姚威港， 王晓东， 李志刚， 史 铎， 刘 鹏

(内蒙古民族大学农学院， 内蒙古 通辽 028000)

玉米是我国重要的粮食作物，玉米生产直接关系到我国的粮食安全问题。2017—2019年全国平均玉米种植面积达4 173万hm2，占粮食总面积的43.6%[1]，居世界首位。据国家农业部门统计，目前我国良种增产贡献率为43%，美欧发达国家达到60%以上。业内统计数据表明，我国玉米新品种在粮食增产中的贡献率在35%以上[2]。因此，加强玉米育种新技术研究对加快种质创新速度、提升新品种水平、加大遗传增益，促进新品种更新换代意义重大。因此，加快品种更新迫在眉睫，而新品种的选育首先是自交系的创新和快速更新。

本研究以除草剂诱导玉米无融合生殖的方法进行快速选育玉米自交系，可在诱导当代直接获得二倍体种子，大大缩短了育种周期；但在该技术使用过程中诱导剂筛选、诱导剂浓度、处理时期等方面还不够完善。因此，本研究对该技术进行研究，旨在优化除草剂诱导玉米无融合生殖技术，为其大规模推广应用提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

2019年供试材料为万糯2000和TK 601；2020年供试材料为万糯2000。

1.2 试验设计

2019年试验在内蒙古民族大学科技园区进行，采用裂-裂区设计，品种为主区，试剂种类为副处理，试剂浓度为亚副处理，3次重复。小区行长5 m，行距0.6 m，密度4 500株·(667 m2)-1。

2020年在2019年的基础上利用上一季筛选出的最佳试剂浓度进行处理时期诱导试验。小区行长5 m，行距0.6 m，密度4 500株·(667 m2)-1。

1.3 试验试剂、试剂浓度及处理时期

本试验采用5种不同诱导药剂，每种试剂分为5个不同浓度，分别为20、40、80、160、320 μmol·L-1。具体名称及浓度见表1。处理时期设吐丝后第2天、第3天、第4天、第5天、第6天和第7天。

表1 不同诱导剂及其浓度

1.4 诱导方法

雌穗抽丝前全部套袋，并去掉雄穗以防止污染。当花丝长至 3～4 cm时，用消毒后的尖嘴钳割平花丝，在雌蕊顶端凹槽注射不同浓度的诱导液，再将纸袋套好，每个处理诱导2行，3次重复。

1.5 数据分析

成熟后逐穗检查结实情况，统计结实株率，即结实株数所占处理株数的百分比。结实株率使用Excel软件分析。

采用DPS 7.05软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同试剂对玉米诱导效果的影响

表2显示，不同类型玉米间差异显著，试剂、试剂浓度差异极显著；品种×试剂浓度、试剂×试剂浓度、品种×试剂×试剂浓度互作效应显著，其余互作效应不显著。

表2 不同试剂对不同类型玉米诱导效果的方差分析

由表3可知，两品种间诱导效果存在一定差异，万糯2000的结实株率较TK 601高3.91%，且差异达显著水平。说明不同类型玉米对诱导效果有较大影响。

表3 不同类型玉米品种间诱导效果差异分析

由表4可知，不同试剂对玉米的诱导效果存在差异，聚乙烯亚胺的结实株率高于其他试剂，分别较氟乐灵、秋水仙素、戊炔草胺、青鲜素高8.66%、56.90%、25.52%、6.12%，且与秋水仙素、戊炔草胺间差异达极显著水平，与氟乐灵、青鲜素间差异不显著。氟乐灵与青鲜素的结实株率较为接近，差异不显著；二者与秋水仙素、戊炔草胺间差异达极显著水平。说明不同试剂对玉米的诱导效果影响较大。

表4 不同试剂对玉米诱导株率比较

2.2 不同试剂浓度对玉米诱导效果的影响

由表5可以看出，5种试剂对两品种的诱导效果均表现出随浓度的增加呈先增加后降低的变化趋势。氟乐灵以80 μmol·L-1时的诱导效果最佳，两品种的结实株率分别为42.5%和47.6%，与20 μmol·L-1和320 μmol·L-1浓度下的结实株率间差异达极显著水平。

表5 不同处理浓度对玉米诱导株率的差异分析

聚乙烯亚胺对TK 601以浓度为80 μmol·L-1时的诱导效果最佳，而对万糯2000则以40 μmol·L-1时的诱导效果最佳，且与其他浓度间差异达显著或极显著水平。秋水仙素对两品种的诱导均以80 μmol·L-1时诱导效果较好，且对TK 601的诱导结实株率极显著高于其他浓度。戊炔草胺的诱导以40 μmol·L-1和80 μmol·L-1时的诱导效果较好，对TK 601的诱导结实株率明显高于其他浓度，差异达极显著水平。秋水仙素和戊炔草胺对万糯2000的诱导效果整体不理想，这与试剂及品种有关。青鲜素对两品种的诱导效果均以80 μmol·L-1时最佳，且对万糯2000的诱导结实株率与其他浓度间差异达极显著水平。

可见，用化学试剂诱导玉米无融合生殖时，试剂浓度过低或过高都会严重降低结实株率，影响诱导效果。

2.3 处理时期对玉米诱导效果的影响

如表6所示，不同的处理时期对诱导效果具有较大影响。不同处理时期间的诱导效果差异达极显著水平。试剂种类与处理时期的互作效应中，诱导效果无显著性差异。

表6 不同处理时期诱导效果方差分析

由表7可知，使用5种试剂对玉米不同吐丝时期进行诱导，从不同吐丝天数的结实株率来看，5种试剂的诱导效果均随吐丝天数的增加呈先增加后降低的变化趋势，氟乐灵、聚乙烯亚胺、秋水仙素、戊炔草胺和青鲜素的诱导结实株率的变异幅度分别为12.2%～37.5%、11.2%～40.4%、9.6%～33.9%、10.0%～33.8%和11.0%～35.9%，5种试剂均以吐丝第5天效果最佳，结实株率分别为37.5%、40.4%、33.9%、33.8%和35.9%，且显著高于其他处理。

表7 不同处理时期诱导效果比较

可见，不同处理时期对玉米无融合生殖的影响较大，这也是利用化学试剂诱导玉米无融合生殖需要考虑的重要因素。

3 结论与讨论

3.1 不同试剂对诱导效果的影响

目前，国内外研究者通过不同诱导剂对玉米诱导效果的研究，筛选出秋水仙素(Col)、二甲基亚砜(DMSO)、聚乙二醇(PEG)等不同诱导剂[3-5]。Wan等[6]和Stadler等[7]的试验表明，低毒性的除草剂可以代替秋水仙素使植物细胞加倍，且伤害程度和诱导效果优于秋水仙素。本研究除了使用秋水仙素这一高毒性的诱导剂外，还使用了戊炔草胺、氟乐灵，聚乙烯亚胺、青鲜素等一系列低毒性的诱导剂，发现聚乙烯亚胺的平均诱导株率为36.4%；氟乐灵的平均诱导株率为33.5%；戊炔草胺的平均诱导株率为29.0%；青鲜素的平均诱导株率为35.1%，而秋水仙素的平均诱导株率为23.2%。因此，聚乙烯亚胺、氟乐灵、青鲜素及戊炔草胺均可替代秋水仙素，聚乙烯亚胺、氟乐灵、青鲜素较为理想，且聚乙烯亚胺为本试验筛选出最新诱导剂。由此可见，采用毒性较低的新型诱导剂代替秋水仙素不仅可以提高诱导率，同时更加安全环保。

3.2 不同试剂浓度对诱导效果的影响

本试验使用20、40、80、160、320 μmol·L-1等5种浓度的除草剂对玉米进行诱导处理，结果表明，随着试剂浓度的升高，对玉米诱导株率的影响呈先增高再降低的趋势，且试剂浓度在80 μmol·L-1时诱导效果最佳。这也验证了惠国强等[14]的研究结果，随着除草剂浓度的加大，对玉米幼苗的抑制加大,总的加倍率先升后降。

各个浓度试剂对玉米诱导株率均有明显差异，除戊炔草胺和聚乙烯亚胺在40 μmol·L-1和80 μmol·L-1诱导效果均较好以外，其他试剂浓度均在80 μmol·L-1时对玉米的诱导株率显著高于其他4个浓度，这也与任燕静[8]的研究结果一致。

因此，所用试剂作为一种新型药物诱导玉米无融合快速获得二倍体是可行的，但是不同浓度试剂对玉米诱导株率的影响程度不同。因此，在今后研究中要着重探究浓度对加倍率的影响，针对不同试剂的浓度进一步提高玉米的诱导株率。

3.3 不同处理时期对玉米诱导效果的影响

通过对7个不同吐丝期的玉米进行诱导，发现不同处理时期的无融合生殖诱导效果有较大差异。其中，最佳诱导期为吐丝后第5天，结实株率明显高于其他时期，平均高出6%～10%。这说明花丝新老对药剂相对敏感度高低有关。这也与余建华等[9]、任燕静等[10]、张太平等[13]的研究结果基本一致。而赵念力等[11]和于运凯等[12]认为，同一化学药剂不同的诱导时间对玉米孤雌生殖的诱导率有明显的差异，诱导最佳时间为雌穗吐丝后3天。本研究结果与之有差异，这可能是因为处理材料，环境等因素的不同而造成的。

3.4 不同类型玉米品种间对诱导效果的影响

本试验采用2个不同遗传背景玉米品种诱导玉米无融合生殖，两品种的诱导株率呈显著性差异，其中糯玉米万糯2000的诱导效果优于普通玉米TK 601[11-12]，说明不同基因型玉米对诱导株率有较大影响。相关研究表明，不同遗传背景的玉米品种对于玉米无融合生殖的影响较大，不同遗传背景间玉米差异甚至达到显著或极显著水平[9-15]。本研究结果与上述研究一致，由此可见，在化学试剂诱导玉米无融合生殖的过程中，要着重考虑不同基因型玉米所带来的影响。