玉米單倍體的自然及化學加倍研究

劉海+郭建文

摘 要：通過試驗研究了6種常見單倍體玉米（NDG5、GY5598、ND108、ZD958、GY115、1145×Y331）在自然和化學條件下的基因加倍。結果表明，在自然條件下，6種基因型單倍體玉米的散粉率和結實率普遍較低，如果在芽苗期施以秋水仙素溶液處理，可以明顯提高單倍體玉米的散粉率和結實率。

關鍵詞：玉米；單倍體；秋水仙素

中圖分類號：S513 文獻標識碼：A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2014.12.031

玉米是我國種植面積最大的農作物，直接關系到我國的糧食安全問題，具有十分重要的戰略地位。近年來，國內飼用和工業用玉米的需求量增長迅速，如何能更快速、高效地選育出優良的玉米新品種，就成為擺在各玉米育種單位面前的一道難題。

長期以來，傳統的系譜法、回交法、復合雜交和輪回選擇等技術是改良玉米自交系的主要手段，并且已培育了許多能夠適應各種生態環境的優良雜交種，但常規遺傳改良一直存在著育種周期長等缺點。Chase率先提出了單倍體育種，并首次獲得了玉米DH系，隨后用DH系配制了強優勢的雜交種D640。利用單倍體育種技術，只需要2個世代便可得到純度為100%的DH系，極大縮短了育種周期，提高了育種效率。同時，由于單倍體只有一套染色體，沒有等位基因，有利于淘汰有害的隱性基因，在加倍的群體中不存在顯隱雜合子，因此，可以避免早代人為選擇的干擾，使DH系內的加性效應遺傳變異最大化，從而發掘配合力高的系。目前，基于孤雌生殖誘導系的單倍體育種技術已在國內外玉米育種領域得到廣泛應用，并越來越受到育種工作者的青睞。

筆者主要研究單倍體玉米育性的自然恢復和化學方法加倍，以期為玉米的單倍體育種提供借鑒。

1 材料和方法

1.1 單倍體自然加倍

NDG5、GY5598、ND108、ZD958、GY115、1145×Y331為供試的6個常見玉米雜交種的單倍體，將上述玉米品種的種子栽植于試驗地，生長成熟時采用自花受粉的方式對6個玉米品種分別進行授粉，并統計其散粉率與結實率。

1.2 單倍體化學加倍

選擇6個雜交種（NDG5、GY5598、ND108、ZD958、GY115、1145×Y331）單倍體在芽苗期施以秋水仙素溶液（0.06%+2%DMSO）進行化學加倍，然后移植于試驗地，生長成熟時采用自花受粉的方式對6個玉米品種分別進行授粉，并統計其散粉率與結實率。

2 結果與分析

2.1 單倍體自然加倍條件下的散粉率與結實率

圖1為6種基因型通過自花受粉方式在自然條件下授粉結實的試驗結果。通過圖1可知，6種基因型單倍體玉米在自然條件下的散粉率都很低，僅1145×Y331基因型的散粉率為11.84%，其余5個基因型的散粉率都低于10%，其中最低的為GY115基因型，其散粉率僅為4.12%。通過圖1不難看出，6種基因型玉米單倍體的結實率普遍低于散粉率，由此可見，并非散粉植株就一定會授粉成功并結實，其中值得注意的是1145×Y331基因型，其散粉率與結實率相同，相對結實率可達到100%，可見，1145×Y331基因型所有散粉植株全部授粉成功并結實，相對結實率最低的基因型為NDG5，其散粉率為8.79%，但結實率僅為0.37%，相對結實率不足5%。

2.2 單倍體化學加倍條件下的散粉率與結實率

圖2為6種基因型在芽苗期施以秋水仙素溶液處理后，自花受粉方式下的散粉率與結實率。圖2結合圖1內容不難看出，通過對植物幼苗期的加倍處理，6種基因型的散粉率普遍提高，其中散粉率最高的為ZD958，散粉率可達到42.50%，而自然條件下，6種基因型的最高散粉率僅為11.84%，在化學加倍條件下，除NDG5基因型的散粉率為5.13%，其余5種基因型的散粉率均高于17%。通過圖2還可以發現，6種基因型在化學加倍條件下的結實率均明顯高于自然加倍條件下，其中結實率最高為ZD958基因型，結實率為25%，而自然條件下，最高結實率僅為11.84%（1145×Y331）。

3 結論與討論

通常認為，玉米單倍體的雄穗是高度不育的，但在自然條件下，許多單倍體基因型的雄穗仍然可以完成部分的授粉過程，并促使少量的植株完成授粉和結實的過程。

試驗表明，自然條件下，單倍體玉米的散粉率和結實率都非常低，散粉率與結實率之間沒有明顯的相關關系，可見，即使在成功散粉的條件下，也無法實現散粉植株全部授粉，通過秋水仙素溶液的處理，6種基因型玉米的散粉率與結實率均出現了明顯的上升，單倍體玉米結實率的提高可以獲取更大量的純合子多倍體玉米種子，這在玉米單倍體育種中具有十分重要的意義。

參考文獻：

[1] 趙延明，董樹亭，張鎖良，等.玉米單倍體育種技術研究與應用進展[J].玉米科學，2007，15（5）： 60-64.

[2] 武沖，唐樹梅，張勇，等.植物花粉培養研究進展[J].中國農學通報，2008，24 （11）：146-149.

[3] 郭仲深.煙草和辣椒花藥離體培養的研究[J].植物學報，1973（15）： 37-48.

[4] 陳振光，王妙清，廖惠華.柑桔花粉植株的誘導[J].遺傳學報，1980，7（2）：189-191.

[5] 蔡保田，陳名玲，祝虹，等.從湖北光敏核不育水稻的未受精子房和花藥培養出單倍體植株[J].實驗生物學報，1988（21）：401-407.

[6] 宋建成，姜麗君，王啟柏.誘導培養基及其主要成分對玉米花藥培養的影響[J].西北植物學報，1998（18）： 16-22.

[7] 原玉香，耿建峰，張曉偉，等.影響玉米花藥培養效率的因素研究[J].華北農學報，2001（3）：12-16.

[8] 付迎軍.玉米離體花藥培養體系的建立[J].延邊大學農學學報，2004，26 （1）：1-5.

[9] 孫敬三.利用小麥X玉米雜交誘導小麥單倍體[J].植物學報，1992，34（11）： 817-821.endprint

摘 要：通過試驗研究了6種常見單倍體玉米（NDG5、GY5598、ND108、ZD958、GY115、1145×Y331）在自然和化學條件下的基因加倍。結果表明，在自然條件下，6種基因型單倍體玉米的散粉率和結實率普遍較低，如果在芽苗期施以秋水仙素溶液處理，可以明顯提高單倍體玉米的散粉率和結實率。

關鍵詞：玉米；單倍體；秋水仙素

中圖分類號：S513 文獻標識碼：A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2014.12.031

玉米是我國種植面積最大的農作物，直接關系到我國的糧食安全問題，具有十分重要的戰略地位。近年來，國內飼用和工業用玉米的需求量增長迅速，如何能更快速、高效地選育出優良的玉米新品種，就成為擺在各玉米育種單位面前的一道難題。

長期以來，傳統的系譜法、回交法、復合雜交和輪回選擇等技術是改良玉米自交系的主要手段，并且已培育了許多能夠適應各種生態環境的優良雜交種，但常規遺傳改良一直存在著育種周期長等缺點。Chase率先提出了單倍體育種，并首次獲得了玉米DH系，隨后用DH系配制了強優勢的雜交種D640。利用單倍體育種技術，只需要2個世代便可得到純度為100%的DH系，極大縮短了育種周期，提高了育種效率。同時，由于單倍體只有一套染色體，沒有等位基因，有利于淘汰有害的隱性基因，在加倍的群體中不存在顯隱雜合子，因此，可以避免早代人為選擇的干擾，使DH系內的加性效應遺傳變異最大化，從而發掘配合力高的系。目前，基于孤雌生殖誘導系的單倍體育種技術已在國內外玉米育種領域得到廣泛應用，并越來越受到育種工作者的青睞。

筆者主要研究單倍體玉米育性的自然恢復和化學方法加倍，以期為玉米的單倍體育種提供借鑒。

1 材料和方法

1.1 單倍體自然加倍

NDG5、GY5598、ND108、ZD958、GY115、1145×Y331為供試的6個常見玉米雜交種的單倍體，將上述玉米品種的種子栽植于試驗地，生長成熟時采用自花受粉的方式對6個玉米品種分別進行授粉，并統計其散粉率與結實率。

1.2 單倍體化學加倍

選擇6個雜交種（NDG5、GY5598、ND108、ZD958、GY115、1145×Y331）單倍體在芽苗期施以秋水仙素溶液（0.06%+2%DMSO）進行化學加倍，然后移植于試驗地，生長成熟時采用自花受粉的方式對6個玉米品種分別進行授粉，并統計其散粉率與結實率。

2 結果與分析

2.1 單倍體自然加倍條件下的散粉率與結實率

圖1為6種基因型通過自花受粉方式在自然條件下授粉結實的試驗結果。通過圖1可知，6種基因型單倍體玉米在自然條件下的散粉率都很低，僅1145×Y331基因型的散粉率為11.84%，其余5個基因型的散粉率都低于10%，其中最低的為GY115基因型，其散粉率僅為4.12%。通過圖1不難看出，6種基因型玉米單倍體的結實率普遍低于散粉率，由此可見，并非散粉植株就一定會授粉成功并結實，其中值得注意的是1145×Y331基因型，其散粉率與結實率相同，相對結實率可達到100%，可見，1145×Y331基因型所有散粉植株全部授粉成功并結實，相對結實率最低的基因型為NDG5，其散粉率為8.79%，但結實率僅為0.37%，相對結實率不足5%。

2.2 單倍體化學加倍條件下的散粉率與結實率

圖2為6種基因型在芽苗期施以秋水仙素溶液處理后，自花受粉方式下的散粉率與結實率。圖2結合圖1內容不難看出，通過對植物幼苗期的加倍處理，6種基因型的散粉率普遍提高，其中散粉率最高的為ZD958，散粉率可達到42.50%，而自然條件下，6種基因型的最高散粉率僅為11.84%，在化學加倍條件下，除NDG5基因型的散粉率為5.13%，其余5種基因型的散粉率均高于17%。通過圖2還可以發現，6種基因型在化學加倍條件下的結實率均明顯高于自然加倍條件下，其中結實率最高為ZD958基因型，結實率為25%，而自然條件下，最高結實率僅為11.84%（1145×Y331）。

3 結論與討論

通常認為，玉米單倍體的雄穗是高度不育的，但在自然條件下，許多單倍體基因型的雄穗仍然可以完成部分的授粉過程，并促使少量的植株完成授粉和結實的過程。

試驗表明，自然條件下，單倍體玉米的散粉率和結實率都非常低，散粉率與結實率之間沒有明顯的相關關系，可見，即使在成功散粉的條件下，也無法實現散粉植株全部授粉，通過秋水仙素溶液的處理，6種基因型玉米的散粉率與結實率均出現了明顯的上升，單倍體玉米結實率的提高可以獲取更大量的純合子多倍體玉米種子，這在玉米單倍體育種中具有十分重要的意義。

參考文獻：

[1] 趙延明，董樹亭，張鎖良，等.玉米單倍體育種技術研究與應用進展[J].玉米科學，2007，15（5）： 60-64.

[2] 武沖，唐樹梅，張勇，等.植物花粉培養研究進展[J].中國農學通報，2008，24 （11）：146-149.

[3] 郭仲深.煙草和辣椒花藥離體培養的研究[J].植物學報，1973（15）： 37-48.

[4] 陳振光，王妙清，廖惠華.柑桔花粉植株的誘導[J].遺傳學報，1980，7（2）：189-191.

[5] 蔡保田，陳名玲，祝虹，等.從湖北光敏核不育水稻的未受精子房和花藥培養出單倍體植株[J].實驗生物學報，1988（21）：401-407.

[6] 宋建成，姜麗君，王啟柏.誘導培養基及其主要成分對玉米花藥培養的影響[J].西北植物學報，1998（18）： 16-22.

[7] 原玉香，耿建峰，張曉偉，等.影響玉米花藥培養效率的因素研究[J].華北農學報，2001（3）：12-16.

[8] 付迎軍.玉米離體花藥培養體系的建立[J].延邊大學農學學報，2004，26 （1）：1-5.

[9] 孫敬三.利用小麥X玉米雜交誘導小麥單倍體[J].植物學報，1992，34（11）： 817-821.endprint

摘 要：通過試驗研究了6種常見單倍體玉米（NDG5、GY5598、ND108、ZD958、GY115、1145×Y331）在自然和化學條件下的基因加倍。結果表明，在自然條件下，6種基因型單倍體玉米的散粉率和結實率普遍較低，如果在芽苗期施以秋水仙素溶液處理，可以明顯提高單倍體玉米的散粉率和結實率。

關鍵詞：玉米；單倍體；秋水仙素

中圖分類號：S513 文獻標識碼：A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2014.12.031

玉米是我國種植面積最大的農作物，直接關系到我國的糧食安全問題，具有十分重要的戰略地位。近年來，國內飼用和工業用玉米的需求量增長迅速，如何能更快速、高效地選育出優良的玉米新品種，就成為擺在各玉米育種單位面前的一道難題。

長期以來，傳統的系譜法、回交法、復合雜交和輪回選擇等技術是改良玉米自交系的主要手段，并且已培育了許多能夠適應各種生態環境的優良雜交種，但常規遺傳改良一直存在著育種周期長等缺點。Chase率先提出了單倍體育種，并首次獲得了玉米DH系，隨后用DH系配制了強優勢的雜交種D640。利用單倍體育種技術，只需要2個世代便可得到純度為100%的DH系，極大縮短了育種周期，提高了育種效率。同時，由于單倍體只有一套染色體，沒有等位基因，有利于淘汰有害的隱性基因，在加倍的群體中不存在顯隱雜合子，因此，可以避免早代人為選擇的干擾，使DH系內的加性效應遺傳變異最大化，從而發掘配合力高的系。目前，基于孤雌生殖誘導系的單倍體育種技術已在國內外玉米育種領域得到廣泛應用，并越來越受到育種工作者的青睞。

筆者主要研究單倍體玉米育性的自然恢復和化學方法加倍，以期為玉米的單倍體育種提供借鑒。

1 材料和方法

1.1 單倍體自然加倍

NDG5、GY5598、ND108、ZD958、GY115、1145×Y331為供試的6個常見玉米雜交種的單倍體，將上述玉米品種的種子栽植于試驗地，生長成熟時采用自花受粉的方式對6個玉米品種分別進行授粉，并統計其散粉率與結實率。

1.2 單倍體化學加倍

選擇6個雜交種（NDG5、GY5598、ND108、ZD958、GY115、1145×Y331）單倍體在芽苗期施以秋水仙素溶液（0.06%+2%DMSO）進行化學加倍，然后移植于試驗地，生長成熟時采用自花受粉的方式對6個玉米品種分別進行授粉，并統計其散粉率與結實率。

2 結果與分析

2.1 單倍體自然加倍條件下的散粉率與結實率

圖1為6種基因型通過自花受粉方式在自然條件下授粉結實的試驗結果。通過圖1可知，6種基因型單倍體玉米在自然條件下的散粉率都很低，僅1145×Y331基因型的散粉率為11.84%，其余5個基因型的散粉率都低于10%，其中最低的為GY115基因型，其散粉率僅為4.12%。通過圖1不難看出，6種基因型玉米單倍體的結實率普遍低于散粉率，由此可見，并非散粉植株就一定會授粉成功并結實，其中值得注意的是1145×Y331基因型，其散粉率與結實率相同，相對結實率可達到100%，可見，1145×Y331基因型所有散粉植株全部授粉成功并結實，相對結實率最低的基因型為NDG5，其散粉率為8.79%，但結實率僅為0.37%，相對結實率不足5%。

2.2 單倍體化學加倍條件下的散粉率與結實率

圖2為6種基因型在芽苗期施以秋水仙素溶液處理后，自花受粉方式下的散粉率與結實率。圖2結合圖1內容不難看出，通過對植物幼苗期的加倍處理，6種基因型的散粉率普遍提高，其中散粉率最高的為ZD958，散粉率可達到42.50%，而自然條件下，6種基因型的最高散粉率僅為11.84%，在化學加倍條件下，除NDG5基因型的散粉率為5.13%，其余5種基因型的散粉率均高于17%。通過圖2還可以發現，6種基因型在化學加倍條件下的結實率均明顯高于自然加倍條件下，其中結實率最高為ZD958基因型，結實率為25%，而自然條件下，最高結實率僅為11.84%（1145×Y331）。

3 結論與討論

通常認為，玉米單倍體的雄穗是高度不育的，但在自然條件下，許多單倍體基因型的雄穗仍然可以完成部分的授粉過程，并促使少量的植株完成授粉和結實的過程。

試驗表明，自然條件下，單倍體玉米的散粉率和結實率都非常低，散粉率與結實率之間沒有明顯的相關關系，可見，即使在成功散粉的條件下，也無法實現散粉植株全部授粉，通過秋水仙素溶液的處理，6種基因型玉米的散粉率與結實率均出現了明顯的上升，單倍體玉米結實率的提高可以獲取更大量的純合子多倍體玉米種子，這在玉米單倍體育種中具有十分重要的意義。

參考文獻：

[1] 趙延明，董樹亭，張鎖良，等.玉米單倍體育種技術研究與應用進展[J].玉米科學，2007，15（5）： 60-64.

[2] 武沖，唐樹梅，張勇，等.植物花粉培養研究進展[J].中國農學通報，2008，24 （11）：146-149.

[3] 郭仲深.煙草和辣椒花藥離體培養的研究[J].植物學報，1973（15）： 37-48.

[4] 陳振光，王妙清，廖惠華.柑桔花粉植株的誘導[J].遺傳學報，1980，7（2）：189-191.

[5] 蔡保田，陳名玲，祝虹，等.從湖北光敏核不育水稻的未受精子房和花藥培養出單倍體植株[J].實驗生物學報，1988（21）：401-407.

[6] 宋建成，姜麗君，王啟柏.誘導培養基及其主要成分對玉米花藥培養的影響[J].西北植物學報，1998（18）： 16-22.

[7] 原玉香，耿建峰，張曉偉，等.影響玉米花藥培養效率的因素研究[J].華北農學報，2001（3）：12-16.

[8] 付迎軍.玉米離體花藥培養體系的建立[J].延邊大學農學學報，2004，26 （1）：1-5.

[9] 孫敬三.利用小麥X玉米雜交誘導小麥單倍體[J].植物學報，1992，34（11）： 817-821.endprint