秋水仙素及切根处理对糯玉米单倍体加倍速率的影响

◎郭原菲 荣美琪 于海燕 李剑明 姜 龙

目前，我国是最大的鲜食玉米生产国，种植面积已超过134万hm2，其中糯玉米的种植面积约万80hm2。糯玉米具有绵软适口、甜粘清香的独特口感和风味，不仅可蒸煮，鲜果穗用于青食，还可用于速冻加工、制作糯玉米罐头等，其鲜穗采摘后的秸秆也是优良的青贮饲料，具有一定的附加经济效益[1]。糯玉米产业巨大的发展潜力激发了优质糯玉米新品种的育种高潮，而在目前最热点的品种选育方法中最受认可的无疑是单倍体育种[2-3]。但其加倍效率依然是工程化应用的“瓶颈”，大多育种材料自然加倍率仅为0-10%[4-6]。

前人研究表明，玉米单倍体加倍的方法主要有浸种法、浸根法、切芽法等，不同方法加倍产出效率不同[7-9]。本研究针对切根法探讨了不同时间和不同浓度的秋水仙素处理方式，以及切根与否对玉米单倍体加倍的效果影响，以期为糯玉米单倍体育种提供理论经验，提高糯玉米品种质量。

一、材料与方法

（一）试验材料

父本为诱导系吉科诱1200，母本为糯玉米杂交种吉科糯25，供试材料均由吉林农业科技学院玉米育种课题组提供。化学药剂选用秋水仙素和二甲基亚砜（DMSO）。

（二）试验方法

1.单倍体诱导及籽粒鉴定。以吉科诱1200为父本，对吉科糯25进行杂交诱导，在收获的种子中选出单倍体。根据R1-nj花青素标记法，在后代中挑选籽粒紫顶无色胚籽粒的为单倍体籽粒[10]。

2.单倍体加倍实验。在25℃左右的湿沙中将筛选后的单倍体籽粒进行无光培养。而后分别对3-7mm、8-18mm、19-28mm以及29mm以上的根进行幼苗的根尖分生区部位纵切，准备好2.5%二甲基亚砜溶液以及0.05%秋水仙素，把处理的切根幼苗切口向下浸入到准备好的溶液中浸泡38h，设置对照组，重复3次实验。

浸泡时间不相同的处理步骤时需对筛选好的3-7mm单倍体籽粒的根尖分生区进行纵切，切口需向下浸入到药剂中，浸泡12h、22h、32h、42h、52h及62h，设置对照组。将其放在22-25℃左右暗箱中进行无光培养。把单倍体幼芽经过浸泡处理后用流水冲洗3.5h后需移栽到温室进行培养，等幼苗长到2-3叶时移植到玉米育种基地，进行田间管理及试验调查。

（三）数据记录与整理

记录温室内培养4天后的单倍体幼苗的生长情况，包括畸形苗；于大田生长10天左右调查死亡数；于散粉期调查散粉情况，记录散粉株；人工授粉后统计单倍体植株。

（四）数据统计及分析

畸形率、致死率、散粉率和结实率计算方法按陶蕊等[11]的方法计算。利用软件Excel2017对试验数据进行统计分析。

二、结果与分析

（一）切根处理对糯玉米单倍体加倍的影响

由表1可知，切根处理后的平均散粉率、平均致死率和平均结实率均有上升，幅度在1.46-9.45%，而畸形率下降了0.87%。不切根的散粉率、结实率、畸形率和致死率与切根后对单倍体加倍的效率差异幅度是不能忽视的，进一步的方差分析将得出结论。

表1 切根处理对糯玉米单倍体加倍效率的影响

从表2的方差分析结果可以看出，切根处理对糯玉米单倍体加倍效果的影响很大，对结实率和散粉率间的差异呈极显著水平，且对畸形率和致死率的影响极小，说明对糯玉米单倍体进行切根处理并辅以秋水仙素切根浸泡法能有效提高散粉率和结实率，保证单倍体加倍的效率。

表2 切根浸泡与不切根浸泡对糯玉米单倍体加倍的方差分析

（二）不同根长对单倍体加倍的处理效果

表3的多重比较分析显示，3-7mm根长的单倍体其畸形率、致死率、散粉率以及结实率的均值都是最高的，随着根长的增加而逐渐降低；对畸形率和致死率来说，根长大于29mm的处理存在最小值15.79%和18.93%，根长8-18mm和19-28mm的处理间差异并不显著，而与根长大于29mm的存在显著差异；散粉率和结实率在根长3-7mm的处理存在最大值59.31%、10.1%，并且与根长在8-18mm和19-28mm的处理间差异并不显著，但与根长大于29mm的处理存在显著差异。

表3 不同根长处理对单倍体加倍效率显著性分析

（三）不同处理时间对单倍体加倍的影响

如图1所示，药剂浸泡对单倍体加倍速率有影响，且呈一定趋势性变化。散粉率和结实率随浸泡时间的增长呈先升后降趋势，均在处理42h达到最高值，数值分别是58.14%和14.11%，后变化较为平缓；致死率随浸泡时间的增长在逐渐上升，62h达到最高值30.17%；畸形率随浸泡时间增长呈先下降后上升趋势，在42h达到最低值10.62%。

图1 不同处理时间对单倍体加倍效率的影响

三、讨论与结论

本研究以诱导系吉科诱1200为父本，以糯玉米吉科糯25为母本进行杂交诱导，对单倍体籽粒进行加倍试验，分别研究了切根处理及秋水仙素药剂浸泡对单倍体畸形率、致死率、结实率和散粉率的影响。切根处理与否的条件下，切根处理的单倍体除畸形率下降外，其他均有上升，说明切根处理在更大程度上对植株的品性有积极的影响。邓昆鹏[12]的研究中解释到这是因为切根处理暴露出有丝分裂细胞，接触秋水仙素从而抑制同源染色体的分离。而且，切根处理后的单倍体对结实率和散粉率间的差异呈极显著水平，说明利用秋水仙素处理切根的单倍体在加倍效率上优于普通浸种，这一结论与祁志云和刘俊的实验结论一致[13-14]。

在探究不同根长的处理中，设置了根长在3-7mm、8-18mm、19-28mm以及大于29mm等4组变量处理，结果表明畸形率、致死率、结实率和散粉率在根长达3-7mm时有最大值，且与根长的增加呈负相关，结实率和散粉率在3-7mm根长的处理下得到的数值与在8-18mm和19-28mm处理时差异并不显著，表明在根长4-8mm处理下对单倍体进行药剂浸泡能达到好的结果。

在秋水仙素浸泡的处理下，变量是处理时间时，设置了12h、22h、32h、42h、52h、62h以及对照组不浸泡等7组处理，结果表明散粉率和结实率均在42h达到最大值为58.14%和14.11%，而畸形率在42h达到最低，但并不是绝对的，处理时要把握药剂浓度和处理时间，以防对幼苗产生致死性伤害[15]。