玉米單倍體育種技術(shù)的研究進展

杜瑛紅

摘 要：玉米是較早能夠利用雜種優(yōu)勢育種的農(nóng)作物之一，如果采用常規(guī)的育種方法，需要自交五代到六代才能得到較為穩(wěn)定的自交系，如果我們利用單倍體育種技術(shù)，能夠?qū)@得穩(wěn)定自交系的時間縮短到兩個世代內(nèi)，大大縮短了育種時間，提高了育種效率，帶來更好的經(jīng)濟效益和社會效益。同時，單倍體隱性性狀不會受到顯性性狀的掩蓋，因此我們可以更加方便地淘汰不良個體，為培養(yǎng)優(yōu)良的玉米后代打下基礎(chǔ)。該文將就玉米的單倍體育種技術(shù)展開探討。

關(guān)鍵詞：玉米 單倍體育種 技術(shù)發(fā)展

中圖分類號：S513 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）01（c）-0116-01

通過單倍體育種技術(shù)，能夠在一個世代中得到純合二倍體，可以在純合二倍體中選取雙單倍體，相比于傳統(tǒng)育種技術(shù)，單倍體育種時間大大減少，成本降低，因此單倍體育種技術(shù)在世界范圍內(nèi)都有廣泛應(yīng)用。

1 獲取單倍體的技術(shù)

獲得玉米單倍體植株的方法主要有以下幾種。

1.1 自然發(fā)生

自然界中很多生物都是二倍體，動物基本上都是二倍體，自然界中很多低等植物都是孢子繁殖，也就是單倍體，因此也就不存在不育的問題。高等植物在生長過程中可能發(fā)生變異而出現(xiàn)單倍體植株，但是相對于二倍體和多倍體，單倍體植物非常弱小，并且呈現(xiàn)高度不育，很難在自然界生存，因此自然界中的單倍體植物非常少。

1.2 孤雌生殖

有很多方法能夠?qū)崿F(xiàn)玉米的孤雌生殖，例如用紫外線照射玉米花粉粒，采用異種花粉授粉，將玉米花粉用如甲苯胺藍(lán)等化學(xué)藥劑處理等，都能產(chǎn)生單倍體，但是化學(xué)藥劑獲得單倍體的方法可靠性有待證實，因為這種方法得到的植株可能發(fā)生形態(tài)或者生理方面的畸變。

1.3 花粉刺激產(chǎn)生單倍體

用花粉刺激玉米子房的方法，能夠獲得單倍體，并且獲得單倍體誘導(dǎo)體系，體系的優(yōu)點是高效并且穩(wěn)定。這種誘導(dǎo)效果會受到授粉季節(jié)和授粉時間的影響，控制授粉時間在12～22h質(zhì)檢，有概率從子房中獲得單倍體植株，夏季誘導(dǎo)的效果不如春秋兩季，實驗表明，在25500個子房中能夠獲得再生植株278株，經(jīng)檢查，單倍體植株有22株，因此花粉刺激子房誘導(dǎo)單倍體的方法具有可行性，但是需要注意控制好時間，子房傳粉15h就有獲取單倍體的可能，隨著時間延長，子房授精的危險會增加。

1.4 利用花藥和花粉獲得單倍體

利用花藥和花粉獲得單倍體主要是培養(yǎng)植物組織后誘導(dǎo)愈傷組織，愈傷組織分化產(chǎn)生植株，但是并不是所有的孢子都能夠?qū)崿F(xiàn)無性繁殖，獲取單倍體時還可能出現(xiàn)雙倍體和二倍體，植株二倍體化可能無法結(jié)實或者生長困難，理論上這是一種獲得純系的快速、有效的方法，但實際上應(yīng)用非常少。因為成功誘導(dǎo)愈傷組織并不簡單，遺傳因素都非常重要的影響；并且單倍體玉米植株染色體很難加倍，較難獲得玉米的再生植株。

1.5 高頻誘導(dǎo)

美國威斯康星大學(xué)在1950年獲得了一種白色、早熟、粉質(zhì)的玉米，這種玉米能夠?qū)崿F(xiàn)高頻誘導(dǎo)單倍體，1956年EdCoe在這種玉米基因中導(dǎo)入了P1和R-nj兩種顯性基因，起到標(biāo)記作用，經(jīng)過自交和回交各兩次，得到植株，命名為Stock6，用誘導(dǎo)育種試材做母本，Stock6作為父本，得到單倍體胚胎的概率大約為3%；1992年張銘堂以Stock6為父本獲得種子305100粒，經(jīng)過標(biāo)記選擇處理，獲得了249個雙單倍體純系，并且經(jīng)過培養(yǎng)得到了優(yōu)質(zhì)的商業(yè)雜交種；2001年劉紀(jì)麟將Stock6從美國引進到我國，經(jīng)過培養(yǎng)獲得了一些雙單倍體材料。

2 鑒定單倍體的方法

2.1 解剖學(xué)和形態(tài)學(xué)方法

最為便捷和直觀的鑒別單倍體的方法就是利用形態(tài)學(xué)和解剖學(xué)，玉米二倍體的染色質(zhì)數(shù)量為單倍體的兩倍，同時二倍體的細(xì)胞核、細(xì)胞要更大一些，通過解剖對玉米葉片的保衛(wèi)細(xì)胞和葉片氣孔等進行觀察，也是區(qū)分二倍體和單倍體的方法之一。單倍體的繁殖、營養(yǎng)器官都發(fā)生了變化，并且在幼苗期呈現(xiàn)明顯的矮化，因此可以目測選擇幼苗期的單倍體植株單倍體植株比同基因型植株葉片面積小75%左右，植株高度矮30%左右；除了這些比較明顯的特征，單倍體植株花敗育的情況很常見，開花時間早并且持續(xù)時間長，花絲不長但是花數(shù)量較多，植株高度較小，花藥、葉片和花的氣孔都不大，但是較矮的單倍體植株生活里可能較強，因此我們無法用植株“較弱”作為判斷單倍體和二倍體的依據(jù)。

2.2 細(xì)胞遺傳學(xué)

主要是使用顯微鏡檢查玉米細(xì)胞體的染色體數(shù)目來判斷單倍體，在單倍體產(chǎn)生的過程中還有非整數(shù)倍體、嵌合體等產(chǎn)生，因此這種方法更加必要，最為準(zhǔn)確的方法是將玉米根尖的分生組織壓片，然后觀察減數(shù)分裂細(xì)胞或者體細(xì)胞中的染色體數(shù)量，但是需要注意的是細(xì)胞中的染色體有自然加倍的可能，因此可能產(chǎn)生錯誤，我們可以計算花芽、幼葉細(xì)胞染色體數(shù)量來確定玉米植株的倍數(shù)。

3 單倍體加倍方法

3.1 自然加倍

單倍體自然加倍的概率不高，頻率占據(jù)全部單倍體植株的10%左右，因此自然加倍顯然無法滿足育種需求，人工單倍體人工加倍是非常必要的。

3.2 人工加倍

主要是將單倍體莖尖或則個根尖的生長點用秋水仙素處理，方法有三種：處理莖尖生長點、處理根尖和處理萌發(fā)種子，比較方便的方法是處理根尖頂端的分生組織，處理效果和秋水仙素濃度有很大關(guān)系，秋水仙素濃度較低，效果較好，如果秋水仙素濃度太大，植株就會受到毒害，除了人工加倍，自然加倍的影響也是不能忽略的，優(yōu)秀的單倍體加倍技術(shù)能夠有效提高玉米育種水平。

4 單倍體的應(yīng)用和發(fā)展前景

單倍體育種在我國研究時間已經(jīng)將近30年，由于單倍體育種具有時間短、穩(wěn)定、產(chǎn)量高等優(yōu)點，因此在國外被廣泛運用，中國科學(xué)院最早開始進行單倍體育種研究，目前已經(jīng)育成的孤雌生殖純系數(shù)量達(dá)到3000多個，科玉10號、遺單6號等優(yōu)良品種已經(jīng)開始大力推廣種植，為提高玉米產(chǎn)量做出了重要貢獻。

目前阻礙玉米單倍體育種技術(shù)發(fā)展的因素主要是：單倍體育種材料數(shù)量不足，二倍化單倍體比較困難，時間較長，要實現(xiàn)單倍體育種技術(shù)的廣泛應(yīng)用，就要實現(xiàn)單倍體植株大規(guī)模并且簡單的獲取，簡便有效的進行二倍體重組，快速準(zhǔn)確的鑒定純系。運用單倍體育種技術(shù)能夠較快地獲得純系，將基因中的超顯性效應(yīng)去除，將加性上位和加性效應(yīng)保留下來，淘汰隱形半致死和致死以及有害基因，但是當(dāng)前單倍體二倍體化頻率僅為15%到25%左右。

5 結(jié)語

綜上，分析了玉米單倍體的獲取技術(shù)以及鑒定單倍體的方法，最后分析了當(dāng)前單倍體育種技術(shù)的現(xiàn)狀以及應(yīng)用前景。

參考文獻

[1] 劉俊，尹曉紅，劉君，等.孤雌生殖誘導(dǎo)玉米單倍體育種技術(shù)研究[J].中國種業(yè)，2014（2）：12.

[2] 李向群，宋冰，付永平.玉米單倍體育種的研究進展[J].種子世界，2014（7）：22.

[3] 劉俊，尹曉紅，劉君，等.不同加倍方法處理玉米單倍體的加倍效果研究[J].種子科學(xué)，2014（4）：8.