玉米单倍体育种技术应用研究进展

邵泽广

（郯城县农业农村局，山东郯城 276100）

玉米是较早发现和利用杂交优势的农作物之一。玉米杂交种丰产性好，适应性强。常规选育法和单倍体育种法是目前应用最为广泛的2种自交系选育方式[1]。常规选育法在运用期间，需要花费相当长的时间进行育种，一般为4～6年，整体选择效率不高。在应用单倍体育种技术的过程中，可以直接借助配子体，周期比较短，能被控制在2～3年，育成的纯系很稳定，应用和发展前景非常广阔。

1 玉米单倍体获取方法

1.1 自然发生的单倍体

所谓自然发生的单倍体，是指在玉米种植期间，因为其生殖发育过程中会出现异常的情况，最终可能会出现孤雌或孤雄生殖。一般情况下，自然发生的单倍体出现概率非常小。因为这种单倍体高度不育，所以无论是玉米植株，还是玉米组织器官等均较二倍体弱小。因此，在自然界中，单倍体的数量并不多。

1.2 孤雌生殖

一般而言，在玉米单倍体获取阶段，诱导玉米孤雌生殖的方式相对较多。在实际生殖期间，可以采取授粉方式，刺激未受精的卵细胞，让其生长和发育，最终引起孤雌生殖，从而获得单倍体。同时，也可以使用紫外线对玉米花粉进行高效处理，处理完毕后为正常玉米植株实施授粉，使其可以形成单倍体胚。Kato在2002年借助带有R1-scm2基因的Stock6诱导系进行了单倍体诱导实践，其杂交后代的单倍体鉴定效率达到了94%[2]。此外，还可利用化学试剂诱导玉米单倍体，先用甲苯胺蓝等化学试剂处理花粉，进而产生单倍体。需要注意的是：在利用化学试剂诱导单倍体期间，植物生理及形态上都有可能发生改变，因而其可靠度还有待考究。

1.3 花粉、花药培养

在获取玉米单倍体过程中，除了上述2种方法之外，也可以利用花粉、花药培养技术获取单倍体。该方法获取玉米单倍体的同时，还经常出现已经自然加倍的双倍体或二倍体。但是，应用花粉、花药培养技术时，其缺点也比较明显，需要先对愈伤组织进行诱导，之后再进行分化，让其形成再生植株，在这一阶段，并不是所有的小孢子都能实现无性增殖目标。一般情况下，二倍体化以后，由于在适应性方面存在一定局限，其出现了不同程度的生长和结实困难。从理论层面考量，应用花粉、花药培养技术获取玉米纯系的速度相对较快，但截至目前，借助该技术获得的纯系或杂交种，依然不能被大面积地应用于生产中[1]。

1.4 玉米子房诱导单倍体

通过对花粉进行综合利用，借助其中的刺激作用，对子房进行诱导，最终培养出玉米子房诱导单倍体植株，可使玉米单倍体诱导体系更加稳定和高效。汤飞宇等[2]对授粉时间长短以及季节开展了深入探究，并研究了季节对单倍体诱导效果产生的影响。结果表明，在获取玉米单倍体的过程中，应对授粉时间进行严格控制，让其处于可控范围，最好在12～22 h之间。在授粉结束后，子房对获取玉米单倍体植物的概率会明显增加。由此可知，授粉时间与玉米单倍体获得有一定关联[3]。在季节方面，获得单倍体概率较高的季节为春季和秋季。同时，科学且高效地利用传粉后的玉米子房，然后将此作为依据，对单倍体植株进行诱导，这对卵细胞单性胚胎发育发展具有很强的促进作用[4]。一般在接种后的玉米子房内传粉15 h左右可以诱导出单倍体。在此过程中，如果授粉所需要的时间比较长，对其没有合理地进行管理，子房受精危险便会大幅度增加。因此，在应用此技术时，要想提升玉米单倍体诱导的效率和质量，必须严格管控授粉时间。

1.5 利用诱导系诱导单倍体

诱导系诱导的原理是玉米双受精过程中一个精子与极核相结合，另一个精子却无法与卵结合，因而不能形成受精卵。有学者用Stock6作父本，诱导单交种OH43×Mo17，获得600个杂交果穗计305 100粒种子，经籽粒标记选择和植株标记选择，最后获得双单倍体纯系249个，并配出优良的商业杂交种。有学者从美国引进了玉米诱导系Stock6，并用其作父本对WBM、辽旅等6个玉米群体进行了单倍体诱导，经对诱导后代的籽粒、成株标记和植株育性的鉴定，已获得一些双单倍体材料。我国学者在此基础上进行了进一步优化和改进。刘志增等[4]用一个高油玉米改良群体BHO和Stock6杂交，经多代自交和测交选育出农大高诱1号单倍体诱导系。现阶段，国外通过对Stock6的改造，已衍生出数个单倍体诱导系。诱导系诱导单倍体的过程：首先，根据玉米育种目标，合成基础群体，用基础群体作母本、用诱导系作父本给其授粉，在诱导系授粉后的基础群体成熟后，人工挑选没有携带诱导系显性标记的籽粒，这些籽粒即为单倍体籽粒[5]。其次，选择适合的播种季节，利用秋水仙素处理催芽后的单倍体种子，从而使单倍体加倍。最后，播种处理后的种子，在这些种子材料开花期选择有花粉的植株人工自交授粉，待种子成熟后便获得稳定的自交系。

2 玉米单倍体的鉴定方法

2.1 遗传标记法

对单倍体诱导系材料进行高效利用，借助其自身携带遗传标记基因引起的性状特点，对单倍体进行科学且合理地筛选，可以有效减少按照基因形态差异筛选期间存在的误差。在基因筛选中，往往可能会产生大量误差，而借助遗传标记法，该问题便能有效规避。陈绍江等[6]对Stock6和高油群体进行利用，让二者实现杂交，能运用高油分的花粉直感效应，将玉米单倍体精准鉴定出来。杂交当代作物可以直接促使母本籽粒的萌芽胚面积逐渐增大，标记较为清楚。在田间性状调查期间，对遗传标记性状进行高效运用，能大幅度提高单倍体植株的选择率，对今后加倍工作的顺利开展有很大促进意义。

2.2 分子标记方法

汤飞宇等[2]利用SSR标记检测来源于玉米孤雌生殖的双单倍体，取得了明显的效果。

3 展望

随着近年来我国绿色玉米产业种植市场规模和玉米市场品种需求量的快速攀升，玉米种植规模不断扩大。这一发展趋势既是推动当前绿色玉米种植产业链健康稳定发展的重要契机，又是严峻的市场挑战。其中，如何有效利用单倍体诱导系诱导玉米单倍体的发生是极为重要的部分。我国科研技术工作者对诱导系进行全面优化和持续改良，为单倍体玉米诱导发生频率的不断提高与应用做出了巨大的努力和突出贡献。

现阶段，部分科研院所已经积极开展了关于有效对抗微管的植物除草剂及其药剂的分类研究，除草剂对生态环境的危害性较小外，与秋水仙素相比，其优势很明显，能呈现出低毒、低残留的特征，降解过程比较简单。从整体的层面考量，在对玉米单倍体获取期间，如果能找到加倍单倍体的方法或者试剂，那么在玉米实际种植阶段，单倍体育种技术的发展将会越来越好，水平也会大幅度提高，进而朝着更为长久的方向迈进。

应用单倍体技术种植玉米前景十分广阔[7]。在实际操作过程中，针对目标诱导材料，应实施重组改良，并大量累积有利基因点位，当其达到一定程度后，将单倍体技术有效应用于其中以获得纯系。通过对该技术的高效利用，单倍体在育种方面存在的优势能得到充分展现，不仅很大程度上提升了玉米育种效率，还保证了玉米种植的整体产量。同时，在遗传学的实际研究过程中，单倍体群体有很高的研究价值，在基因定位、克隆等方面都可以合理应用。在未来的工作和研究中，单倍体加倍技术的研究需要深入开展，加强重视[8]。

4 结语

与常规选育法相比，玉米单倍体育种技术在选育自交系时间和成本控制上都有很显著的优势，能够直接利用配子体进行选择。因此，在玉米种植期间，为了较大程度地提高玉米产量和质量，一定要强化对该技术的利用和推广。结合我国当前玉米种植现状，还要加大对玉米单倍体育种技术的研究和创新力度，确保技术水平整体提升。