玉米单倍体育种技术的研究进展

杜瑛红

摘 要：玉米是较早能够利用杂种优势育种的农作物之一，如果采用常规的育种方法，需要自交五代到六代才能得到较为稳定的自交系，如果我们利用单倍体育种技术，能够将获得稳定自交系的时间缩短到两个世代内，大大缩短了育种时间，提高了育种效率，带来更好的经济效益和社会效益。同时，单倍体隐性性状不会受到显性性状的掩盖，因此我们可以更加方便地淘汰不良個体，为培养优良的玉米后代打下基础。该文将就玉米的单倍体育种技术展开探讨。

关键词：玉米 单倍体育种 技术发展

中图分类号：S513 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）01（c）-0116-01

通过单倍体育种技术，能够在一个世代中得到纯合二倍体，可以在纯合二倍体中选取双单倍体，相比于传统育种技术，单倍体育种时间大大减少，成本降低，因此单倍体育种技术在世界范围内都有广泛应用。

1 获取单倍体的技术

获得玉米单倍体植株的方法主要有以下几种。

1.1 自然发生

自然界中很多生物都是二倍体，动物基本上都是二倍体，自然界中很多低等植物都是孢子繁殖，也就是单倍体，因此也就不存在不育的问题。高等植物在生长过程中可能发生变异而出现单倍体植株，但是相对于二倍体和多倍体，单倍体植物非常弱小，并且呈现高度不育，很难在自然界生存，因此自然界中的单倍体植物非常少。

1.2 孤雌生殖

有很多方法能够实现玉米的孤雌生殖，例如用紫外线照射玉米花粉粒，采用异种花粉授粉，将玉米花粉用如甲苯胺蓝等化学药剂处理等，都能产生单倍体，但是化学药剂获得单倍体的方法可靠性有待证实，因为这种方法得到的植株可能发生形态或者生理方面的畸变。

1.3 花粉刺激产生单倍体

用花粉刺激玉米子房的方法，能够获得单倍体，并且获得单倍体诱导体系，体系的优点是高效并且稳定。这种诱导效果会受到授粉季节和授粉时间的影响，控制授粉时间在12～22h质检，有概率从子房中获得单倍体植株，夏季诱导的效果不如春秋两季，实验表明，在25500个子房中能够获得再生植株278株，经检查，单倍体植株有22株，因此花粉刺激子房诱导单倍体的方法具有可行性，但是需要注意控制好时间，子房传粉15h就有获取单倍体的可能，随着时间延长，子房授精的危险会增加。

1.4 利用花药和花粉获得单倍体

利用花药和花粉获得单倍体主要是培养植物组织后诱导愈伤组织，愈伤组织分化产生植株，但是并不是所有的孢子都能够实现无性繁殖，获取单倍体时还可能出现双倍体和二倍体，植株二倍体化可能无法结实或者生长困难，理论上这是一种获得纯系的快速、有效的方法，但实际上应用非常少。因为成功诱导愈伤组织并不简单，遗传因素都非常重要的影响；并且单倍体玉米植株染色体很难加倍，较难获得玉米的再生植株。

1.5 高频诱导

美国威斯康星大学在1950年获得了一种白色、早熟、粉质的玉米，这种玉米能够实现高频诱导单倍体，1956年EdCoe在这种玉米基因中导入了P1和R-nj两种显性基因，起到标记作用，经过自交和回交各两次，得到植株，命名为Stock6，用诱导育种试材做母本，Stock6作为父本，得到单倍体胚胎的概率大约为3%；1992年张铭堂以Stock6为父本获得种子305100粒，经过标记选择处理，获得了249个双单倍体纯系，并且经过培养得到了优质的商业杂交种；2001年刘纪麟将Stock6从美国引进到我国，经过培养获得了一些双单倍体材料。

2 鉴定单倍体的方法

2.1 解剖学和形态学方法

最为便捷和直观的鉴别单倍体的方法就是利用形态学和解剖学，玉米二倍体的染色质数量为单倍体的两倍，同时二倍体的细胞核、细胞要更大一些，通过解剖对玉米叶片的保卫细胞和叶片气孔等进行观察，也是区分二倍体和单倍体的方法之一。单倍体的繁殖、营养器官都发生了变化，并且在幼苗期呈现明显的矮化，因此可以目测选择幼苗期的单倍体植株单倍体植株比同基因型植株叶片面积小75%左右，植株高度矮30%左右；除了这些比较明显的特征，单倍体植株花败育的情况很常见，开花时间早并且持续时间长，花丝不长但是花数量较多，植株高度较小，花药、叶片和花的气孔都不大，但是较矮的单倍体植株生活里可能较强，因此我们无法用植株“较弱”作为判断单倍体和二倍体的依据。

2.2 细胞遗传学

主要是使用显微镜检查玉米细胞体的染色体数目来判断单倍体，在单倍体产生的过程中还有非整数倍体、嵌合体等产生，因此这种方法更加必要，最为准确的方法是将玉米根尖的分生组织压片，然后观察减数分裂细胞或者体细胞中的染色体数量，但是需要注意的是细胞中的染色体有自然加倍的可能，因此可能产生错误，我们可以计算花芽、幼叶细胞染色体数量来确定玉米植株的倍数。

3 单倍体加倍方法

3.1 自然加倍

单倍体自然加倍的概率不高，频率占据全部单倍体植株的10%左右，因此自然加倍显然无法满足育种需求，人工单倍体人工加倍是非常必要的。

3.2 人工加倍

主要是将单倍体茎尖或则个根尖的生长点用秋水仙素处理，方法有三种：处理茎尖生长点、处理根尖和处理萌发种子，比较方便的方法是处理根尖顶端的分生组织，处理效果和秋水仙素浓度有很大关系，秋水仙素浓度较低，效果较好，如果秋水仙素浓度太大，植株就会受到毒害，除了人工加倍，自然加倍的影响也是不能忽略的，优秀的单倍体加倍技术能够有效提高玉米育种水平。

4 单倍体的应用和发展前景

单倍体育种在我国研究时间已经将近30年，由于单倍体育种具有时间短、稳定、产量高等优点，因此在国外被广泛运用，中国科学院最早开始进行单倍体育种研究，目前已经育成的孤雌生殖纯系数量达到3000多个，科玉10号、遗单6号等优良品种已经开始大力推广种植，为提高玉米产量做出了重要贡献。

目前阻碍玉米单倍体育种技术发展的因素主要是：单倍体育种材料数量不足，二倍化单倍体比较困难，时间较长，要实现单倍体育种技术的广泛应用，就要实现单倍体植株大规模并且简单的获取，简便有效的进行二倍体重组，快速准确的鉴定纯系。运用单倍体育种技术能够较快地获得纯系，将基因中的超显性效应去除，将加性上位和加性效应保留下来，淘汰隐形半致死和致死以及有害基因，但是当前单倍体二倍体化频率仅为15%到25%左右。

5 结语

综上，分析了玉米单倍体的获取技术以及鉴定单倍体的方法，最后分析了当前单倍体育种技术的现状以及应用前景。

参考文献

[1] 刘俊，尹晓红，刘君，等.孤雌生殖诱导玉米单倍体育种技术研究[J].中国种业，2014（2）：12.

[2] 李向群，宋冰，付永平.玉米单倍体育种的研究进展[J].种子世界，2014（7）：22.

[3] 刘俊，尹晓红，刘君，等.不同加倍方法处理玉米单倍体的加倍效果研究[J].种子科学，2014（4）：8.