基于不同生態環境下的甜糯玉米單倍體自然加倍效果初探

陳祥 孫潔 于海燕 李劍明

摘? ? 要：為篩選出適合甜糯玉米單倍體自然加倍的生態環境與遺傳基礎材料，以吉林農業科技學院玉米遺傳育種創新團隊自主選育的誘導系‘吉科誘115為父本，‘吉科糯1號、‘吉科糯15和‘吉科糯20為母本材料進行雜交誘導所產生的單倍體為供試材料，共設置3個生態環境進行單倍體自然加倍試驗，分別為南濱冬播、九站春播和九站夏播。結果表明，不同遺傳基礎的甜糯玉米材料、不同生態環境下的自然加倍率均存在著顯著差異。遺傳基礎方面，‘吉科糯15的自然加倍率最高，‘吉科糯20次之，‘吉科糯1號最低;生態環境方面，南濱冬播的自然加倍率最高，九站夏播次之，九站春播最低。綜上，適宜的生態環境與遺傳基礎材料，有利于甜糯玉米單倍體育種技術研究的開展。

關鍵詞：甜糯玉米;生態環境;單倍體;自然加倍;加倍率

中圖分類號：S513? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ?DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2021.04.002

Abstract：In order to screen out the ecological environment and genetic basic materials suitable for haploid natural doubling of sweet glutinous corn. In this study， 'Jikeyou 115'， an induction line independently selected by the Maize Genetics and Breeding Innovation Team of Jilin University of Agricultural Science and Technology， was used as the male parent，and the haploid produced by cross induction of 'Jikenuo No.1'， 'Jikenuo 15'， 'Jikenuo 20' was used as the female parent. The haploid natural doubling experiment was carried out in three ecological environments， which were winter sowing， spring sowing and summer sowing in Jiuzhan along the southern shore. The results showed that there were significant differences in the natural doubling rate of sweet glutinous corn with different genetic basis and under different ecological environment. In terms of genetic basis， the natural doubling rate of 'Jikenuo 15' was the highest， followed by 'Jikenuo 20' and 'Jikenuo No.1'. In terms of ecological environment， the natural doubling rate of winter sowing in the south shore was the highest， followed by summer sowing at Jiuzhan and spring sowing at Jiuzhan. In conclusion， suitable ecological environment and genetic base materials are beneficial to the development of haploid breeding technology of sweet glutinous corn.

Key words： sweet-waxy corn;ecological environment;haploid;natural doubling;doubling rate

玉米作為我國重要的糧食作物，其用途廣泛涉及到食品業、飼料業、加工業等多個領域[1]。相比于普通玉米，鮮食玉米口感更佳，且籽粒中含有更高含量的蛋白質、氨基酸，并且易于被人體吸收[2-3]。與此同時，甜、糯玉米擁有較多的加工方式，既可以做菜食用，也可以制成罐頭、真空塑料包裝等食品[4]。當前，鮮食玉米市場上又出現了一種集甜、糯玉米優良特性于一體的鮮食玉米，即甜糯玉米（Sweet-waxy corn），也極受消費者喜愛[5]。鮮食玉米市場需求量的擴大加速了甜糯型玉米新品種的更新換代，必將促進甜糯玉米育種進程。

按照常規育種方法選育新品種至少需要7～8年，育種時間長，且成本較大。而單倍體育種技術只需3～4年即可獲得新品種，大大縮短了育種時間，已成為眾多育種家所采用的育種方法[6-7]。前人們已經在普通玉米單倍體的誘導、加倍方面作了有益嘗試[8-12]，然而關于甜糯玉米的自然加倍研究的相關文獻確較為少見。基于此，本研究利用吉林農業科技學院玉米遺傳育種科技創新團隊自主培育的高頻孤雌生殖誘導系‘吉科誘115誘導的甜糯玉米單倍體為主要供試材料，對不同地點、不同遺傳基礎的甜糯玉米單倍體進行了自然加倍率的相關探究，以期為甜糯玉米育種同行提供一定的參考。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

本研究采用的甜糯玉米單倍體材料是經父本誘導系‘吉科誘115雜交誘導母本材料‘吉科糯1號、‘吉科糯15和‘吉科糯20所產生的，上述親本材料均由吉林農業科技學院玉米遺傳育種科技創新團隊提供，親本材料名稱及其遺傳基礎如表1所示。

1.2 試驗方法

1.2.1 單倍體的誘導 2019年春，在吉林農業科技學院玉米遺傳育種基地（九站）播種父本材料‘吉科誘115及母本材料‘吉科糯1號、‘吉科糯15和‘吉科糯20，開花期時將母本去雄，父本對其進行雜交誘導，田間精細管理。待果穗成熟后收獲晾干并脫粒，按照Chase[13]提出的單倍體籽粒標記鑒定法對收獲的雜交籽粒進行室內鑒定，精挑細選出合格的單倍體籽粒備用。

1.2.2 單倍體雄穗育性恢復的調查 2019年冬，將精挑細選后的單倍體籽粒均分3等份，于2019年冬在海南三亞南濱農場冬播，2020年春、夏在吉林農業科技學院玉米遺傳育種基地九站進行春播與夏播，對單倍體雄穗育性的自然恢復情況進行調查并做好記錄，計算雄穗的自然加倍率。

1.2.3 自然加倍率的計算方法 前人研究表明，在自然環境條件下，玉米單倍體的雌穗育性恢復效率高于雄穗[14]。因此，本研究不做雌穗的育性恢復研究。雄穗的單倍體自然加倍率計算公式如下：

單倍體的自然加倍率 （%） = （散粉株數/單倍體總株數） × 100

2 結果與分析

2019年冬，經過人工仔細挑選與鑒定，共獲得經誘導系‘吉科誘115與‘吉科糯1號、‘吉科糯15和‘吉科糯20雜交誘導后代的甜糯單倍體籽粒數分別為1 146，1 532，1 367粒。

不同遺傳基礎的甜糯單倍體在不同環境下的自然加倍率如表2所示。不同遺傳基礎的甜糯玉米單倍體的自然加倍率存在著顯著差異。其中，‘吉科糯15的單倍體在3個環境下的自然加倍率最高，平均值為9.7%，顯著高于‘吉科糯20與‘吉科糯1號，而‘吉科糯20的自然加倍率顯著高于‘吉科糯1號。由此表明，‘吉科糯15的雄穗育性恢復性最高，‘吉科糯20次之，‘吉科糯1號最低。此外，同一基因型材料在3個環境條件下的自然加倍率，均以南濱冬播最高，均值為10.1%;九站夏播次之，均值為8.8%;九站春播最低，均值為2.3%。雄穗育性恢復情況表現為：南濱冬播>九站夏播>九站春播。

對不同遺傳基礎的單倍體在不同環境條件下的自然加倍率進行方差分析，結果如表3所示。不同環境間的單倍體自然加倍率差異達到了極顯著水平，表明不同環境間的單倍體雄穗育性恢復性存在著真實差異。此外，不同遺傳基礎間的單倍體自然加倍率也達到了極顯著的差異，表明不同基礎材料間的單倍體雄穗育性恢復性也存在著真實差異。

3 結論與討論

鮮食甜糯玉米具有粘香、細膩、順滑等特點，風味獨特，口感上佳，已經成為廣大消費者極其歡迎的食品之一，巨大的市場需求量迫使鮮食玉米育種行業急需迅速發展。常規玉米育種方法年限長，成本高，而單倍體育種技術能更快地得到純合的自交系，大大縮短了育種年限，已成為眾多育種家作為選育新品種應用的育種技術。

單倍體育種技術化學加倍法雖然加倍率高，但危害性大，而自然加倍法具有對環境無污染，對人畜等安全，節約育種成本，縮短育種年限等優點，已經成為各個育種單位更為重視的育種方法[15]。本研究結果表明：供試的3份不同遺傳基礎材料經與‘吉科誘115雜交后得到的甜糯單倍體在南濱冬播、九站春播和九站夏播3個不同的生態環境條件下自然加倍率均不同，南濱冬播單倍體的自然加倍率最高，為10.1%;九站夏播單倍體的自然加倍率僅次于南濱冬播，為8.8%;九站春播單倍體的自然加倍率最低，為2.3%。結果顯示，南濱冬播最適宜甜糯玉米單倍體自然加倍。目前，有很多玉米育種團隊在冬季選擇到海南進行南繁，利用其有利的氣候條件，既縮短育種年限，又可提高單倍體自然加倍率，從而使育種效率得以大大提高。但南繁成本高，僅適合資金力量雄厚的育種單位常年進行育種試驗，資金力量薄弱的育種單位可選擇在九站夏播進行單倍體的自然加倍。

參考文獻：

[1] 宋俊喬， 張盼， 盧道文， 等. 玉米單倍體育種技術研究進展之單倍體的誘導與鑒定[J]. 農業科技通訊， 2020（3）： 4-9， 12.

[2] 王莉， 胡勝德. 玉米用途之爭： 糧食消費還是能源消費[J]. 農業經濟， 2008（11）： 8-9.

[3] 劉效紅. 談鮮食甜糯玉米育種現狀與未來發展[J]. 農家參謀， 2019（6）： 81.

[4] 宮捷， 孫磊磊， 張麗萍， 等. 甜糯雙隱性基因型玉米種質的創制與評價[J]. 華南農業大學學報， 2019， 40（2）： 6-13.

[5] 趙洪祥， 錢毅玲， 丁小晏， 等. 不同鮮食糯玉米品種特性和產量比較試驗[J]. 上海農業科技， 2020（6）： 80-81， 92.

[6] 姜龍， 慈佳賓， 崔學宇， 等. 不同生態條件下玉米單倍體誘導率和加倍率研究[J]. 吉林農業大學學報， 2014， 36（2）： 139-143.

[7] 王嬋， 劉建勛， 王托和， 等. 單倍體育種技術在玉米種質創新上的應用與實踐[J]. 現代農業科技， 2019（10）： 32-33， 38.

[8] 陳紹江， 黎亮， 李浩川. 玉米單倍體育種技術[M]. 北京： 中國農業大學出版社， 2009.

[9] 何文平， 馬德山， 樊瑞， 等. 單倍體育種技術在玉米育種實踐中的應用[J]. 現代農業科技， 2020（10）： 19， 25.

[10] 程江， 鄭常祥， 潘敏娜， 等. 不同生態條件下玉米單倍體自然加倍率及除草劑加倍效果[J]. 安徽農業大學學報， 2017， 44（1）： 114-118.

[11] 李劍明， 姜龍， 于海燕， 等. 基于不同生態氣候的玉米單倍體自然加倍效果初探[J]. 吉林農業科技學院學報， 2020， 29（1）： 1-3.

[12] 許洛， 王紹新， 馮健英. 不同生態環境的玉米單倍體自然加倍效果研究[J]. 河北農業科學， 2013， 17（3）： 63-65.

[13] CHASE S S. Monoploid frequencies in a commercial double cross hybrid maize， and in its component single cross hybrids and inbred lines[J]. Genetics， 1949， 34（3）： 328-332.

[14] GEIGER H H， GORDILLO G A. Doubled haploids in hybrid maize breeding[J]. Maydica， 2009， 54（4）： 485-499.

[15] 劉志增， 宋同明. 玉米單倍體雌雄育性的自然恢復以及染色體的化學加倍[J]. 作物學報， 2000， 26（6）： 947-952.