玉米单倍体育种研究

杨怀卫

摘 要：近年来，玉米产业及育种技术发展迅速，而玉米单倍体育种技术是缩短育种进程、提高育种效率的一条快速而有效的途径。就玉米单倍体的获取途径、单倍体诱导的影响因素及单倍体加倍方式等研究进行了综述，对研究中存在的问题进行了探讨，并展望了玉米单倍体育种的应用发展前景。

关键词：玉米；单倍体；育种；研究进展

文章编号： 1005-2690（2018）02-0053-02 中图分类号： S513 文献标志码： B

玉米是一种重要的粮食和经济作物，近年来，其种植面积逐年增加，随着社会的进步和科技的发展，用途越来越广泛，市场需求越来越高，极大地推动了玉米产业及育种技术的发展[1]。玉米单倍体育种技术能够大大缩短育种进程，提高育种效率[2]，为玉米育种提供了一条快速而有效的途径。

1 单倍体获取途径

1.1 自然发生

自然界中二倍体植物居多，也有很多靠孢子繁殖的单倍体低等植物。高等植物在生长过程中可能会因发生变异而出现单倍体植株，但是相对于二倍体和多倍体植物，单倍体植物非常弱小且高度不育，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

孤雌生殖也是获得单倍体的方法之一。玉米孤雌生殖，通常采用紫外线照射玉米花粉粒、异种花粉授粉及甲苯胺蓝化学药剂处理等方法获得单倍体，但是采用化学药剂处理的方法还存在很多问题，获得的植株可能发生形态或者生理方面的畸变。

1.3 花粉刺激

用花粉刺激玉米子房也可获得单倍体，该方法具有高效且稳定的优点，但是受授粉季节和时间的影响较大。杜瑛红[3]认为，授粉时间应控制在12～22 h，夏季的诱导效果要比春、秋两季的好。

1.4 小孢子培养技术

小孢子培养技术是指将花粉小孢子进行离体培养，得到的再生植株都是单倍体，经加倍后获得纯合双单倍体。与常规杂交育种方式相比，其具有高效、快速和纯合度高的优点，是一种新的育种途径。但是玉米小孢子培养中胚状体诱导频率与大麦、小麦、水稻相比较低[4]，且受基因型影响较大，应用范围较窄。

2 单倍体诱导的影响因素

2.1 生态环境

玉米的单倍体诱导率受生态环境影响较大，姜龙等[5]在吉林省长春、长岭及海南省三亚等地对玉米试验材料进行杂交诱导，研究得出，试验各地的单倍体诱导率差异较大，其中三亚的平均诱导率最高。这可能和当地的冬季温度、昼夜温差、光照、水分等条件具有很大的关系。

2.2 遗传背景和基因型

玉米的遗传背景对单倍体诱导具有一定的影响，Chase[6]研究认为母本基因型中雌配子的有害基因频率不同可影响玉米单倍体的诱导频率。张如养[7]对6个玉米单倍体诱导系进行杂交诱导，研究得出单倍体诱导系的诱导能力既受基础材料遗传背景的影响，又受自身遗传背景的影响。李国良[8]对不同种植类群作母本材料进行单倍体诱导研究，得出不同基因型的基础材料单倍体诱导率存在显著差异，但刘冶先[9]研究得出不同基础材料之间的诱导率不存在显著差异，基础材料对单倍体诱导率的影响不大。由此可见，不同基因型对玉米单倍体诱导率的影响还需要进一步研究验证。

2.3 玉米播期

玉米单倍体诱导和播期有很大的关系，不同播期的单倍体诱导率存在一定的差异。刘德友等[10]对春播和夏播玉米材料进行了单倍体诱导研究，认为夏播材料比春播材料诱导率普遍较高，这可能和授粉时期的温度有关，夏播授粉时期的温度较春播的低，新陈代谢缓慢、能量消耗减缓，更有利于单倍体的诱导。

2.4 玉米授粉时期

刘晓鑫等[11]对玉米孤雌生殖高效诱导进行了研究，得出早期授粉的比晚期授粉的单倍体诱导率高，但未达到显著水平。杨巍等[12]研究认为雌穗吐丝后3～8 d是单倍体诱导的最佳时期，其中雌穗吐丝后4～5 d的诱导效果最好。

3 单倍体加倍方式

3.1 自然加倍

自然加倍现象普遍存在，但是加倍率比较低。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，这就很难满足玉米育种的需要，因此，在单倍体育种过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学加倍法，常用的加倍剂为秋水仙素和除草剂。秋水仙素与微管蛋白结合，抑制微管的形成，使染色体不能向两极移动，而导致细胞的染色体加倍。目前浸种法、浸根法、浸芽法、注射法等是常用的秋水仙素加倍处理方法。其加倍效果因所采用的试剂浓度、处理部位及处理时间的不同而存在较大差异。魏俊杰[14]用0.5%的秋水仙素注射处理6叶期玉米茎尖生长点，加倍效果较好。但是秋水仙素有剧毒，对处理植株毒害较大，且易污染环境，因此其应用推广受到限制。

抗微管除草剂诱导加倍的效果比秋水仙素好，且药害程度较小，对环境的污染较轻，因此应用越来越广泛。惠国强等[15]研究了甲基胺草磷、炔苯酰草胺和氟乐灵对玉米单倍体加倍的效果，研究得出3种除草剂均有加倍效果，加倍率为3.42%～26.32%。

4 单倍体育种存在的问题与展望

随着科技和生物技术的发展，单倍体育种技术越来越广泛地应用于玉米的品种改良和种质创新。玉米的单倍体育种技术虽然已经取得了较大进展，但是仍然存在一些问题：一是单倍体诱导频率较低，诱导成功的基因型范围较窄；二是单倍体加倍较困难，加倍率较低。

在今后的研究過程中，应不断探讨单倍体诱导和二倍体化的适宜诱导条件，借助分子标记、转基因技术扩大单倍体诱导基因型范围，从而提高单倍体诱导率和二倍体率。随着单倍体育种研究的不断深入，基因学和分子生物学的快速发展，玉米单倍体育种技术会得到不断优化，单倍体育种技术体系会不断完善。单倍体育种技术将会更广泛地用于玉米的遗传育种研究，在玉米的生产及品种改良、遗传转化、种质创新等方面发挥重要的作用。

参考文献：

[ 1 ] 王晓梅，傅迎军，孙殷会，等.玉米单倍体诱导率及加倍率影响因素研究进展[J].黑龙江农业科学，2016（04）：151-155.

[ 2 ] 梅媚，刘志新，王振华.玉米单倍体诱导率和加倍率研究新进展[J].农业科技通讯，2015（10）：37-40.

[ 3 ] 杜瑛红.玉米单倍体育种技术的研究进展[J].科技创新导报，2015（03）：116.

[ 4 ] 陆瑞菊，王亦菲，孙月芳，等.玉米小孢子高频再生培养技术程序研究[J].中国农学通报，2005，21（02）：38-40.

[ 5 ] 姜龙，慈佳宾，崔雪宇，等.不同生态条件下玉米单倍体诱导率和加倍率研究[J].吉林农业大学学报，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 ] 张如养，段民孝，赵久然，等.6个玉米单倍体诱导系诱导率的差异性研究[J].玉米科学，2013，21（02）：6-10.

[ 8 ] 李国良，苏俊，李春霞，等.农大高诱1号对玉米不同种质和世代单倍体诱导率的研究[J].玉米科学，2008，16（05）：3-6.

[ 9 ] 刘冶先，杨菲，丁照华，等.玉米单倍体诱导材料的鉴定和快速选系技术研究[J].玉米科学，2008，16（03）：12-14，18.

[ 10 ] 刘德友，赵延明，刘治先，等.不同基因型玉米不同播期單倍体诱导效果初步研究[J].中国种业，2010（07）：49-51.

[ 11 ] 刘晓鑫，慈佳宾，崔雪宇，等.玉米孤雌生殖单倍体高效诱导研究[J].西北农林科技大学学报，2015，43（04）：35-43.

[ 12 ] 杨巍，任雪娇，崔雪宇，等.玉米单倍体诱导系JS6-2诱导效果的研究[J].西北农林科技大学学报，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，张晓丽，陈梅香，等.6叶期秋水仙素注射处理玉米单倍体的加倍效果研究[J].玉米科学，2007，15（04）：49-51.

[ 15 ] 惠国强，杜何为，杨小红，等.不同除草剂加倍玉米单倍体的效率[J].作物学报，2012，38（03）：416-422.

（收稿日期：2017-12-15）