玉米單倍體的常用鑒定方法分析

布阿依夏木·那曼提

[摘 要] 近十幾年以來，以生物誘導技術為基礎的玉米單倍體育種方法已成為新一代玉米育種的重要技術。國外許多種業(yè)公司已經實現(xiàn)了玉米單倍體育種的規(guī)模化應用。但是，如何鑒別玉米種子是否為單倍體成為了備受關注的重要課題。基于此，本文綜述玉米單倍體的常用鑒定方法。

[關鍵詞] 玉米；單倍體；鑒定方法

[中圖分類號] S513 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-7909（2017）21-66-2

單倍體育種是生物學界的一個重要研究課題，要在現(xiàn)實生產、研究中利用植物單倍體，首先需要考慮的是如何準確地鑒別單倍體。目前，國內外有關育種機構鑒別玉米種子單倍體的主要方法是種子籽粒顏色標記法。然而，由于玉米種子的標記表達較弱，導致鑒定效率較低。基于此，本文綜述近幾年玉米單倍體鑒定的常用技術。

1 細胞遺傳學方面

在育種領域，鑒別植物體細胞或者減數(shù)分裂細胞中的染色體對數(shù)是識別植物體是否為單倍體的最基本和最有效的方法。同時，單倍體細胞中常可以看到自發(fā)的二倍化現(xiàn)象，以及由此導致的植物細胞組織的混倍性現(xiàn)象。植物細胞染色體計數(shù)的常用方法是將待測植物細胞制作成臨時顯微鏡片，然后使用洋紅等染色劑進行染色，而后進行統(tǒng)計分析，確定是否為單倍體。

在玉米單倍體的鑒別中，常用的玉米細胞核染色體分析方法是細胞光度計法，此方法精確度較高，缺陷是無法準確區(qū)分非整倍單倍體和整倍單倍體。細胞光度計法的適用范圍是植物組織中不含某些分裂細胞，此方法在鑒定天竺葵和煙草的單倍體方面發(fā)揮了良好的效果。

2 植株的形態(tài)學特征

細胞學方法的精確度較高，但是，其常用于試驗樣本較少的情形下。基于細胞學方法的耗時、程序復雜的特點，如果需要分析的樣本數(shù)量較大，此方法會受到一定限制。而簡單易行的形態(tài)學鑒定方法可以滿足分析要求。

玉米單倍體的生長特征表明，具有單倍體常比標準親本植株小得多，加之單倍體不育性的特點，即可在大量樣本中識別出生長狀態(tài)下的單倍體植株。國外學者曾對6個玉米單倍體與其親本植株進行了形態(tài)學方面的研究，結果認為單倍體植株在株高、葉長及葉寬等方面相當于同品系二倍體玉米植株的70%，雄穗的分枝數(shù)、苞葉數(shù)和穗行數(shù)只占到同品系二倍體植株的90%左右。玉米單倍體植株的花期要早于同品系的二倍體植株[1]。

從植株單倍體的形態(tài)學特征來看，單倍體玉米植株生長較為緩慢，葉片、株高等形態(tài)學要素均明顯低于非單倍體。而單倍體相較于非單倍體，其生存能力較強，長勢明顯旺盛。所以，在玉米6葉期即可較為容易地區(qū)分單倍體和非單倍體。

3 放射性鑒定法

玉米種子、幼苗在逐漸長成為植株的過程中，隨著倍數(shù)性的增加，植株的抗輻射能力也會提高，葉片的抗輻射特征也適用于這種規(guī)律。這種方法是采用電離射線照射植株葉子部分，被照射部分會出現(xiàn)褪色現(xiàn)象，而后出現(xiàn)輻射壞死特征，由此即可判定倍性變化。此種方法是區(qū)分單倍體和多倍體的最基本方法。由于照射程度的差異，被照射葉片的壞死程度和時間均會出現(xiàn)不同。輻射強度較弱時，葉片出現(xiàn)褪色的現(xiàn)象較弱或者無明顯變化；輻射強度較大時，葉片壞死程度極為明顯。

在玉米的單倍體研究中，在X射線（劑量為210千倫）照射下，單倍體在2 d內就會出現(xiàn)壞死現(xiàn)象，而二倍體則在20 d左右才出現(xiàn)壞死現(xiàn)象。同時，這種方法可以實現(xiàn)短時間對超過1 000張葉片的照射，分析過程較為快捷。

4 遺傳標記法

在植物育種領域，利用遺傳標記來鑒別單倍體應用廣泛。在玉米單倍體鑒別中，主要利用玉米的胚與胚乳性狀標記。

遺傳標記法最早由國外學者創(chuàng)立，1947-1969年Chase在進行單倍體植物的研究中提出：如果母本植物具有相應的隱性性狀，父本為顯性性狀，那么獲得的單倍體就為母性單倍體；反之，如果母本為顯性性狀，父本為隱性性狀，即可獲得雄性單倍體。鑒別過程也較為簡便，在幼苗生長過程中，剔除那些帶顯性的幼苗，保留不帶顯性的幼苗作為擬選的單倍體進行下一步分析。

玉米的色素性狀是目前顯性遺傳特征中最為直接的特征，對玉米籽粒的標記是鑒別單倍體的首選材料。在玉米基因中，大部分基因決定著玉米籽粒色素的形成。由此可見，在育種過程中加入相關色素基因，使得玉米籽粒更易于標記鑒別。但是，實際操作發(fā)現(xiàn)，此種標記方法對基因的選擇性較強，材料不同所表達的信息也就存在差異，環(huán)境條件同樣也會對標記結果產生一定影響。

5 籽粒的油分標記法

本方法最早是由我國學者提出來的[2]，鑒定原理是利用油分的花粉直感效應，即如果使用高油脂的單倍體誘導系做父本，產生的雜交籽粒的油分會遠高于母本自交產生的籽粒，單倍籽粒體缺少花粉直感的過程，因此其籽粒所含油分明顯較低[3]。核磁共振儀與紅外光譜儀均可以實現(xiàn)單倍體鑒定中籽粒油分含量分析。

6 結語

總體來看，隨著育種技術的不斷進步，玉米單倍體鑒定技術也得到了發(fā)展，從人工到自動化、從粗略到精準、從單一到多樣規(guī)模化，目前玉米的單倍體育種誘導率可以達到12%～16%，隨著單倍體鑒定技術逐步工廠化運作，將極大地提高種質資源的創(chuàng)新進度。

參考文獻

[1]Chal，武麗石.玉米母體單倍體特性及其在玉米育種中的應用潛力[J].園藝與種苗，1996（2）：8-10.

[2]陳紹江，宋同明.利用高油分的花粉直感效應鑒別玉米單倍體[J].作物學報，2003（4）：587-590.

[3]宋俏姮，楊躍華，孔亮亮，等.玉米單倍體技術的利用研究與發(fā)展前景[J].安徽農業(yè)科學，2016（8）：23-25.