李忠南 王越人 劉 穎 艾 東 王大川 胡 博 李光發(fā)

（1 吉林省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站，長(zhǎng)春 130033；2 吉林省通化市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，通化 135007）

玉米穗行數(shù)是產(chǎn)量重要構(gòu)成因素之一，其數(shù)量性狀的遺傳分布為正態(tài)分布，具有加性和部分顯性遺傳效應(yīng)，廣義遺傳力較高。目前國(guó)內(nèi)從事玉米穗行數(shù)主效QTL 研究所用材料最大穗行數(shù)為22 行[1]。2015 年在單倍體育種中發(fā)現(xiàn)育成了穗行數(shù)30 行的DH 系通15D969 之后（其選育方法已獲得國(guó)家發(fā)明專利，專利號(hào)：ZL201610726826.5），受到業(yè)內(nèi)高度關(guān)注和玉米育種學(xué)家的高度肯定，延邊大學(xué)農(nóng)學(xué)院鄭大浩教授團(tuán)隊(duì)利用該DH 系進(jìn)行了基因定位研究。

2016 年利用DH 系15D969 組配1 份雜交組合材料、3 份回交組合材料進(jìn)行單倍體育種實(shí)踐，以對(duì)DH 系15D969 超多穗行數(shù)基因型效應(yīng)進(jìn)行研究，為玉米育種工作提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料 試驗(yàn)材料為通化市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院自選DH 系15D969 和自交系A(chǔ)6、外引系PHB1M和PH4CV。其血緣系譜及穗行數(shù)特征值見(jiàn)表1。

表1 自交系的血緣系譜及穗行數(shù)特征值

1.2 試驗(yàn)方法 2016 年在通化市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院試驗(yàn)基地，組配1 個(gè)雜交組合15D969×PH4CV，3個(gè)回交組合15D969×PHB1M、PHB1M×15D969、15D969×A6，每個(gè)組合收獲種子各5kg。

2017 年在通化市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院試驗(yàn)基地對(duì)該4 份組合材料F1進(jìn)行雜交誘導(dǎo)，誘導(dǎo)系為吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供的吉誘SM6278-2，誘導(dǎo)材料行長(zhǎng)5m，誘導(dǎo)系行長(zhǎng)2m，小區(qū)為150 行，共4 小區(qū)。雜交材料15D969×PH4CV F1種植300 行，回交材料15D969×PHB1M、PHB1M×15D969、15D969×A6 F1各種植100 行。

7 月10 日 開(kāi) 始 雜 交 誘 導(dǎo) 授 粉10d，9 月15 日開(kāi)始單倍體子粒挑選，4 份組合材料共挑選出準(zhǔn)單倍體粒10 多萬(wàn)粒，其中雜交材料15D969×PH4CV 61500 粒、回交材料15D969×PHB1M 13000 粒、回交材料PHB1M×15D969 15500 粒、回交材料15D969× A6 12500 粒。

10 月25 日在海南三亞南濱農(nóng)場(chǎng)試驗(yàn)基地進(jìn)行準(zhǔn)單倍體粒種植，進(jìn)行自然加倍試驗(yàn)。大壟雙行，壟距1m，株距7cm，行長(zhǎng)120m，單粒播種，共28 壟56行。其中雜交材料15D969×PH4CV 準(zhǔn)單倍體36行、回交材料15D969×PHB1M 準(zhǔn)單倍體7 行、回交材料PHB1M×15D969 準(zhǔn)單倍體7 行、回交材料15D969×A6 準(zhǔn)單倍體6 行。

苗期開(kāi)始去雜，12 月10 日開(kāi)始針對(duì)雄穗加倍的單倍體植株進(jìn)行自交授粉，12 月25 日授粉結(jié)束，2018 年2 月10 日收獲，共收獲自交結(jié)實(shí)穗831 個(gè)，穗粒數(shù)不等。

2018 年在通化市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院試驗(yàn)基地對(duì)海南4 份組合材料單倍體自然加倍獲得的自交穗種子，按穗行種植，行長(zhǎng)1m，株距20cm，單粒播種，單行區(qū)，共計(jì)831 穗行。期間進(jìn)行抗病、株型田間鑒定，9 月20 號(hào)收獲時(shí)，穗行數(shù)≥26 行DH 系均保留，以利于對(duì)超多穗行數(shù)基因型DH 系概率準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)。

數(shù)據(jù)處理采用DPSV14.10 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

2 結(jié)果與分析

2.1 單倍體自然加倍結(jié)果 將各組合材料單倍體株數(shù)、雄穗散粉株數(shù)、自交結(jié)實(shí)穗數(shù)列于表2。由此可以看出，4 份組合材料單倍體雄穗加倍率為9.8%～18%，與前人研究結(jié)果基本一致[2]；單倍體自交結(jié)實(shí)率為0.8%～4.29%。最高為雜交組合材料15D969×PH4CV，單倍體自交結(jié)實(shí)率為4.29%，雜交組合材料單倍體自交結(jié)實(shí)率比回交組合材料高2～5倍。過(guò)去研究結(jié)果認(rèn)為單倍體雄穗加倍率與結(jié)實(shí)率呈正相關(guān)[3]，本試驗(yàn)雄穗加倍率差異不大，雄穗加倍率與結(jié)實(shí)率相關(guān)系數(shù)為0.7319，未達(dá)顯著水平。

表2 各組合材料單倍體雄穗加倍率、自交結(jié)實(shí)率

雜交組合材料單倍體自交結(jié)實(shí)率高于回交組合材料，可能部分原因是回交組合材料F1具有75%回交親本基因，在單倍體分離世代優(yōu)良發(fā)育基因效應(yīng)表達(dá)相對(duì)較差，從而導(dǎo)致結(jié)實(shí)率較低，也符合在自然環(huán)境條件下單倍體表現(xiàn)良好發(fā)育活力的植株擁有良好花粉發(fā)育功能、有更高結(jié)實(shí)率、種子發(fā)育基因效應(yīng)表達(dá)更好的結(jié)論[4]。雜交組合材料15D969×PH4CV 單倍體雄穗加倍率不是最高，但單倍體自交結(jié)實(shí)率最高，從而在很大程度上進(jìn)一步佐證了自交系PH4CV 具有較多優(yōu)良結(jié)實(shí)性基因這一研究結(jié)果[3]，同時(shí)也說(shuō)明DH 系15D969 優(yōu)良結(jié)實(shí)性基因擁有量相對(duì)不足。

2.2 DH 系田間鑒定 針對(duì)4 份組合材料共831個(gè)DH 系，就生育后期大斑病、莖腐病、穗腐病、絲黑穗病發(fā)病程度及株高、穗位高和株型緊湊程度進(jìn)行選擇。雜交組合材料15D969×PH4CV 的DH 系群體中，選擇出抗病、株型緊湊的DH 系107 個(gè)，株高為1.6～2.4m，穗位高為0.9～1.15m，入選率15.9%?；?交 組 合 材 料15D969×PHB1M 的DH 系 群 體中，選擇出抗病、株型緊湊的DH 系2 個(gè)，株高為1.9～2.1m，穗位高為0.9～1.1m，入選率7.7%。回交組合材料PHB1M×15D969 的DH 系群體中，選擇出抗病、株型緊湊的DH 系6 個(gè)，株高為1.8～2.1m，穗位高為0.8～1.2m，入選率9.4%?；亟唤M合材料15D969×A6 的DH 系群中，選擇出抗病、株型半緊湊的DH 系8 個(gè)，株高為1.3～1.8m，穗位高為0.5～0.9m，入選率11.6%。在淘汰的4 份組合材料共708 個(gè)DH 系中，未發(fā)現(xiàn)穗行數(shù)26 行以上的 DH 系。

2.3 超多穗行數(shù)基因型在DH 系群體中表達(dá)概 率 DH 系15D969 平均穗行數(shù)26 行，穗行數(shù)最大值為32 行。2015 年DH 系15D969 穗行鑒定共7 穗，穗行數(shù)均為30 行[1]。將穗行數(shù)≥26 行DH 系暫定為超多穗行數(shù)基因型。

將4 份組合材料入選DH 系數(shù)量及穗行數(shù)統(tǒng)計(jì)值列于表3。由此可以看出，雜交組合材料15D969×PH4CV DH 系選擇后數(shù)量為107 個(gè)，占種植數(shù)量（672 份）的15.9%；平均穗行數(shù)19 行，最大穗行數(shù)28 行，最小穗行數(shù)12 行，變異系數(shù)16.47%；其中穗行數(shù)28 行的DH 系2 個(gè)，穗行數(shù)26 行的DH 系1 個(gè)，超多穗行數(shù)基因型占DH 系總數(shù)量0.45%、占入選DH 系數(shù)量2.8%；穗行數(shù)28 行基因型占DH 系總數(shù)量0.3%、占入選DH 系數(shù)量1.9%。

表3 DH 系群穗行數(shù)特征值

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，DH 系15D969 穗行數(shù)平均值26行、最大值32 行、最小值20 行；自交系PH4CV 穗行數(shù)平均值16 行、最大值18 行、最小值14 行。由此可見(jiàn)，雜交組合材料15D969×PH4CV DH 系群體穗行數(shù)平均值介于雙親之間，低于雙親平均值2 行；穗行數(shù)最大值介于雙親之間，高于雙親最大值平均數(shù)3 行；穗行數(shù)最小值低于低穗行親本最小值2 行。上述結(jié)果表明DH 系群體穗行數(shù)遺傳分布屬于加、顯遺傳模型，總體偏向低穗行數(shù)趨勢(shì)，存在超多穗行數(shù)基因型。說(shuō)明控制DH 系15D969 超多穗行數(shù)多基因群連鎖比較緊密，具有較完整功能性和較強(qiáng)遺傳表達(dá)。

回交組合材料（15D969×PHB1M）DH 系選擇后數(shù)量為2 個(gè)，占種植數(shù)量（26 份）的7.7%；穗行數(shù)平均值20 行，低于雙親穗行數(shù)（15D969：26 行，PHB1M：16 行）平均值1 行。

回交組合材料（PHB1M×15D969）DH 系選擇后數(shù)量為6 個(gè)，占種植數(shù)量（64 份）9.4%；平均穗行數(shù)19 行，低于雙親穗行數(shù)平均值2 行；最大穗行數(shù)22 行，低于雙親穗行數(shù)最大值（PHB1M：18 行，15D969：32 行）平均數(shù)3 行，比低穗行親本最大值多4 行；最小穗行數(shù)16 行，低于雙親穗行數(shù)最小值（PHB1M：14 行，15D969：20 行）平均數(shù)1 行，比低穗行親本最小值多2 行。

上述2 個(gè)正反交回交組合材料DH 系群體中超多穗行數(shù)基因型均沒(méi)有表達(dá)，表現(xiàn)低穗行數(shù)遺傳。主要原因是其F1具有75%低穗行數(shù)基因（PHB1M），在減數(shù)分裂基因分離與重組時(shí)，超多穗行數(shù)連鎖基因群被部分或全部抵消，超多穗行數(shù)基因群整體功能性被削弱，超多穗行數(shù)基因型效應(yīng)難以表達(dá)。再則可能是單倍體育種規(guī)模不夠大。

回交組合材料（15D969×A6）DH 系選擇后數(shù)量為8 個(gè)，占種植數(shù)量（69 份）11.6%；平均穗行數(shù)24.8 行，比雙親（15D969：26 行，A6：22 行）平均值多0.8 行；最大穗行數(shù)30 行，比雙親穗行數(shù)最大值（15D969：32 行，A6：26 行）平均數(shù)多1 行，比高穗行親本最大值低2 行；最小穗行數(shù)20 行，與雙親一致。穗行數(shù)變異系數(shù)14.92%。DH 系群體中穗行數(shù)30 行DH 系1 個(gè)、穗行數(shù)28 行DH 系1 個(gè)、穗行數(shù)26 行DH 系3 個(gè)，超多穗行數(shù)基因型占DH 系總數(shù)量7.2%，占入選DH 系數(shù)量62.5%。穗行數(shù)30 行基因型占DH 系總數(shù)量1.4%。

可見(jiàn)，該回交組合材料DH 系群穗行數(shù)遺傳為高穗行數(shù)遺傳特征，超多穗行數(shù)基因群整體功能性得到保持或加強(qiáng)，DH 系群體中超多穗行數(shù)基因型得到較好表達(dá)。主要原因是其F1具有75%高穗行數(shù)基因（A6），在減數(shù)分裂基因分離與重組時(shí)，超多穗行數(shù)連鎖基因群得以保持或加強(qiáng)，超多穗行數(shù)基因群整體功能性得以正常發(fā)揮，超多穗行數(shù)基因型獲得概率就高。

3 結(jié)論與討論

通化市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院自2012 年開(kāi)始參加吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院玉米研究所主持的“玉米單倍體規(guī)?；N技術(shù)研究與示范”項(xiàng)目，本研究是該項(xiàng)目后繼研究專題，主要是針對(duì)PH6WC 等Reid 系有較強(qiáng)配合力的父本系（Lancaster）組配基礎(chǔ)材料，進(jìn)行單倍體育種，以提高育種效率。本研究所獲得的DH 系均為父本系，與以PH6WC 等Reid 系為母本系組配雜交種，理論上將有良好育種效果。

在DH 系群體田間綜合鑒定方面，雜交組合材料（15D969×PH4CV）3 個(gè)超多穗行數(shù)DH 系和回交組合材料（15D969×A6）5 個(gè)超多穗行數(shù)DH 系，均兼有良好的抗病性、株型、果穗性狀，說(shuō)明超多穗行數(shù)基因型與優(yōu)良農(nóng)藝性狀是可兼顧的。

在單倍體自交結(jié)實(shí)率方面，雜交組合材料（15D969×PH4CV）高于回交組合材料，說(shuō)明雜交組合材料單倍體群擁有較多優(yōu)良發(fā)育基因，107 份DH系應(yīng)該具備更高配合力的潛力。

在超多穗行數(shù)基因型表達(dá)概率方面，回交組合材料（15D969×A6）超多穗行數(shù)基因型占DH 系總數(shù)量7.2%，穗行數(shù)30 行基因型占DH 系總數(shù)量1.4%。穗行數(shù)30 行基因型得以重現(xiàn)，說(shuō)明決定超多穗行數(shù)基因群具有一定程度整體功能性和可遺傳性。

雜交組合材料（15D969×PH4CV）超多穗行數(shù)基因型占DH 系總數(shù)量0.45%，穗行數(shù)28 行基因型占DH 系總數(shù)量0.3%，比張銘堂等[5]研究的玉米花粉化學(xué)誘變隱性基因突變率高0.14%～0.2%，說(shuō)明玉米單倍體育種在挖掘稀有種質(zhì)資源方面具有重要現(xiàn)實(shí)意義。