玉米单倍体的自然及化学加倍研究

刘海+郭建文

摘 要：通过试验研究了6种常见单倍体玉米（NDG5、GY5598、ND108、ZD958、GY115、1145×Y331）在自然和化学条件下的基因加倍。结果表明，在自然条件下，6种基因型单倍体玉米的散粉率和结实率普遍较低，如果在芽苗期施以秋水仙素溶液处理，可以明显提高单倍体玉米的散粉率和结实率。

关键词：玉米；单倍体；秋水仙素

中图分类号：S513 文献标识码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2014.12.031

玉米是我国种植面积最大的农作物，直接关系到我国的粮食安全问题，具有十分重要的战略地位。近年来，国内饲用和工业用玉米的需求量增长迅速，如何能更快速、高效地选育出优良的玉米新品种，就成为摆在各玉米育种单位面前的一道难题。

长期以来，传统的系谱法、回交法、复合杂交和轮回选择等技术是改良玉米自交系的主要手段，并且已培育了许多能够适应各种生态环境的优良杂交种，但常规遗传改良一直存在着育种周期长等缺点。Chase率先提出了单倍体育种，并首次获得了玉米DH系，随后用DH系配制了强优势的杂交种D640。利用单倍体育种技术，只需要2个世代便可得到纯度为100%的DH系，极大缩短了育种周期，提高了育种效率。同时，由于单倍体只有一套染色体，没有等位基因，有利于淘汰有害的隐性基因，在加倍的群体中不存在显隐杂合子，因此，可以避免早代人为选择的干扰，使DH系内的加性效应遗传变异最大化，从而发掘配合力高的系。目前，基于孤雌生殖诱导系的单倍体育种技术已在国内外玉米育种领域得到广泛应用，并越来越受到育种工作者的青睐。

笔者主要研究单倍体玉米育性的自然恢复和化学方法加倍，以期为玉米的单倍体育种提供借鉴。

1 材料和方法

1.1 单倍体自然加倍

NDG5、GY5598、ND108、ZD958、GY115、1145×Y331为供试的6个常见玉米杂交种的单倍体，将上述玉米品种的种子栽植于试验地，生长成熟时采用自花受粉的方式对6个玉米品种分别进行授粉，并统计其散粉率与结实率。

1.2 单倍体化学加倍

选择6个杂交种（NDG5、GY5598、ND108、ZD958、GY115、1145×Y331）单倍体在芽苗期施以秋水仙素溶液（0.06%+2%DMSO）进行化学加倍，然后移植于试验地，生长成熟时采用自花受粉的方式对6个玉米品种分别进行授粉，并统计其散粉率与结实率。

2 结果与分析

2.1 单倍体自然加倍条件下的散粉率与结实率

图1为6种基因型通过自花受粉方式在自然条件下授粉结实的试验结果。通过图1可知，6种基因型单倍体玉米在自然条件下的散粉率都很低，仅1145×Y331基因型的散粉率为11.84%，其余5个基因型的散粉率都低于10%，其中最低的为GY115基因型，其散粉率仅为4.12%。通过图1不难看出，6种基因型玉米单倍体的结实率普遍低于散粉率，由此可见，并非散粉植株就一定会授粉成功并结实，其中值得注意的是1145×Y331基因型，其散粉率与结实率相同，相对结实率可达到100%，可见，1145×Y331基因型所有散粉植株全部授粉成功并结实，相对结实率最低的基因型为NDG5，其散粉率为8.79%，但结实率仅为0.37%，相对结实率不足5%。

2.2 单倍体化学加倍条件下的散粉率与结实率

图2为6种基因型在芽苗期施以秋水仙素溶液处理后，自花受粉方式下的散粉率与结实率。图2结合图1内容不难看出，通过对植物幼苗期的加倍处理，6种基因型的散粉率普遍提高，其中散粉率最高的为ZD958，散粉率可达到42.50%，而自然条件下，6种基因型的最高散粉率仅为11.84%，在化学加倍条件下，除NDG5基因型的散粉率为5.13%，其余5种基因型的散粉率均高于17%。通过图2还可以发现，6种基因型在化学加倍条件下的结实率均明显高于自然加倍条件下，其中结实率最高为ZD958基因型，结实率为25%，而自然条件下，最高结实率仅为11.84%（1145×Y331）。

3 结论与讨论

通常认为，玉米单倍体的雄穗是高度不育的，但在自然条件下，许多单倍体基因型的雄穗仍然可以完成部分的授粉过程，并促使少量的植株完成授粉和结实的过程。

试验表明，自然条件下，单倍体玉米的散粉率和结实率都非常低，散粉率与结实率之间没有明显的相关关系，可见，即使在成功散粉的条件下，也无法实现散粉植株全部授粉，通过秋水仙素溶液的处理，6种基因型玉米的散粉率与结实率均出现了明显的上升，单倍体玉米结实率的提高可以获取更大量的纯合子多倍体玉米种子，这在玉米单倍体育种中具有十分重要的意义。

参考文献：

[1] 赵延明，董树亭，张锁良，等.玉米单倍体育种技术研究与应用进展[J].玉米科学，2007，15（5）： 60-64.

[2] 武冲，唐树梅，张勇，等.植物花粉培养研究进展[J].中国农学通报，2008，24 （11）：146-149.

[3] 郭仲深.烟草和辣椒花药离体培养的研究[J].植物学报，1973（15）： 37-48.

[4] 陈振光，王妙清，廖惠华.柑桔花粉植株的诱导[J].遗传学报，1980，7（2）：189-191.

[5] 蔡保田，陈名玲，祝虹，等.从湖北光敏核不育水稻的未受精子房和花药培养出单倍体植株[J].实验生物学报，1988（21）：401-407.

[6] 宋建成，姜丽君，王启柏.诱导培养基及其主要成分对玉米花药培养的影响[J].西北植物学报，1998（18）： 16-22.

[7] 原玉香，耿建峰，张晓伟，等.影响玉米花药培养效率的因素研究[J].华北农学报，2001（3）：12-16.

[8] 付迎军.玉米离体花药培养体系的建立[J].延边大学农学学报，2004，26 （1）：1-5.

[9] 孙敬三.利用小麦X玉米杂交诱导小麦单倍体[J].植物学报，1992，34（11）： 817-821.endprint

摘 要：通过试验研究了6种常见单倍体玉米（NDG5、GY5598、ND108、ZD958、GY115、1145×Y331）在自然和化学条件下的基因加倍。结果表明，在自然条件下，6种基因型单倍体玉米的散粉率和结实率普遍较低，如果在芽苗期施以秋水仙素溶液处理，可以明显提高单倍体玉米的散粉率和结实率。

关键词：玉米；单倍体；秋水仙素

中图分类号：S513 文献标识码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2014.12.031

玉米是我国种植面积最大的农作物，直接关系到我国的粮食安全问题，具有十分重要的战略地位。近年来，国内饲用和工业用玉米的需求量增长迅速，如何能更快速、高效地选育出优良的玉米新品种，就成为摆在各玉米育种单位面前的一道难题。

长期以来，传统的系谱法、回交法、复合杂交和轮回选择等技术是改良玉米自交系的主要手段，并且已培育了许多能够适应各种生态环境的优良杂交种，但常规遗传改良一直存在着育种周期长等缺点。Chase率先提出了单倍体育种，并首次获得了玉米DH系，随后用DH系配制了强优势的杂交种D640。利用单倍体育种技术，只需要2个世代便可得到纯度为100%的DH系，极大缩短了育种周期，提高了育种效率。同时，由于单倍体只有一套染色体，没有等位基因，有利于淘汰有害的隐性基因，在加倍的群体中不存在显隐杂合子，因此，可以避免早代人为选择的干扰，使DH系内的加性效应遗传变异最大化，从而发掘配合力高的系。目前，基于孤雌生殖诱导系的单倍体育种技术已在国内外玉米育种领域得到广泛应用，并越来越受到育种工作者的青睐。

笔者主要研究单倍体玉米育性的自然恢复和化学方法加倍，以期为玉米的单倍体育种提供借鉴。

1 材料和方法

1.1 单倍体自然加倍

NDG5、GY5598、ND108、ZD958、GY115、1145×Y331为供试的6个常见玉米杂交种的单倍体，将上述玉米品种的种子栽植于试验地，生长成熟时采用自花受粉的方式对6个玉米品种分别进行授粉，并统计其散粉率与结实率。

1.2 单倍体化学加倍

选择6个杂交种（NDG5、GY5598、ND108、ZD958、GY115、1145×Y331）单倍体在芽苗期施以秋水仙素溶液（0.06%+2%DMSO）进行化学加倍，然后移植于试验地，生长成熟时采用自花受粉的方式对6个玉米品种分别进行授粉，并统计其散粉率与结实率。

2 结果与分析

2.1 单倍体自然加倍条件下的散粉率与结实率

图1为6种基因型通过自花受粉方式在自然条件下授粉结实的试验结果。通过图1可知，6种基因型单倍体玉米在自然条件下的散粉率都很低，仅1145×Y331基因型的散粉率为11.84%，其余5个基因型的散粉率都低于10%，其中最低的为GY115基因型，其散粉率仅为4.12%。通过图1不难看出，6种基因型玉米单倍体的结实率普遍低于散粉率，由此可见，并非散粉植株就一定会授粉成功并结实，其中值得注意的是1145×Y331基因型，其散粉率与结实率相同，相对结实率可达到100%，可见，1145×Y331基因型所有散粉植株全部授粉成功并结实，相对结实率最低的基因型为NDG5，其散粉率为8.79%，但结实率仅为0.37%，相对结实率不足5%。

2.2 单倍体化学加倍条件下的散粉率与结实率

图2为6种基因型在芽苗期施以秋水仙素溶液处理后，自花受粉方式下的散粉率与结实率。图2结合图1内容不难看出，通过对植物幼苗期的加倍处理，6种基因型的散粉率普遍提高，其中散粉率最高的为ZD958，散粉率可达到42.50%，而自然条件下，6种基因型的最高散粉率仅为11.84%，在化学加倍条件下，除NDG5基因型的散粉率为5.13%，其余5种基因型的散粉率均高于17%。通过图2还可以发现，6种基因型在化学加倍条件下的结实率均明显高于自然加倍条件下，其中结实率最高为ZD958基因型，结实率为25%，而自然条件下，最高结实率仅为11.84%（1145×Y331）。

3 结论与讨论

通常认为，玉米单倍体的雄穗是高度不育的，但在自然条件下，许多单倍体基因型的雄穗仍然可以完成部分的授粉过程，并促使少量的植株完成授粉和结实的过程。

试验表明，自然条件下，单倍体玉米的散粉率和结实率都非常低，散粉率与结实率之间没有明显的相关关系，可见，即使在成功散粉的条件下，也无法实现散粉植株全部授粉，通过秋水仙素溶液的处理，6种基因型玉米的散粉率与结实率均出现了明显的上升，单倍体玉米结实率的提高可以获取更大量的纯合子多倍体玉米种子，这在玉米单倍体育种中具有十分重要的意义。

参考文献：

[1] 赵延明，董树亭，张锁良，等.玉米单倍体育种技术研究与应用进展[J].玉米科学，2007，15（5）： 60-64.

[2] 武冲，唐树梅，张勇，等.植物花粉培养研究进展[J].中国农学通报，2008，24 （11）：146-149.

[3] 郭仲深.烟草和辣椒花药离体培养的研究[J].植物学报，1973（15）： 37-48.

[4] 陈振光，王妙清，廖惠华.柑桔花粉植株的诱导[J].遗传学报，1980，7（2）：189-191.

[5] 蔡保田，陈名玲，祝虹，等.从湖北光敏核不育水稻的未受精子房和花药培养出单倍体植株[J].实验生物学报，1988（21）：401-407.

[6] 宋建成，姜丽君，王启柏.诱导培养基及其主要成分对玉米花药培养的影响[J].西北植物学报，1998（18）： 16-22.

[7] 原玉香，耿建峰，张晓伟，等.影响玉米花药培养效率的因素研究[J].华北农学报，2001（3）：12-16.

[8] 付迎军.玉米离体花药培养体系的建立[J].延边大学农学学报，2004，26 （1）：1-5.

[9] 孙敬三.利用小麦X玉米杂交诱导小麦单倍体[J].植物学报，1992，34（11）： 817-821.endprint

摘 要：通过试验研究了6种常见单倍体玉米（NDG5、GY5598、ND108、ZD958、GY115、1145×Y331）在自然和化学条件下的基因加倍。结果表明，在自然条件下，6种基因型单倍体玉米的散粉率和结实率普遍较低，如果在芽苗期施以秋水仙素溶液处理，可以明显提高单倍体玉米的散粉率和结实率。

关键词：玉米；单倍体；秋水仙素

中图分类号：S513 文献标识码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2014.12.031

玉米是我国种植面积最大的农作物，直接关系到我国的粮食安全问题，具有十分重要的战略地位。近年来，国内饲用和工业用玉米的需求量增长迅速，如何能更快速、高效地选育出优良的玉米新品种，就成为摆在各玉米育种单位面前的一道难题。

长期以来，传统的系谱法、回交法、复合杂交和轮回选择等技术是改良玉米自交系的主要手段，并且已培育了许多能够适应各种生态环境的优良杂交种，但常规遗传改良一直存在着育种周期长等缺点。Chase率先提出了单倍体育种，并首次获得了玉米DH系，随后用DH系配制了强优势的杂交种D640。利用单倍体育种技术，只需要2个世代便可得到纯度为100%的DH系，极大缩短了育种周期，提高了育种效率。同时，由于单倍体只有一套染色体，没有等位基因，有利于淘汰有害的隐性基因，在加倍的群体中不存在显隐杂合子，因此，可以避免早代人为选择的干扰，使DH系内的加性效应遗传变异最大化，从而发掘配合力高的系。目前，基于孤雌生殖诱导系的单倍体育种技术已在国内外玉米育种领域得到广泛应用，并越来越受到育种工作者的青睐。

笔者主要研究单倍体玉米育性的自然恢复和化学方法加倍，以期为玉米的单倍体育种提供借鉴。

1 材料和方法

1.1 单倍体自然加倍

NDG5、GY5598、ND108、ZD958、GY115、1145×Y331为供试的6个常见玉米杂交种的单倍体，将上述玉米品种的种子栽植于试验地，生长成熟时采用自花受粉的方式对6个玉米品种分别进行授粉，并统计其散粉率与结实率。

1.2 单倍体化学加倍

选择6个杂交种（NDG5、GY5598、ND108、ZD958、GY115、1145×Y331）单倍体在芽苗期施以秋水仙素溶液（0.06%+2%DMSO）进行化学加倍，然后移植于试验地，生长成熟时采用自花受粉的方式对6个玉米品种分别进行授粉，并统计其散粉率与结实率。

2 结果与分析

2.1 单倍体自然加倍条件下的散粉率与结实率

图1为6种基因型通过自花受粉方式在自然条件下授粉结实的试验结果。通过图1可知，6种基因型单倍体玉米在自然条件下的散粉率都很低，仅1145×Y331基因型的散粉率为11.84%，其余5个基因型的散粉率都低于10%，其中最低的为GY115基因型，其散粉率仅为4.12%。通过图1不难看出，6种基因型玉米单倍体的结实率普遍低于散粉率，由此可见，并非散粉植株就一定会授粉成功并结实，其中值得注意的是1145×Y331基因型，其散粉率与结实率相同，相对结实率可达到100%，可见，1145×Y331基因型所有散粉植株全部授粉成功并结实，相对结实率最低的基因型为NDG5，其散粉率为8.79%，但结实率仅为0.37%，相对结实率不足5%。

2.2 单倍体化学加倍条件下的散粉率与结实率

图2为6种基因型在芽苗期施以秋水仙素溶液处理后，自花受粉方式下的散粉率与结实率。图2结合图1内容不难看出，通过对植物幼苗期的加倍处理，6种基因型的散粉率普遍提高，其中散粉率最高的为ZD958，散粉率可达到42.50%，而自然条件下，6种基因型的最高散粉率仅为11.84%，在化学加倍条件下，除NDG5基因型的散粉率为5.13%，其余5种基因型的散粉率均高于17%。通过图2还可以发现，6种基因型在化学加倍条件下的结实率均明显高于自然加倍条件下，其中结实率最高为ZD958基因型，结实率为25%，而自然条件下，最高结实率仅为11.84%（1145×Y331）。

3 结论与讨论

通常认为，玉米单倍体的雄穗是高度不育的，但在自然条件下，许多单倍体基因型的雄穗仍然可以完成部分的授粉过程，并促使少量的植株完成授粉和结实的过程。

试验表明，自然条件下，单倍体玉米的散粉率和结实率都非常低，散粉率与结实率之间没有明显的相关关系，可见，即使在成功散粉的条件下，也无法实现散粉植株全部授粉，通过秋水仙素溶液的处理，6种基因型玉米的散粉率与结实率均出现了明显的上升，单倍体玉米结实率的提高可以获取更大量的纯合子多倍体玉米种子，这在玉米单倍体育种中具有十分重要的意义。

参考文献：

[1] 赵延明，董树亭，张锁良，等.玉米单倍体育种技术研究与应用进展[J].玉米科学，2007，15（5）： 60-64.

[2] 武冲，唐树梅，张勇，等.植物花粉培养研究进展[J].中国农学通报，2008，24 （11）：146-149.

[3] 郭仲深.烟草和辣椒花药离体培养的研究[J].植物学报，1973（15）： 37-48.

[4] 陈振光，王妙清，廖惠华.柑桔花粉植株的诱导[J].遗传学报，1980，7（2）：189-191.

[5] 蔡保田，陈名玲，祝虹，等.从湖北光敏核不育水稻的未受精子房和花药培养出单倍体植株[J].实验生物学报，1988（21）：401-407.

[6] 宋建成，姜丽君，王启柏.诱导培养基及其主要成分对玉米花药培养的影响[J].西北植物学报，1998（18）： 16-22.

[7] 原玉香，耿建峰，张晓伟，等.影响玉米花药培养效率的因素研究[J].华北农学报，2001（3）：12-16.

[8] 付迎军.玉米离体花药培养体系的建立[J].延边大学农学学报，2004，26 （1）：1-5.

[9] 孙敬三.利用小麦X玉米杂交诱导小麦单倍体[J].植物学报，1992，34（11）： 817-821.endprint