利用二甲戊靈誘導(dǎo)玉米孤雌生殖的研究

楊俊偉，王建軍，賈鑫，邵林生，李彥良，趙變平，楊海鵬，杜彥超，王富榮

（山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院玉米研究所，山西 忻州 034000）

玉米選系是選育玉米雜交種的核心和關(guān)鍵。目前自交系選育的主要方法有常規(guī)選育法、單倍體育種法和藥劑誘導(dǎo)玉米孤雌生殖法。常規(guī)選育法存在育種周期長、選擇效率低、成本高等缺點。單倍體育種法是目前比較受推崇的一種方法，但在實踐中存在誘導(dǎo)后的種子挑選識別及單倍體加倍困難的問題，一些特殊顏色的材料經(jīng)誘導(dǎo)后，因子粒果皮顏色掩蓋標(biāo)記色而難以識別[1]。Chase[2，3]首次將誘導(dǎo)孤雌生殖作為快速培養(yǎng)玉米純合系的手段，育成了馬齒型的優(yōu)良高產(chǎn)雙雜交種Dekalb640，并在生產(chǎn)上推廣使用，該雜交種促進了美國高密高產(chǎn)雜交玉米生產(chǎn)的發(fā)展。

應(yīng)用藥劑誘導(dǎo)玉米孤雌生殖可直接獲得純合的二倍體，操作過程簡單易行。我國玉米育種者對藥劑誘導(dǎo)玉米孤雌生殖進行了大量研究，并證實了此方法具有可行性[4～10]。近年來，沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)創(chuàng)制了利用除草劑誘導(dǎo)玉米孤雌生殖選育玉米自交系技術(shù)。該技術(shù)可在誘導(dǎo)當(dāng)代直接獲得二倍體種子，并可在誘導(dǎo)一代提前測配，誘導(dǎo)二代便可獲得純合的穗行即自交系，選育周期較Stock 6衍生系遺傳誘導(dǎo)縮短1代以上[11]。該技術(shù)主要利用某些除草劑如氟樂靈、甲基胺草磷、炔苯酰草胺等阻止細胞分裂的殺草功能，誘導(dǎo)玉米孤雌生殖。氟樂靈具有見光易分解的特點。二甲戊靈具有與氟樂靈相同的除草機理和功能，但配制后相對穩(wěn)定，能保存較長時間，因此，一些學(xué)者對二甲戊靈在誘導(dǎo)植物產(chǎn)生多倍體方面進行了研究[12]。

為了篩選出二甲戊靈誘導(dǎo)玉米孤雌生殖創(chuàng)制自交系的最佳濃度，采用不同濃度梯度的二甲戊靈稀釋液對3個遺傳類型不同的玉米品種進行了誘導(dǎo)處理，田間觀察和鑒定了孤雌生殖一代植株的誘導(dǎo)效果，并簡要分析了產(chǎn)生偽株的原因，以期為二甲戊靈誘導(dǎo)玉米孤雌生殖研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

玉米試材為遺傳類型不同的3個雜交種，其中，先玉335為普通型，晉鮮糯6號為糯質(zhì)型，迪甜10號為甜質(zhì)型。

供試除草劑為施田補330 g/L二甲戊靈乳油，由江蘇龍燈化學(xué)有限公司生產(chǎn)。

1.2 試驗方法

1.2.1 二甲戊靈濃度對玉米孤雌生殖的影響 試驗于2017年夏在山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院玉米研究所檀村試驗地進行，3種玉米試材的播種密度均為52 500株/hm2。大田開放條件下，在玉米吐絲散粉前對雌穗套袋并嚴格去雄，花絲吐出2～3 d后用尖嘴鉗（鉗頭長5 cm以上）在苞葉頂端2～3 cm處夾切，確保尖嘴鉗與苞葉接觸面不破損，但內(nèi)部花絲整齊斷裂。抽出斷裂花絲后，苞葉上部形成一小段空腔，用注射器抽取二甲戊靈誘導(dǎo)液2～3mL注入腔體并及時套回紙袋。試驗二甲戊靈誘導(dǎo)液濃度設(shè)0（蒸餾水，CK）、50、75、100、125和150滋mol/L計6個處理，每小區(qū)處理玉米100株。小區(qū)面積20 m2（10行/區(qū)），隨機區(qū)組排列，3次重復(fù)。玉米成熟后及時檢查和收獲果穗，記錄各處理的結(jié)實株數(shù)，計算誘導(dǎo)結(jié)實株率（結(jié)實株數(shù)/處理株數(shù)×100%）。

1.2.2 玉米孤雌生殖系的田間鑒定 試驗于2017年冬在山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院玉米研究所海南育種基地進行。將誘導(dǎo)產(chǎn)生的結(jié)實子粒按穗行播種，種植密度52 500株/hm2，即為孤雌生殖1代。對孤雌生殖1代進行田間鑒定，根據(jù)其苗期長勢、植株株型、葉型、株高、花藥色、花絲色等性狀，初步判斷誘導(dǎo)后代的真?zhèn)吻闆r，淘汰畸形、不結(jié)實、不抗病和農(nóng)藝性狀差的單株。

1.3 數(shù)據(jù)分析

利用Microsoft Excel 2010軟件進行數(shù)據(jù)整理和分析，采用新復(fù)極差法進行數(shù)據(jù)的差異顯著性檢驗（α=0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 二甲戊靈濃度對玉米孤雌生殖的影響

二甲戊靈濃度對誘導(dǎo)玉米孤雌生殖有顯著影響，玉米結(jié)實株率隨著處理濃度的增大呈先升高后降低的趨勢變化，但不同遺傳類型玉米最適宜的處理濃度不同（表1）。其中，普通型玉米先玉335和糯質(zhì)型玉米晉鮮糯6號均在處理濃度為100滋mol/L時結(jié)實株率達到最大，且均顯著＞其他濃度處理，指標(biāo)值分別為26.00%和23.33%，表明普通型玉米和糯質(zhì)型玉米最適宜的二甲戊靈處理濃度為100滋mol/L；甜質(zhì)型玉米迪甜10號在處理濃度為75滋mol/L時結(jié)實株率達到最大，指標(biāo)值為23.67%，且顯著＞其他濃度處理，表明甜質(zhì)型玉米最適宜的二甲戊靈處理濃度為75滋mol/L。可以看出，二甲戊靈誘導(dǎo)玉米孤雌生殖的適宜濃度為75～100 滋mol/L。

2.2 孤雌生殖1代植株的田間鑒定

2017年冬在海南基地對孤雌生殖1代共計487粒種子進行田間表型鑒定試驗，共出苗329株，出苗率67.56%。出苗植株中，偽株189株，偽株率57.45%；出苗但未成株13株，占比3.95%；高大雜株170株，占比51.67%；弱小苗127株，占比38.6%；出苗后未散粉植株12株，占比3.65%；出苗后未吐絲植株7株，占比2.13%。

表1 不同濃度二甲戊靈對玉米孤雌生殖結(jié)實株率的影響Table 1 Effect of different concentration of pendimethalin on parthenogenesis seeding rate of maize

3 結(jié)論與討論

二甲戊靈是一種常規(guī)除草劑，稀釋后毒性低，對周圍環(huán)境、人類及動物為害較小；見光不易分解，田間使用時效力穩(wěn)定；配制好的溶液能夠長時間保存，無需現(xiàn)配現(xiàn)用，可節(jié)省操作時間。使用二甲戊靈誘導(dǎo)植物產(chǎn)生的后代，不存在外來種質(zhì)資源遺傳物質(zhì)的干擾，能夠保證遺傳品質(zhì)的穩(wěn)定。

利用二甲戊靈可以成功誘導(dǎo)玉米進行孤雌生殖，但是誘導(dǎo)率仍處于較低水平，本研究條件下誘導(dǎo)結(jié)實株率最高僅為26.00%。不同遺傳類型玉米適宜的藥劑濃度也不一樣，普通型玉米先玉335、糯質(zhì)型玉米晉鮮糯6號、甜質(zhì)型玉米迪甜10號適宜的二甲戊靈處理濃度分別為100、100和75滋mol/L。影響誘導(dǎo)率的因素除了藥劑濃度和育種材料的遺傳背景外，還有藥液處理方法、誘導(dǎo)時期等。針對這些因素，進一步研究提高誘導(dǎo)率和純系頻率的方法，對于提高藥劑誘導(dǎo)在玉米育種中的應(yīng)用價值十分重要。

在以往的藥物處理玉米孤雌生殖方法中，出現(xiàn)大量偽株后推測其原因可能為外來花粉的污染，但是在后期試驗過程中通過進一步優(yōu)化操作過程如雌穗嚴格套袋、去雄處理，也無法避免大量偽株的出現(xiàn)。本試驗在處理方法上采用史振聲教授發(fā)明的隔苞掐絲法[1]，即在吐絲前嚴格套袋，2～3 d后隔苞葉用鉗形工具掐斷花絲，隨后將藥物注射在苞內(nèi)空腔中，使藥物包裹花絲。如此，即使在操作過程中有微量外來花粉落在花絲上，經(jīng)藥液浸泡后，也會因吸水脹裂而喪失功能。因此，在理論上可以肯定的是此方法已排除了花粉污染的可能性。我們在對孤雌生殖1代進行田間鑒定時發(fā)現(xiàn)仍出現(xiàn)了一定比例的偽株，因此推測偽株的產(chǎn)生可能與其他無融合生殖途徑及細胞質(zhì)有關(guān)，但具體機理尚不清楚。