优良早熟玉米单倍体诱导系LY9- 3 的选育及栽培技术要点

马延华 孙德全 李绥艳 林 红 潘丽艳 范金生 李东林 杨国伟

（黑龙江省农业科学院草业研究所 黑龙江 哈尔滨 150086）

Stock6 是在玉米中发现的第一个单倍体诱导系，但是由于Stock6 具有很多缺点，如诱导率偏低、散粉性不好、自交结实性较差、遗传标记较弱等，因此在此基础上选育了多个更加优良的诱导系， 以适应各个特定区域环境的需要[1-2]。 目前所用的单倍体诱导系几乎都直接或间接来源于Stock6。我国的玉米单倍体育种尽管起步较晚，但是进展较快。 先后有多家科研单位参与研究， 一直致力于以Stock6 为基础研究材料， 与其他诱导系或个别性状强的非诱导系材料进行杂交，采用系谱选系法、回交法、分子标记法及转基因辅助手段选育散粉量大、 诱导率高的单倍体诱导系。 其中，中国农业大学选育的农大高诱1 号填补了我国在这个领域的空白[3]。

黑龙江省地处我国最北端，气候条件独特，纬度高，无霜期短，前期气温低且干旱、后期降温快,对玉米种质的生态适应性具有特殊的要求。 直接引进的诱导系普遍存在抗逆性差、花粉量少、自身结实能力差等缺点，很难在实际的玉米育种中大规模应用，从而阻碍了单倍体诱导育种技术在黑龙江的推广应用。因此，选育适宜寒地生态条件的优良的单倍体诱导系对加快本省乃至我国玉米单倍体育种的工程化进程，推进育种方式的变革具有重要意义。 本研究利用从乌克兰引进的玉米诱导系EMK-1 与农大高诱 5 号构建的分离群体为基础材料，育成了熟期早、诱导率高、遗传标记明显的新诱导系LY9-3。

1 诱导系LY9-3 的亲本来源及选育经过

1.1 基础材料

2011 年从中国农业大学引进诱导系农大高诱5 号，该诱导系具有籽粒Navajo 标记性状，平均诱导率达到10%[4]。 但在黑龙江省生态环境下存在着熟期偏晚、雌雄不调、自交结实差等缺陷。 2012 年通过国际合作项目引进的乌克兰诱导系EMK-1 具有熟期早的特性，在黑龙江省平均诱导率达到9%，但有不抗倒伏、感大斑病等缺点[5]。 因此选择EMK-1 和农大高诱5 号配制群体作为选育新诱导系的基础材料。

1.2 选育方法

采用系谱法对EMK-1×农大高诱5 号群体的后代进行选择，重点目标是选育诱导率高、熟期早、籽粒Navajo 标记清楚， 并且农艺性状较好的诱导系。从S1代开始进行单倍体诱导率的测定， 选择德美亚3 号作为测验种，收集入选单株的花粉和测验种进行杂交，每个组合杂交5 穗以上。 对于收获后的籽粒根据Navajo 显性遗传标记所具有的胚乳紫色而胚无紫色判定为“拟单倍体籽粒”。 播种时将所有的拟单倍体单粒点播，根据田间生长情况进一步判断其倍性。具体的判断标准：单倍体表现为植株缩小且为绿色，雄穗多不育；非单倍体表现为植株高大，且为紫色或淡紫色，雄穗可育，自交后有籽粒颜色分离。 将最终剩下的单倍体植株计为准单倍体株数。 诱导率的计算公式：

诱导率=准单倍体株数/测交总籽粒数×100%。

1.3 诱导系LY9-3 的选育经过

2016 年夏季在哈尔滨以诱导系EMK-1 作母本，农大高诱5 号作父本组配杂交F1代基础材料。2016 年冬季在海南自交EMK-1 和农大高诱5 号的杂交F1代，获得S1籽粒。

2017 年春季挑选300 粒Navajo 标记清晰的S1籽粒进行单粒播种, 对于符合选育目标的入选单株套袋自交，同时利用该单株的花粉测定诱导率。 S1代中第9 株是诱导率最高且熟期早的单株，具有5.09%的单倍体诱导率。

2017 年在海南，对S1的单株诱导率测定的基础上选择诱导率高、籽粒标记性状清楚、熟期早、抗性好的优良穗行S2-9 种植20 粒，自交的同时进行诱导率测定。 对S2-9 穗行进行诱导率进一步测定发现，S2-9 单株单倍体诱导率介于5.63%～7.78%， 平均诱导率6.34%，其中第3 株的诱导率最高，达7.78%。 该S2单株不仅单倍体诱导率高，并且熟期早，综合性状较好，因此入选到S3世代。

2018 年在哈尔滨选择诱导率较好的S3自交果穗种植成穗行，只针对籽粒标记进行选择，选则标记清楚的籽粒共种植50 个穗行，每个穗行种植20 株。对S3-9-3 进一步测定， 单株诱导率介于6.21%～9.20%， 平均诱导率为7.89%。 随着诱导基因不断纯合，单株诱导率比S2有所提高。 S3-9-3 中的第2 株和第6 株诱导率较高，分别达9.20%和8.83%，虽然第2 株的诱导率高于第6 株， 但第2 株自身的雌雄协调性较差，自交后秋季结实率在50%左右，基于此对第2 株予以淘汰。 选择S3-9-3-6 进入下一代。

2018 年在海南重点选择诱导率较好， 田间农艺性状较好的50 个S4单株后代果穗种植成穗行。 S4-9-3-6 的单株诱导率介于12.50%～13.39%，平均诱导率为12.79%。 穗行后代中植株性状和籽粒Navajo 标记已趋于稳定，所收获的S3果穗籽粒的Navajo 标记几乎均已纯合。在S4-9-3-6 中的第5 株诱导率最高，为13.39%，选择该单株进入S5代，进行诱导率的重点测定。

2019 年在哈尔滨选择2018 年海南穗行较为整齐、 诱导率较高的S5自交果穗种植成穗行，S5-9-3-6-5 中的第3 株诱导率为13.36%。 穗行的不同株系间诱导率差异不大。 于是将S5-9-3-6-5-3 单株进行繁殖，并命名为LY9-3（表1）。

2 诱导系LY9-3 的特征特性

诱导系LY9-3 的在哈尔滨地区生育期113 d 左右，需≥10℃活动积温2 200℃左右。该诱导系种子发苗快，幼苗期第一叶鞘紫色，叶片、茎绿色。 雄穗一级分枝8～11 枝，颖壳紫色，花丝、花药绿色。株高192 cm，穗位高68 cm，成株可见13 片叶。 果穗筒形，穗轴白色，穗长15.1 cm，穗粗4.2 cm，穗行数12～14 行，籽粒偏硬粒型、粒色黄色带黑顶,百粒重27.3 g。

3 诱导系LY9-3 的繁殖技术

3.1 选地与整地

选择地势平坦、保水、保肥及排水方便、土质肥沃、酸碱度偏中性的地块。 尽量选择前茬未使用长残留农药的大豆、马铃薯、玉米等茬口。

无深松基础地块秋季采用大型农机具深松、旋耕、灭茬、起垄、镇压一次性作业，达到待播种状态。有深松基础的地块采取秋季灭茬旋耕一次性作业或春季顶浆灭茬旋耕起垄一次性作业。

3.2 播种施肥

空间隔离要求繁殖田块具有500 m 以上的隔离距离， 时间隔离要求开花散粉时间前后间隔30 d 以上。 应在5～10 cm 耕层地温稳定通过7～8℃、 土壤含水量25%～30%时抢墒播种。 哈尔滨地区通常在4 月25 日至5 月1 日之间播种为宜， 种植密度为7.5 万株/hm2；施用有机肥1.0～1.5 t/hm2，整地时施入；底肥或种肥施五氧化二磷68～95 kg/hm2、氧化钾58～66 kg/hm2、纯氮30～45 kg/hm2；在植株11～12 片叶展开时追施纯氮70～100 kg/hm2。

3.3 田间管理与收获

苗期、拔节期、抽雄前期进行严格去杂去劣，保证纯度。 土壤墒情好、整地精细的地块，可在播种后出苗前进行苗前化学除草，选用乙草胺、2,4-D 丁酯、莠去津、噻吩磺隆等药剂，均匀喷雾于土壤表面。 在丝黑穗病菌残留较多地块， 可采用10%烯唑醇乳油20 g湿拌玉米种100 kg，堆闷24 h。 在玉米螟产卵初期及卵盛期释放赤眼蜂寄生玉米螟卵，防治玉米螟。 一般在授粉结束后60～65 d 开始收获，植株表现中下部叶片变黄，基部叶片干枯，果穗苞叶变白，苞叶干松，籽粒色泽呈现本品种固有颜色，籽粒基部出现黑层，即是最佳收获期。 在脱粒前一定要人工将异型穗一次性去除再进行果穗脱粒，确保诱导系纯度和净度。

4 应用前景

近年来，国内外各大育种公司已将玉米DH 育种技术运用于商业化育种中， 极大地加速了玉米育种进程。 单倍体诱导工作往往是开展单倍体育种的第一步。 Stock6 是在玉米中发现的第一个单倍体诱导系， 多数新诱导系的选育都是在Stock6 的基础之上改良的[6-7]。 1999 年宋同明等利用BHO 高油群体和Stock6 进行杂交后育成了诱导率达5.8%的诱导系CAU1，填补了我国在这个领域的空白[3]。2007 年吉林省农科院从Stock6 与M278 的杂交后代中育出了诱导率高达10%的诱导系吉高诱3 号[8]。 尽管如此，单倍体诱导系的选育速度还是很慢， 优良的诱导系较少， 这也反映出在诱导系的选育中存在着一定的难度。 同时，由于黑龙江省的生态条件存在特殊性，外引的诱导系多表现出熟期晚、花期雌雄不调、结实率低和抗逆性差等缺点，难以直接大规模应用。 本研究以外引诱导系EMK-1 与CAU5 杂交组配基础材料，再按照系谱法严格选择植株性状和标记性状的同时，结合诱导率测定结果，最终选择（EMK-1×CAU5）-9-3-6-5-3 作为新选的诱导系， 命名为LY9-3，其平均诱导率达到13.36%。 LY9-3 在黑龙江省生态条件下具有早熟、抗病、抗倒伏、花粉量大，单倍体诱导率高、籽粒标记明显等特点，可在黑龙江地区及相似生态区开展单倍体诱导工作。