新時期下玉米單倍體育種的研究背景

肖海峰 李 勃 趙海濤 鐘 雪 梁孝淵 陳鳳偉

玉米作為我國農業發展中的主要糧食作物，玉米育種技術是否合理，將直接關乎到玉米產量和品質。傳統的選育優良自交系結合育種目標基礎上，整合優質資源組培基礎材料，并連續自交5～6代，性狀穩定后配合力測定，結合雜種優勢進行組培雜交組合。玉米單倍體育種技術在實際應用中，可以有效改善傳統育種技術的缺陷和不足，提升育種質量，促進玉米生長和發育。探究玉米單倍體的研究背景，有助于進一步豐富理論研究基礎，為后續相關工作提供支持。

1 玉米單倍體技術

1.1 自然發生的單倍體

生殖異常可能出現孤雄或孤雌生殖問題，進而形成的玉米單倍體，自然單倍體頻率較低，大概在10-5～10-8范圍內。單倍體由于自身的高度不育，組織器官較之二倍體更小，所以當前自然界中的單倍體較少。

1.2 孤雌生殖

玉米孤雌生殖的方法較為多樣，可以通過異種花粉授粉，以此來刺激為受精卵發育帶來的孤雌生殖產生單倍體；甲苯胺藍之類的化學藥劑來處理花粉產生的單倍體；紫外線處理的玉米成熟花粉粒，為植株授粉，改善無受精能力的劃分來刺激卵細胞單性發育成單倍體的胚。需要注意的是，使用化學藥劑誘發孤雌生殖可能產生的生理畸變，可靠性無法得到可靠保障。

1.3 劃分和花藥培養

使用劃分組織和花藥可以培養單倍體，同時還可能出現自然加倍的二倍體。此種方法局限性較大，通過組織培養過程解決，首先誘導愈傷組織，然后分化成再生植株，但是并不是每個小孢子都會產生無性增殖。二倍體化后，由于適應性問題影響可能影響到玉米生長和結實。但是，當前借助玉米花藥培養來獲得雜交種應用范圍較少，難以大面積在農業生產中應用。究其根本，是由于玉米花粉愈傷組織誘導率偏低，僅僅有少數基因型誘導單倍體植株，導致材料之間的顯著差異，從中不難看出玉米雄核發育中遺傳背景的關鍵性所在。同時，玉米單倍體植株染色體加倍成功率不高，難以提升劃分植株的再生率。通過大量的實踐研究可以了解到，通常玉米的愈傷組織誘導率大概在20%以上。

2 單倍體鑒定方法

2.1 形態學和解剖學方法

在玉米單倍體育種技術應用中，對于單倍體的鑒定方法較為多樣，而形態學和解剖學則是一種直觀便捷的方法。玉米單倍體細胞染色質量大概在二倍體細胞質1/2，主要是由于細胞變小，解剖學上可以觀察到細胞數量變化，以此來區分單倍體和二倍體之間的差異。細胞變小同樣可能導致器官組織變化，幼苗期間通過肉眼觀測可以判斷單倍體。單倍體在成長期間，較之標準類型要小的多，苗期玉米單倍體第一片葉較短，對比盾片和胚可以準確判斷出單倍體。玉米單倍體成株同基因型同等的純合二倍體，姊妹株高度大概70%左右，葉面積是后者35%。單倍體植物具有開花較早、開花不正常以及單倍體植株矮小等特點，種種特性較之二倍體是完全相反的。需要注意的是，盡管單倍體的支柱較小，但是生長力卻并不弱。如果同源的二倍體玉米生長力較強，那么單倍體的生長力隨之增強。

2.2 細胞遺傳學方法

結合玉米單倍體的形態特征和結構特點，將其與二倍體親本有效區分開來，但是具體的二倍體鑒別主要是通過細胞學方法鏡檢染色體數目。細胞遺傳學方法在實際應用中，通過根尖分生組織壓片觀察體細胞或減數分類細胞的染色體數目，實現對單倍體的精準判別。在對單倍體根尖細胞染色體數目檢測中，發現二倍化傾向，可能導致染色體組加倍，影響到鑒別可靠性。玉米根尖細胞二倍體化頻率變化，很大程度上取決于單倍體的基因型，特殊情況下需要精準技術植株油葉細胞染色體數量，確定倍數性。

2.3 生理生化特性的區別

通過對玉米生理生化單倍體和二倍體形態差異研究，可以了解到玉米二倍體朝著一倍體轉變時，形態特征和解剖結構發生了不同程度上的轉變，尤其是組織化學成分有所轉變。由于無積水含量減少，可能導致抗壞血酸增加。

3 單倍體的二倍體化方法

3.1 單倍體的自然加倍

通常情況下，單倍體植株生長主要表現在雌雄不調，花粉粒較少，單倍體加倍頻率在單倍體植株整體的10%。需要注意的是，材料的自然加倍率少于5%，還有很多材料并不會自然加倍。依據單倍體自然加倍無法滿足育種需求，需要結合實際情況通過人工加倍處理。

3.2 單倍體的人工加倍

對于單倍體的根尖處理，可以通過秋水仙素進行處理，包括萌發種子處理、根尖處理和莖尖生長點處理等幾種方法，尤其是后續兩種方法效果較為可觀。在根尖處理中，實際操作限制較大，頂端分生組織操作較為便捷，可以使用涂抹和微量注射方法處理。使用浸根法，需要進行充分的育苗盒移栽處理，有助于提升加倍率。林霞，高波，王志安等人在《單倍體育種技術在玉米育種中的研究與應用進展》研究中，拔節期間在莖尖生長點偏下組織中注射秋水仙素，較低濃度可以獲得可觀的成果，受藥害植株比例隨之增加。在玉米單倍體育種技術應用中，不同溫度下使用同等濃度的秋水仙素處理，單倍體加倍百分率存在顯著差異。將自然加倍頻率扣除，采用人工化學加倍方法進行處理難以獲得可觀的成效，尤其是環境條件對單倍體加倍效果的不良影響，需要予以高度關注和重視，以便于在玉米育種中廣泛推廣和應用。

我國是一個農業國家，農業發展直接關乎到社會經濟持續增長，其重要性不言而喻。為了可以滿足社會不斷增長人口的糧食需求，玉米種植技術不斷創新和完善，而玉米單倍體作為一項有效的育種技術，經過長期的研究和完善，逐漸取得了較為可觀的成效，大大促進了育種進程。為了可以促進玉米增產增收，應該持續推動玉米育種技術創新，充分發揮玉米單倍體育種技術優勢，改善傳統育種技術的缺陷和不足，在提升育種質量的同時，促進玉米生長和發育，帶來更大的經濟效益和社會效益。