全 文 ：文章编号 :100028551 (2006) 012036204
不同化学药剂诱导玉米无融合生殖的研究
李春秋
(黑龙江省农业科学院玉米研究中心 ,黑龙江 哈尔滨　150086)
摘 　要 :通过用不同浓度的化学药剂处理不同生育期的玉米自交系及杂交组合 ,从而诱导玉米无融合生
殖的研究 ,我们发现几种试剂对诱导玉米的无融合生殖都能收到良好的效果 ,发生频率 0 %～5418 %。
诱导后代出现丰富的变异类型。对稳定的无融合生殖突变系测交结果 ,表现出较高的配合力。
关键词 :化学药剂 ;诱导 ;玉米 ;无融合生殖
APOMIXIS IN MAIZE INDUCED BY DIFFERENT CHEMICALS
LI Chun2qiu
( Maize Research Center , Heilongjiang Academy Agriculture Sciences , Harbin , Helongjiang 　150086)
Abstract :Using chemicals of different strengths treat with inbred lines and hybrid of different mature stage maize , several
mutagenes obtain good results ; frequency of occurrence is 0～5418 % ;The offsprings of induced produced abundant variation
types , somestable mutants have higher combining ability.
Key words : chemical ; induce ; maize ; apomixis
收稿日期 :2005201204
基金项目 :黑龙江省自然科学基金项目 (9716)“利用无融合生殖快速选育玉米自交系的研究”
作者简介 :李春秋 (19632) ,男 ,黑龙江哈尔滨人 ,副研究员 ,黑龙江省农科院玉米研究中心从事玉米辐射诱变育种。Tel :0451286673117 ;
Email :leechunqiu @tom. com
　　无融合生殖是与有性生殖、无性生殖并存的三大
生殖方式之一。无融合生殖种胚主要来源单倍配子体
(卵细胞)直接发育或自然加倍 ;二倍配子体 (二倍胚囊
有丝分裂)直接发育 ;二倍体体细胞 (胚珠珠心细胞)直
接发育 ;溶解核直接发育等途径 ;专性的无融合生殖种
其无融合生殖种胚主要来源于二倍配子体或二倍体体
细胞。无融合生殖种若来源于单倍体配子 ,其后代当
代稳定 ;若来源于溶解核 ,后代将出现丰富的新种质类
型 ,可见 ,无融合生殖对快速选育玉米自交系及拓宽玉
米种质基础具有十分重要的意义。
近年来 ,无融合生殖研究已成为生物学科的新热
点。以其重要的研究意义和广阔的应用前景被称为生
物学科的生长点[2 ] 。目前 ,已从 36 个科 300 多种植物
中发现无融合生殖现象。无融合生殖在玉米栽培种中
发生是较普遍的 ,只是其自然发生的频率较低 ,不被人
们重视。本研究的目的就在于用不同化学药剂的不同
浓度 ,诱导玉米高频率的无融合生殖发生作做探索性
研究 ,而且能快速 (2、3 代) 选育出具有较高配合力水
平的稳定的无融合生殖系[1 ,6 ,9 ,11 ] ,为玉米育种开辟了
新途径。
1 　材料和方法
111 　材料
1997 年 ,试材选用垦粘 1 号 ( KN 早熟) 、四早 113
(早熟) 、克 932114 (早熟) 、黑 301 (早熟) 、黑 218 (中
熟) 、丰和 10 号 (晚熟) 、龙单 11 号 (晚熟) 等不同生育
期的杂交种 ,以二甲基亚砜为诱导剂 ,设 011 %、1 %、
5 %、10 % 4 个浓度 ,以蒸馏水为对照。1998 年 ,选用
KL3 (早熟) 、抗甸 11 (中熟) 、112 (晚熟) 3 个不同生育期
的玉米自交系和 13 个不同生育期的玉米杂交组合为
试材 ,分别为 112 ×M1 (晚熟) 、112 ×KL4 (中熟) 、112 ×
9704 (中熟) 、L105 ×112 (中熟) 、112 ×M2 (晚熟) 、5003
抗大粒21 (晚熟) 、5003 抗大粒22 (晚熟) 、5003 抗大粒23
63 　核 农 学 报　2006 ,20 (1) :36～39Journal of Nuclear Agricultural Sciences
(晚熟) 、绥 606 (早熟) 、D2691 ×龙 21 (中熟) 、南 128 天
杂 (早熟) 、D 辐 2 天杂 (中熟) 、吉 842 天杂 (晚熟) ,诱
导剂 (物)选用 015 %、1 %、5 %、10 % 4 个剂量的二甲基
亚砜 ,以蒸馏水为对照 ,套代不作任何处理为自然发生
的无融合生殖 (N) 。1999 年 ,试材选用自交系 KL3 ,杂
交组合 503 ×712、712 ×5HV、503 ×7033 等 ,选用以下 7
种配方诱导剂 :015 %的甲基黄酸乙酯、011 %L2半光氨
酸、011 %N2甲基2N2亚硝酸2N12硝基胍、011 %12氨基222
萘酚24 磺酸、011 %82羟基喹啉及 1 %、5 %的二甲基亚
砜。
112 　方法
7 月 15 日～7 月 25 日试材处理前全部去雄 ,抽丝
前雌穗套小袋 ,当花丝长至 3～4cm 时 ,用喷雾法将药
剂喷于花丝上 ,处理时间选在早上 4 :30～5 :30 时 ,处
理后在小袋外再加套一个大袋 ,以防花丝长出袋外 ,处
理过程中小袋罩在花丝上面尽量减少花丝在外面暴露
的时间。第二年 4 月 25 日～5 月 5 日将收获当代种子
单粒播于田间 ,自交授粉 ,观察形态特征 ,统计无融合
生殖发生频率 ;第 2 代选择形态特征及熟期有明显变
异植株 ,穗行种植 ,观察形态特征。选择 2 代或 3 代稳
定的农艺性状优良的无融合生殖系进行配合力测定。
2 　结果与分析
211 　对当代结实株率及种子成熟度影响
从 1997、1998 两年的试验结果看出 ,同一种诱变
剂不同浓度、不同年份、对当代结实株率影响不大 ,不
同处理个体表现一定的差异 ,见表 1、表 2。1997 年收
获当代种子 6541 粒 ,大部分为饱满正常的种子 ,有 85
粒胚乳干瘪占 1129 % ,1998 年收获当代种子 2312 粒 ,
其中 32 粒种子胚乳干瘪 ,占 1138 %。另外有 2114 %的
当代种子 ,其胚乳颜色偏向其中一亲本。
表 1 　1997 年不同浓度二甲基亚砜处理不同玉米品种结实株率 ( %)
处理浓度 KN(早熟) 114(早熟) 113(早熟) 301 (早熟) 218(中熟) 丰 10 (晚熟) 龙单 11(晚熟)
011 % 95145 100 100 100 84162 89147 75100
1 % 100 100 100 100 85171 37150 100
5 % 100 100 100 100 83133 100 50100
10 % 100 100 100 84121 25100 100 80100
表 2 　1998 年不同浓度二甲基亚砜处理不同玉米品种结实株率 ( %)
处理浓度
自交系 杂交种
KL3
抗甸
11
112
112Π
KL4
112Π
9704
L105Π
112
M2Π
112
5003
抗21 5003抗22 5003抗23 D2691Π龙 21 绥 606 南 18 D 辐 2 吉 842
N 100 6617 6617 100 100 100
CK 100 6617 0 75 80 3313 6316 75 100
015 % 100 75 60 100 75 50 4617 100 6316 40 100
1 % 100 75 50 75 100 75 143 40 4515 100 8313 80 100
5 % 100 75 0 100 100 80 50 6617 5318 81125 5711 100
10 % 75 75 0 100 6617 6215 50 70 100 50 100
注 :N 为套注 :N 为套袋不做任何处理的自然发生率 ,下表同。
212 　诱导效果的表现
21211 　对发生频率及变异幅度的影响　通过试验 ,我
们发现无论是自交系还是杂交种都存在自然的无融合
生殖现象发生 ,发生频率一般在 011 %～2 % ;用蒸馏
水处理花丝诱导频率与玉米自然发生的频率相近 ,说
明用蒸馏水对玉米无融合生殖没有明显的诱导效果 ,
见表 3、表 4、表 5。从表中可以看出 ,我们选择的化学
试剂对玉米无融合生殖的平均诱导频率总趋势高于其
自然发生的频率 ,其变异幅度远大于自然发生的 (表
3、表 4、表 5) ,故用这几种试剂诱导玉米的无融合生殖
都能收到良好的效果。但不同试剂和不同浓度的诱导
效果没有发现明显的规律性。
21212 　熟期对诱发频率的影响 　通过试验我们发现 ,
早熟玉米 (自交系及杂交种)无论是自然发生的还是经
过诱导发生的无融合生殖 ,其频率都高于晚熟品种 ,其
相关系数 r = 013409。另外 ,诱导处理过程中 ,早熟品
种诱发的结实株率亦相对较高。
21213 　无融合生殖后代形态结构变异 　无融合生殖
的当代即出现丰富的类型 ,从植株形态上看 ,有偏向双
亲的 ,有和处理前杂种一样的 ,大部分介于双亲之间
的。还有明显的超亲植株。如 1998 年处理当代出现 3
株轮生叶植株 ,叶片 38 片 (早熟) 至 44 片 (中熟) 。二
73　1 期 不同化学药剂诱导玉米无融合生殖的研究
代整齐一致的穗行 5 个 (形态 ,生育特性 ,穗部特征等
都纯合一致) 占 1144 % ,出现白化苗的穗行占 213 %。 白化苗率从 1318～2312 %不等。但有白化苗的穗行并未纯合。三代纯合的穗行占 30 %以上。
表 3 　1997 年二甲基亚砜处理不同玉米品种无融合生殖的发生频率 ( %)
处理浓度 KN 114 113 301 218 丰 10 龙单 11
CK (01968) (11785) (01112) 01251
011 % 21940 (0～22169) 41294 (01376～1010) 11522 (012～410) 41529 (019～1211) 01425 (0～113) 11314 (0～616) 01622 (0～512)
1 % 21447 (01148～5164) 31922 (116～717) 31270 (0143～10122) 41310 (0169～1113) 01711 (0～217) 01138 (0～016) 11049 (0119～315)
5 % 21704 (0114～15138) 31242 (014～9152) 11692 (0112～318) 41598 (0148～1212) 01322 (0～0163) 01961 (012～212) 11444 (0～512)
10 % 21075 (01387～13151) 21044 (0129～4128) 21935 (0147～1911) 11521 (0～4153) 01128 (0～0164) (011～16) 01503 (0～017)
注 :表中括号内数据为变异幅度。下表同。
表 4 　1998 年二甲基亚砜处理不同玉米品种无融合生殖平均发生频率 ( %)
处理浓
度 KL3 抗甸 11 112 112ΠKL4 112Π9704 L105Π112 M2Π112 5003 抗 1
N 0171 (0162～0179) 0182 (0～2119) 0125 (0～0141)
CK 1169 (0162～2178) 1152 (0～3196) 0 0119 (0～0147) 0169 (0～2108)
015 % 8171 (112～2131) 0151 (0～1108) 0168 (0～2163) 0198 (0112～1148) 0123 (0～015) 0116 (0～0116)
1 % 2188 (0121～9133) 0121 (0～0142) 0116 (0114～0179) 16(0～5418) 0144 1121 (0～3152) 0103 (0～0124)
5 % 0134 (0122～0148) 0158 (0～1167) 0 2199 (0174～7197) 0156 (0113～2101) 0151 (0～2157)
10 % 2118 (0～6125) 0167 (0～167) 0 0148 (0122～110) 0115 (0～0148) 0134 (0～0193)
续表 4 ( %)
处理浓度 5003 抗 3 5003 抗 3 D2691Π龙 21v 绥 606 南 18 D 辐 2 吉 842
N 0128 (0108～0143) 1121 (0149～3112) 213 (1145～3152)
CK 0129 (0～1125) 0156 (0～1142) 01204 (0～0134) 2123 (01137～4117)
015 % 0141 (0～4167) 0155 (0117～0189) 0153 (0～119) 0191 (0～01298) 313 (113～8154)
1 % 0121 (0～1135) 0129 (0～2102) 2140 (0148～8107) 2152 (0～14182) 0161 (0～2133) 1136 (0113～5103)
5 % 0124 (0～0178) 2125 (0～6137) 0119 (0～0183) 0188 (0～6172) 0118 (0～0145) 0166 (0124～1119)
10 % 0188 (0～4135) 0187 (0～4164) 1143 (0114～8199) 0129 (0～0189) 2143 (0157～714)
表 5 　1999 年不同药剂处理不同玉米品种不同无融合生殖平均发生频率及变异幅度 ( %)
处理试剂及浓度 KL3 503 ×712 712 ×5HV 503 ×7033
N 0126 (011～6)
015 %的甲基黄酸乙酯 7136 (0～2618) 111296 (0～2112) 311725 (213～319) 01375 (0～0138)
011 %L2半光氨酸 31184 (0177～8179) 118895 (0135～5186) 11811 (0111～315) 01143 (0～0114)
011 %N2甲基2N2亚硝酸2N12硝基胍 01752 (0～3157) 11715 (0167～212) 41428 (0112～817) 0
011 %12氨基222萘酚24 磺酸 2108 (0～19197) 11422 (0177～215) 61388 (1101～1117) 01962 (0～01096)
011 %82羟基喹啉 51743 (0～10142) 01959 (0196～1102) 101454 (115～1913) 01368 (0～0137)
1 %二甲基亚砜 11003 (0～4121) 01803 (0128～115) 4175 (0～417) 0125 (0～0125)
5 %二甲基亚砜 017285 (0～2108) 21042 (117～215) 01543 (0～0154)
21214 　无融合生殖后代配合力测定情况 　通过对部
分稳定无融合生殖后代进行一般的配合力测定 ,其中
由黑 301 杂交种选出的两个无融合生殖后代表现综合
农艺性状好 , 配合力高。2000 年观察试验结果 ,
W93151 组配两个组合分别比相应对照增产 16167 %和
18154 % ,W93127 组配组合比对照品种白单九号增产
19184 %。 3 　讨论311 　到目前为止 ,未见有关玉米专性的无融合生殖种应用于生产报道。通过对无融合生殖的自然发生频率较高的玉米品种进行筛选 ,有望选出专性的无融合生殖品系。但从筛选 ,转育到应用于生产还有一定的距
离 ,需要我们今后做大量的工作。
312 　本研究选用的几种化学诱导剂对玉米无融合生
83 核　农　学　报 20 卷
殖的诱发 ,其诱导频率都是相对较高的 ,但诱导效果没
有发现明显的规律性 ,且同处理的个体间差异亦较大 ,
可能主要原因是处理时期和个体间本身存在的生理差
异所致。
313 　从本研究选用的试材看 ,早熟品种相对晚熟品种
发生无融合生殖频率要高 ,鉴于本研究选材的局限性 ,
其是否具有普遍性 ,有待进一步验证。
314 　Gong she Hu 等 (内部交换材料) 认为无融合生殖
当代植株大多数与它们的母体相似 ,可能不定胚是无
融合生殖种子诱导的主要方式[5 ] ,而本研究结果则表
明 ,无融合生殖当代即出现较多的中间类型 ,且二代即
有白化苗的穗行出现 ,出现白化苗的穗行并未纯合 ,故
此 ,本人认为溶解核可能是玉米无融合化学诱导种胚
的主要来源之一。谷明光等通过对药物诱导玉米的无
融合生殖植株的染色体观察 ,出现正常的二倍体植株
只占 611 % ,而混倍体植株则占 9319 %。其中 ,二倍体
细胞占绝对多数 ,只有少量各种不同的染色体数细胞
的植株占 8315 % ;二倍体细胞占少数 (50 %以下) ,含有
大量各种染色体数细胞的植株占 917 % ;除二倍体细
胞外 ,含有单倍体、三倍体、四倍体细胞的植株占 1 %。
其认为很可能是药物诱导染色体断裂和多级分裂起主
导作用的结果[12 ] ,这对解释本研究所出现的结果提供
又一理论依据。本人认为玉米无融合生殖诱导 ,是选
育玉米特异种质的最简便快速的方法。
315 　本研究对少数 2～3 代稳定的无融合生殖系进行
一般的配合力测定结果表明 ,利用无融生殖可选育出
不仅综合农艺性状好 ,自身产量高 ,而且具有较高的配
合力的无融合生殖系。这和有关研究结果是一致
的[7 ,9 ] 。用无融合生殖方法快速选育玉米自交系是最
经济有效的方法。
致谢 :在研究过程中得到苏俊研究员 ,高宪章研究员的
指导和研究室全体人员的大力协助 ,在此表示感谢。
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