利用二甲戊灵诱导玉米孤雌生殖的研究

杨俊伟，王建军，贾鑫，邵林生，李彦良，赵变平，杨海鹏，杜彦超，王富荣

（山西省农业科学院玉米研究所，山西 忻州 034000）

玉米选系是选育玉米杂交种的核心和关键。目前自交系选育的主要方法有常规选育法、单倍体育种法和药剂诱导玉米孤雌生殖法。常规选育法存在育种周期长、选择效率低、成本高等缺点。单倍体育种法是目前比较受推崇的一种方法，但在实践中存在诱导后的种子挑选识别及单倍体加倍困难的问题，一些特殊颜色的材料经诱导后，因子粒果皮颜色掩盖标记色而难以识别[1]。Chase[2，3]首次将诱导孤雌生殖作为快速培养玉米纯合系的手段，育成了马齿型的优良高产双杂交种Dekalb640，并在生产上推广使用，该杂交种促进了美国高密高产杂交玉米生产的发展。

应用药剂诱导玉米孤雌生殖可直接获得纯合的二倍体，操作过程简单易行。我国玉米育种者对药剂诱导玉米孤雌生殖进行了大量研究，并证实了此方法具有可行性[4～10]。近年来，沈阳农业大学创制了利用除草剂诱导玉米孤雌生殖选育玉米自交系技术。该技术可在诱导当代直接获得二倍体种子，并可在诱导一代提前测配，诱导二代便可获得纯合的穗行即自交系，选育周期较Stock 6衍生系遗传诱导缩短1代以上[11]。该技术主要利用某些除草剂如氟乐灵、甲基胺草磷、炔苯酰草胺等阻止细胞分裂的杀草功能，诱导玉米孤雌生殖。氟乐灵具有见光易分解的特点。二甲戊灵具有与氟乐灵相同的除草机理和功能，但配制后相对稳定，能保存较长时间，因此，一些学者对二甲戊灵在诱导植物产生多倍体方面进行了研究[12]。

为了筛选出二甲戊灵诱导玉米孤雌生殖创制自交系的最佳浓度，采用不同浓度梯度的二甲戊灵稀释液对3个遗传类型不同的玉米品种进行了诱导处理，田间观察和鉴定了孤雌生殖一代植株的诱导效果，并简要分析了产生伪株的原因，以期为二甲戊灵诱导玉米孤雌生殖研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

玉米试材为遗传类型不同的3个杂交种，其中，先玉335为普通型，晋鲜糯6号为糯质型，迪甜10号为甜质型。

供试除草剂为施田补330 g/L二甲戊灵乳油，由江苏龙灯化学有限公司生产。

1.2 试验方法

1.2.1 二甲戊灵浓度对玉米孤雌生殖的影响 试验于2017年夏在山西省农业科学院玉米研究所檀村试验地进行，3种玉米试材的播种密度均为52 500株/hm2。大田开放条件下，在玉米吐丝散粉前对雌穗套袋并严格去雄，花丝吐出2～3 d后用尖嘴钳（钳头长5 cm以上）在苞叶顶端2～3 cm处夹切，确保尖嘴钳与苞叶接触面不破损，但内部花丝整齐断裂。抽出断裂花丝后，苞叶上部形成一小段空腔，用注射器抽取二甲戊灵诱导液2～3mL注入腔体并及时套回纸袋。试验二甲戊灵诱导液浓度设0（蒸馏水，CK）、50、75、100、125和150滋mol/L计6个处理，每小区处理玉米100株。小区面积20 m2（10行/区），随机区组排列，3次重复。玉米成熟后及时检查和收获果穗，记录各处理的结实株数，计算诱导结实株率（结实株数/处理株数×100%）。

1.2.2 玉米孤雌生殖系的田间鉴定 试验于2017年冬在山西省农业科学院玉米研究所海南育种基地进行。将诱导产生的结实子粒按穗行播种，种植密度52 500株/hm2，即为孤雌生殖1代。对孤雌生殖1代进行田间鉴定，根据其苗期长势、植株株型、叶型、株高、花药色、花丝色等性状，初步判断诱导后代的真伪情况，淘汰畸形、不结实、不抗病和农艺性状差的单株。

1.3 数据分析

利用Microsoft Excel 2010软件进行数据整理和分析，采用新复极差法进行数据的差异显著性检验（α=0.05）。

2 结果与分析

2.1 二甲戊灵浓度对玉米孤雌生殖的影响

二甲戊灵浓度对诱导玉米孤雌生殖有显著影响，玉米结实株率随着处理浓度的增大呈先升高后降低的趋势变化，但不同遗传类型玉米最适宜的处理浓度不同（表1）。其中，普通型玉米先玉335和糯质型玉米晋鲜糯6号均在处理浓度为100滋mol/L时结实株率达到最大，且均显著＞其他浓度处理，指标值分别为26.00%和23.33%，表明普通型玉米和糯质型玉米最适宜的二甲戊灵处理浓度为100滋mol/L；甜质型玉米迪甜10号在处理浓度为75滋mol/L时结实株率达到最大，指标值为23.67%，且显著＞其他浓度处理，表明甜质型玉米最适宜的二甲戊灵处理浓度为75滋mol/L。可以看出，二甲戊灵诱导玉米孤雌生殖的适宜浓度为75～100 滋mol/L。

2.2 孤雌生殖1代植株的田间鉴定

2017年冬在海南基地对孤雌生殖1代共计487粒种子进行田间表型鉴定试验，共出苗329株，出苗率67.56%。出苗植株中，伪株189株，伪株率57.45%；出苗但未成株13株，占比3.95%；高大杂株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%；出苗后未吐丝植株7株，占比2.13%。

表1 不同浓度二甲戊灵对玉米孤雌生殖结实株率的影响Table 1 Effect of different concentration of pendimethalin on parthenogenesis seeding rate of maize

3 结论与讨论

二甲戊灵是一种常规除草剂，稀释后毒性低，对周围环境、人类及动物为害较小；见光不易分解，田间使用时效力稳定；配制好的溶液能够长时间保存，无需现配现用，可节省操作时间。使用二甲戊灵诱导植物产生的后代，不存在外来种质资源遗传物质的干扰，能够保证遗传品质的稳定。

利用二甲戊灵可以成功诱导玉米进行孤雌生殖，但是诱导率仍处于较低水平，本研究条件下诱导结实株率最高仅为26.00%。不同遗传类型玉米适宜的药剂浓度也不一样，普通型玉米先玉335、糯质型玉米晋鲜糯6号、甜质型玉米迪甜10号适宜的二甲戊灵处理浓度分别为100、100和75滋mol/L。影响诱导率的因素除了药剂浓度和育种材料的遗传背景外，还有药液处理方法、诱导时期等。针对这些因素，进一步研究提高诱导率和纯系频率的方法，对于提高药剂诱导在玉米育种中的应用价值十分重要。

在以往的药物处理玉米孤雌生殖方法中，出现大量伪株后推测其原因可能为外来花粉的污染，但是在后期试验过程中通过进一步优化操作过程如雌穗严格套袋、去雄处理，也无法避免大量伪株的出现。本试验在处理方法上采用史振声教授发明的隔苞掐丝法[1]，即在吐丝前严格套袋，2～3 d后隔苞叶用钳形工具掐断花丝，随后将药物注射在苞内空腔中，使药物包裹花丝。如此，即使在操作过程中有微量外来花粉落在花丝上，经药液浸泡后，也会因吸水胀裂而丧失功能。因此，在理论上可以肯定的是此方法已排除了花粉污染的可能性。我们在对孤雌生殖1代进行田间鉴定时发现仍出现了一定比例的伪株，因此推测伪株的产生可能与其他无融合生殖途径及细胞质有关，但具体机理尚不清楚。