的誘導(dǎo)率。

1.2 試驗方法

“1.1”節(jié)中的材料于2019年7月種植于江蘇省淮安市，每個母本材料種植500株，田間管理同一般大田。在開花期對所有單株套袋并掛牌，記載吐絲日期，于吐絲后2～6 d取誘導(dǎo)系花粉授粉。單穗收獲，在收獲的果穗上按如下標(biāo)準(zhǔn)逐粒鑒別單倍體：紫色胚乳、紫色盾片及黃色胚乳、紫色胚芽尖的子粒均為雜合二倍體；黃色胚乳、無色盾片的為外來花粉污染籽粒；紫色胚乳、無色盾片的子粒為準(zhǔn)單倍體。種植準(zhǔn)單倍體，將幼苗葉鞘為全紫色的予以淘汰，葉鞘為綠色的即為單倍體。根據(jù)單倍體子粒數(shù)和雜交子?？倲?shù)，確定不同母本材料、不同誘導(dǎo)系以及不同授粉時期獲得的單倍體誘導(dǎo)率。

試驗數(shù)據(jù)的方差分析采用SAS/STAT v9.1的PROC GLM進(jìn)行，平均值間的差異顯著性通過Duncans新復(fù)極差法進(jìn)行檢測。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同誘導(dǎo)系誘導(dǎo)率的統(tǒng)計分析

針對Reid、Non-Reid 2個母本材料，對4個誘導(dǎo)系的誘導(dǎo)率進(jìn)行方差分析，結(jié)果（表3）表明，不同誘導(dǎo)系的誘導(dǎo)率之間存在顯著差異，說明誘導(dǎo)系的誘導(dǎo)率受到自身基因型的影響；不同誘導(dǎo)系對2個母本材料的誘導(dǎo)率差異不顯著。

對4個誘導(dǎo)系的誘導(dǎo)率進(jìn)行比較分析，結(jié)果（表4）表明，YD4的誘導(dǎo)率最高，為8.57%，與YD2、YD3的誘導(dǎo)率相比差異不顯著；YD5的誘導(dǎo)率最低，為3.41%，顯著低于其他3個誘導(dǎo)系。

2.2 不同誘導(dǎo)系誘導(dǎo)單穗平均總粒數(shù)的統(tǒng)計分析

單倍體的獲得效率除了與誘導(dǎo)系的誘導(dǎo)率有關(guān)外，與誘導(dǎo)系的授粉效果也直接相關(guān)，具體可以用誘導(dǎo)系誘導(dǎo)母本材料獲得的單穗平均總粒數(shù)來衡量。針對2個母本材料，對4個誘導(dǎo)系誘導(dǎo)的母本單穗平均總粒數(shù)進(jìn)行方差分析，結(jié)果（表5）表明，不同誘導(dǎo)系誘導(dǎo)的母本單穗平均總粒數(shù)之間差異不顯著；不同母本材料之間的單穗平均總粒數(shù)差異顯著，說明單穗總粒數(shù)受到母本材料本身基因型影響。

對4個誘導(dǎo)系誘導(dǎo)的母本單穗的平均總粒數(shù)進(jìn)行比較分析，結(jié)果（表6）表明，YD5誘導(dǎo)母本材料獲得的單穗平均總粒數(shù)最多，為234.00粒，YD3誘導(dǎo)母本材料獲得的單穗平均總粒數(shù)最少，為160.88粒，4個誘導(dǎo)系之間的差異不顯著。

2.3 不同誘導(dǎo)系誘導(dǎo)單穗平均單倍體粒數(shù)的統(tǒng)計分析

單穗獲得的平均單倍體粒數(shù)能夠直接反映誘導(dǎo)系的誘導(dǎo)效率。對不同誘導(dǎo)系誘導(dǎo)母本材料獲得的單穗平均單倍體粒數(shù)進(jìn)行方差分析可知，2個母本材料之間的單穗單倍體平均粒數(shù)差異顯著，不同誘導(dǎo)系之間的差異不顯著（表7）。

對不同誘導(dǎo)系誘導(dǎo)單穗平均單倍體粒數(shù)進(jìn)行比較分析，結(jié)果（表8）表明，YD4誘導(dǎo)的單穗平均單倍體粒數(shù)最多，為14.82粒，與YD2、YD3相比差異不顯著；YD5誘導(dǎo)的單穗平均單倍體粒數(shù)最少，為8.10粒，與YD3相比差異不顯著，與YD2、YD4相比差異顯著。

2.4 不同授粉時期對單倍體誘導(dǎo)率的影響

不同授粉時期直接影響誘導(dǎo)系的授粉效果。將2個母本材料與YD4誘導(dǎo)系雜交得到的單倍體籽粒按不同母本和授粉時期進(jìn)行統(tǒng)計。由表9可以看出，不同遺傳類型母本材料之間、不同授粉時期之間的單倍體誘導(dǎo)率差異均達(dá)到了顯著水平。

對2個母本材料在5個授粉時期的單倍體誘導(dǎo)率比較分析，結(jié)果（表10）表明，在吐絲后2 d授粉，YD4的誘導(dǎo)率最高，為9.99%，與其他授粉時期相比差異達(dá)到顯著水平；吐絲后5、6 d授粉，誘導(dǎo)系的誘導(dǎo)率較低，與吐絲后4 d相比差異不顯著，與吐絲后2、3 d相比差異顯著。

2.5 不同授粉時期YD4誘導(dǎo)的單穗總粒數(shù)的比較分析

以YD4誘導(dǎo)系為父本，對2個母本材料在5個不同授粉時期誘導(dǎo)獲得的單穗平均總粒數(shù)進(jìn)行方差分析。由表11可以看出，2個母本材料之間及不同授粉時期的單穗平均總粒數(shù)之間均存在顯著差異。

對不同母本材料在5個授粉時期單穗平均總粒數(shù)進(jìn)行比較分析，結(jié)果（表12）表明，母本材料在吐絲后4 d授粉，單穗平均總粒數(shù)最多，為196.09粒，其次為吐絲后3 d，兩者之間的差異未達(dá)顯著水平，與其他授粉時期的單穗平均總粒數(shù)相比差異顯著。

2.6 不同授粉時期YD4誘導(dǎo)的單穗單倍體粒數(shù)的比較分析

對不同母本材料在5個授粉時期單穗平均單倍體粒數(shù)進(jìn)行方差分析，結(jié)果（表13）表明，2個母本材料之間以及不同授粉時期單穗平均單倍體粒數(shù)之間均存在顯著差異。

對不同母本材料在5個授粉時期的單穗平均單倍體粒數(shù)進(jìn)行比較分析，結(jié)果（表14）表明，母本材料在吐絲后4、3、2 d誘導(dǎo)獲得的單穗平均單倍體粒數(shù)較多，分別為15.82、15.72、15.03粒，3個授粉時期之間的差異未達(dá)顯著水平，與其他授粉時期之間的差異達(dá)到顯著水平。

3 討論與結(jié)論

3.1 4個單倍體誘導(dǎo)系的誘導(dǎo)效果

本研究以Reid、Non-Reid作為2個母本材料對4個誘導(dǎo)系的誘導(dǎo)率進(jìn)行比較分析，發(fā)現(xiàn)YD4的誘導(dǎo)率最高，為8.57%，YD2、YD3的誘導(dǎo)率分別為7.98%、7.93%，3種材料的誘導(dǎo)率之間的差異不顯著；YD5誘導(dǎo)系的誘導(dǎo)率最低，為3.41%，與其他誘導(dǎo)系之間的差異均達(dá)到顯著水平。對不同誘導(dǎo)系誘導(dǎo)的單穗平均單倍體粒數(shù)進(jìn)行比較分析，發(fā)現(xiàn)YD4誘導(dǎo)的單穗平均單倍體粒數(shù)最多，為14.82粒，YD2、YD3誘導(dǎo)系誘導(dǎo)的單穗平均單倍體粒數(shù)分別為13.89、12.87粒，三者之間的差異不顯著；YD5誘導(dǎo)的單穗平均單倍體粒數(shù)最少，為8.10粒，與YD3之間的差異不顯著，與YD2、YD4之間的差異顯著。4個誘導(dǎo)系的誘導(dǎo)效果由高到低依次為YD4、YD2、YD3、YD5。

國內(nèi)其他學(xué)者在單倍體誘導(dǎo)率研究方面已有一些報道，李高科等以28份外引及自育單倍體誘導(dǎo)系為父本、粵甜28為母本得到的誘導(dǎo)率變幅為0.43%～3.57%［11］。邢政等將玉米孤雌生殖誘導(dǎo)系Tg29與16份不同基因型的自交系和雜交種進(jìn)行雜交，得到的誘導(dǎo)率變幅為3.13%～10.41%，平均值為6.55%［12］。慈佳賓等以8個不同基因型組合為母本、以玉米單倍體誘導(dǎo)系JS6-1為父本，在3種不同生態(tài)環(huán)境下得到的平均誘導(dǎo)率分別為15.2%、11.1%、8.6%［13］。楊巍等以誘導(dǎo)系JS5-27、JS17-1為誘導(dǎo)材料對不同品種類型材料進(jìn)行雜交誘導(dǎo)試驗，結(jié)果表明，誘導(dǎo)系JS5-27在3個地點的平均誘導(dǎo)率為16.54%，JS17-1的為15.62%，顯著優(yōu)于其他誘導(dǎo)系［14］。劉欣芳等選育出了遼誘1號、遼誘2號、遼誘3號和遼誘4號等遼誘系列玉米單倍體誘導(dǎo)系，對22個品種的誘導(dǎo)試驗表明，遼誘1號、遼誘2號、遼誘3號和遼誘4號的綜合誘導(dǎo)率分別為6.85%、7.53%、6.66%和6.03%［15］。

綜上，除了慈佳賓、楊巍等選育的單倍體誘導(dǎo)系誘導(dǎo)率較高外，與其他研究者相比，本研究引進(jìn)篩選的YD4、YD2誘導(dǎo)系誘導(dǎo)率有一定優(yōu)勢，可以作為玉米單倍體育種技術(shù)的誘導(dǎo)材料。

3.2 不同授粉時期單倍體的誘導(dǎo)效率

母本材料的授粉時期會直接影響誘導(dǎo)系的誘導(dǎo)效率。本研究以YD4為父本，對2個母本材料在5個授粉時期的單倍體誘導(dǎo)率進(jìn)行比較分析發(fā)現(xiàn)，母本材料在吐絲早中期的授粉誘導(dǎo)率高于后期，其中吐絲后2 d的授粉誘導(dǎo)率最高，為9.99%，與其他授粉時期相比差異均達(dá)到顯著水平，其次為吐絲后3、4 d授粉，誘導(dǎo)率分別為8.06%、7.87%；對不同母本材料在5個授粉時期的單穗平均總粒數(shù)進(jìn)行比較分析發(fā)現(xiàn)，母本材料在吐絲后4 d授粉的單穗平均總粒數(shù)最多，為196.09粒，其次為吐絲后3 d授粉，單穗平均總粒數(shù)為191.49粒，兩者之間的差異未達(dá)顯著水平，與其他授粉時期間的差異顯著；對母本材料在5個授粉時期的單穗平均單倍體粒數(shù)進(jìn)行比較分析發(fā)現(xiàn)，母本材料在吐絲后4、3、2 d授粉，誘導(dǎo)獲得的單穗平均單倍體粒數(shù)較多，分別為15.82、15.72、15.03粒，3個授粉時期之間的差異未達(dá)顯著水平。綜合分析母本授粉結(jié)實情況及單倍體誘導(dǎo)率，認(rèn)為母本材料在吐絲后2、3、4 d授粉，單倍體誘導(dǎo)系的誘導(dǎo)效率較高。

關(guān)于授粉時期對單倍體誘導(dǎo)率的影響，不同研究人員得到的結(jié)論不同。Chase等研究認(rèn)為，延遲授粉可以提高玉米單倍體的誘導(dǎo)率［16-17］。楊巍等探討玉米單倍體誘導(dǎo)系JS6-2對不同基礎(chǔ)材料、不同授粉時期的誘導(dǎo)效果，發(fā)現(xiàn)在雌穗吐絲3～5 d后進(jìn)行雜交誘導(dǎo)，單倍體的誘導(dǎo)效果好［18］。姜龍等均研究認(rèn)為，在母本吐絲早期授粉可以提高單倍體的誘導(dǎo)率［19-21］。本研究得出的結(jié)論與國內(nèi)學(xué)者的研究結(jié)果較為一致。

針對黃淮玉米產(chǎn)區(qū)主要遺傳群體材料篩選適宜的單倍體誘導(dǎo)系，研究分析授粉時期對誘導(dǎo)系誘導(dǎo)效果的影響，可為基于單倍體技術(shù)快速創(chuàng)制綜合性狀優(yōu)良玉米種質(zhì)及改良特定種質(zhì)性狀提供理論基礎(chǔ)，對于實現(xiàn)規(guī)?；瘑伪扼w育種技術(shù)應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實意義。

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收稿日期：2022-04-02

基金項目：江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新資金［編號：CX（19）3048］；江蘇省環(huán)洪澤湖生態(tài)農(nóng)業(yè)生物技術(shù)重點實驗室項目（編號：17HZHL008）；江蘇省作物遺傳生理重點實驗室開放課題（編號：YCSL202106）；淮安市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院科研發(fā)展基金（編號：HNY202016）。

作者簡介：賈 波（1985—），男，江蘇漣水人，碩士，副研究員，主要從事玉米遺傳育種與栽培研究。E-mail：jiabo85@163.com。

通信作者：謝慶春，副研究員，主要從事玉米遺傳育種研究。E-mail：hy_xqc@sina.com。