玉米單倍體育種技術應用研究進展

邵澤廣

（郯城縣農業農村局，山東郯城 276100）

玉米是較早發現和利用雜交優勢的農作物之一。玉米雜交種豐產性好，適應性強。常規選育法和單倍體育種法是目前應用最為廣泛的2種自交系選育方式[1]。常規選育法在運用期間，需要花費相當長的時間進行育種，一般為4～6年，整體選擇效率不高。在應用單倍體育種技術的過程中，可以直接借助配子體，周期比較短，能被控制在2～3年，育成的純系很穩定，應用和發展前景非常廣闊。

1 玉米單倍體獲取方法

1.1 自然發生的單倍體

所謂自然發生的單倍體，是指在玉米種植期間，因為其生殖發育過程中會出現異常的情況，最終可能會出現孤雌或孤雄生殖。一般情況下，自然發生的單倍體出現概率非常小。因為這種單倍體高度不育，所以無論是玉米植株，還是玉米組織器官等均較二倍體弱小。因此，在自然界中，單倍體的數量并不多。

1.2 孤雌生殖

一般而言，在玉米單倍體獲取階段，誘導玉米孤雌生殖的方式相對較多。在實際生殖期間，可以采取授粉方式，刺激未受精的卵細胞，讓其生長和發育，最終引起孤雌生殖，從而獲得單倍體。同時，也可以使用紫外線對玉米花粉進行高效處理，處理完畢后為正常玉米植株實施授粉，使其可以形成單倍體胚。Kato在2002年借助帶有R1-scm2基因的Stock6誘導系進行了單倍體誘導實踐，其雜交后代的單倍體鑒定效率達到了94%[2]。此外，還可利用化學試劑誘導玉米單倍體，先用甲苯胺藍等化學試劑處理花粉，進而產生單倍體。需要注意的是：在利用化學試劑誘導單倍體期間，植物生理及形態上都有可能發生改變，因而其可靠度還有待考究。

1.3 花粉、花藥培養

在獲取玉米單倍體過程中，除了上述2種方法之外，也可以利用花粉、花藥培養技術獲取單倍體。該方法獲取玉米單倍體的同時，還經常出現已經自然加倍的雙倍體或二倍體。但是，應用花粉、花藥培養技術時，其缺點也比較明顯，需要先對愈傷組織進行誘導，之后再進行分化，讓其形成再生植株，在這一階段，并不是所有的小孢子都能實現無性增殖目標。一般情況下，二倍體化以后，由于在適應性方面存在一定局限，其出現了不同程度的生長和結實困難。從理論層面考量，應用花粉、花藥培養技術獲取玉米純系的速度相對較快，但截至目前，借助該技術獲得的純系或雜交種，依然不能被大面積地應用于生產中[1]。

1.4 玉米子房誘導單倍體

通過對花粉進行綜合利用，借助其中的刺激作用，對子房進行誘導，最終培養出玉米子房誘導單倍體植株，可使玉米單倍體誘導體系更加穩定和高效。湯飛宇等[2]對授粉時間長短以及季節開展了深入探究，并研究了季節對單倍體誘導效果產生的影響。結果表明，在獲取玉米單倍體的過程中，應對授粉時間進行嚴格控制，讓其處于可控范圍，最好在12～22 h之間。在授粉結束后，子房對獲取玉米單倍體植物的概率會明顯增加。由此可知，授粉時間與玉米單倍體獲得有一定關聯[3]。在季節方面，獲得單倍體概率較高的季節為春季和秋季。同時，科學且高效地利用傳粉后的玉米子房，然后將此作為依據，對單倍體植株進行誘導，這對卵細胞單性胚胎發育發展具有很強的促進作用[4]。一般在接種后的玉米子房內傳粉15 h左右可以誘導出單倍體。在此過程中，如果授粉所需要的時間比較長，對其沒有合理地進行管理，子房受精危險便會大幅度增加。因此，在應用此技術時，要想提升玉米單倍體誘導的效率和質量，必須嚴格管控授粉時間。

1.5 利用誘導系誘導單倍體

誘導系誘導的原理是玉米雙受精過程中一個精子與極核相結合，另一個精子卻無法與卵結合，因而不能形成受精卵。有學者用Stock6作父本，誘導單交種OH43×Mo17，獲得600個雜交果穗計305 100粒種子，經籽粒標記選擇和植株標記選擇，最后獲得雙單倍體純系249個，并配出優良的商業雜交種。有學者從美國引進了玉米誘導系Stock6，并用其作父本對WBM、遼旅等6個玉米群體進行了單倍體誘導，經對誘導后代的籽粒、成株標記和植株育性的鑒定，已獲得一些雙單倍體材料。我國學者在此基礎上進行了進一步優化和改進。劉志增等[4]用一個高油玉米改良群體BHO和Stock6雜交，經多代自交和測交選育出農大高誘1號單倍體誘導系。現階段，國外通過對Stock6的改造，已衍生出數個單倍體誘導系。誘導系誘導單倍體的過程：首先，根據玉米育種目標，合成基礎群體，用基礎群體作母本、用誘導系作父本給其授粉，在誘導系授粉后的基礎群體成熟后，人工挑選沒有攜帶誘導系顯性標記的籽粒，這些籽粒即為單倍體籽粒[5]。其次，選擇適合的播種季節，利用秋水仙素處理催芽后的單倍體種子，從而使單倍體加倍。最后，播種處理后的種子，在這些種子材料開花期選擇有花粉的植株人工自交授粉，待種子成熟后便獲得穩定的自交系。

2 玉米單倍體的鑒定方法

2.1 遺傳標記法

對單倍體誘導系材料進行高效利用，借助其自身攜帶遺傳標記基因引起的性狀特點，對單倍體進行科學且合理地篩選，可以有效減少按照基因形態差異篩選期間存在的誤差。在基因篩選中，往往可能會產生大量誤差，而借助遺傳標記法，該問題便能有效規避。陳紹江等[6]對Stock6和高油群體進行利用，讓二者實現雜交，能運用高油分的花粉直感效應，將玉米單倍體精準鑒定出來。雜交當代作物可以直接促使母本籽粒的萌芽胚面積逐漸增大，標記較為清楚。在田間性狀調查期間，對遺傳標記性狀進行高效運用，能大幅度提高單倍體植株的選擇率，對今后加倍工作的順利開展有很大促進意義。

2.2 分子標記方法

湯飛宇等[2]利用SSR標記檢測來源于玉米孤雌生殖的雙單倍體，取得了明顯的效果。

3 展望

隨著近年來我國綠色玉米產業種植市場規模和玉米市場品種需求量的快速攀升，玉米種植規模不斷擴大。這一發展趨勢既是推動當前綠色玉米種植產業鏈健康穩定發展的重要契機，又是嚴峻的市場挑戰。其中，如何有效利用單倍體誘導系誘導玉米單倍體的發生是極為重要的部分。我國科研技術工作者對誘導系進行全面優化和持續改良，為單倍體玉米誘導發生頻率的不斷提高與應用做出了巨大的努力和突出貢獻。

現階段，部分科研院所已經積極開展了關于有效對抗微管的植物除草劑及其藥劑的分類研究，除草劑對生態環境的危害性較小外，與秋水仙素相比，其優勢很明顯，能呈現出低毒、低殘留的特征，降解過程比較簡單。從整體的層面考量，在對玉米單倍體獲取期間，如果能找到加倍單倍體的方法或者試劑，那么在玉米實際種植階段，單倍體育種技術的發展將會越來越好，水平也會大幅度提高，進而朝著更為長久的方向邁進。

應用單倍體技術種植玉米前景十分廣闊[7]。在實際操作過程中，針對目標誘導材料，應實施重組改良，并大量累積有利基因點位，當其達到一定程度后，將單倍體技術有效應用于其中以獲得純系。通過對該技術的高效利用，單倍體在育種方面存在的優勢能得到充分展現，不僅很大程度上提升了玉米育種效率，還保證了玉米種植的整體產量。同時，在遺傳學的實際研究過程中，單倍體群體有很高的研究價值，在基因定位、克隆等方面都可以合理應用。在未來的工作和研究中，單倍體加倍技術的研究需要深入開展，加強重視[8]。

4 結語

與常規選育法相比，玉米單倍體育種技術在選育自交系時間和成本控制上都有很顯著的優勢，能夠直接利用配子體進行選擇。因此，在玉米種植期間，為了較大程度地提高玉米產量和質量，一定要強化對該技術的利用和推廣。結合我國當前玉米種植現狀，還要加大對玉米單倍體育種技術的研究和創新力度，確保技術水平整體提升。