姜 龍， 金 戈， 周 嵐， 陳殿元， 于海燕， 李劍明， 于曉明， 高華洋， 隋 昕， 李宛澤

(吉林農業(yè)科技學院農學院， 吉林 吉林 132101)

玉米(ZeaMays. L.)是我國重要的農作物之一，無論是種植面積還是總產量均列在全國首位，但近些年的氣候變化對選育高產、抗病等優(yōu)良玉米品種提出了更高的要求，糧食安全及糧食增產增收對我國來講至關重要[1-2]。良種對玉米增產的貢獻率由43%提高到50%，其中單倍體技術作為選育良種重要育種技術之一，逐步實現了全技術鏈(誘導、鑒別和加倍)的整體性自主創(chuàng)新[3-4]。單倍體技術更在迅速成為現代玉米育種的關鍵核心技術，其推廣應用已突破了傳統(tǒng)的育種技術模式，使我國在該領域實現了從無到有、再到優(yōu)的跨越式發(fā)展[5]。

目前，國內育種專家不斷在誘導系Stock 6的基礎上進行改良創(chuàng)新，以期進一步提高其誘導率，呈現了良好的發(fā)展態(tài)勢[6-7]。然而，多數誘導系都進行了植物新品種保護權的申請，不利于科研單位之間的交流和使用。鑒于此，本課題組開展了以JKW 33×RWS作為遺傳基礎進行誘導系的選育工作，并以不同類型雜交種和自交系為母本，測定了新選誘導系的誘導率，通過探究誘導系在誘導過程中的關鍵因素如花絲長度、田間生長環(huán)境(溫度和濕度)對新選誘導率的影響，為更好地應用DH育種技術提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料組配

吉林農業(yè)科技學院玉米育種課題組于2017年北方夏季授粉工作時，發(fā)現國外玉米材料JKW 33可產生單倍體植株，而后同年冬在海南三亞以外引誘導系RWS為父本，配制JKW 33×RWS組合作為選系基礎群體。經北方一季(6—9月)、海南三季(9月至次年5月)的“南北穿梭育種”法、系譜法并結合鄧昆鵬[8]選育糯玉米誘導系的方法進行各世代誘導材料的嚴格篩選。對當選誘導系進行誘導率的測定，最終命名新選誘導系為吉科誘115，于2020年3月在海南三季擴繁該系。

1.2 玉米單倍體的識別與鑒定

以Chase[9]提出的遺傳標記鑒定法為基礎，即誘導后的雜交果穗籽粒胚乳紫色、胚無色為單倍體。將雜交誘導成功的果穗收獲，收獲后即刻在果穗上進行穗上鑒定并挑選單倍體，將當選的單倍體籽粒精細播種，精細田間管理，去雜去偽后統(tǒng)計最終單倍體成株數。

1.3 母本基因型材料對誘導率的影響

為了實驗的準確性，選擇了雜交種共15個(吉林省內聯合體參試的吉科玉1105等，適宜吉林省內多數生態(tài)區(qū)生長)、自交系共5個作為母本來驗證母本基因型材料對誘導率的影響。供試材料名稱見表1。

表1 供試材料名稱及血緣

供試材料血緣 雜交種吉科玉1105J15×K1020吉科玉187J18×K188吉科玉1202PH6WC×K133吉科玉288J28×PH4CV吉科玉420J122×K202先玉335PH6WC×PH4CV鄭單958鄭58×昌7-2翔玉998Y822×X923-1JK8PHB1M×昌7-2吉科玉109J236×K188吉科玉120J110×K1202天農9T106×W08吉科玉125J161×K91華農887B8-2-1×京66天育108YTH001×TCB01自交系PH6WCPH01N/PH09B鄭58掖478變異株JK18PH6WC×鄭58JK28PH4CV×PHB1MJK288PH6WC×昌7-2

雜交授粉10穗以上，測定新育成的父本誘導系的誘導率。誘導率計算公式參照楊耀迥等[10]的計算方法，如下：

誘導率(%)=(成活單倍體株數/總單倍體粒數)×100%。

1.4 母本花絲長度對誘導率的影響

以玉米自交系J 15、玉米自交系群體Ⅰ、雜交組合吉科玉188(吉林省生產試驗)和雜交種吉科玉818(吉林省區(qū)域試驗)為母本，新選誘導系吉科誘115為父本進行授粉雜交。雜交誘導時，母本花絲長度設置為<10 cm和≥10 cm。

1.5 溫度、濕度對誘導率的影響

以雜交種吉科玉189、吉科玉918、新玉668(均為吉林省內聯合體區(qū)試)、玉米自交系群體Ⅱ為母本，新選誘導系吉科誘115為父本，進行授粉雜交。記錄雜交誘導期間的田間溫度和濕度，為確保試驗結果的相對一致性，授粉時間控制在每天09：30—10：30時。

2 結果與分析

2.1 誘導性狀和Navajo標記性狀的選擇

由表2可知，吉科誘115的選育歷程，通過對JKW 33×RWS后代連續(xù)自交選擇發(fā)現，S1代果穗籽粒的Navajo標記和單倍體誘導率都超過了其親本個體，其中第2株誘導率最高，為4.43%；對該株后代進一步嚴格篩選，淘汰誘導率低、農藝性狀差的株系。從S1代開始，不斷自交，同時測定其每個植株的誘導率，S2代-12-14誘導率最高，達6.63%；S3代-12-14-1誘導率最高，達12.55%，也是歷代中誘導率最高的，較突出；S4代-12-14-1-6的誘導率最高，達8.78%，且在此代，其誘導系株型、各項性狀和籽粒標記性狀基本穩(wěn)定；在第5代時將S4代材料-12-14-1-6果穗種植成穗行進一步篩選農藝性狀優(yōu)良的株系，測定的誘導率均值為9.80%；又經一代自交，在S6代將其命名為吉科誘115。

表2 JKW 33×RWS部分家系誘導率

世代來源穗行單倍體數/個測交粒數/個誘導率/%S1JKW33×RWS-12255644.43S2JKW33×RWS-12-14527846.63-12-54310024.29-12-69122813.99-12-84213593.09-12-96521812.98S3JKW33×RWS-12-14-1129612.55-12-14-4455298.51-12-14-7879758.92-12-5-8659456.88-12-6-3172456.93-12-8-17564611.61S4JKW33×RWS-12-14-1-2253167.92-12-14-1-46715624.29-12-14-1-58312216.80-12-14-1-6627068.78-12-14-1-7657998.14-12-14-7-18312586.60-12-14-7-3628906.97-12-14-7-4637698.19-12-14-7-6587697.54-12-14-7-7374917.54-12-14-7-9258283.02-12-8-1-28110597.65-12-8-1-4364458.09-12-8-1-55817013.41-12-8-1-76913175.24-12-8-1-8364587.86-12-8-1-96412215.24S5JKW33×RWS-12-14-1-2-1323778.48-12-14-1-6-2656639.80-12-14-7-4-1344128.26-12-14-7-6-1323748.56-12-8-1-4-17810087.74-12-8-1-8-1344587.42S6JKW33×RWS-12-14-1-6-2-1(吉科誘115)

RWS的對不同種質類群的平均誘導率為6.0%[11]，吉科誘115的誘導率是RWS的1.63倍。吉科誘115除具有良好的標記性狀之外，綜合農藝性狀突出，具體描述性狀見表3。由表3可知，吉科誘115在株高上較RWS高52 cm，株高性狀的優(yōu)勢，有利于隔離誘導工作的規(guī)模化進行；雄穗分支數量及主枝長度均較RWS高，表明吉科誘115的持續(xù)散粉潛能更大；抗大斑病性強于RWS，說明吉科誘115對不良環(huán)境的抵御能力更強；散粉期較早，可與早熟類玉米材料花期良好相遇，以便更好開展單倍體誘導工作。

表3 吉科誘115部分農藝性狀特征

誘導系株高/cm穗位/cm雄穗分枝數/個雄穗主枝長/cm散粉期/d抗大斑病等級/級JKY115169951119.5613RWS11782615.4655

2.2 吉科誘115的誘導率驗證分析

以不同地區(qū)參試的吉科玉系列玉米雜交種、當前吉林地區(qū)主推的雜交種以及課題組骨干自交系為母本材料，以吉科誘115為父本材料進行雜交誘導，結合Chase[9]提出的遺傳標記鑒定法，統(tǒng)計吉科誘115的誘導效果，見表4。由表4可知，吉科誘115的誘導率均值為8.81%。其中對課題組培育的重點雜交組合吉科玉120的誘導率最高，為12.16%，對參加聯合體區(qū)域試驗的吉科玉1105誘導率最低，為6.43%，表明母本遺傳血緣對單倍體誘導率具有重要影響。

表4 吉科誘115誘導效果統(tǒng)計

母本名稱授粉穗數/穗單倍體株數/株雜交誘導總粒數/粒誘導率/%吉科玉110579915396.43吉科玉1876536987.59吉科玉1202511514118.15吉科玉2886120118910.09吉科玉42058412716.60先玉33559910059.85鄭單9586147141110.41翔玉9985151137510.98JK8711313908.13吉科玉1095757939.46吉科玉12058569912.16天農969010368.69吉科玉1255708178.57華農8875769198.27天育108710614827.15PH6WC69012837.01鄭5889110498.76JK186829678.48JK2863430311.22JK2885455418.31平均8.81

2.3 花絲長度、溫度和濕度對單倍體誘導率的影響

方差分析結果表明，授粉期母本花絲長度、溫度和濕度均對單倍體誘導率存在影響， 但差異未達5%顯著水平， 結果見表5。

表5 花絲長度、溫度和濕度對單倍體誘導率的影響方差分析

花絲長度對玉米單倍體誘導率的影響列于表6。由表6數據可知，供試母本材料花絲長度對單倍體誘導系影響較大。另外，各個母本材料呈現花絲長度>10 cm時均高于花絲長度<10 cm時的誘導率的一個趨勢。

表6 不同花絲長度下的單倍體誘導率

母本名稱花絲長度/cm總粒數/粒單倍體株數/株單倍體誘導率/%J15>1011431018.83<10846273.19自交系群體Ⅰ>1016971589.31<10728314.25吉科玉188>1020381989.71<10539325.93吉科玉818>10768547.03<10677294.28

由表7可知，高溫高濕的田間環(huán)境不利于單倍體的誘導，如吉科玉189在田間溫度27 ℃，田間濕度53%時的誘導率為4.93%，低于田間溫度24 ℃，田間濕度32%時的誘導率(7.85%)，但差異未超過5%，達到顯著水平，另外3份玉米種質材料吉科玉918、新玉668、自交系群體Ⅱ與上述誘導結果一致。

表7 溫度和濕度對單倍體誘導率的影響

母本名稱溫度/濕度總粒數/粒單倍體株數/株單倍體誘導率/%吉科玉18924℃,32%420337.8527℃,53%365184.93吉科玉91824℃, 32%411184.3827℃,53%787293.68新玉66824℃,32%898687.5727℃,53%666304.50自交系群體Ⅱ24℃, 32%322216.5227℃,53%618264.20

3 討論與結論

近年來，國內外各大育種公司已將玉米DH育種技術運用于商業(yè)化育種中，極大地加速了玉米育種進程[12-14]。單倍體誘導工作往往是開展單倍體育種的第一步，然而誘導系誘導率低、持粉時間短、抗病性差、結實率低等諸多限制因素，使得單倍體誘導工作尚未實現“工廠化”[15-16]。

3.1 新型玉米單倍體誘導系的選育

本研究以外引玉米材料JKW 33與誘導系RWS雜交(JKW 33×RWS)的F1代作為基礎材料，按系譜法連續(xù)6代自交進行嚴格鑒選，同時兼顧植株ABP 1標記，最終發(fā)現(JKW 33×RWS)-2-4-1-6-2-1單株誘導率最高，達9.80%，與吉高誘3號[17]誘導率(10%)接近，命名為吉科誘115。吉科誘115具有溫帶血緣，在吉林地區(qū)的氣候條件下還具有綜合農藝性狀好、抗大斑病強、持粉期長等潛力，可有效在吉林地區(qū)及相似生態(tài)區(qū)開展單倍體誘導工作。

3.2 母本材料及生長條件對玉米單倍體誘導率的影響

本研究結果表明，不同母本遺傳血緣下的玉米單倍體誘導率存在顯著差異，變幅為4.86%～12.16%，與才卓等[17]的研究結論類似；長花絲(>10 cm)時玉米單倍體誘導率較高，但差異不顯著。另外，高溫高濕的田間環(huán)境不利于開展單倍體的誘導工作。