單倍體誘導技術在糯玉米育種上的應用研究概述

賀囡囡 韋桂旺 馮云敢 蒙云飛 韋愛娟 盧生喬

摘 要 利用單倍體誘導技術能夠縮短糯玉米的育種進程，獲得優良的材料，從而篩選出高產、優質、高抗的糯玉米新品種。從單倍體的誘導、鑒定和加倍方法3方面介紹單倍體誘導技術的相關知識及其在糯玉米育種中的應用。

關鍵詞 單倍體；誘導；糯玉米；育種

中圖分類號：S513 文獻標志碼：B 文章編號：1673-890X（2016）12--02

糯玉米是由于普通玉米上的第9條染色體的第59位點上的WX基因突變成wx基因而形成的特殊的玉米類型，因胚乳具黏性得名，也可以稱之為黏玉米或蠟質玉米[1]。由于糯玉米的胚乳淀粉結構特殊，糯性和風味獨特，所以糯玉米成為很多人喜愛的食品。此外，糯玉米還可以做成糯玉米馇和糯玉米粉等食用，同時也是良好的工業原料和畜禽飼料[2]。糯玉米籽粒中含有豐富的營養成分，其中淀粉含量大約有70%～75%，蛋白質含量10%左右（有些糯玉米品種籽粒蛋白質含量可達14.5%），脂肪含量4%～5%。另外，還含有多種維生素等，而且蛋白質、VA、VB1、VB2的含量均高于水稻。因此，糯玉米經濟價值很高，如果作為蔬菜水果玉米開發利用，是一種發展潛力極高的新型玉米產業。1 760 a前糯玉米就已經在中國形成，最初可能起源于云南西雙版納地帶，現主要集中在廣西、貴州、云南和四川等地，但是國外較早開展糯玉米的研究。1937年，美國開始研究糯玉米，1942年育成了首個糯玉米雜交種。中國對糯玉米研究始于20世紀70年代末，1975年山東煙臺農科所從名為衡白多的非糯品種中獲得了糯質突變體，育成名為煙單5號的糯玉米。1980年以后，糯玉米的研究得到迅速發展。

利用單倍體誘導系雜交誘發產生單倍體后，通過染色體組加倍讓植物恢復正常的染色體數目、獲得純合基因型的育種方法就是單倍體誘導技術，又稱為單倍體育種。常規的育種方式，連續自交7代以后，才能得到純度約為99.2%的自交系，而使用單倍體育種技術，一般只要2個世代便可得到純合體。因此，使用單倍體育種技術能夠縮短糯玉米的育種進程，同時還能獲得優良的材料，從而更快地篩選高產、優質、高抗的糯玉米新品種，但單倍體育種技術在糯玉米研究方面的報道相對較少。文章從單倍體的誘導、鑒定和加倍方法3方面介紹單倍體誘導技術的相關知識及其在糯玉米育種中的應用。

1 糯玉米單倍體的誘導方法

單倍體產生的方法主要有2種：自然發生產生單倍體和人工誘導產生單倍體。但是糯玉米自然發生產生單倍體的頻率很低，這會限制單倍體誘導技術在糯玉米育種上的應用。因此，目前單倍體的產生主要靠人工誘導的方法，包括遠緣雜交、組織培養、物理或化學方法誘導以及利用單倍體誘導系培育糯玉米單倍體等。下面主要介紹組織培養、物理或化學方法誘導和利用單倍體誘導系培育糯玉米單倍體。

1.1 組織培養

利用組織培養技術獲得單倍體的方法主要是對花粉或花藥進行培養，其原理是利用植物細胞的全能性。基本過程：首先以單核期的花藥作原材料，用組織培養技術培育出愈傷組織或胚狀體后，再經過分化培養成幼苗，進而生根培養，最后形成單倍體植株。據不完全統計，花藥培養已經在250多種高等植物中獲得了成功，在普通玉米上進行花藥培養的技術也已經成熟，所以在糯玉米上使用該技術可行性很高。

1.2 物理或化學方法誘導

通過授不同種類的花粉，從而引起未受精的卵細胞發育；用X射線或紫外線等先照射成熟的糯玉米花粉，再給正常的糯玉米授粉，刺激卵細胞發育；用化學制劑如植物生長調節劑等處理未授粉的糯玉米果穗，也能引起孤雌生殖，產生單倍體。

1.3 利用單倍體誘導系培育糯玉米單倍體

Stock 6是Coe于1959年發現的玉米單倍體誘導系，它是世界上首個選育的玉米單倍體誘導系。但是Stock 6的自交結實和散粉較差，劉紀麟[3]在2001年用Stock 6作父本對6個玉米群體進行單倍體誘導，得到一些新的誘導系材料；吉林省農科院[4]也于2006年選育出誘導率高、農藝性狀好的高誘3號。劉堅[5]等從Stock 6單倍體誘導系中選育出了3個誘導系對4個糯玉米雜交種進行誘導，發現不同誘導系的誘導率差異極顯著，不同糯玉米雜交種被誘導率差異也極顯著。因此，利用單倍體誘導系能提高糯玉米單倍體產生的概率，選擇高誘導率的誘導系和合適的基礎材料容易獲得單倍體。利用單倍體誘導系培育糯玉米單倍體的方法簡單，操作容易，是目前最常用的制備單倍體的方法。

2 糯玉米單倍體的鑒定方法

單倍體鑒定是糯玉米單倍體育種中非常重要的環節，鑒定方法有很多種，包括形態學鑒定法、解剖學鑒定法、細胞學鑒定法、分子標記法以及遺傳標記法等等。下面主要介紹在糯玉米上應用較廣的3種方法：形態學鑒定法和遺傳標記法以及細胞學鑒定法。

2.1 形態學鑒定法

由于單倍體的染色體數目減少，導致營養和生殖器官變小，所以在正常的生長狀態下糯玉米單倍體植株常比正常植株長勢弱，因此，可以利用形態學特征來鑒定糯玉米單倍體植株。韓學莉[6]發現在苗期就可以通過株高鑒定出玉米單倍體植株。利用該方法鑒定糯玉米單倍體植株簡便、快速，而且不需要專門的儀器。當然形態學鑒定法也有一些缺點，如經驗因素比較大，導致結果準確性變差。

2.2 遺傳標記法

遺傳標記法是一種比較可靠的鑒定方法。Navajo標記基因R-nj在糯玉米中的應用非常成功。由單倍體誘導系誘導出的糯玉米籽粒分3種類型：一是胚乳糊粉層和胚芽部位均呈現紫色或紫紅色；二是胚乳糊粉層呈紫色或紫紅色標記，胚芽部位沒有顏色；三是胚乳糊粉層和胚芽部位均沒有顏色。其中，第一種和第三種類型的籽粒是二倍體籽粒，占大多數；第二種類型的籽粒為單倍體籽粒，所占的比例較小。

2.3 細胞學鑒定法

細胞學鑒定法是一種非常直接的鑒定方法，通過顯微鏡對染色體進行計數，就可以確定植株的倍數，它是目前確定染色體倍數最基本和最可靠的方法。但是該方法操作較復雜、鑒定速度慢，如果糯玉米單倍體數量較多時就會費時費力，如果換成一些染色體數目較多的植物，計數倍數性更加繁瑣。

3 糯玉米單倍體的加倍方法

3.1 自然加倍

自然加倍是一種非常經濟的方法，主要靠恢復育性達到自交結實的目的。一般情況下，糯玉米單倍體植株雌雄不協調，而單倍體自交結實率與單倍體雄穗的加倍率基本呈正相關。自然情況下，單倍體加倍頻率一般是10%左右，然而許多材料的單倍體自然加倍率小于5%，并且有一些材料在自然情況下并不發生加倍。因此，僅靠單倍體的自然加倍難以滿足糯玉米育種實踐的要求，必需采用人工加倍的方法提高育性。

3.2 人工加倍

人工加倍最有效的方法是利用化學藥劑破壞細胞有絲分裂的紡錘絲，兩個子細胞染色體在有絲分裂后期并不移向兩極，從而達到染色體加倍的目的。目前，經常利用化學藥劑例如秋水仙素、二氧化氮和一些除草劑等對單倍體進行加倍，其中秋水仙素是最常用的化學加倍劑，主要方法有浸種法、浸根法、注射法和培養基摻入法以及生長點涂抹法等。其中生長點涂抹法和浸種法、浸根法效果較好，但必須育苗和移栽；注射法可以直接在田間對單倍體進行操作，而培養基摻入法是組織培養技術中常用的一種方法。但相關學者認為：如果去掉自然加倍的影響，人工化學加倍的效果并不十分顯著，而且也不能忽略環境對糯玉米單倍體加倍效果的影響。因此有效的單倍體加倍方法也是單倍體誘導技術能否在糯玉米育種中廣泛應用的問題之一。

4 展望

與常規育種相比，單倍體技術在糯玉米育種上的應用有以下優點：快速獲得純系，明顯縮短育種的周期；流程簡單，大大減少培育自交系所需要的人力、財力和時間；在單倍體中淘汰有害的隱性基因，不存在生物安全問題，十分適合我國當前育種的實際需要。但是，單倍體技術在糯玉米中的誘導率不高，重組二倍體時染色體加倍率也不高，因此如果有效的提高糯玉米單倍體的誘導率和加倍率，單倍體誘導技術在糯玉米育種中的應用前景將會十分誘人。而且糯玉米又是一種特用增值的玉米，隨著農產品加工技術的深化和大型玉米加工企業的發展，糯玉米的生產發展前景也會更加廣闊。

參考文獻

[1]辛德財.鮮食糯玉米新組合評價指標體系的研究[D].天津：天津農學院，2010.

[2]孫祎振，張培忠，劉玉芬.糯玉米的育種目標及育種策略[J].作物研究，2004，18（1）：52-54.

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[3] 陳文俊，李明媚.玉米單倍體誘導育種技術體系與應用前景[J].農業科技通訊，2009（12）：112-115.

[4]羅雁，陳良正.省級農科院在地方農業科技發展中的領軍作用[J].農業科技管理，2006（7）.

[5]劉堅，方芳，徐潔，等.用單倍體誘導系誘導糯玉米單倍體[J].四川農業大學學報，2009，27（1）：47- 50.

[6]姜昱，王玉民，王中偉，等.我國玉米單倍體育種技術研究進展[J].玉米科學，2008，16（6）：48-51，57.

（責任編輯：趙中正）