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玉米单倍体育种技术研究进展.doc

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玉米单倍体育种技术研究进展.doc
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1玉米单倍体育种技术研究进展高军,贺兰,王继进,……,……(北京金色农华种业公司河北事业部,河北石家庄邮编)摘要:本文介绍了玉米单倍体育种的几个关键步骤,对如何获得单倍体、如何进行单倍体鉴定以及单倍体加倍等技术进行了综述,并对玉米单倍体育种的现状和发展前景作了初步分析。关键词:玉米,单倍体,育种玉米在全世界范围广泛种植,是仅次于小麦和水稻的第三大粮食作物(FAO,1994) ,同时也是粮食作物中用途最广、可开发产品最多、用量最大的工业原料。随着人口的增加和经济的发展,玉米的需求量不断上涨。耕地面积减少和环境的恶化使人们对高产、优质、抗逆性强的玉米新品种需求日益迫切。而目前用常规育种方法获得高配合力的纯合自交系,常需耗费大量的人力和时间,加以连续多年的人工自交与选择,获得一个纯系平均需要 4-6 年的时间(Kuo 等,1994) 。常规的育种技术已经越来越不能满足人们的育种需求。近年来,单倍体育种技术、基因工程育种、分子标记辅助育种等生物技术手段的发展提高了育种效率,开辟了玉米育种的新途径。加快自交系的选育和纯化历来是玉米育种工作的主要内容和基础。采用单倍体育种技术选育自交系可使材料的纯化从常规育种的 5-7 年缩短到 1-2 年,大大提高了育种效率。从我国育种现状看,单倍体育种技术已经成自交系选育的重要手段,并在生产实践中得到广泛应用。近年来,随着人们对单倍体育种的深入研究和科技的进步,逐渐形成的单倍体育种的育种思路:①诱导获得单倍体;②单倍体水平的选育;③多倍体的重新合成(梁文科等,2004) 。其中,单倍体的获得和单倍体的二倍化是玉米单倍体育种的关键过程。玉米单倍体育种技术主要步骤有:1)自然发生的单倍体、孤雌生殖、花药(花粉)培养、远缘杂交单亲染色体消失、延迟授粉诱导、辐射诱导以及利用利用单倍体启动基因等技术和途径获得单倍体;2)在获得玉米单倍体以后,需要进行单倍体鉴定确认,主要的方法有:形态解剖学方法、细胞遗传学方法、射线照射法、分子标记法等;3)获得的单倍体是无法直接进行育种利用的,必须进行染色体加倍,使之成为能够利用的二倍体纯系,加倍的途径主要有两个,一是自然加倍,正常花粉粒很少,单倍体自然加倍的频率仅占全部单倍体植株的 10%;人工加倍目前主要是利用秋水仙素处理,处理单倍体的根尖或茎尖生长点,能够获得较好的加倍效果。1 单倍体的获得玉米自然发生单倍体的频率是 0.05%-0.1%。主要是母本单倍体( 孤雌生殖),孤雄生殖单倍体很罕见,其发生的频率为十万分之一(Randolph,Fisher,1939;Chase,1948) 。所以,自然界中存在的单倍体极少,人们主要采用人工诱变的方式获得所需要的单倍体。1.1 人工诱变单倍体1.1.1 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;利用紫外线或 X 射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(TB)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(刘志增等,1999;石太渊,2000) 。21.1.2 花药(花粉)培养用花粉(小孢子)培养技术获得单倍体在许多植物上都已取得成功。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。这个方法的缺点是:要经过组织培养的过程,先诱导愈伤组织,再分化形成再生植株,但并非每个小孢子都能无性增殖。此外,二倍体化以后,因适应性问题而出现生长或结实的困难。花培育种效率不高、绿苗诱导率低、染色体加倍的困难等也是原因。从理论上说,玉米花药培养是快速获得玉米纯系的有效途径。但至今通过玉米花药培养获得花培纯系和杂交种很少有大面积应用于生产(郭奕明等,2001) 。目前国内外研究表明,一般愈伤组织诱导率可达 2%的水平,绿苗率达到 2%的水平。1.1.3 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。1.1.4 延迟授粉诱导延迟授粉,花粉管即使到达胚囊内,卵细胞由于丧失受精能力而不能受精,但其受花粉管刺激后容易引起分裂,从而进行孤雌生殖形成单倍体植株。去雄后延迟授粉可以大大提高孤雌生殖的诱导率(姜昱等,2008) 。其原因可能是授粉促进胚乳的形成,从而保证孤雌生殖幼胚的顺利发育。1.1.5 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。1.1.6 利用单倍体启动基因1950 年美国的 North rup King 种子公司发现了一个高频诱导单倍体的材料。EdCoe(1956)发现这份材料有利用的价值,并导入了控制子粒性状和植株性
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