新时期下玉米单倍体育种的研究背景

肖海峰 李 勃 赵海涛 钟 雪 梁孝渊 陈凤伟

玉米作为我国农业发展中的主要粮食作物，玉米育种技术是否合理，将直接关乎到玉米产量和品质。传统的选育优良自交系结合育种目标基础上，整合优质资源组培基础材料，并连续自交5～6代，性状稳定后配合力测定，结合杂种优势进行组培杂交组合。玉米单倍体育种技术在实际应用中，可以有效改善传统育种技术的缺陷和不足，提升育种质量，促进玉米生长和发育。探究玉米单倍体的研究背景，有助于进一步丰富理论研究基础，为后续相关工作提供支持。

1 玉米单倍体技术

1.1 自然发生的单倍体

生殖异常可能出现孤雄或孤雌生殖问题，进而形成的玉米单倍体，自然单倍体频率较低，大概在10-5～10-8范围内。单倍体由于自身的高度不育，组织器官较之二倍体更小，所以当前自然界中的单倍体较少。

1.2 孤雌生殖

玉米孤雌生殖的方法较为多样，可以通过异种花粉授粉，以此来刺激为受精卵发育带来的孤雌生殖产生单倍体；甲苯胺蓝之类的化学药剂来处理花粉产生的单倍体；紫外线处理的玉米成熟花粉粒，为植株授粉，改善无受精能力的划分来刺激卵细胞单性发育成单倍体的胚。需要注意的是，使用化学药剂诱发孤雌生殖可能产生的生理畸变，可靠性无法得到可靠保障。

1.3 划分和花药培养

使用划分组织和花药可以培养单倍体，同时还可能出现自然加倍的二倍体。此种方法局限性较大，通过组织培养过程解决，首先诱导愈伤组织，然后分化成再生植株，但是并不是每个小孢子都会产生无性增殖。二倍体化后，由于适应性问题影响可能影响到玉米生长和结实。但是，当前借助玉米花药培养来获得杂交种应用范围较少，难以大面积在农业生产中应用。究其根本，是由于玉米花粉愈伤组织诱导率偏低，仅仅有少数基因型诱导单倍体植株，导致材料之间的显著差异，从中不难看出玉米雄核发育中遗传背景的关键性所在。同时，玉米单倍体植株染色体加倍成功率不高，难以提升划分植株的再生率。通过大量的实践研究可以了解到，通常玉米的愈伤组织诱导率大概在20%以上。

2 单倍体鉴定方法

2.1 形态学和解剖学方法

在玉米单倍体育种技术应用中，对于单倍体的鉴定方法较为多样，而形态学和解剖学则是一种直观便捷的方法。玉米单倍体细胞染色质量大概在二倍体细胞质1/2，主要是由于细胞变小，解剖学上可以观察到细胞数量变化，以此来区分单倍体和二倍体之间的差异。细胞变小同样可能导致器官组织变化，幼苗期间通过肉眼观测可以判断单倍体。单倍体在成长期间，较之标准类型要小的多，苗期玉米单倍体第一片叶较短，对比盾片和胚可以准确判断出单倍体。玉米单倍体成株同基因型同等的纯合二倍体，姊妹株高度大概70%左右，叶面积是后者35%。单倍体植物具有开花较早、开花不正常以及单倍体植株矮小等特点，种种特性较之二倍体是完全相反的。需要注意的是，尽管单倍体的支柱较小，但是生长力却并不弱。如果同源的二倍体玉米生长力较强，那么单倍体的生长力随之增强。

2.2 细胞遗传学方法

结合玉米单倍体的形态特征和结构特点，将其与二倍体亲本有效区分开来，但是具体的二倍体鉴别主要是通过细胞学方法镜检染色体数目。细胞遗传学方法在实际应用中，通过根尖分生组织压片观察体细胞或减数分类细胞的染色体数目，实现对单倍体的精准判别。在对单倍体根尖细胞染色体数目检测中，发现二倍化倾向，可能导致染色体组加倍，影响到鉴别可靠性。玉米根尖细胞二倍体化频率变化，很大程度上取决于单倍体的基因型，特殊情况下需要精准技术植株油叶细胞染色体数量，确定倍数性。

2.3 生理生化特性的区别

通过对玉米生理生化单倍体和二倍体形态差异研究，可以了解到玉米二倍体朝着一倍体转变时，形态特征和解剖结构发生了不同程度上的转变，尤其是组织化学成分有所转变。由于无积水含量减少，可能导致抗坏血酸增加。

3 单倍体的二倍体化方法

3.1 单倍体的自然加倍

通常情况下，单倍体植株生长主要表现在雌雄不调，花粉粒较少，单倍体加倍频率在单倍体植株整体的10%。需要注意的是，材料的自然加倍率少于5%，还有很多材料并不会自然加倍。依据单倍体自然加倍无法满足育种需求，需要结合实际情况通过人工加倍处理。

3.2 单倍体的人工加倍

对于单倍体的根尖处理，可以通过秋水仙素进行处理，包括萌发种子处理、根尖处理和茎尖生长点处理等几种方法，尤其是后续两种方法效果较为可观。在根尖处理中，实际操作限制较大，顶端分生组织操作较为便捷，可以使用涂抹和微量注射方法处理。使用浸根法，需要进行充分的育苗盒移栽处理，有助于提升加倍率。林霞，高波，王志安等人在《单倍体育种技术在玉米育种中的研究与应用进展》研究中，拔节期间在茎尖生长点偏下组织中注射秋水仙素，较低浓度可以获得可观的成果，受药害植株比例随之增加。在玉米单倍体育种技术应用中，不同温度下使用同等浓度的秋水仙素处理，单倍体加倍百分率存在显著差异。将自然加倍频率扣除，采用人工化学加倍方法进行处理难以获得可观的成效，尤其是环境条件对单倍体加倍效果的不良影响，需要予以高度关注和重视，以便于在玉米育种中广泛推广和应用。

我国是一个农业国家，农业发展直接关乎到社会经济持续增长，其重要性不言而喻。为了可以满足社会不断增长人口的粮食需求，玉米种植技术不断创新和完善，而玉米单倍体作为一项有效的育种技术，经过长期的研究和完善，逐渐取得了较为可观的成效，大大促进了育种进程。为了可以促进玉米增产增收，应该持续推动玉米育种技术创新，充分发挥玉米单倍体育种技术优势，改善传统育种技术的缺陷和不足，在提升育种质量的同时，促进玉米生长和发育，带来更大的经济效益和社会效益。