賀囡囡 韋桂旺 馮云敢 蒙云飛 韋愛(ài)娟 盧生喬

摘 要 利用單倍體誘導(dǎo)技術(shù)能夠縮短糯玉米的育種進(jìn)程，獲得優(yōu)良的材料，從而篩選出高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高抗的糯玉米新品種。從單倍體的誘導(dǎo)、鑒定和加倍方法3方面介紹單倍體誘導(dǎo)技術(shù)的相關(guān)知識(shí)及其在糯玉米育種中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 單倍體；誘導(dǎo)；糯玉米；育種

中圖分類(lèi)號(hào)：S513 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1673-890X（2016）12--02

糯玉米是由于普通玉米上的第9條染色體的第59位點(diǎn)上的WX基因突變成wx基因而形成的特殊的玉米類(lèi)型，因胚乳具黏性得名，也可以稱(chēng)之為黏玉米或蠟質(zhì)玉米[1]。由于糯玉米的胚乳淀粉結(jié)構(gòu)特殊，糯性和風(fēng)味獨(dú)特，所以糯玉米成為很多人喜愛(ài)的食品。此外，糯玉米還可以做成糯玉米馇和糯玉米粉等食用，同時(shí)也是良好的工業(yè)原料和畜禽飼料[2]。糯玉米籽粒中含有豐富的營(yíng)養(yǎng)成分，其中淀粉含量大約有70%～75%，蛋白質(zhì)含量10%左右（有些糯玉米品種籽粒蛋白質(zhì)含量可達(dá)14.5%），脂肪含量4%～5%。另外，還含有多種維生素等，而且蛋白質(zhì)、VA、VB1、VB2的含量均高于水稻。因此，糯玉米經(jīng)濟(jì)價(jià)值很高，如果作為蔬菜水果玉米開(kāi)發(fā)利用，是一種發(fā)展?jié)摿O高的新型玉米產(chǎn)業(yè)。1 760 a前糯玉米就已經(jīng)在中國(guó)形成，最初可能起源于云南西雙版納地帶，現(xiàn)主要集中在廣西、貴州、云南和四川等地，但是國(guó)外較早開(kāi)展糯玉米的研究。1937年，美國(guó)開(kāi)始研究糯玉米，1942年育成了首個(gè)糯玉米雜交種。中國(guó)對(duì)糯玉米研究始于20世紀(jì)70年代末，1975年山東煙臺(tái)農(nóng)科所從名為衡白多的非糯品種中獲得了糯質(zhì)突變體，育成名為煙單5號(hào)的糯玉米。1980年以后，糯玉米的研究得到迅速發(fā)展。

利用單倍體誘導(dǎo)系雜交誘發(fā)產(chǎn)生單倍體后，通過(guò)染色體組加倍讓植物恢復(fù)正常的染色體數(shù)目、獲得純合基因型的育種方法就是單倍體誘導(dǎo)技術(shù)，又稱(chēng)為單倍體育種。常規(guī)的育種方式，連續(xù)自交7代以后，才能得到純度約為99.2%的自交系，而使用單倍體育種技術(shù)，一般只要2個(gè)世代便可得到純合體。因此，使用單倍體育種技術(shù)能夠縮短糯玉米的育種進(jìn)程，同時(shí)還能獲得優(yōu)良的材料，從而更快地篩選高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高抗的糯玉米新品種，但單倍體育種技術(shù)在糯玉米研究方面的報(bào)道相對(duì)較少。文章從單倍體的誘導(dǎo)、鑒定和加倍方法3方面介紹單倍體誘導(dǎo)技術(shù)的相關(guān)知識(shí)及其在糯玉米育種中的應(yīng)用。

1 糯玉米單倍體的誘導(dǎo)方法

單倍體產(chǎn)生的方法主要有2種：自然發(fā)生產(chǎn)生單倍體和人工誘導(dǎo)產(chǎn)生單倍體。但是糯玉米自然發(fā)生產(chǎn)生單倍體的頻率很低，這會(huì)限制單倍體誘導(dǎo)技術(shù)在糯玉米育種上的應(yīng)用。因此，目前單倍體的產(chǎn)生主要靠人工誘導(dǎo)的方法，包括遠(yuǎn)緣雜交、組織培養(yǎng)、物理或化學(xué)方法誘導(dǎo)以及利用單倍體誘導(dǎo)系培育糯玉米單倍體等。下面主要介紹組織培養(yǎng)、物理或化學(xué)方法誘導(dǎo)和利用單倍體誘導(dǎo)系培育糯玉米單倍體。

1.1 組織培養(yǎng)

利用組織培養(yǎng)技術(shù)獲得單倍體的方法主要是對(duì)花粉或花藥進(jìn)行培養(yǎng)，其原理是利用植物細(xì)胞的全能性。基本過(guò)程：首先以單核期的花藥作原材料，用組織培養(yǎng)技術(shù)培育出愈傷組織或胚狀體后，再經(jīng)過(guò)分化培養(yǎng)成幼苗，進(jìn)而生根培養(yǎng)，最后形成單倍體植株。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，花藥培養(yǎng)已經(jīng)在250多種高等植物中獲得了成功，在普通玉米上進(jìn)行花藥培養(yǎng)的技術(shù)也已經(jīng)成熟，所以在糯玉米上使用該技術(shù)可行性很高。

1.2 物理或化學(xué)方法誘導(dǎo)

通過(guò)授不同種類(lèi)的花粉，從而引起未受精的卵細(xì)胞發(fā)育；用X射線或紫外線等先照射成熟的糯玉米花粉，再給正常的糯玉米授粉，刺激卵細(xì)胞發(fā)育；用化學(xué)制劑如植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑等處理未授粉的糯玉米果穗，也能引起孤雌生殖，產(chǎn)生單倍體。

1.3 利用單倍體誘導(dǎo)系培育糯玉米單倍體

Stock 6是Coe于1959年發(fā)現(xiàn)的玉米單倍體誘導(dǎo)系，它是世界上首個(gè)選育的玉米單倍體誘導(dǎo)系。但是Stock 6的自交結(jié)實(shí)和散粉較差，劉紀(jì)麟[3]在2001年用Stock 6作父本對(duì)6個(gè)玉米群體進(jìn)行單倍體誘導(dǎo)，得到一些新的誘導(dǎo)系材料；吉林省農(nóng)科院[4]也于2006年選育出誘導(dǎo)率高、農(nóng)藝性狀好的高誘3號(hào)。劉堅(jiān)[5]等從Stock 6單倍體誘導(dǎo)系中選育出了3個(gè)誘導(dǎo)系對(duì)4個(gè)糯玉米雜交種進(jìn)行誘導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)不同誘導(dǎo)系的誘導(dǎo)率差異極顯著，不同糯玉米雜交種被誘導(dǎo)率差異也極顯著。因此，利用單倍體誘導(dǎo)系能提高糯玉米單倍體產(chǎn)生的概率，選擇高誘導(dǎo)率的誘導(dǎo)系和合適的基礎(chǔ)材料容易獲得單倍體。利用單倍體誘導(dǎo)系培育糯玉米單倍體的方法簡(jiǎn)單，操作容易，是目前最常用的制備單倍體的方法。

2 糯玉米單倍體的鑒定方法

單倍體鑒定是糯玉米單倍體育種中非常重要的環(huán)節(jié)，鑒定方法有很多種，包括形態(tài)學(xué)鑒定法、解剖學(xué)鑒定法、細(xì)胞學(xué)鑒定法、分子標(biāo)記法以及遺傳標(biāo)記法等等。下面主要介紹在糯玉米上應(yīng)用較廣的3種方法：形態(tài)學(xué)鑒定法和遺傳標(biāo)記法以及細(xì)胞學(xué)鑒定法。

2.1 形態(tài)學(xué)鑒定法

由于單倍體的染色體數(shù)目減少，導(dǎo)致?tīng)I(yíng)養(yǎng)和生殖器官變小，所以在正常的生長(zhǎng)狀態(tài)下糯玉米單倍體植株常比正常植株長(zhǎng)勢(shì)弱，因此，可以利用形態(tài)學(xué)特征來(lái)鑒定糯玉米單倍體植株。韓學(xué)莉[6]發(fā)現(xiàn)在苗期就可以通過(guò)株高鑒定出玉米單倍體植株。利用該方法鑒定糯玉米單倍體植株簡(jiǎn)便、快速，而且不需要專(zhuān)門(mén)的儀器。當(dāng)然形態(tài)學(xué)鑒定法也有一些缺點(diǎn)，如經(jīng)驗(yàn)因素比較大，導(dǎo)致結(jié)果準(zhǔn)確性變差。

2.2 遺傳標(biāo)記法

遺傳標(biāo)記法是一種比較可靠的鑒定方法。Navajo標(biāo)記基因R-nj在糯玉米中的應(yīng)用非常成功。由單倍體誘導(dǎo)系誘導(dǎo)出的糯玉米籽粒分3種類(lèi)型：一是胚乳糊粉層和胚芽部位均呈現(xiàn)紫色或紫紅色；二是胚乳糊粉層呈紫色或紫紅色標(biāo)記，胚芽部位沒(méi)有顏色；三是胚乳糊粉層和胚芽部位均沒(méi)有顏色。其中，第一種和第三種類(lèi)型的籽粒是二倍體籽粒，占大多數(shù)；第二種類(lèi)型的籽粒為單倍體籽粒，所占的比例較小。

2.3 細(xì)胞學(xué)鑒定法

細(xì)胞學(xué)鑒定法是一種非常直接的鑒定方法，通過(guò)顯微鏡對(duì)染色體進(jìn)行計(jì)數(shù)，就可以確定植株的倍數(shù)，它是目前確定染色體倍數(shù)最基本和最可靠的方法。但是該方法操作較復(fù)雜、鑒定速度慢，如果糯玉米單倍體數(shù)量較多時(shí)就會(huì)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，如果換成一些染色體數(shù)目較多的植物，計(jì)數(shù)倍數(shù)性更加繁瑣。

3 糯玉米單倍體的加倍方法

3.1 自然加倍

自然加倍是一種非常經(jīng)濟(jì)的方法，主要靠恢復(fù)育性達(dá)到自交結(jié)實(shí)的目的。一般情況下，糯玉米單倍體植株雌雄不協(xié)調(diào)，而單倍體自交結(jié)實(shí)率與單倍體雄穗的加倍率基本呈正相關(guān)。自然情況下，單倍體加倍頻率一般是10%左右，然而許多材料的單倍體自然加倍率小于5%，并且有一些材料在自然情況下并不發(fā)生加倍。因此，僅靠單倍體的自然加倍難以滿(mǎn)足糯玉米育種實(shí)踐的要求，必需采用人工加倍的方法提高育性。

3.2 人工加倍

人工加倍最有效的方法是利用化學(xué)藥劑破壞細(xì)胞有絲分裂的紡錘絲，兩個(gè)子細(xì)胞染色體在有絲分裂后期并不移向兩極，從而達(dá)到染色體加倍的目的。目前，經(jīng)常利用化學(xué)藥劑例如秋水仙素、二氧化氮和一些除草劑等對(duì)單倍體進(jìn)行加倍，其中秋水仙素是最常用的化學(xué)加倍劑，主要方法有浸種法、浸根法、注射法和培養(yǎng)基摻入法以及生長(zhǎng)點(diǎn)涂抹法等。其中生長(zhǎng)點(diǎn)涂抹法和浸種法、浸根法效果較好，但必須育苗和移栽；注射法可以直接在田間對(duì)單倍體進(jìn)行操作，而培養(yǎng)基摻入法是組織培養(yǎng)技術(shù)中常用的一種方法。但相關(guān)學(xué)者認(rèn)為：如果去掉自然加倍的影響，人工化學(xué)加倍的效果并不十分顯著，而且也不能忽略環(huán)境對(duì)糯玉米單倍體加倍效果的影響。因此有效的單倍體加倍方法也是單倍體誘導(dǎo)技術(shù)能否在糯玉米育種中廣泛應(yīng)用的問(wèn)題之一。

4 展望

與常規(guī)育種相比，單倍體技術(shù)在糯玉米育種上的應(yīng)用有以下優(yōu)點(diǎn)：快速獲得純系，明顯縮短育種的周期；流程簡(jiǎn)單，大大減少培育自交系所需要的人力、財(cái)力和時(shí)間；在單倍體中淘汰有害的隱性基因，不存在生物安全問(wèn)題，十分適合我國(guó)當(dāng)前育種的實(shí)際需要。但是，單倍體技術(shù)在糯玉米中的誘導(dǎo)率不高，重組二倍體時(shí)染色體加倍率也不高，因此如果有效的提高糯玉米單倍體的誘導(dǎo)率和加倍率，單倍體誘導(dǎo)技術(shù)在糯玉米育種中的應(yīng)用前景將會(huì)十分誘人。而且糯玉米又是一種特用增值的玉米，隨著農(nóng)產(chǎn)品加工技術(shù)的深化和大型玉米加工企業(yè)的發(fā)展，糯玉米的生產(chǎn)發(fā)展前景也會(huì)更加廣闊。

參考文獻(xiàn)

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（責(zé)任編輯：趙中正）