玉米單倍體誘導(dǎo)系Stock 6的改良研究

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(吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院農(nóng)學(xué)院， 吉林 吉林 132101)

常規(guī)育種方法選育自交系，獲得一個純系需要4～6年時間，而利用單倍體育種技術(shù)選育自交系則只需1～2年時間，極大的縮短自交系選育年限[1]。美國先鋒、德國KWS等公司已經(jīng)進行了卓有成效的研究單倍體育種工作[2]。利用單倍體誘導(dǎo)系選育玉米自交系程序主要包括雜交誘導(dǎo)產(chǎn)生單倍體、對單倍體誘導(dǎo)系雜交F1后代進行單倍體個體的鑒定及單倍體個體的染色體加倍，獲得雙單倍體(純和二倍體)，通過自交繁殖獲得的后代，進行配合力測定。

Coe[3]育成了誘導(dǎo)系Stock 6，其誘導(dǎo)率在1%左右。各國育種家相繼對Stock 6進行了改良，選育出一批誘導(dǎo)率高、農(nóng)藝性狀良好的誘導(dǎo)系，如RWS[4]、UH 400[5]、農(nóng)大高誘系列[6]、吉高誘3號[7]。然而利用單倍體選育自交系，主要受基因型和誘導(dǎo)率2個因素的限制[8]。利用單倍體技術(shù)育成符合育種目標的優(yōu)良自交系的概率是很低的，且目前使用的誘導(dǎo)系的單倍體誘導(dǎo)率普遍不高，誘導(dǎo)率受母本基礎(chǔ)材料基因型的影響較大?；谏鲜鰡栴}，本研究以不同遺傳背景下的基礎(chǔ)材料作為母本，以Stock 6及其改良系作為父本，開展了相關(guān)誘導(dǎo)試驗，旨在篩選出優(yōu)良的Stock 6改良系以用于玉米DH育種實踐。

1 材料與方法

1.1 材 料

組1：父本材料為包括Stock 6在內(nèi)的8個單倍體誘導(dǎo)系：GS 13、GS 22、GS 37、GS 38、GS 42、GS 47、GS 49；母本材料：Mo 17×PH 4 CV。

組2：母本材料涵蓋五大種質(zhì)類群的自交系：黃早四(塘四平頭群)、Mo 17(Lancaster群)、鄭58(國內(nèi)Reid群)、丹599(PN群)、S 122(旅大紅骨群)；父本材料：Stock 6改良系GS 11。

組3：母本材料為5種遵循雜種優(yōu)勢模式[9]原則的選系基礎(chǔ)材料，包括昌7-2×吉853(模式：塘四平頭群×塘四平頭群)、PH 6 WC×鄭58(模式：先鋒母本群×國內(nèi)Reid群)、昌7-2×S 122(模式：塘四平頭群×旅大紅骨群)、PH 4 CV×PH 5 AD(模式：先鋒父本群×先鋒父本群)、PH 4 CV×丹340(模式：先鋒父本群×旅大紅骨群)；父本材料：Stock 6改良系GS 11。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設(shè)計

試驗在吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院南繁育種基地進行。2017年冬種植母本基礎(chǔ)材料，每份材料種植5 m行長2行區(qū)，行距0.65 m，密度6.0萬株/hm2。父本材料錯期播種，每份材料都分4批種植，第1批與母本同期播種，以后每隔3 d播種1批。授粉期間用父本的花粉與所選基礎(chǔ)材料進行雜交誘導(dǎo)，一般在母本花絲抽出后3～4 d進行雜交，以獲得較好的雜交結(jié)實性。對雜交種果穗收獲，盡量避免雜交籽粒丟失，嚴格避免混雜。

表3 種質(zhì)類群對單倍體誘導(dǎo)率的影響

名稱誘導(dǎo)率(%)123456平均值CV(%)黃早四(塘四平頭群)16.917.316.015.416.917.216.625Mo17(Lancaster群)16.717.014.616.917.315.216.287鄭58(Reid群)18.518.017.518.219.019.218.403S122(旅大紅骨群)9.210.29.612.29.910.310.2310丹599(PN群)5.97.25.95.15.56.15.9512

表4 種質(zhì)類群間單倍體誘導(dǎo)率多重比較

名稱均值(%)5%顯著水平1%極顯著水平鄭58(Reid群)18.40aA黃早四(塘四平頭群)16.61bBMo17(Lancaster群 )16.27bBS122(旅大紅骨群)10.21cC丹599(PN)5.93dD

1.2.2 單倍體籽粒的鑒定方法

根據(jù)籽粒Navajo標記性狀，對雜交籽粒逐粒鑒定[10]。胚乳糊粉層呈現(xiàn)紫色或紫紅色標記，胚芽部位無色，且胚面較小，凹陷較深的籽粒為準單倍體籽粒。

單倍體誘導(dǎo)率計算公式如下：

單倍體誘導(dǎo)率(%)=準單倍體粒數(shù)/雜交總粒數(shù)×100%。

1.2.3 統(tǒng)計分析

數(shù)據(jù)分析綜合利用Excel 2013軟件及DPS 7.05軟件數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)[11]。

2 結(jié)果與分析

2.1 Stock 6改良系的誘導(dǎo)率比較

將8份誘導(dǎo)系對同一份雜交組Mo 17×PH 4 CV的誘導(dǎo)率列于表1。由表1可知，GS 13平均誘導(dǎo)率最高，為25.91%，變幅為19.3%～27.7%；GS 37的平均誘導(dǎo)率位居第2位，為20.15%，變幅為16.2%～23.5%，其變異系數(shù)最小，為12%；其他5個Stock 6改良系的平均誘導(dǎo)率都明顯高于Stock 6。

表1 8份誘導(dǎo)系對雜交組合Mo 17×PH 4 CV的雜交誘導(dǎo)結(jié)果

名稱誘導(dǎo)率(%)123456平均值CV(%)GS1325.425.019.330.827.827.725.9115GS2211.210.68.217.814.38.911.831GS3720.619.820.120.723.516.220.1512GS3810.214.012.25.76.213.510.3035GS4215.413.412.114.012.216.713.9313GS473.64.22.92.33.55.33.6028GS4913.310.511.314.68.711.911.7018Stock62.71.83.61.83.52.82.7029

對表1試驗數(shù)據(jù)進行方差分析，處理間假設(shè)測驗的F=57.89>F0.01=3.12，可知8個誘導(dǎo)系的誘導(dǎo)率存在極顯著差異，因此對各處理平均數(shù)進行多重比較，多重比較結(jié)果見表2。由表2可知，只有GS 47與Stock 6之間無明顯差異，其余6個Stock 6改良系與Stock 6之間的誘導(dǎo)率都達到1%極顯著水平；其中GS 13的誘導(dǎo)率最高，GS 37次之；GS 42、GS 49、JGS 22之間無差異，三者與GS 38的差異達到顯著水平，未達極顯著水平。

綜上所述，Stock 6改良系的誘導(dǎo)率比Stock 6本身有所提高，其中GS 13和GS 37是改良成功的誘導(dǎo)系，可在育種中利用。GS 42、GS 49、GS 38、GS 22具有一定的利用價值，但仍需進行改良。

表2 不同單倍體誘導(dǎo)系間誘導(dǎo)率的多重比較

名稱均值(%)5%顯著水平1%極顯著水平GS1325.91aAGS3720.15bBGS4213.93cCGS4911.80cdCGS2211.70cdCGS3810.30dCGS473.57eDStock62.70eD

2.2 不同種質(zhì)類群對誘導(dǎo)率的影響

GS 11對五大種質(zhì)類群自交系的誘導(dǎo)率見表3。由表3可知，GS 11對玉米五大種質(zhì)類群自交系的平均誘導(dǎo)率存在差異，對Reid類群的鄭58授粉所產(chǎn)生平均單倍體誘導(dǎo)率最高為18.4%，變異系數(shù)小，為3%，變幅在17.5%～19.2%之間，說明GS 11對Reid類群的誘導(dǎo)率最高且較為穩(wěn)定；GS 11對塘四平頭群的黃早四和Lancaster群的Mo 17的平均誘導(dǎo)率也比較高，為16.6%和16.3%，變異較小。對PN種質(zhì)群單倍體誘導(dǎo)率最低，為5.9%。

對不同種質(zhì)類群單倍體平均誘導(dǎo)率方差分析表明：處理間假設(shè)測驗的F值為226.7>F0.01=4.18，可知不同種質(zhì)類群單倍體誘導(dǎo)率差異達到極顯著水平。因此對不同種質(zhì)類群自交系的平均誘導(dǎo)率進行多重比較，結(jié)果列于表4。由表4可知，GS 11對Reid類群的鄭58雜交誘導(dǎo)所產(chǎn)生單倍體的平均誘導(dǎo)率極顯著高于塘四平頭群、Lancaster群、PN群、旅大紅骨群材料。塘四平頭群和Lancaster群自交系間的誘導(dǎo)率差異不明顯，塘四平頭群和Lancaster群與旅大紅骨群、PN群，旅大紅骨群與PN群之間誘導(dǎo)率差異達極顯著水平。

表5 不同雜交模式的選系材料對單倍體誘導(dǎo)率的影響

名稱誘導(dǎo)率(%)123456平均值CV(%)PH4CV×丹340(先鋒父本×旅大紅骨)2.42.62.52.32.02.92.4512PH4CV×PH5AD(先鋒父本群)8.010.58.810.611.310.59.9513PH6WC×鄭58(先鋒母×Reid)13.612.817.413.914.313.314.2212昌7-2×吉853(塘四平頭×塘四平頭)16.916.715.818.815.818.517.088昌7-2×S122(塘四平頭×旅大紅骨)13.815.213.613.114.813.513.996

2.3 不同雜交模式的選系材料對誘導(dǎo)率的影響

以GS 11分別給來自先鋒父×旅大紅骨、先鋒父本群、先鋒母×Reid、塘四平頭×塘四平頭、塘四平頭×旅大紅骨的不同雜交模式的選系基礎(chǔ)材料進行雜交誘導(dǎo)，結(jié)果列于表5。由表5可知，GS 11對塘四平頭×塘四平頭的選系材料授粉所產(chǎn)生平均單倍體誘導(dǎo)率最高，為17.08%，變幅為15.8%～18.8%；對先鋒母×Reid和塘四平頭×旅大紅骨的選系材料單倍體誘導(dǎo)率為14.22%和13.99%；對先鋒父本群的選系材料授粉所產(chǎn)生平均單倍體誘導(dǎo)率為9.95%；對先鋒父本×旅大紅骨的選系材料單倍體誘導(dǎo)率最低，僅為2.45%。

3 討論與結(jié)論

3.1 單倍體誘導(dǎo)率分析

單倍體誘導(dǎo)頻率與誘導(dǎo)系和基礎(chǔ)材料的選擇密切相關(guān)，不同親本組合變幅一般為1%～5%[12-13]。本研究表明，不同的單倍體誘導(dǎo)系誘導(dǎo)率存在很大差異，不同基礎(chǔ)材料單倍體誘導(dǎo)率存在一定差異。

3.1.1 Stock 6的改良效果

Chase[14]發(fā)現(xiàn)經(jīng)過多代農(nóng)藝性狀改良的材料比未經(jīng)改良材料產(chǎn)生單倍體頻率高，單倍體的發(fā)生頻率與雌配子體中致死和半致死基因的頻率呈負相關(guān)。通過本研究可知，Stock 6改良系的誘導(dǎo)率比Stock 6有顯著提高，其中GS 13的誘導(dǎo)率最高，GS 37誘導(dǎo)率居第2位，與其他6個誘導(dǎo)系存在極顯著差異，是改良成功的誘導(dǎo)系，可以應(yīng)用于育種中。同時試驗證明Stock 6改良系不僅保留了Stock 6的典型標記基因和一些優(yōu)良的農(nóng)藝性狀，而且極大地提高了單倍體誘導(dǎo)率。因此，對Stock 6進行改良切實可行，可以選育出更加理想的單倍體誘導(dǎo)系，可以更有效地提高單倍體育種的效率。

3.1.2 不同基礎(chǔ)材料對單倍體誘導(dǎo)率的影響

李國良等[15]利用農(nóng)大高誘1號對玉米不同種質(zhì)和世代單倍體誘導(dǎo)頻率的研究表明，農(nóng)大高誘1號對塘四平頭、旅大紅骨、Lancaster、Reid群四大種質(zhì)類群和熱導(dǎo)地方種質(zhì)群的平均誘導(dǎo)率為3.9%，不同類群間存在顯著差異。本研究結(jié)果表明，GS 11對玉米五大種質(zhì)類群的誘導(dǎo)率存在差異，對Reid類群授粉所產(chǎn)生平均單倍體誘導(dǎo)率比塘四平頭群、Lancaster群、PN群、旅大紅骨群都高，為18.4%；對塘四平頭和Lancaster群誘導(dǎo)率也比較高，為16.6%和16.3%。對PN群誘導(dǎo)率最低，僅為5.9%。GS 11對來自塘四平頭×塘四平頭模式的選系材料授粉所產(chǎn)生平均單倍體誘導(dǎo)率明顯高于對先鋒母×Reid、塘四平頭×旅大紅骨、先鋒父本群、先鋒父×旅大紅骨的選系材料雜交誘導(dǎo)所產(chǎn)生平均單倍體誘導(dǎo)率。本試驗與李國良試驗的差異可能是由于誘導(dǎo)系的不同和所選種質(zhì)類群的具體材料的不同導(dǎo)致。但是通過這2個試驗均可以證明，誘導(dǎo)系對不同材料的誘導(dǎo)率差異很大。

綜上，在今后的育種工作中，應(yīng)根據(jù)不同的誘導(dǎo)系選擇適合的基礎(chǔ)材料進行雜交誘導(dǎo)，更有利于選育出優(yōu)良單倍體育成自交系。