玉米單倍體育種研究

楊懷衛

摘 要：近年來，玉米產業及育種技術發展迅速，而玉米單倍體育種技術是縮短育種進程、提高育種效率的一條快速而有效的途徑。就玉米單倍體的獲取途徑、單倍體誘導的影響因素及單倍體加倍方式等研究進行了綜述，對研究中存在的問題進行了探討，并展望了玉米單倍體育種的應用發展前景。

關鍵詞：玉米；單倍體；育種；研究進展

文章編號： 1005-2690（2018）02-0053-02 中圖分類號： S513 文獻標志碼： B

玉米是一種重要的糧食和經濟作物，近年來，其種植面積逐年增加，隨著社會的進步和科技的發展，用途越來越廣泛，市場需求越來越高，極大地推動了玉米產業及育種技術的發展[1]。玉米單倍體育種技術能夠大大縮短育種進程，提高育種效率[2]，為玉米育種提供了一條快速而有效的途徑。

1 單倍體獲取途徑

1.1 自然發生

自然界中二倍體植物居多，也有很多靠孢子繁殖的單倍體低等植物。高等植物在生長過程中可能會因發生變異而出現單倍體植株，但是相對于二倍體和多倍體植物，單倍體植物非常弱小且高度不育，很難在自然界生存，因此自然界中的單倍體植物非常少。

1.2 孤雌生殖

孤雌生殖也是獲得單倍體的方法之一。玉米孤雌生殖，通常采用紫外線照射玉米花粉粒、異種花粉授粉及甲苯胺藍化學藥劑處理等方法獲得單倍體，但是采用化學藥劑處理的方法還存在很多問題，獲得的植株可能發生形態或者生理方面的畸變。

1.3 花粉刺激

用花粉刺激玉米子房也可獲得單倍體，該方法具有高效且穩定的優點，但是受授粉季節和時間的影響較大。杜瑛紅[3]認為，授粉時間應控制在12～22 h，夏季的誘導效果要比春、秋兩季的好。

1.4 小孢子培養技術

小孢子培養技術是指將花粉小孢子進行離體培養，得到的再生植株都是單倍體，經加倍后獲得純合雙單倍體。與常規雜交育種方式相比，其具有高效、快速和純合度高的優點，是一種新的育種途徑。但是玉米小孢子培養中胚狀體誘導頻率與大麥、小麥、水稻相比較低[4]，且受基因型影響較大，應用范圍較窄。

2 單倍體誘導的影響因素

2.1 生態環境

玉米的單倍體誘導率受生態環境影響較大，姜龍等[5]在吉林省長春、長嶺及海南省三亞等地對玉米試驗材料進行雜交誘導，研究得出，試驗各地的單倍體誘導率差異較大，其中三亞的平均誘導率最高。這可能和當地的冬季溫度、晝夜溫差、光照、水分等條件具有很大的關系。

2.2 遺傳背景和基因型

玉米的遺傳背景對單倍體誘導具有一定的影響，Chase[6]研究認為母本基因型中雌配子的有害基因頻率不同可影響玉米單倍體的誘導頻率。張如養[7]對6個玉米單倍體誘導系進行雜交誘導，研究得出單倍體誘導系的誘導能力既受基礎材料遺傳背景的影響，又受自身遺傳背景的影響。李國良[8]對不同種植類群作母本材料進行單倍體誘導研究，得出不同基因型的基礎材料單倍體誘導率存在顯著差異，但劉冶先[9]研究得出不同基礎材料之間的誘導率不存在顯著差異，基礎材料對單倍體誘導率的影響不大。由此可見，不同基因型對玉米單倍體誘導率的影響還需要進一步研究驗證。

2.3 玉米播期

玉米單倍體誘導和播期有很大的關系，不同播期的單倍體誘導率存在一定的差異。劉德友等[10]對春播和夏播玉米材料進行了單倍體誘導研究，認為夏播材料比春播材料誘導率普遍較高，這可能和授粉時期的溫度有關，夏播授粉時期的溫度較春播的低，新陳代謝緩慢、能量消耗減緩，更有利于單倍體的誘導。

2.4 玉米授粉時期

劉曉鑫等[11]對玉米孤雌生殖高效誘導進行了研究，得出早期授粉的比晚期授粉的單倍體誘導率高，但未達到顯著水平。楊巍等[12]研究認為雌穗吐絲后3～8 d是單倍體誘導的最佳時期，其中雌穗吐絲后4～5 d的誘導效果最好。

3 單倍體加倍方式

3.1 自然加倍

自然加倍現象普遍存在，但是加倍率比較低。Shatskaya等[13]研究得出，大部分材料的自然加倍率普遍低于5%，有些材料甚至不能自然加倍，這就很難滿足玉米育種的需要，因此，在單倍體育種過程中多采用人工加倍。

3.2 人工加倍

人工加倍常采用的方法主要是化學加倍法，常用的加倍劑為秋水仙素和除草劑。秋水仙素與微管蛋白結合，抑制微管的形成，使染色體不能向兩極移動，而導致細胞的染色體加倍。目前浸種法、浸根法、浸芽法、注射法等是常用的秋水仙素加倍處理方法。其加倍效果因所采用的試劑濃度、處理部位及處理時間的不同而存在較大差異。魏俊杰[14]用0.5%的秋水仙素注射處理6葉期玉米莖尖生長點，加倍效果較好。但是秋水仙素有劇毒，對處理植株毒害較大，且易污染環境，因此其應用推廣受到限制。

抗微管除草劑誘導加倍的效果比秋水仙素好，且藥害程度較小，對環境的污染較輕，因此應用越來越廣泛。惠國強等[15]研究了甲基胺草磷、炔苯酰草胺和氟樂靈對玉米單倍體加倍的效果，研究得出3種除草劑均有加倍效果，加倍率為3.42%～26.32%。

4 單倍體育種存在的問題與展望

隨著科技和生物技術的發展，單倍體育種技術越來越廣泛地應用于玉米的品種改良和種質創新。玉米的單倍體育種技術雖然已經取得了較大進展，但是仍然存在一些問題：一是單倍體誘導頻率較低，誘導成功的基因型范圍較窄；二是單倍體加倍較困難，加倍率較低。

在今后的研究過程中，應不斷探討單倍體誘導和二倍體化的適宜誘導條件，借助分子標記、轉基因技術擴大單倍體誘導基因型范圍，從而提高單倍體誘導率和二倍體率。隨著單倍體育種研究的不斷深入，基因學和分子生物學的快速發展，玉米單倍體育種技術會得到不斷優化，單倍體育種技術體系會不斷完善。單倍體育種技術將會更廣泛地用于玉米的遺傳育種研究，在玉米的生產及品種改良、遺傳轉化、種質創新等方面發揮重要的作用。

參考文獻：

[ 1 ] 王曉梅，傅迎軍，孫殷會，等.玉米單倍體誘導率及加倍率影響因素研究進展[J].黑龍江農業科學，2016（04）：151-155.

[ 2 ] 梅媚，劉志新，王振華.玉米單倍體誘導率和加倍率研究新進展[J].農業科技通訊，2015（10）：37-40.

[ 3 ] 杜瑛紅.玉米單倍體育種技術的研究進展[J].科技創新導報，2015（03）：116.

[ 4 ] 陸瑞菊，王亦菲，孫月芳，等.玉米小孢子高頻再生培養技術程序研究[J].中國農學通報，2005，21（02）：38-40.

[ 5 ] 姜龍，慈佳賓，崔雪宇，等.不同生態條件下玉米單倍體誘導率和加倍率研究[J].吉林農業大學學報，2014，36（02）：139-143.

[ 6 ] Chase S S.Monoploids and diploids of maize：a comparison of genotypic equivalents[J].Amer.J.Bot.，1964（5l）：928-933.

[ 7 ] 張如養，段民孝，趙久然，等.6個玉米單倍體誘導系誘導率的差異性研究[J].玉米科學，2013，21（02）：6-10.

[ 8 ] 李國良，蘇俊，李春霞，等.農大高誘1號對玉米不同種質和世代單倍體誘導率的研究[J].玉米科學，2008，16（05）：3-6.

[ 9 ] 劉冶先，楊菲，丁照華，等.玉米單倍體誘導材料的鑒定和快速選系技術研究[J].玉米科學，2008，16（03）：12-14，18.

[ 10 ] 劉德友，趙延明，劉治先，等.不同基因型玉米不同播期單倍體誘導效果初步研究[J].中國種業，2010（07）：49-51.

[ 11 ] 劉曉鑫，慈佳賓，崔雪宇，等.玉米孤雌生殖單倍體高效誘導研究[J].西北農林科技大學學報，2015，43（04）：35-43.

[ 12 ] 楊巍，任雪嬌，崔雪宇，等.玉米單倍體誘導系JS6-2誘導效果的研究[J].西北農林科技大學學報，2015，43（07）：89-94.

[ 13 ] Shatskaya O A，Zabirova E R，Shcherbak V S.Autodiploidlines assourees of haploid spontaneous diploidization in corn[J].Maize Genetics Cooperation Newsletter，1994（68）：51-52.

[ 14 ] 魏俊杰，張曉麗，陳梅香，等.6葉期秋水仙素注射處理玉米單倍體的加倍效果研究[J].玉米科學，2007，15（04）：49-51.

[ 15 ] 惠國強，杜何為，楊小紅，等.不同除草劑加倍玉米單倍體的效率[J].作物學報，2012，38（03）：416-422.

（收稿日期：2017-12-15）