簡析玉米單倍體育種技術要點

郭玲玲，郭曉霞，王鳳蓮，張方圓

（河南金博士種業股份有限公司，河南鄭州 450000）

玉米是我國農業作物的重要組成部分，如何開發并應用新的玉米栽培技術，是玉米產業發展必須面對的重要問題。單倍體育種可以迅速獲得純合體，縮短育種年限，因此，做好單倍體育種工作是當前玉米種植產業中的重要工作。基于此，就玉米單倍體育種技術進行詳細的分析和探討。

1 玉米單倍體育種的相關工作

1.1 選育優良種子

選擇優良的玉米種子，是開展玉米單倍體育種工作的重要基礎，也是提高玉米產量的有效途徑。1）工作人員必須對玉米栽培地進行考察，觀察并記錄玉米種植地的氣候和土壤特點等環境條件信息，分析土壤中各種成分的含量，并以土壤成分指標為依據，選擇最適合生長的玉米種子［1］。2）在選種的過程中，工作人員應首先觀察玉米種子的外觀，檢查玉米種子是否飽滿、有無磕傷等，并對玉米種子的發芽率及該玉米種子發育后的產量等進行統計調查，選用最合適的玉米種子。3）栽種前，工作人員必須對選用的種子進行二次檢查，篩選出壞種。在栽種時，還應該使用合適濃度的殺菌劑對種子進行殺菌，提升種子的發芽率，對玉米病蟲害進行預防。

1.2 合理密植

合理密植也是玉米單倍體育種過程中需要注意的問題，如果玉米在種植時間距過近，在玉米植株長大的過程中，會出現葉片互相遮擋、土地養分不足等現象，不利于玉米的生長發育，因此，必須對玉米進行合理密植。1）在栽種以前，選擇并標記玉米的播種位置，玉米播種間距要根據不同種類的生長需求進行界定。2）確定好位置后，按照預先標記好的位置進行栽種工作。播種時，應注意播種的深度，以確保留給種子合適的成長空間；要注意將上層熟土和底層生土分開，翻土充分；播種完畢后踩土，使土壤緊密程度適中。

1.3 做好施肥工作

施肥工作大致分為底肥、種肥和追肥。1）在播種之前，工作人員將肥料施入播種穴內，施肥深度為種子下8～ 10 cm。2）在播種時，肥料應該施在玉米種子下方3～ 5 cm［2］。3）玉米播種完畢后，就可以根據玉米生長狀況開展追肥工作。施肥時，需要先對土壤中的養分含量進行測量并記錄，然后根據不同品種玉米的生長需求在土壤內施加有機肥，要注意把控施肥的量，過多的有機肥會導致燒根，不利于玉米生長。

2 玉米的單倍體育種技術

2.1 花藥培養

植物的每個細胞都包含著該物種的全部遺傳信息，從而具備發育成完整植株的遺傳能力，因此，可以采用花藥培養的方法進行育種。花藥培養的流程通常包括。1）在玉米穗還未完全成熟時，將雄性的玉米穗取下進行顯微鏡下的切片檢查。加入染液使樣本更加清晰、便于觀察，通過顯微鏡觀察確定玉米的花粉發育期，從而確定花藥培養的時間。由于玉米花粉發育期與培育玉米的生長性狀緊密相關，因此需要嚴格控制花粉取樣時間，從而確保育種的高效性和高質量。2）將適宜培養的花藥取出后，應盡快將其放入特定的培養基中，待一定時間后細胞分化形成單倍體幼苗后，進行單倍體育種處理。3）使用試劑處理（如秋水仙素）使染色體數目加倍，獲得雙倍的單染色體，然后進行自交產生單倍體純合子種子。花藥培養的主要優點是不需要進行多次雜交，在較短的代數內就可以獲得單倍體的種子［3］。但是由于在培育過程中，種子受誘導素及環境等多方面的影響，成功率并不確定，這也是花藥培育面臨的問題之一。

2.2 Stock6 單倍體育種技術

Stock6 單倍體育種技術具有較高的誘導成功率，是近年來研究和應用較為廣泛的單倍體育種方法之一。Stock6 單倍體育種技術首先需要選擇受精核，具體的受精過程還受到速度的影響，花粉粒中的兩個精核可能形成不同的受精形式。1）一個精核先進入卵細胞，并與卵細胞進行結合，而另一個精核的死亡率較高，從而形成二倍體或紫胚芽尖。2）一個精核與極核進行受精，而另一個死亡，形成其他的細胞或部位。與花藥培育類似的是Stock6 單倍體育種也不需要進行多次自交，一般經過2～3 代的培育就可以得到單倍體種子。但需要注意的是，在使用Stock6 單倍體育種技術時，必須選擇它作為父本，雜交的數目也應該盡可能較大，從而提高單倍體育種的成功率。

2.3 單倍體的鑒定方法

單倍體的鑒定方法有許多種，如細胞遺傳學方法、形態學方法、射線照射法等。在當前的單倍體育種中，最常用的鑒定方法是標記法。標記法的主要工作流程是在玉米種子中進行基因的標記，這樣便于對基因進行觀察。且不同的部位使用不同的顏色，更有利于進行單倍體的培育。利用基因標記法可以迅速地排除非單倍體，提高單倍體育種的成功率［4］。在實際的單倍體育種過程中，工作人員需要根據實際需求進行方法的選擇，從而確保單倍體育種的工作質量。

2.4 單倍體加倍的方法

在進行單倍體育種的過程中，必須先將單倍體進行加倍，成為二倍體之后才能培育后代。因此，進行單倍體加倍也是十分重要的工作。常用的單倍體加倍方法有自然單倍體加倍和人工單倍體加倍。1）自然單倍體加倍。通常，玉米植株的花粉粒是比較少的，且在自然的情況下，單倍體進行加倍的概率相對較低，在單倍體植株的自然生長過程中，僅有較少的一部分可以完成自然加倍，因此，在玉米的單倍體育種過程中較少采用自然單倍體加倍的方法。2）人工單倍體加倍主要依靠秋水仙素，通常選用單倍體的根尖或莖尖作為生長點，將秋水仙素使用注射和涂抹的方法作用于生長點。在使用秋水仙素進行單倍體處理的過程中，必須明確秋水仙素的濃度，因為不同的培育環境和植株對秋水仙素的濃度要求不同。除了秋水仙素濃度，由于秋水仙素在不同的溫度環境下作用效率不同，因此培育環境的溫度也是影響單倍體育種成功率的因素之一。由于受環境、試劑、種子等多方面的影響，雖然人工加倍比自然加倍的成功率高，但人工加倍的成功率一般也只有30%～50%。

3 單倍體育種的影響因素分析

3.1 環境影響

環境因素對玉米單倍體育種的成功率有著決定性的影響，玉米種植地的土壤條件（濕度、有機肥的含量等）、環境狀況（光照、空氣質量等）、氣候因素（降雨量、自然災害等）等都會對玉米單倍體育種工作產生影響。除此之外，在使用秋水仙素對細胞進行處理時，溫度也會對實驗產生影響。由于在單倍體育種的過程中需要進行多次的雜交、自交及植株培育，如果玉米植株的生長條件與培育條件差異較大，就可能導致單倍體植株的成活率低。因此，環境因素是單倍體育種過程中需要注意的問題，工作人員需要根據所采用的方法，篩選出適宜玉米生長和培育的環境。

3.2 選擇玉米植株的質量

除了環境因素，對單倍體育種成功率影響最大的就是所選擇的玉米種子的質量。如果玉米種子質量不佳，在進行單倍體培育后很可能因多種因素而死亡，因此，在選擇進行單倍體育種的玉米種子時，必須要選取形狀穩定、品質較好的玉米種子，以提高玉米單倍體育種的成功率［5］。純系也是玉米單倍體育種的追求目標，選取基因較為優秀的玉米種子，可以提高單倍體育種的純種率。利用上述基因標記法等多種方法可以快速地進行純系的篩選，簡便快速的鑒別純系也有利于提高單倍體育種的成功率。

3.3 大規模單倍體育種存在的問題

在選取了合適的生存環境、健康的玉米種子以后，就要考慮到大規模單倍體育種，目前單倍育種已經成為國外一些大公司滿足玉米商業育種的主要手段，但是在市場化運行的背后仍然存在較大問題需要解決。1）單倍體發生的頻率比較低，而且容易發生單倍體基因型不符合育種目標的情況，增加實驗的成本。2）在單倍體的鑒別方面，因為單倍體育種技術不能有效打破不良基因的連鎖，所以在實驗方面的沉沒成本更高；基因間的重組幾率較低，直接導致需要更大體量的實驗驗證和篩選。3）此外，單倍體育種的科學實驗往往沒有辦法進行跨國界的學術交流，無形之間增加了單個國家的實驗付出。例如，一些高頻誘導系已被申請專利，出于知識產權的過度保護，限制了國際間信息和材料的交流。因此，我國要進一步發展玉米單倍體育種技術及體系，就必須自主培育單倍體誘導系，只有將單倍體育種與種質擴增和育種材料的改良有機結合起來，才能實現對目標誘導材料的重組改良，在實驗累積到一定次數之后，才可以利用足夠的有利基因位點，用單倍體技術獲得純系，提高育種效率。

4 結語

在玉米的單倍體育種過程中，工作人員要從多個角度出發，不斷發展、應用玉米育種及栽培新技術，對雜交、自交等多項培育方法和玉米選種、合理密植等栽培技術進行創新，有效提高玉米單倍體育種成功率，促進玉米產業的發展。