体外单倍体诱导与单倍体育种

1、 n体外单倍体诱导通常是指利用离体培养花药或体外单倍体诱导通常是指利用离体培养花药或 小孢子的方法，诱导形成单倍体植株。小孢子的方法，诱导形成单倍体植株。 n单倍体育种是指将具有单套染色体的单倍体植单倍体育种是指将具有单套染色体的单倍体植 物，经人工染色体加倍，使其成为纯合二倍体物，经人工染色体加倍，使其成为纯合二倍体 ，从中筛选出优良个体，直接繁育成新品种；，从中筛选出优良个体，直接繁育成新品种； 或选出具有单一优良性状的个体，作为杂交育或选出具有单一优良性状的个体，作为杂交育 种的原始材料种的原始材料1。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 花柄花柄 花托花托 子房子房 花萼花萼 花瓣花瓣

2、 花柱花柱 柱头柱头 花药花药 花丝花丝 雄蕊雄蕊 雌雌 蕊蕊 （花冠）（花冠） 花粉植株形态发生的方式花粉植株形态发生的方式 n愈伤组织型：离体培养的花粉粒先形成愈伤组织 ，再分化为单倍体植株 n水稻花药的培养 接种在平板上的水稻花药 部分花药产生愈伤组织 愈伤组织转接种到再生培 养基 愈伤组织分化形成再生植 株 类胚体型：离体培养的花粉粒分裂后，以胚状体 的形式释放出来，然后发育成植物体 部分花药通过胚状体途径形成小植株 烟草花药培养 通过胚状体途径再生形成小植株 烟草花药培养 植物小孢子发育过程植物小孢子发育过程 n第一期，小孢子母细胞减数分裂形成四分第一期，小孢子母细胞减数分裂形成四分

3、 体。四分体的周围包裹着一层厚的胼胝质体。四分体的周围包裹着一层厚的胼胝质 ，随着，随着胼胝胼胝质的分解四个小孢子便分离开质的分解四个小孢子便分离开 来；来； n第二期，单个小孢子继续发育。进行第一第二期，单个小孢子继续发育。进行第一 次花粉细胞有丝分裂，分裂是不对称的，次花粉细胞有丝分裂，分裂是不对称的， 这种类型的花粉粒称为这种类型的花粉粒称为A A型；型； n第三期，小孢子发育形成成熟的花粉粒。第三期，小孢子发育形成成熟的花粉粒。 标志：细胞中明显出现两个核。标志：细胞中明显出现两个核。 花药培养花药培养: :将花粉发育至一定阶段的花药培养在将花粉发育至一定阶段的花药培养在 人工培养基上

4、，诱导其花粉粒改变发育进程，形成花粉人工培养基上，诱导其花粉粒改变发育进程，形成花粉 胚或愈伤组织，进而分化成苗的过程胚或愈伤组织，进而分化成苗的过程2 2。（器官培养） 。（器官培养） 花粉培养花粉培养( (小孢子培养小孢子培养) )：将发育至一定阶段将发育至一定阶段 花粉从花药中分离出来成为分散或游离状态，花粉脱分花粉从花药中分离出来成为分散或游离状态，花粉脱分 化后再生成苗。（细胞培养）化后再生成苗。（细胞培养） 花药和花粉培养： 历史：历史： Guha和和Maheshwari （1964） 曼陀罗花药培养曼陀罗花药培养 Nitsch 和和 Norreel (1973) 烟草花粉培养烟草

5、花粉培养（游离小孢子培养）（游离小孢子培养） Chu（ 1973）小麦花粉培养小麦花粉培养 （早期花药培养主要依靠小孢子的自然胚胎发生产生单倍体，能自发（早期花药培养主要依靠小孢子的自然胚胎发生产生单倍体，能自发 形成胚胎发生的基因频率较低，效率极低）形成胚胎发生的基因频率较低，效率极低） 80年代后期到年代后期到90年代期间，花培技术迅速发展。许多作物小孢子培养年代期间，花培技术迅速发展。许多作物小孢子培养 已经成功。已经成功。十字花科、麦类、水稻、玉米等十字花科、麦类、水稻、玉米等3。 90年代，一些先前被认为是年代，一些先前被认为是不易进行小孢子培养的基因型也相继成功不易进行小孢子培养的

6、基因型也相继成功 Konzak (1999) 。 n花药和花粉培养花药和花粉培养：指在合成培养基上，改变花粉的发育：指在合成培养基上，改变花粉的发育 途径，使其不形成配子，而像体细胞一样进行分裂、分化、最途径，使其不形成配子，而像体细胞一样进行分裂、分化、最 终发育成完整植株。该发育途径被称为终发育成完整植株。该发育途径被称为“花粉孢子体发育途径花粉孢子体发育途径 ”或或“雄核发育雄核发育”4。 n两者的异同点两者的异同点 培养目的相同，均获得小孢子植株。培养目的相同，均获得小孢子植株。 花药培养属于器官培养；而花粉培养属于细胞培养。花药培养属于器官培养；而花粉培养属于细胞培养。 花粉培养没有

7、药壁组织干扰；可计数小孢子产胚率；可观察花粉培养没有药壁组织干扰；可计数小孢子产胚率；可观察 雄核发育的全过程；单倍体产量高。但技术更复杂。雄核发育的全过程；单倍体产量高。但技术更复杂。 2. 花药或花粉培养的意义：花药或花粉培养的意义： 供体植株 小孢子（n ） 花培 花粉植 株（n ） 雄核发育 自然加倍 人工加倍 纯合植株DH （2n） 一年内获得纯系 2.1 2.1 作物育种作物育种 （1）缩短育种周期：常规育种需）缩短育种周期：常规育种需4-6年获得纯系，而年获得纯系，而 小孢子培养仅需一年。小孢子培养仅需一年。 例子：例子： 二倍体供体植株基因型为二倍体供体植株基因型为AaBb，若

8、要从后代中选择基，若要从后代中选择基 因为因为AAbb的纯合单株的纯合单株 常规方法：常规方法： AAbb出现的概率为出现的概率为1/16，并且不能将，并且不能将 AAbb与与Aabb、aAbb区分开。区分开。 ABaBAbab ABAABBAaBBAABbAaBb aBaABBaaBBaABbaaBb AbAabBAabBAAbbAabb abaAbBaabBaAbbaabb 例子：例子： 二倍体供体植株基因型为二倍体供体植株基因型为AaBb，若要从后代中选择基，若要从后代中选择基 因为因为AAbb的纯合单株的纯合单株 单倍体方法：单倍体方法： AAbb出现的概率为出现的概率为1/4。 单倍

9、体单倍体 二倍体二倍体 AB- - AABB aB- aaBB Ab- AAbb ab- - aabb 供体亲本 AaBb 花培 植株不受显隐性的影响，在诱变育种中能在当代及植株不受显隐性的影响，在诱变育种中能在当代及 时获得突变个体，加倍后成为稳定的纯系。时获得突变个体，加倍后成为稳定的纯系。 2.2 2.2 物种进化研究物种进化研究 可探索亲本染色体组的构成。分析单倍体植可探索亲本染色体组的构成。分析单倍体植 物减数分裂时，形成二价体的数目和形状，能确定染色体组内是否存在物减数分裂时，形成二价体的数目和形状，能确定染色体组内是否存在 同源染色体。同源染色体。 2.3 2.3 遗传分析遗传分

10、析 单倍体植株中基因不受显隐性的影响，每一个基因单倍体植株中基因不受显隐性的影响，每一个基因 的作用均能表现出来。能用来研究基因的性质及其作用。还可用于基因的作用均能表现出来。能用来研究基因的性质及其作用。还可用于基因 的剂量效应分析的剂量效应分析5 5。 。 2.4 2.4 构建连锁图谱构建连锁图谱 双单倍体（双单倍体（DHDH）群体是永久性群体，能有效）群体是永久性群体，能有效 地用于遗传图谱的构建地用于遗传图谱的构建 2.5 2.5 用于遗传转化用于遗传转化 能直接表达外源基因，不受显隐性影响。能直接表达外源基因，不受显隐性影响。 3. 花粉孢子体发育途径花粉孢子体发育途径 （雄核发育）

11、（雄核发育） 3.1 花粉发育的阶段花粉发育的阶段 花粉离体培养时，花粉离体培养时， 雄核发育最适宜的雄核发育最适宜的 时期一般是第一次时期一般是第一次 有丝分裂或之前。有丝分裂或之前。 3.2 雄核发育途径雄核发育途径 1 1、A A途径途径 小孢子第一次有丝分裂为均等分裂，形成营养细胞和生殖小孢子第一次有丝分裂为均等分裂，形成营养细胞和生殖 细胞细胞 （1 1）A-VA-V途径途径 由营养细胞重复分裂形成单倍体由营养细胞重复分裂形成单倍体 （2 2）A-GA-G途径途径 由生殖细胞重复分裂形成单倍体由生殖细胞重复分裂形成单倍体 （3 3）A-VGA-VG途径（途径（E E途径）途径） 由营

12、养细胞和生殖细胞各自独立分裂，共由营养细胞和生殖细胞各自独立分裂，共 同形成单倍体同形成单倍体 （4 4）C C途径途径 营养细胞和生殖细胞通过核融合，形成多倍体植株营养细胞和生殖细胞通过核融合，形成多倍体植株 2 2、B B途径途径 小孢子第一次有丝分裂为均等分裂，形成大小相近的两个小孢子第一次有丝分裂为均等分裂，形成大小相近的两个 细胞。然后由这两细胞边续分裂形成单倍体植株，或者核融合形成多倍细胞。然后由这两细胞边续分裂形成单倍体植株，或者核融合形成多倍 体植株体植株 1、雄核发育与P花粉的形成 P-花粉：具胚胎发生潜能的花粉。也称小花粉（S-花粉 ）或不染色花粉（NS-花粉） 2、雄核发

13、育与饥饿处理 饥饿处理改变了小孢子的配子体发育方向，启动雄核发 育。 3.3 雄核发育启动机理 1、胚状体发育途径 小孢子经历胚发生的各个阶段， 最后子叶展开，形成花粉植株。 2、愈伤组织发育途径 小孢子分裂数次形成愈伤，再 分化形成花粉植株。此途径产生的植株会出现变异且倍 性复杂6。 3.4 花粉植株形态发生方式 4 花药和花粉培养方法花药和花粉培养方法 4.1 花药培养花药培养 1 1、取材、取材 镜检，根据花粉的发育时期，选取大小适宜镜检，根据花粉的发育时期，选取大小适宜 的花蕾。的花蕾。 2 2、消毒、消毒 70酒精擦洗花蕾表面，或酒精擦洗花蕾表面，或70酒精浸泡酒精浸泡 30-60s

14、后在后在1次氯酸钠溶液中浸泡次氯酸钠溶液中浸泡10-20min或在的或在的 氯化汞溶液中消毒氯化汞溶液中消毒3-10min，无菌水冲洗，无菌水冲洗3-5次。次。 3 3、培养、培养 固体或液体培养基均可。先进行脱分化培养，固体或液体培养基均可。先进行脱分化培养， 至小孢子大量分裂形成胚或愈伤，并突破花药壁表面，形至小孢子大量分裂形成胚或愈伤，并突破花药壁表面，形 成突出物（成突出物（2-3周）；后转入分化培养基培养，形成小植周）；后转入分化培养基培养，形成小植 株株7。 4.2 花粉培养花粉培养 ( (一一) )花粉的分离与纯化花粉的分离与纯化 1 1、自然散落法、自然散落法( (漂浮培养散落

15、小孢子收集法漂浮培养散落小孢子收集法) ) 将花药接种在预处理将花药接种在预处理 液或液体培养基上，待花粉自动散落后，收集培养。液或液体培养基上，待花粉自动散落后，收集培养。 2 2、挤压法、挤压法 在烧杯或研钵中挤压花药，将花粉挤出后收集培养。在烧杯或研钵中挤压花药，将花粉挤出后收集培养。 3 3、机械游离、机械游离 （1）磁搅拌法）磁搅拌法 用磁力搅拌器搅拌培养液中的花药，使花粉游离出用磁力搅拌器搅拌培养液中的花药，使花粉游离出 来；来； （2）超速旋切法）超速旋切法 通过搅拌器中的高速旋转刀具破碎花蕾、穗子、花通过搅拌器中的高速旋转刀具破碎花蕾、穗子、花 药，使小孢子游离出来（此法应用最

16、广）。药，使小孢子游离出来（此法应用最广）。 4 4、小孢子纯化、小孢子纯化 对上述方法获得的小孢子混合物进行分级过筛、梯度对上述方法获得的小孢子混合物进行分级过筛、梯度 离心处理纯化小孢子离心处理纯化小孢子 梯度离心前 （小孢子形态、活力不一致） 30%蔗糖梯度离心后 （获得均一的小孢子群体） ( (二二) )花粉培养方式花粉培养方式 1 1、平板培养、平板培养 花粉置琼脂固化培养基上培养。花粉置琼脂固化培养基上培养。 2 2、液体培养、液体培养 花粉悬浮在液体培养基中培养，需震荡，以利通气。花粉悬浮在液体培养基中培养，需震荡，以利通气。 3 3、双层培养、双层培养 花粉置固体花粉置固体-液

17、体双层培养基上培养。培养基制作方法液体双层培养基上培养。培养基制作方法 ：先铺一层琼脂固体培养基，凝固后，在表面加入少量液体培养基。：先铺一层琼脂固体培养基，凝固后，在表面加入少量液体培养基。 4 4、看护培养、看护培养 利用花药或花药愈伤组织释放出的活性物质促进花粉利用花药或花药愈伤组织释放出的活性物质促进花粉 小孢子发育。小孢子发育。 5 5、微室培养、微室培养 利用小的盖玻片和凹穴载玻片形成微室进行花粉培养利用小的盖玻片和凹穴载玻片形成微室进行花粉培养 6 6、条件培养基培养、条件培养基培养 利用培养过花药的液体培养基或含失活花药提利用培养过花药的液体培养基或含失活花药提 取物的培养基上

18、培养。花药条件培养基、子房条件培养等。取物的培养基上培养。花药条件培养基、子房条件培养等。 看护培养图解看护培养图解 其操作方法是在固定培养基上置入一块活跃生长的 愈伤组织，再在愈伤组织上放一小片滤纸，待滤纸 湿润后将细胞接种于滤纸上。当培养细胞长出微小 细胞团以后，将其直接转移至琼脂培养基上让其迅 速生长。 一、倍性鉴定一、倍性鉴定 1、染色体直接计数法 通常取根尖、茎尖等分生组织区进行制片，直接计数染色体 数目。 2、间接鉴定 （1）扫描细胞光度仪鉴定（流式细胞仪） 主要测定叶片单个细 胞中DNA的含量确定细胞的倍性，材料的使用量可少到1cm2。 （2）细胞形态学鉴定法 叶片保卫细胞大小、

19、单位面积上的气孔 数及保卫细胞中叶绿体的大小和数目与倍性具有高度的相关性。 （3）植株形态学鉴定法 单倍体植株瘦弱，叶片窄小，花小柱头 长，花粉粒小，不结实8。 4.3 单倍体植株鉴定和染色体加倍 （4 4）杂交鉴定法）杂交鉴定法自交或测交鉴定，看后代分离情况确定二倍体自交或测交鉴定，看后代分离情况确定二倍体 植株是来自小孢子还是体细胞。植株是来自小孢子还是体细胞。 （5 5）分子标记鉴定）分子标记鉴定包括生化标记（如同工酶标记）和分子标记包括生化标记（如同工酶标记）和分子标记 （如（如RFLP、RAPD、AFLP等）等） 4.3 单倍体植株鉴定和染色体加倍 二、染色体加倍二、染色体加倍 （一

20、）茎段培养（一）茎段培养将单倍体植株的茎段进行培养，诱导愈伤组织将单倍体植株的茎段进行培养，诱导愈伤组织 形成。由于单倍体愈伤组织在培养过程中会有一定频率的核内形成。由于单倍体愈伤组织在培养过程中会有一定频率的核内 有丝分裂，从而形成二倍体细胞，分化出纯合的二倍体植株。有丝分裂，从而形成二倍体细胞，分化出纯合的二倍体植株。 4.3 单倍体植株鉴定和染色体加倍 二、染色体加倍二、染色体加倍 （二）化学试剂诱变（二）化学试剂诱变有秋水仙素、有秋水仙素、Oryzalin、trifluralin、APM等。等。 1、秋水仙素诱导、秋水仙素诱导 （1）浸泡法）浸泡法无菌条件下以一定浓度的秋水仙素浸泡再生

21、小植株，再转无菌条件下以一定浓度的秋水仙素浸泡再生小植株，再转 移至新鲜培养基中培养。移至新鲜培养基中培养。 （2）生长锥处理）生长锥处理 秋水仙素水溶液直接涂抹生长点（顶芽或腋芽）秋水仙素水溶液直接涂抹生长点（顶芽或腋芽） 。 （3）培养基处理）培养基处理 将单倍体植株和任何一部分作为外植体，种植在将单倍体植株和任何一部分作为外植体，种植在 附加一定浓度和秋水仙素的培养基中培养一段时间后，转入无秋水附加一定浓度和秋水仙素的培养基中培养一段时间后，转入无秋水 仙素的相同培养基中继续培养诱导胚状体。仙素的相同培养基中继续培养诱导胚状体。 2、除草剂诱导、除草剂诱导 （毒性小，引起植株的变异几率小

22、）（毒性小，引起植株的变异几率小） 4.3 单倍体植株鉴定和染色体加倍 花药和花粉培养基本流程：花药和花粉培养基本流程： 预处理花药（物理或生理逆境）预处理花药（物理或生理逆境） 收集具胚性小孢子的花药，或离心收集胚性小孢子收集具胚性小孢子的花药，或离心收集胚性小孢子 培养（充足的营养、合适的温光、或条件培养）形成胚状体培养（充足的营养、合适的温光、或条件培养）形成胚状体 胚状体转移至固化培养基上胚状体转移至固化培养基上”萌发萌发”形成小植株。形成小植株。 选择合适的供体植株选择合适的供体植株 倍性鉴定或染色体加倍倍性鉴定或染色体加倍 5. 影响雄核发育和花粉花药培养的因素影响雄核发育和花粉花

23、药培养的因素 （一）基因型 植物基因型是影响雄核发育的最重植物基因型是影响雄核发育的最重 要的因素之一。同一物种中的不同基因要的因素之一。同一物种中的不同基因 型对小孢子离体诱导反应差异较大。型对小孢子离体诱导反应差异较大。 如在水稻中，籼稻花粉培养力远低如在水稻中，籼稻花粉培养力远低 于糯稻。于糯稻。 （二）供体植株生长条件和生理状态 1、植株生长条件、植株生长条件 光温等因素均能影响花药培养光温等因素均能影响花药培养 力。一般处于适宜生长条件（如温室中）较好。但物力。一般处于适宜生长条件（如温室中）较好。但物 种间存在差异。种间存在差异。 2、植株生长时期、植株生长时期 一般是开花始期优于

24、开花末期一般是开花始期优于开花末期 。 3、P花粉的频率花粉的频率 不同温度、日照时数、氮饥饿不同温度、日照时数、氮饥饿 及生长物质处理提高及生长物质处理提高P花粉的数量花粉的数量 （三）花粉发育时期 小孢子发育时期对诱导雄核小孢子发育时期对诱导雄核 发育非常重要。发育非常重要。 四分体四分体: 醋酸洋红染色醋酸洋红染色 四分体四分体: Alexanders 染色染色 单核期单核期 双核期双核期 成熟花粉粒成熟花粉粒 处于不同发育时期的烟草小孢子 单核晚期单核晚期 液泡液泡 第一次有丝分裂后期第一次有丝分裂后期 双核早期双核早期双核中期双核中期 生殖核生殖核 生殖核生殖核 营养核营养核 （四）

25、预处理（四）预处理 预处理是小孢子培养成功的前提条件预处理是小孢子培养成功的前提条件 预处理目的：是改变小孢子的发育方向，使尽可能多的小孢子从预处理目的：是改变小孢子的发育方向，使尽可能多的小孢子从 配子体发育途径转向孢子体发育途径（即成为具胚胎发生潜力的小配子体发育途径转向孢子体发育途径（即成为具胚胎发生潜力的小 孢子）。适当的预处理能使绿苗产量大量增加。孢子）。适当的预处理能使绿苗产量大量增加。 预处理方法：主要是对花药进行适度的逆境处理，包括低温、高预处理方法：主要是对花药进行适度的逆境处理，包括低温、高 温、化学物质、离心、射线等温、化学物质、离心、射线等9。 1 1、高低温处理、高低

26、温处理 低温低温预处预处理：指在接种之前将材料用理：指在接种之前将材料用0以上低温处理一段以上低温处理一段 时间后再接种。应用较多。处理温度一般在时间后再接种。应用较多。处理温度一般在1-141-14，时间从几小时，时间从几小时 至几十天不等。不同作物所用的预处理温度及时间差异较大。不同至几十天不等。不同作物所用的预处理温度及时间差异较大。不同 的处理温度需要不同的时间。的处理温度需要不同的时间。 例子例子: :小麦穗子培养前小麦穗子培养前44预处理几天，花药培养效率显著提高。预处理几天，花药培养效率显著提高。 十字花科未经低温预处理的花蕾，每花药产胚数为个，十字花科未经低温预处理的花蕾，每花

27、药产胚数为个，6-96-9 处理处理1 1天，产胚数提高到个，预处理天，产胚数提高到个，预处理4 4天后，胚状体产量降为个天后，胚状体产量降为个10 10。 。 预处理方法：预处理方法： 2 2、化学物质处理、化学物质处理 n包括高糖、甘露醇、秋水仙素、乙烯利等进行处理。包括高糖、甘露醇、秋水仙素、乙烯利等进行处理。 甘露醇仅能维持渗透压，不能提供碳源，其主要原理甘露醇仅能维持渗透压，不能提供碳源，其主要原理 是造成小孢子营养饥饿，从而使小孢子去分化。是造成小孢子营养饥饿，从而使小孢子去分化。 3、其它 包括包括射线、离心、磁场等。射线、离心、磁场等。 （五）培养基 1.1.基本培养基基本培养

28、基 主要为主要为N6和和MS培养基。在此基础上发展出一些培养基。在此基础上发展出一些 其它的培养基。如其它的培养基。如H培养基（适于烟草）、培养基（适于烟草）、C17培养基培养基 （适于小麦）、马铃署（适于小麦）、马铃署-培养基（适于马铃署）培养基（适于马铃署） 2.2.碳源碳源 包括蔗糖、麦芽糖、纤维二糖、葡萄糖、果糖、包括蔗糖、麦芽糖、纤维二糖、葡萄糖、果糖、 海藻糖等。不同作物所需最适的碳源种类及浓度的所海藻糖等。不同作物所需最适的碳源种类及浓度的所 差异。一般认为单子叶植物比双子叶植物需糖的浓度差异。一般认为单子叶植物比双子叶植物需糖的浓度 要高。玉米中蔗糖效果最好；而麦类作物中，麦芽

29、糖要高。玉米中蔗糖效果最好；而麦类作物中，麦芽糖 似乎为最好的碳源。似乎为最好的碳源。 3 3、激素、激素 4 4、氨基酸、氨基酸 5 5、活性碳、活性碳 6 6、pHpH （六）培养条件 1 1、温度、温度 物种间有差异物种间有差异 2 2、光照、光照 3 3、植板密度、植板密度 植板密度与花培效率有很大的相关性。植板密度与花培效率有很大的相关性。5103到到2104 ml密度均能有效培养。一般来说，足够数量的、但相对低密度的密度均能有效培养。一般来说，足够数量的、但相对低密度的 小孢子浓度有利于小孢子竞争营养、氧气、细胞分裂的空间，从小孢子浓度有利于小孢子竞争营养、氧气、细胞分裂的空间，从

30、 则有利于胚状体发生。则有利于胚状体发生。 缩短育种周期， 加快育种进程 克服远缘杂交的不亲和性 提高诱变育种效率 合成育种新材料，丰富遗传资源 单倍体育种的优点单倍体育种的优点 有利变异少， 须大量处理 材料 诱变的方向 和性质不能 控制 改良数量性 状效果较差 单倍体育种的缺点 1 玉米单倍体育种技术 大麦单倍体育种 技术 马铃薯双单倍体育种 技术 茄子花药培养技术 烟草单倍体育种技术 水稻单倍体育种 技术 甜（辣）椒花药培养 技术 单倍体育种技术应用 玉米单倍体育种技术玉米单倍体育种技术 利用单倍体技术可缩短培育优势杂种时间, 克服远缘杂 交产生的不亲合性、提高诱变育种的效率、合成玉米育

31、种 新材料。单倍体技术培育玉米自交系在美国正被玉米商业 育种家广泛地利用。在我国, 最早开展此项研究的中国科 学院遗传研究所, 通过采用孤雌生殖技术, 在不到20年的 时间里已育成3000多个孤雌生殖纯系, 其中综合性状优良 或个别性状突出, 可直接或间接用于育种的近350个, 选出 多个优良组合参加省级和国家级区试。遗单6号、科玉10 号、秦单5号已通过审定, 并在生产上进行推广11。 获得玉米单倍体技术获得玉米单倍体技术 1 自然发生的单倍体 生殖过程异常所引起的孤雌或孤雄生殖而来的玉米单 倍体,自然发生的单倍体的频率极低,仅为10-510- 8。 由于单倍体高度不育,其植株和它的组织器官

32、等都比它们 的二倍体弱小,所以自然界中存在的单倍体很少。 2 孤雌生殖 诱导玉米孤雌生殖的方法很多。利用异种花粉授粉, 刺激未受精卵发育引起孤雌生殖产生单倍体；利用紫外线 处理的玉米成熟花粉粒给正常植株授粉, 让已无授精能力 的花粉去刺激未受精的卵细胞单性发育成单倍体的胚；利 用甲苯胺蓝等化学药剂处理花粉产生单倍体。化学药物诱 导孤雌生殖常易产生一些影响生理生化和形态上的畸变, 其可靠性常受到怀疑。 3 花粉、花药培养 用花药、花粉组织培养技术获得单倍体。在 获得单倍体的同时，还常常出现已自然加倍了的 二倍体和双倍体。 4 传粉玉米子房诱导单倍体 利用花粉的生物刺激作用来诱导传粉的玉米 子房产

33、生单倍体植株, 可建立起高效、稳定的玉 米单倍体诱导体系。当授粉时间控制在12 22 h, 授粉子房均有可能诱导出单倍体植株，春 秋季诱导单倍体植株的效果比夏季好12。 5 远缘杂交单亲染色体消失 在远缘杂交中, 可能由于双亲体细胞分裂周期的不 同步, 导致某一亲本染色体的丢失, 从而引起单倍体的 发生。 6 辐射诱导 用射线照射花或父本花粉经X射线处理后, 给去雄的 母本授粉, 以影响授精, 诱导单性生殖产生单倍体。 7 利用高频诱导单倍体材料 美国发现了一个高频诱导单倍体的材料并定名为 Stock6, 为早熟、白色、粉质、硬粒型的玉米, 后又经 过两次回交和两次自交导入了控制子粒性状和植株

34、性状 的两种显性标记基因。它具有两个标记性状: 子粒有斑 纹、成株叶片和叶鞘呈紫色, 均是由互补基因控制。 Stock6诱导产生单倍体的原理已经清楚, 双授精过程中 一个精子与极核结合, 而另一个精子不能与卵结合形成 授精卵。在育种实践中用作父本, 被诱导的育种试材作 母本, 大约有3%的单倍体胚。此外还有A358、ZMS、MKS 、MHI 等一些单倍体诱导材料, 均能够产生大约3%的单 倍体胚。 玉米单倍体育种的前景玉米单倍体育种的前景 单倍体技术在玉米育种中的应用前景十分诱人。不 仅具有理论意义，还存在着巨大的生产潜力。首先对目 标诱导材料进行重组与改良，使其积累足够的有利基因 位点，然后利用单倍体技术使优良的基因快速纯合，获 得性状优良的纯系，这将会极大地发挥单倍体育种技术 的优势，极大提高玉米育种的效率。未来的工作将以进 一步完善单倍体诱导体系、提高单倍体诱导率和提高单 倍体加倍技术为重点研究方向。另外单倍体育种技术可 以和品种设计、分子育种、转基因技术等结合起来，使 单倍体育种技术发挥更大作用。 单倍体育种研究的现状单倍体育种研究的现状 单倍体育种的研究，确实是取得了很好的成绩。但 是研究才刚刚开始，还有