4个玉米单倍体诱导系的诱导效果

贾波　谢庆春　余艳欢

摘要：旨在从黄淮玉米产区主要遗传群体材料中筛选适宜的单倍体诱导系，研究并分析授粉时期对诱导系诱导效果的影响，为基于单倍体技术快速创制优良玉米种质提供研究基础。以2个遗传类型的材料为母本、4个外引的单倍体诱导系为父本，在江苏省淮安市于夏季玉米吐丝后的不同时期授粉，统计后代单倍体产生的频率，研究不同单倍体诱导系的诱导效果及授粉时期对单倍体诱导率的影响。结果表明：（1）不同诱导系的诱导率之间存在显著差异，YD4、YD2、YD3的诱导率分别为8.57%、7.98%、7.93%，三者之间差异不显著。YD5的诱导率最低，为3.41%，与其他诱导系之间的差异均达到了显著水平。4个诱导系的诱导效果由高到低依次为YD4、YD2、YD3、YD5。（2）母本材料吐丝早，中期授粉诱导率高于后期，其中吐丝后2 d的授粉诱导率最高，为9.99%，与其他授粉时期间的差异均达到显著水平，其次为吐丝后3、4 d授粉，诱导率分别为8.06%、7.87%。综合分析母本授粉结实情况及单倍体诱导率认为，母本材料在吐丝后2、3、4 d授粉，单倍体诱导系的诱导效率较高。

关键词：玉米；单倍体诱导系；诱导率；授粉时期；方差分析

中图分类号：S513.03文献标志码：A

文章编号：1002-1302（2023）05-0129-05

玉米种质资源是选育优势杂交种的基础，玉米产量的不断提高、农艺性状的改善以及抗病抗逆性的增强等都应归功于玉米种质的不断改良创新与利用。传统种质资源创制通常采用常规育种手段，种质资源纯化代数往往需要6～7代，不利于资源的快速更新换代，限制了玉米育种产业的发展。玉米单倍体育种技术是近年来发展起来的一种快速获得玉米自交系的先进技术，该技术可以使玉米自交系纯化代数缩短为2～3代，大大缩短了改良利用创新种质的时间，为快速实现育种目标提供了可能［1-2］。

目前，玉米单倍体育种技术主要是利用植物孤雌生殖诱导系得到单倍体。经过孤雌生殖得到的自交系，纯度高、遗传稳定、配合力高、杂种优势强，在育种工作中有很大的实用价值和广阔的应用前景。1941年，Coe从Northrup King种子公司得到1份具有红叶耳、白色胚乳和紫色糊粉层的硬粒型独特遗传性状的晚熟墨西哥食用玉米品系用于色素研究，1950年Coe将其命名为Stock 6。经研究后发现，Stock 6自交后会出现2.52%的单倍体［3］。在Stock 6的基础上，国外相继选育出WS14、MHI、RWS和EMK等一批优良的孤雌生殖诱导系［4］。我国也相继选出农大高诱1号、吉高诱3号等一批单倍体诱导系［5-6］。诱导系诱导率的高低是影响单倍体育种效率的一个重要因素，国内已有众多研究者对单倍体诱导系的诱导效果开展了深入研究。杨美丽等引进了2个常规诱導系，并对其进行改良，旨在获得诱导率较高的诱导系［7］。王薪淇等对21个诱导杂交组合进行诱导率评价，发现诱导率变异范围为0.8%～9.6%［8］。武云昊等以不同的甜玉米基础材料为母本，以吉科诱115、吉科诱209为父本进行杂交诱导，发现吉科诱115的诱导率为5.9%，显著高于吉科诱209［9］。杨继伟等以自选系L583为母本测验种，组配了25个诱导系的杂交组合进行诱导率的评价和比较分析，结果表明，不同组合间的诱导率存在极显著差异，并筛选出5个诱导率达9%以上的杂交组合，可以用于单倍体规模化隔离诱导［10］。众多研究结果表明，诱导系的诱导率受到本身基因型、母本遗传类型、生态条件等多种因素的影响。

目前，我国玉米单倍体育种技术在北方春玉米区应用得较多，在黄淮海玉米产区研究得较少。本研究以黄淮海玉米产区主要遗传基础材料为母本，以外引的4个单倍体诱导系为父本，研究不同诱导基因及授粉时期对玉米单倍体诱导率的影响，有针对性地筛选适宜的诱导系，以期为基于单倍体技术快速创制优良玉米种质提供基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验选用由综合性状优良、抗病抗逆性较好的玉米种质构建的Reid、Non-Reid 2个材料为母本（表1），以4个外引的单倍体诱导系YD2、YD3、YD4、YD5为父本（表2）进行杂交诱导，根据杂交后代单倍体产生的频率评价不同诱导系的诱导率。

1.2 试验方法

“1.1”节中的材料于2019年7月种植于江苏省淮安市，每个母本材料种植500株，田间管理同一般大田。在开花期对所有单株套袋并挂牌，记载吐丝日期，于吐丝后2～6 d取诱导系花粉授粉。单穗收获，在收获的果穗上按如下标准逐粒鉴别单倍体：紫色胚乳、紫色盾片及黄色胚乳、紫色胚芽尖的子粒均为杂合二倍体；黄色胚乳、无色盾片的为外来花粉污染籽粒；紫色胚乳、无色盾片的子粒为准单倍体。种植准单倍体，将幼苗叶鞘为全紫色的予以淘汰，叶鞘为绿色的即为单倍体。根据单倍体子粒数和杂交子粒总数，确定不同母本材料、不同诱导系以及不同授粉时期获得的单倍体诱导率。

试验数据的方差分析采用SAS/STAT v9.1的PROC GLM进行，平均值间的差异显著性通过Duncans新复极差法进行检测。

2 结果与分析

2.1 不同诱导系诱导率的统计分析

针对Reid、Non-Reid 2个母本材料，对4个诱导系的诱导率进行方差分析，结果（表3）表明，不同诱导系的诱导率之间存在显著差异，说明诱导系的诱导率受到自身基因型的影响；不同诱导系对2个母本材料的诱导率差异不显著。

对4个诱导系的诱导率进行比较分析，结果（表4）表明，YD4的诱导率最高，为8.57%，与YD2、YD3的诱导率相比差异不显著；YD5的诱导率最低，为3.41%，显著低于其他3个诱导系。

2.2 不同诱导系诱导单穗平均总粒数的统计分析

单倍体的获得效率除了与诱导系的诱导率有关外，与诱导系的授粉效果也直接相关，具体可以用诱导系诱导母本材料获得的单穗平均总粒数来衡量。针对2个母本材料，对4个诱导系诱导的母本单穗平均总粒数进行方差分析，结果（表5）表明，不同诱导系诱导的母本单穗平均总粒数之间差异不显著；不同母本材料之间的单穗平均总粒数差异显著，说明单穗总粒数受到母本材料本身基因型影响。

对4个诱导系诱导的母本单穗的平均总粒数进行比较分析，结果（表6）表明，YD5诱导母本材料获得的单穗平均总粒数最多，为234.00粒，YD3诱导母本材料获得的单穗平均总粒数最少，为160.88粒，4个诱导系之间的差异不显著。

2.3 不同诱导系诱导单穗平均单倍体粒数的统计分析

单穗获得的平均单倍体粒数能够直接反映诱导系的诱导效率。对不同诱导系诱导母本材料获得的单穗平均单倍体粒数进行方差分析可知，2个母本材料之间的单穗单倍体平均粒数差异显著，不同诱导系之间的差异不显著（表7）。

对不同诱导系诱导单穗平均单倍体粒数进行比较分析，结果（表8）表明，YD4诱导的单穗平均单倍体粒数最多，为14.82粒，与YD2、YD3相比差异不显著；YD5诱导的单穗平均单倍体粒数最少，为8.10粒，与YD3相比差异不显著，与YD2、YD4相比差异显著。

2.4 不同授粉时期对单倍体诱导率的影响

不同授粉时期直接影响诱导系的授粉效果。将2个母本材料与YD4诱导系杂交得到的单倍体籽粒按不同母本和授粉时期进行统计。由表9可以看出，不同遗传类型母本材料之间、不同授粉时期之间的单倍体诱导率差异均达到了显著水平。

对2个母本材料在5个授粉时期的单倍体诱导率比较分析，结果（表10）表明，在吐丝后2 d授粉，YD4的诱导率最高，为9.99%，与其他授粉时期相比差异达到显著水平；吐丝后5、6 d授粉，诱导系的诱导率较低，与吐丝后4 d相比差异不显著，与吐丝后2、3 d相比差异显著。

2.5 不同授粉时期YD4诱导的单穗总粒数的比较分析

以YD4诱导系为父本，对2个母本材料在5个不同授粉时期诱导获得的单穗平均总粒数进行方差分析。由表11可以看出，2个母本材料之间及不同授粉时期的单穗平均总粒数之间均存在显著差异。

对不同母本材料在5个授粉时期单穗平均总粒数进行比较分析，结果（表12）表明，母本材料在吐丝后4 d授粉，单穗平均总粒数最多，为196.09粒，其次为吐丝后3 d，两者之间的差异未达显著水平，与其他授粉时期的单穗平均总粒数相比差异显著。

2.6 不同授粉时期YD4诱导的单穗单倍体粒数的比较分析

对不同母本材料在5个授粉时期单穗平均单倍体粒数进行方差分析，结果（表13）表明，2个母本材料之间以及不同授粉时期单穗平均单倍体粒数之间均存在显著差异。

对不同母本材料在5个授粉时期的单穗平均单倍体粒数进行比较分析，结果（表14）表明，母本材料在吐丝后4、3、2 d诱导获得的单穗平均单倍体粒数较多，分别为15.82、15.72、15.03粒，3个授粉时期之间的差异未达显著水平，與其他授粉时期之间的差异达到显著水平。

3 讨论与结论

3.1 4个单倍体诱导系的诱导效果

本研究以Reid、Non-Reid作为2个母本材料对4个诱导系的诱导率进行比较分析，发现YD4的诱导率最高，为8.57%，YD2、YD3的诱导率分别为7.98%、7.93%，3种材料的诱导率之间的差异不显著；YD5诱导系的诱导率最低，为3.41%，与其他诱导系之间的差异均达到显著水平。对不同诱导系诱导的单穗平均单倍体粒数进行比较分析，发现YD4诱导的单穗平均单倍体粒数最多，为14.82粒，YD2、YD3诱导系诱导的单穗平均单倍体粒数分别为13.89、12.87粒，三者之间的差异不显著；YD5诱导的单穗平均单倍体粒数最少，为8.10粒，与YD3之间的差异不显著，与YD2、YD4之间的差异显著。4个诱导系的诱导效果由高到低依次为YD4、YD2、YD3、YD5。

国内其他学者在单倍体诱导率研究方面已有一些报道，李高科等以28份外引及自育单倍体诱导系为父本、粤甜28为母本得到的诱导率变幅为0.43%～3.57%［11］。邢政等将玉米孤雌生殖诱导系Tg29与16份不同基因型的自交系和杂交种进行杂交，得到的诱导率变幅为3.13%～10.41%，平均值为6.55%［12］。慈佳宾等以8个不同基因型组合为母本、以玉米单倍体诱导系JS6-1为父本，在3种不同生态环境下得到的平均诱导率分别为15.2%、11.1%、8.6%［13］。杨巍等以诱导系JS5-27、JS17-1为诱导材料对不同品种类型材料进行杂交诱导试验，结果表明，诱导系JS5-27在3个地点的平均诱导率为16.54%，JS17-1的为15.62%，显著优于其他诱导系［14］。刘欣芳等选育出了辽诱1号、辽诱2号、辽诱3号和辽诱4号等辽诱系列玉米单倍体诱导系，对22个品种的诱导试验表明，辽诱1号、辽诱2号、辽诱3号和辽诱4号的综合诱导率分别为6.85%、7.53%、6.66%和6.03%［15］。

综上，除了慈佳宾、杨巍等选育的单倍体诱导系诱导率较高外，与其他研究者相比，本研究引进筛选的YD4、YD2诱导系诱导率有一定优势，可以作为玉米单倍体育种技术的诱导材料。

3.2 不同授粉时期单倍体的诱导效率

母本材料的授粉时期会直接影响诱导系的诱导效率。本研究以YD4为父本，对2个母本材料在5个授粉时期的单倍体诱导率进行比较分析发现，母本材料在吐丝早中期的授粉诱导率高于后期，其中吐丝后2 d的授粉诱导率最高，为9.99%，与其他授粉时期相比差异均达到显著水平，其次为吐丝后3、4 d授粉，诱导率分别为8.06%、7.87%；对不同母本材料在5个授粉时期的单穗平均总粒数进行比较分析发现，母本材料在吐丝后4 d授粉的单穗平均总粒数最多，为196.09粒，其次为吐丝后3 d授粉，单穗平均总粒数为191.49粒，两者之间的差异未达显著水平，与其他授粉时期间的差异显著；对母本材料在5个授粉时期的单穗平均单倍体粒数进行比较分析发现，母本材料在吐丝后4、3、2 d授粉，诱导获得的单穗平均单倍体粒数较多，分别为15.82、15.72、15.03粒，3个授粉时期之间的差异未达显著水平。综合分析母本授粉结实情况及单倍体诱导率，认为母本材料在吐丝后2、3、4 d授粉，单倍体诱导系的诱导效率较高。

关于授粉时期对单倍体诱导率的影响，不同研究人员得到的结论不同。Chase等研究认为，延迟授粉可以提高玉米单倍体的诱导率［16-17］。杨巍等探讨玉米单倍体诱导系JS6-2对不同基础材料、不同授粉时期的诱导效果，发现在雌穗吐丝3～5 d后进行杂交诱导，单倍体的诱导效果好［18］。姜龙等均研究认为，在母本吐丝早期授粉可以提高单倍体的诱导率［19-21］。本研究得出的结论与国内学者的研究结果较为一致。

针对黄淮玉米产区主要遗传群体材料筛选适宜的单倍体诱导系，研究分析授粉时期对诱导系诱导效果的影响，可为基于单倍体技术快速创制综合性状优良玉米种质及改良特定种质性状提供理论基础，对于实现规模化单倍体育种技术应用具有重要的现实意义。

参考文献：

［1］Forster B P，Thomas W T B. Doubled haploids in genetics and plant breeding［J］. Plant Breeding Reviews，2005，25：57-88.

［2］谭 静，徐春霞，陈洪梅，等. 利用单倍体诱导系选育玉米自交系研究［J］. 玉米科学，2007，15（4）：56-58，62.

［3］Coe E H. A line of maize with haploid frequency［J］. Aner Nat，1959，93：381-382.

［4］才 卓，徐国良，张铭堂，等. 玉米单倍体育种研究进展［J］. 玉米科学，2008，16（1）：1-5.

［5］刘志增，宋同明. 玉米高频率孤雌生殖单倍体诱导系的选育与鉴定［J］. 作物学报，2000，26（5）：570-574.

［6］才 卓，徐国良，刘向辉，等. 玉米高频率单倍生殖诱导系吉高诱系3号的选育［J］. 玉米科学，2007，15（1）：1-4.

［7］杨美丽，王瑞英，陈志梅，等. 玉米不同基因型诱导系诱导效果研究及应用［J］. 中国农学通报，2017，33（4）：21-24.

［8］王薪淇，岳尧海，董亚琳，等. 21份玉米单倍体诱导系遗传背景及诱导率分析［J］. 东北农业科学，2019，44（6）：10-13，32.

［9］武云昊，孙 洁，姜 龙，等. 不同遗传基础甜玉米单倍体的诱导和加倍效果研究［J］. 东北农业科学，2022，47（1）：31-34.[HJ1.95mm]

［10］杨继伟，王利峰，李晶晶，等. 不同玉米单倍体诱导系杂交组合F1诱导率的评价［J/OL］. 分子植物育种（2021-06-23）［2022-10-11］. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/46.1068.S.20210622.1721.016.html.

［11］李高科，毛笈华，李春艳，等. 28份玉米单倍体诱导系的诱导率表现及聚类分析［J］. 玉米科学，2016，24（4）：24-29.

［12］邢 政，姜 龙，王薪淇，等. Tg29诱导糯玉米单倍体的效率及DH系鉴定［J］. 西北农林科技大学学报（自然科学版），2017，45（12）：38-43.

［13］慈佳宾，杨 巍，崔学宇，等. 不同生态条件下玉米单倍体诱导率和加倍率的研究［J］. 玉米科学，2015，23（1）：63-68.

［14］杨 巍，任雪娇，慈佳宾，等. 不同生态条件下玉米单倍体诱导系JS5-27和JS17-1的诱导效果［J］. 吉林农业大学学报，2018，40（5）：540-544.

［15］刘欣芳，马 骏，齐 欣，等. 辽诱系列玉米单倍体诱导系的选育［J］. 玉米科学，2020，28（1）：25-30.

［16］Chase S S. Monoploids and monoploid derivatives of maize［J］. Bot Review，1969，35：161-167.

［17］Seaney R R. Monoploids in maize［J］. Maize Genet Coop News Lett，1954，28：22.

［18］杨 巍，任雪娇，崔学宇，等. 玉米单倍体诱导系JS6-2诱导效果的研究［J］. 西北农林科技大学学报（自然科学版），2015，43（7）：89-94.

［19］姜 龙. 玉米单倍体诱导和加倍技术的优化及DH系的遗传性研究［D］. 长春：吉林农业大学，2014.

［20］劉晓鑫，慈佳宾，崔学宇，等. 玉米孤雌生殖单倍体高效诱导研究［J］. 西北农林科技大学学报（自然科学版），2015，43（4）：35-43.

［21］高佳琪，王 琨，徐梅艳，等. 鲜食玉米单倍体诱导率的影响因素研究［J］. 玉米科学，2021，29（5）：15-21，27.

收稿日期：2022-04-02

基金项目：江苏省农业科技自主创新资金［编号：CX（19）3048］；江苏省环洪泽湖生态农业生物技术重点实验室项目（编号：17HZHL008）；江苏省作物遗传生理重点实验室开放课题（编号：YCSL202106）；淮安市农业科学研究院科研发展基金（编号：HNY202016）。

作者简介：贾 波（1985—），男，江苏涟水人，硕士，副研究员，主要从事玉米遗传育种与栽培研究。E-mail：jiabo85@163.com。

通信作者：谢庆春，副研究员，主要从事玉米遗传育种研究。E-mail：hy_xqc@sina.com。