玉米單倍體化學加倍效果研究

張正英，李世曉，楊萬平，于安芬

（1.甘肅省農業科學院作物研究所，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅五谷種業有限公司，甘肅 蘭州730070；3.甘肅省農業科學院農業質量標準與檢測技術研究所，甘肅 蘭州 730070）

采用多代自交選育自交系的玉米常規育種方法周期長、成本高，通常需要自交6～8代，至少需要3 a以上時間。通過單倍體技術可將自交系選育時間縮短為1～2 a，大大加快育種進程；而且雙單倍體系（DH系）完全純合，系內變異來源于基因與環境互作，因而可以通過多點試驗代替多年試驗，更快速、更準確和更可靠的評價雙單倍體系，提高育種效率。玉米單倍體雄穗育性自然恢復率低（一般1%～3%），有些材料甚至不發生自然加倍，受供體基因型的影響大[1]，自然加倍率很低，因此研究玉米單倍體的化學加倍方法來恢復雄穗育性就顯得尤為重要。秋水仙素是常用的染色體加倍藥劑，通常有很好的加倍效果。我們于2017年選取近期獲得的單倍體材料，通過苗期大田注射秋水仙素以提高玉米雙單倍體系的獲得率，現報道如下。

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.1.1 供試玉米單倍體 利用自有誘導系隴誘1號為父本，2016年經誘導試驗得到的不同種質來源基礎群體單倍體材料10份。單倍體籽粒鑒定依據誘導果穗上擬單倍體籽粒R1-nj標記，篩選籽粒頂部帶紫色標記、胚尖不帶紫色標記的擬單倍體籽粒作為供試材料。根據田間幼苗長勢長相判斷真實單倍體植株。

1.1.2 供試藥劑 供試藥劑為0.04%秋水仙素、2%二甲基亞砜（DMSO）。藥劑配方共3種，配方1為0.04%秋水仙素+2%二甲基亞砜（DMSO）；配方2為0.06%秋水仙素+2%二甲基亞砜（DMSO）；配方3（對照）為蒸餾水。

1.2 試驗方法

1.2.1 種植方法 試驗地設在景泰縣甘肅五谷種業有限公司育種基地。試驗地為灰鈣土，土壤肥沃，灌溉便利。前茬玉米，冬水前施入羊糞45 000 kg/hm2，供試單倍體材料順序排列種植，行長2 m，行距40 cm，株距25 cm。每份材料種植66株。其余管理同當地大田。

1.2.2 處理方法 試驗采用幼苗注射法。2017年春將擬單倍體籽粒逐粒播種于田間，幼苗5～6葉期時，用醫用1 mL注射器在生長點上方約1 cm處刺入不同配方的藥劑。

1.2.3 鑒定及統計 統計各處理的幼（芽）苗數，即處理單倍體株數。根據苗期長勢判斷真實單倍體植株。將長勢瘦弱并且生長緩慢，葉片較少、狹窄、直立上沖、葉色較淡的植株鑒定為真實單倍體。玉米植株抽雄后，觀察并記載單倍體植株的雄花育性恢復情況，將凡是具有外露花藥且能正常散粉的植株標記為加倍株。

加倍率=散粉株數/單倍體植株數×100%。

2 結果與分析

秋水仙素兩種配方處理的加倍效果（表1）表明，配方2的加倍效果優于配方1。配方1加倍率為2.3%～27.5%，平均加倍率10.99%；配方2的加倍率為6.5%～31.3%，平均加倍率17.47%；兩種配方的加倍效果均優于空白對照，空白對照的加倍率為0～10.2%。經成對數據統計測驗，配方2加倍效果顯著優于配方1，配方1加倍效果顯著優于空白對照。說明秋水仙素具有很好的加倍作用，劑量以0.06%秋水仙素+2%二甲基亞砜（DMSO）為優。

3 小結與討論

玉米單倍體雄穗育性恢復率低且受核基因型控制，一般難以自交結實，是影響玉米單倍體直接利用的關鍵因素。通過染色體加倍恢復其育性后，大大提高育種利用價值。經過近50年的研究，玉米育種工作者在玉米單倍體的染色體化學加倍技術方面積累了一些經驗，并總結出一些比較有效的加倍方法，同時揭示了一些影響加倍效果的因子。魏昌松[1]比較了浸種法、浸芽法和注射法三種方法，以及不同濃度、不同處理時間下的秋水仙素加倍效果，認為最優的加倍方案是秋水仙素在濃度0.06%、0.08%時處理8～12 h。杜文平[2]研究表明，切根處理48 h，單倍體植株平均散粉率和結實率分別為51.39%和8.74%，極顯著高于直接浸根處理的散粉率和結實率。江禹奉等[3]研究表明大田中注射法散粉率為9.27%。

表1 玉米單倍體秋水仙素兩種處理方法的加倍效果

魏昌松等[4]認為，不同基礎材料加倍率不同，XF1179×蘇1-51加倍株率可以達到35.90%。本研究中，單倍體材料6在2種配方處理下加倍率均很高，分別達到27.5%和31.3%，即使空白對照也達到10.2%。這些高加倍率材料可以采用自然加倍方法達到直接利用雙單倍體純系的目的。

自交率與雄穗散粉、雌穗吐絲的間隔期相關，反映了玉米單倍體雌穗育性恢復率和耐藥性，耐藥性高的材料一般具有較多的有利等位基因，加倍后從中篩選出抗逆性較強的雙單倍體材料的概率就更高。結實率反映了花粉與卵細胞的真實育性恢復率，也就是加倍藥劑滲透進細胞、與微管相互作用以及在細胞中存留時間長短的能力[5-6]。因此，應該結合加倍株率、自交率和結實率三者來判斷化學藥劑和處理方法的加倍效果。本研究僅通過統計雄穗散粉株數考察加倍率，還需要開展更加細化的研究。

參考文獻：

[1]魏昌松.玉米單倍體高頻誘導系的篩選與加倍技術的研究[D].南京：華中農業大學碩士學位論文，2011.

[2]杜文平，余桂容，陳 謙.切根處理對玉米單倍體加倍效率的影響[J]. 玉米科學，2017，25（4）：12-16.

[3]江禹奉，覃蘭秋，程偉東，等.兩種環境下玉米單倍體注射法與自然加倍研究[J].玉米科學，2016，24（4）：20-23.

[4]魏昌松，許貴明，譚 澍，等.兩種藥劑對玉米單倍體加倍效果研究[J].農業科技通訊，2016（3）：55-58.

[5]王曉梅，傅迎軍，孫殷會.玉米單倍體誘導率及加倍率影響因素研究進展[J].黑龍江農業科學，2016，4：151-155.

[6]周玉乾，寇思榮，連曉榮.不同生態區玉米單倍體自然加倍率研究[J]. 甘肅農業科技，2016（6）：5-7.