基于不同生态气候的玉米单倍体自然加倍效果初探

李剑明，姜 龙，于海燕，于晓明，高华洋，徐 辉，秦宗星，陈 祥

(吉林农业科技学院农学院，吉林 132101)

玉米作为我国重要的粮、经、饲兼用作物，在国民经济发展中占有举足轻重的地位[1-2]。单倍体技术大大提高了玉米新品种产出速度，是现代玉米育种的“加速器”[3-5]。单倍体需要进行染色体加倍形成DH系后，才能在育种实践中加以应用，单倍体的染色体加倍主要分为化学加倍和自然加倍[6-8]，张坤明等[9]对单倍体的化学加倍方法进行了研究，认为浸种法对玉米单倍体的加倍效果较为突出。李颜[10]以先玉335产生的单倍体子粒成熟胚为试验材料，对玉米单倍体成熟胚组培加倍技术进行了研究。关于单倍体在自然环境下加倍特性的相关研究，尤其是结合不同遗传背景材料、不同自然加倍地点的研究报道较少。

本研究利用吉林农业科技学院玉米育种课题组自主培育的高频孤雌生殖诱导系吉科诱115诱导的玉米单倍体为供试材料，对不同地点、不同遗传的玉米单倍体自然加倍率进行了相关探究，目的在于探索玉米单倍体自然加倍的实用技术，以指导玉米单倍体育种实践。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

吉林农业科技学院北方玉米育种基地位于吉林省吉林市九站地区，地理坐标为北纬43°52，东经126°38′，该地区生态类型属于温带大陆性季风气候，年平均气温3 ℃～5 ℃，七月平均气温最高，一般在21 ℃～23 ℃，常年降雨量700 mm左右。

吉林农业科技学院南繁育种基地位于海南省三亚市南滨农场红卫队，地理坐标为北纬18°23′，东经109°11′，该地区生态类型属于热带海洋性季风气候，年均气温24 ℃～26 ℃，常年降雨量1 400～1 600 mm，素有“天然温室”“热作宝地”等美称。

表1 供试亲本材料名称及血缘

1.2 试验材料

供试杂交种中垦玉206、禾育203、农单476、先玉1503、迪卡159均购自玉米种子经销店，上述杂交种为近年来在东北地区生产上应用较多的玉米杂交种，遗传基因优良。玉米单倍体诱导系吉科诱115由吉林农业科技学院玉米育种课题组提供，诱导率均值为10%。试验材料遗传基础及名称见表1。

1.3 试验方法

1.3.1 单倍体的诱导及籽粒鉴别 2018年，在吉林农业科技学院北方玉米育种基地九站播种母本禾育203、中垦玉206、迪卡159、先玉1503、农单476和父本诱导系吉科诱115。花期时对母本去雄后进行杂交诱导，精细田间管理。收获杂交诱导果穗时，自然晾干后根据Chase[11]提出的单倍体籽粒Navajo遗传标记鉴定法进行单倍体籽粒的室内鉴定，将精细挑选后的单倍体籽粒均分3等份。

1.3.2 单倍体的自然加倍 以海南南滨农场、吉林九站作为单倍体自然加倍地点，2019年春、夏在吉林九站进行单倍体的春播、夏播试验，2019年冬在海南南滨农场进行单倍体的冬播试验，同时对单倍体雄穗育性的自然恢复情况进行田间记录调查。

1.3.3 自然加倍率计算方法 吴鹏昊等[12]研究表明雄穗育性恢复是限制单倍体自然加倍的主要因素。本试验不作单倍体的雌穗育性研究。单倍体自然加倍率的计算方法如下：

自然加倍率(%) = (雄穗散粉株数/单倍体总株数)×100%

表3 不同遗传基础的单倍体在不同地点自然加倍率方差分析

2 结果与分析

经人工仔细鉴别和挑选，诱导系吉科诱115杂交诱导玉米杂交种中垦玉206、先玉1503、禾育203、农单476和迪卡159杂交获得的单倍体籽粒数分别为1 265、1 877、1 468、2 190和999粒。经细胞学检验，单倍体染色体数为10条，验证了人工挑选单倍体的准确性。

将不同遗传基础的单倍体在不同地点自然加倍率表现列于表2。由表2可知，不同遗传基础的东北地区主推玉米品种的自然加倍率表现不同。其中，中垦玉206经吉科诱115诱导后的单倍体自然加倍率均值最高，为11.7%，显著高于迪卡159和先玉1503的自然加倍率均值。田间调查结果表明，中垦玉206雄性育性最强，农单476雄穗育性最低。此外，同一遗传基础的材料在3个地点的自然加倍率，均以南滨冬播最高，自然加倍率均值达9.0%，九站夏播次之，为8.4%，九站春播最低，仅为2.8%，单倍体自然加倍率表现为：南滨冬播>九站夏播>九站春播。

对表2中的自然加倍率进行方差分析，见表3。由表3可知，地点间单倍体的自然加倍率差异达到了显著水平，说明不同地点间单倍体雄穗育性恢复存在真实差异。此外，不同材料遗传基础差异也达到了显著水平，说明不同遗传基础的杂交种材料之间单倍体自然加倍率存在真实差异。

3 结论与讨论

玉米单倍体自然加倍法具有对人畜、环境均安全，节约育种成本，缩减繁琐的加倍环节等优点，在各个育种单位逐渐受到重视[13]。才卓等[14]研究表明，单倍体自然加倍率>10%是可能的；姜龙等[15]试验结果表明，海南三亚单倍体的加倍率显著高于吉林长春；于海燕等[16]研究表明，海南崖州较吉林公主岭更适合于糯玉米单倍体的自然加倍。本研究结果表明，供试5份不同遗传血缘的东北地区推广面积较大的玉米杂交种经吉科诱115诱导所产生的单倍体植株在不同地点的自然加倍率均不同，其中南滨冬播单倍体的自然加倍率高达9.0%，九站夏播次之，为8.4%，九站春播的加倍效果最差，仅为2.8%。

本研究中不同基因型材料经诱导产生的单倍体在不同地点的自然加倍率(雄穗育性)存在较大差异，这与岳尧海等[17]的研究结果一致。每年冬季吉林省内多数的玉米科研育种单位都会利用海南有利的气候条件，开展玉米南繁育种工作[18]。但是南繁成本较高，常常制约着DH育种这一育种“加速器”在海南进行。依据本研究结果，资金力量薄弱的单位可以选择在吉林九站夏播种植进行玉米单倍体自然的加倍。

此外，加强单倍体的田间管理水平，诸如水肥施用时间、病虫草害防治等则有利于单倍体植株的生长和发育，对于提高其自然加倍效率是具有正向效应的。