单倍体诱导技术在玉米育种中的应用
单倍体育种技术在玉米种质创新上的应用与实践

单倍体育种技术在玉米种质创新上的应用与实践
单倍体育种技术是一种种质繁殖技术,通过诱导玉米花粉体外部分生殖细胞的无性生殖,得到纯合的单倍体植株。
其优点在于可以快速获得纯合基因型的植株,并且可以大规模地批量繁殖。
因此,在玉米种质创新上,单倍体育种技术得到了广泛的应用与实践。
首先,单倍体育种技术可以用于加速玉米品种的选育速度。
在传统杂交育种中,需要进行多代的杂交配制和选择,往往需要多年时间才能获得理想的亲本组合。
而使用单倍体育种技术可以直接获得不同亲本的单倍体组合,从而缩短了选育周期,提高了选育效率。
例如,在玉米糯性育种中,使用单倍体育种技术可以获得不同基因型的纯合体系,便于对糯性相关基因的筛选与选择。
其次,单倍体育种技术可以用于玉米种质资源的筛选和利用。
玉米作为人类主要的粮食作物之一,拥有丰富的遗传多样性和基因资源。
使用单倍体育种技术可以对玉米种质资源进行筛选和利用,挖掘出更多的优良基因型和抗逆性强的品种。
例如,在毛蕊矮秆玉米育种中,使用单倍体育种技术可以大规模地筛选出优势的基因型,并结合传统杂交育种技术进行品种改良。
此外,单倍体育种技术还可以用于玉米基因组学和分子育种领域的研究。
使用单倍体育种技术可以构建出种质资源库和基因组图谱,为玉米基因组学和分子育种领域的研究提供更多和更好的实验材料。
例如,在玉米分子育种中,可以利用单倍体育种技术获得大量的纯合基因型材料,用于功能基因组学与关联分析。
总之,单倍体育种技术在玉米种质创新上的应用与实践取得了较大的成果,为玉米育种与繁殖提供了更高效、更快捷的方式和手段,为玉米种业的发展与进步做出了积极的贡献。
单倍体技术在玉米育种中的应用

单倍体技术在玉米育种中的应用单倍体技术是一种重要的分子育种技术,它可以在玉米育种中发挥重要作用。
单倍体技术是指通过体细胞培养和染色体工程等手段,将多倍体植物细胞转化为单倍体植物细胞,从而获得具有单倍体染色体组的植物材料。
这种技术可以用于玉米育种中的基因定位、基因克隆、基因功能分析、基因组测序等方面。
在玉米育种中,单倍体技术可以用于基因定位。
通过将多倍体玉米花药培养在含有适当激素和营养物质的培养基上,可以获得大量的单倍体植株。
这些单倍体植株具有不同的基因型,可以用于构建遗传图谱和进行基因定位。
通过将不同基因型的单倍体植株进行杂交,可以获得具有不同基因型的二倍体植株,从而确定目标基因的位置。
单倍体技术还可以用于基因克隆。
通过将多倍体玉米花药培养在含有适当激素和营养物质的培养基上,可以获得大量的单倍体植株。
这些单倍体植株可以用于构建基因文库,从而获得目标基因的DNA 序列。
通过对目标基因进行克隆和表达,可以进一步研究其功能和调控机制。
单倍体技术还可以用于基因功能分析。
通过将多倍体玉米花药培养在含有适当激素和营养物质的培养基上,可以获得大量的单倍体植株。
这些单倍体植株可以用于构建基因敲除或过表达的转基因植株,从而研究目标基因的功能和调控机制。
单倍体技术还可以用于基因组测序。
通过将多倍体玉米花药培养在含有适当激素和营养物质的培养基上,可以获得大量的单倍体植株。
这些单倍体植株可以用于构建基因组文库,从而进行基因组测序和分析。
通过对玉米基因组的测序和分析,可以深入了解玉米的基因组结构和功能,为玉米育种提供重要的基础数据。
单倍体技术在玉米育种中具有重要的应用价值。
通过单倍体技术,可以实现基因定位、基因克隆、基因功能分析和基因组测序等目标,为玉米育种提供重要的技术支持。
植物单倍体育种及其在玉米育种中的应用浅析

化学或物理方式实现加倍,使植物获得正常染色体数。 入,观察胚、胚乳与茎秆颜色,若是胚中出现紫色盾状体,
获得单倍体的途径主要有 2 种:1)体内发生,涉及自发 产生、假受精等,假受精常发生于玉米杂交;2)应用组 织培养技术展开离体培养,主要方式以无菌操作为主,
胚乳中出现色顶冠,茎秆颜色为紫色,则可明确鉴定结果。 2.3 玉米单倍体加倍 2.3.1 自然加倍
2.1 花药培养 玉米育种过程中,最为普遍的单倍体技术为花药培
养。通常情况下,取下仍处于孕穗期玉米的未成熟雄穗, 将其放置一段时间。在接种前期,使用醋酸洋红进行处理, 明确具体的发育时期。把小孢子发育单核中晚期与双核 早期的花药摘下,置于培养基中,25 d 左右后,再将其 转放在再生培养基当中。然后进行加倍处理,再自交,
为秋水仙素。应用方式为注射法、浸种法等,将秋水仙 素用于根尖或茎尖生长点。采用注射法需要确定最适宜 的浓度。魏俊杰等 [3] 将浓度为 0.01%、0.05%、0.10% 的 秋水仙素注射到茎尖生长点,经过分析与对比,发现浓 度为 0.01% 时效果最佳,若是未能控制好浓度,反而会 影响植株的健康生长。将 10% 甘油水溶液与 0.05% 秋水 仙素混合,用量约 0.5 mL,直接注射至内子叶,经过分 析与对比发现其效果极佳,可大大提高效率。浸种法是 最为简便的一种方式,采用这一方式也需要确定浸种液
为主,必然不能达到既定标准。因此,现如今需科学应 花药离体培养已经大大缩短了玉米育种年限,但因材料
用生物技术手段,即单倍体育种,及时优化育种模式, 选用不同,诱导的最终效果也受到时间、培养体系等直
提高效率与质量,满足人们日益增长的需求。
接或间接的影响,目前仍旧未得到统一。
2.2 孤雌生殖
1 植物单倍体育种技术
单倍体育种技术在玉米育种中的研究与应用进展

状、 单双倍体鉴定 方法 , 并就单倍体 育种技 术在玉米育种 中应 用
价 值 和 发 展 前 景 提 出 见解 。
1 玉米单倍体 获得 的途径
玉米单倍体育种是利用 自然发生或人工诱导产生
单 倍 体植 株 , 加倍 获 得 纯合 的二倍 体植 株 , 再 从 中选 育 自交 系 , 主要 有 诱 导 系 品种 问杂 交 法 、 组织离体培养 、
化学诱 导 等途径 。 1 . 1 诱 导 系品 种 间杂交 途径 诱 导 系品种 问杂 交指 用
关键词 : 玉米 ; 单倍 体 ; 二倍体加倍
玉米( Z e a ma y s L . ) 是 最早 应用 杂种 优势 的作 物之
一
,
而 适 应 性 强 的 白交 系 是 开 展 此项 工作 的前 提 。 目
基金 项 目 : 八 师石 河 子 市 农业 科 技 攻 关计 划 ( 2 0 1 3 N Y1 3)
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该 系作 亲本 , 与 选 系用 的基 础 材料 进 行 杂交 , 杂 交后 在 当代 杂交 果 穗 上 就 可 以产 生 一定 比例 的单 倍 体 子 粒 。 S t o c k 6是 最早 在 玉 米 单倍 体技 术 中应 用 的诱 导 系 , 杂 交后 代 中能够 产生 2 . 2 9 % 的孤 雌生 殖单 倍 体 】 。S t o c k
前 自交 系选 育 的主要 方 法有 常 规选 育 法 和单 倍体 育种 法。常规选 育法育种 周期长 、 选 择效率低 , 至 少 需 要 4 ~ 6年 的周 期 … 。单 倍 体 育 种 技术 直 接 利 用 配 子体 进 行 选择 , 只需 2 ~ 3年 即可 育 成稳 定 的纯 系 , 大 大缩 短 了 选 育 自交 系 的 时 间 、 减 少成 本 。本 文 通 过 对 玉 米单 倍
单倍体育种技术在玉米种质创新上的应用与实践

单倍体育种技术在玉米种质创新上的应用与实践单倍体育种技术是一种重要的种质创新方法,通过将玉米花粉诱导产生无染色体的花粉母细胞,结合化学诱导剂处理,使花粉母细胞发生有丝分裂,形成单倍体植株。
单倍体植株具有单一基因型,因此可以加速育种过程,提高育种效率。
下面,我将详细介绍单倍体育种技术在玉米种质创新上的应用与实践。
玉米是我国的重要粮食作物和经济作物,通过单倍体育种技术可以加快玉米种质创新的速度。
单倍体植株具有单一基因型的特点,可以用来筛选优良的农艺性状和抗性,加速对玉米基因的了解和利用。
通过单倍体育种技术可以实现多个亲本的杂交,并且不受杂交障碍的限制,有利于进行杂种优势的利用和新品种的选育。
单倍体植株还可以通过遗传工程等技术手段进行基因插入或删除,进一步改良玉米的性状和品质。
在实践中,单倍体育种技术已经在玉米种质创新中得到了广泛应用。
通过单倍体诱导技术,育种人员可以将不同的亲本杂交产生大量的单倍体植株。
这些单倍体植株可以根据自身性状进行初步筛选,并进行自交或重组杂交,通过连续选择和杂交,最终选育出具有优良性状和抗性的新品种。
通过单倍体育种技术,研究人员成功选育了抗赤霉病的玉米新品种。
单倍体育种技术还可以应用于玉米遗传育种的基础研究中。
通过分析不同单倍体植株的性状和基因型,可以了解不同基因对玉米性状的影响,并研究基因之间的相互作用和遗传规律。
这对于深入了解玉米的遗传机制,揭示重要基因及其功能具有重要意义。
通过对不同单倍体植株进行遗传分析和基因组学研究,研究人员成功鉴定了多个与玉米籽粒产量和质量相关的关键基因。
单倍体育种技术还可以应用于玉米育种中的基因编辑和转基因改良。
通过单倍体育种技术,可以利用遗传工程手段插入或删除特定基因,从而实现对玉米性状和品质的改良。
通过单倍体育种技术,研究人员成功插入了与抗虫害和抗病害相关的基因,使得玉米具有更高的抗性和产量。
单倍体育种技术在玉米种质创新上具有重要的应用与实践价值。
单倍体技术在玉米育种中的应用

单倍体技术在玉米育种中的应用玉米(ZeamaysL)是一种在世界范围内广为种植的农作物,在食品物质、动物饲料、化学原料和可再生能源领域均具有重要的经济价值,是世界上最重要的粮食作物之一。
然而,在过去的几十年中由于气候变化和玉米作物的病虫害、遗传起伏等因素,玉米生长受到了严重的影响,给农民的收获带来了极大的损害。
为了改善玉米的品质,开发出适应性强的玉米新品种,单倍体技术被越来越多地应用于玉米育种领域,取得了良好的效果。
单倍体技术是一种基于植物染色体展现的突变类型,即在染色体中出现了单个染色体,而不是一对染色体出现,这样就可以获得更多可以改进育种作的突变基因。
这种技术在玉米育种背景下具有很多优势,可以提高玉米新品种的抗性和适应性,促进玉米育种的进步。
首先,单倍体技术可以获取大量的重要性状基因。
在玉米育种过程中,如果运用单倍体技术,则可以获取大量的新突变体,这些突变体中蕴含了大量重要性状基因,可以满足不同环境条件下玉米育种的需求。
因此,单倍体技术的应用可以更好地改进玉米的产量、品质和抗性,从而提高了玉米新品种的选择性,有效地降低了玉米种植的风险。
其次,使用单倍体技术可以更有效地实现玉米育种的目标。
借助于单倍体技术,可以在低成本的情况下,获得大量的突变体,从而能够更快地改良玉米新品种,进而缩短时间,实现玉米育种的目标。
此外,单倍体技术还可以帮助科学家们研究和分析从玉米中获得的生物和抗性数据,从而能够更好地指导玉米育种。
许多研究者已经使用单倍体技术来研究玉米抗病性,结果发现,单倍体技术在玉米育种方面取得了很大的进展,科学家们可以有效地利用这些突变的数据来研究玉米的生理抗性。
综上所述,单倍体技术是一种新兴的玉米育种技术,它不仅可以提高玉米新品种的抗性和适应性,还能有效加快玉米育种的进程,缩短研究时间,为科学家们研究玉米抗性提供新的机会,为玉米育种提供可靠的保障。
因此,在今后的时间里,单倍体技术将成为玉米育种的重要工具。
单倍体育种技术在玉米育种实践中的应用探究

单倍体育种技术在玉米育种实践中的应用探究摘要:玉米是世界上重要的粮食作物之一,其遗传改良一直是农业领域的重要任务。
单倍体育种技术作为一种先进的分子生物学工具,为玉米育种带来了新的机遇。
本文旨在探究单倍体育种技术在玉米育种中的应用,从诱导单倍体到遗传改良等方面进行深入分析,以期为玉米育种提供新思路和方法。
通过单倍体技术,可以更好地理解玉米基因组,提高育种效率,实现杂交优势利用,进行基因编辑,加速育种过程,并充分利用遗传多样性。
这些应用有望为解决粮食安全和农业可持续性提供有力支持。
关键词:单倍体育种技术;玉米;应用引言玉米作为全球最重要的粮食作物之一,其育种一直是农业领域的热门研究方向。
随着世界人口不断增长和气候变化的影响日益显著,提高玉米产量和适应性变得尤为紧迫。
单倍体育种技术作为一种先进的育种方法,为解决这些挑战提供了有力工具。
1 单倍体育种技术的基本原理1.1 诱导单倍体单倍体育种技术的第一步是通过体细胞培养和诱导技术,将植物细胞诱导转化为多倍体细胞。
常用的方法包括体细胞培养、激素处理、化学诱导剂以及基因工程等手段。
这些方法能够刺激细胞分裂和细胞壁分离,从而形成多倍体细胞。
1.2 产生单倍体通过诱导过程得到的多倍体细胞,还需要经过染色体减半的过程,形成单倍体。
常见的方法有体细胞胚胎培养、花药培养和无菌花瓣培养等。
这些技术能够在无性繁殖阶段将多倍体细胞转化为单倍体细胞,减半染色体数量[1]。
1.3 遗传分析和筛选获得单倍体细胞后,可以进行遗传分析和筛选工作。
遗传分析可以通过分子标记技术和生物学方法,对单倍体细胞进行基因型分析和育种性状评价。
通过这些分析,可以筛选出具有优良基因型和性状表现的单倍体细胞,作为育种的潜在材料。
1.4 育种选优在遗传分析的基础上,选择具有优良性状和基因型的单倍体细胞,用于育种选优。
单倍体育种技术可以为育种工作提供更多潜在的材料和选择空间。
通过交配和杂交等方法,将具有优良基因型和性状的单倍体细胞与其他杂交种质进行杂交,进一步获得更优良的品种。
单倍体育种技术在玉米种质创新上的应用与实践

单倍体育种技术在玉米种质创新上的应用与实践玉米是我国最为重要的粮食作物之一,也是全球种植面积最广、生产量最高的粮食作物。
玉米的遗传改良一直是农业科技领域研究的重要方向之一。
而单倍体技术作为种质创新的关键技术之一,也被广泛应用于玉米遗传育种中。
本文将重点介绍单倍体技术在玉米种质创新上的应用与实践。
一、单倍体技术简介单倍体技术是指通过人工诱导雄性生殖细胞的不分裂发育形成的单倍体植株。
具体操作流程为将花粉供体与雌蕊蕾供体处理后,将形成的单倍体植株进行筛选和鉴定,最终获得有用的材料。
单倍体技术可以通过重组不同亲本的基因从而获得新的品种。
在玉米育种中,单倍体技术被广泛应用于杂交育种、物种间杂种育种、基因转化以及基因组学研究中。
1. 加速育种单倍体技术可以将玉米杂交种的世代间隔从5年左右缩短到1年左右,从而加速育种进程。
通常情况下,杂交育种需要至少6代自交纯化,才能得到稳定的纯系自交系。
而单倍体技术可以在第一代自交系中筛选和鉴定稳定的纯系品系,因此可以大大缩短育种周期,提高育种效率。
同时单倍体技术还可用于物种间杂交,获得物种间稳定的材料,为玉米基因育种提供了更多的可能性。
2. 基因组学研究基因组学是研究基因组结构和功能的学科,单倍体技术可以极大地促进基因组学研究。
玉米基因组规模达到2500兆碱基对左右,相比较而言,人类基因组规模约为3兆碱基对,因此,对于玉米基因组结构和功能的研究,需要大量的研究材料。
传统的玉米杂交育种需要大量的时间和人力资源,而单倍体技术可以迅速地获得高效率和质量的分子标记,这为进一步的基因组学研究提供了强大的支持。
3. 基因转化单倍体技术可以为多种基因转化方法提供基础材料。
在基因转化过程中,需要大量的高易感性、高再生性的植物组织作为转化材料。
单倍体植株可以在相对短的时间内获得纯合的基因型,为细胞培养和基因转化提供有用的材料。
不仅可以提高基因转化的效率,还可以降低育种成本,为新品种的创造提供便利条件。
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单倍体诱导技术在玉米育种中的应用刘培勋;刘和平;罗仁革;方军;黄成玺;曾锂【摘要】单倍体技术在种质改良和品种选育上具有显著的优势,已在实践中得到广泛应用.遗传诱导是获得单倍体最有效的方法.本文对单倍体育种的概况,单倍体的诱导,鉴定和染色体加倍的方法及发展情况进行了综述,并讨论了该技术在玉米育种中的应用.【期刊名称】《种子》【年(卷),期】2014(033)005【总页数】4页(P49-52)【关键词】玉米;育种;单倍体【作者】刘培勋;刘和平;罗仁革;方军;黄成玺;曾锂【作者单位】四川省广元市农业科学研究所, 四川广元628017;四川省广元市农业科学研究所, 四川广元628017;四川省广元市农业科学研究所, 四川广元628017;四川省广元市农业科学研究所, 四川广元628017;四川省广元市农业科学研究所,四川广元628017;四川省广元市农业科学研究所, 四川广元628017【正文语种】中文【中图分类】S335.4;S513单倍体(haploid)指具有配子染色体数的细胞或个体。
双单倍体(doubled haploid,DH)是指单倍体细胞(n)经过自然或人工诱导染色体加倍而形成的一种纯合基因型(2 n)。
诱导单倍体技术就是利用单倍体诱导系通过杂交诱发产生单倍体,再通过染色体组加倍使植物恢复正常染色体数,从而获得纯合基因型的一种育种方法,也称作单倍体育种。
全世界已有250余种作物应用了双单倍体技术,12种作物培育出了来自于栽培种的DH系。
利用单倍体诱导系可明显提高亲本产生单倍体的概率,此法简单易行,是目前制备单倍体最常用、最经济的方法之一[1]。
诱导单倍体技术在玉米遗传育种上具有以下优点:(1)两代培育出纯系,相比常规的育种方法需要六、七年获得一个纯系,显著缩短了育种周期;(2)流程简单,大大减少了培育自交系所需时间、人力和财力;(3)使选择变得更高效和精确,尤其是与分子标记和全年种植的苗圃结合应用的时候;(4)通过快速聚集控制产量和抗性的有利基因来培育或改良自交系,较传统方法简单、省时;(5)DH系没有显性基因的的掩盖,由隐性基因控制的性状容易显现,有助于研究诱变育种和突变遗传,同时在选择时能够淘汰不利的隐性性状个体;(6)为从事标记-形状连锁研究,功能基因组学,分子细胞遗传学和遗传工程研究提供了更好的选择[2]。
单倍体育种技术与常规育种技术的有机结合,提高了育种的效率,开辟了育种的新途径,成为选育自交系的重要手段。
玉米是世界三大粮食作物之一,我国是世界第二大玉米生产国,玉米在国民经济中占有重要地位。
玉米单倍体的研究及DH系在玉米育种上的利用始于1947年,Chase最先将选育的优良DH系用于杂交种的组配[3]。
最初,人们依靠自然变异获得单倍体,其发生频率非常低,难以在商业育种中应用。
单倍体诱导系Stock 6(诱导率2.3%)的出现,标志着体内单倍体诱导体系的建立,单倍体育种取得重大突破,此后在Stock 6的基础上出现了一系列高诱导率的诱导系[4]。
过去的10~15年,双单倍体诱导系在温带地区取得了迅猛发展,欧洲、北美、中国等已将其广泛应用于商业玉米育种[5]。
然而,种植热带玉米的南美、非洲南部以及亚洲南部等地区研究却相对滞后。
玉米诱导单倍体育种的一般步骤为:(1)诱导系作父本与基础材料杂交,基础材料一般是杂交种或由杂交种自交选出的F2代;(2)利用花青素颜色标记鉴别单倍体种子;(3)单倍体种子发芽生长;(4)秋水仙素或其他有效的加倍剂处理幼苗,使其染色体组加倍;(5)适当的农艺性状调查及D 0代植株自交,衍生出D 1代植株(DH);(6)进一步在育种中选择利用双单倍体系。
本文就玉米育种中诱导单倍体技术的应用进行了探讨,以期为进一步优化和完善玉米单倍体育种技术,及其在我国推广、应用提供参考。
体内诱导母本产生单倍体是一种高效的单倍体育种方法,现有的商业化双单倍体系育种项目都是建立在此基础上。
虽然过去有些科研单位通过体外诱导的方法获得了DH系,但是一些因素限制了其发展,例如:许多玉米基因型无响应,此外还需要完善的配套实验室和专业的技术人员等。
相对而言,体内诱导单倍体更加简单,诱导系Stocks的遗传力以及引入花青素颜色标记,使遗传学家鉴定单倍体种子和幼苗非常方便,促进了更多高诱导率的单倍体诱导系的出现[6]。
关于诱导母本产生单倍体通常有两种假说:(1)诱导系提供两个精子,其中一个有缺陷,但是也能与卵细胞结合,融合后的细胞在细胞分裂过程中来自诱导系的染色体逐渐退化,最后消失,另一个精子与中心细胞结合,形成三倍的胚乳细胞;(2)两个精子中的一个不能与卵细胞结合,但能触发母本胚胎发生,另一个精子与中心细胞结合发育成胚乳[7]。
这样就导致同一个果穗上同时出现一定概率的单倍体籽粒(n)和大部分的二倍体籽粒(2 n),单倍体籽粒同样具有三倍的胚乳(3 n),具有和正常植株一样的萌发能力。
1959年,Coe发现玉米单倍体诱导系Stock 6在作为父本对其他品系授粉杂交时可以产生一定概率的母本单倍体,首次使玉米单倍体诱导选系理论在实际中得到应用。
从此,玉米单倍体诱导系的研究取得了飞速的发展,大量具有高诱导率和商业应用价值的诱导系开始涌现。
温带的诱导系主要包括:(1)KMS和ZMS,都来自Stock 6;(2)WS14,W23 ig与 Stocks杂交而来;(3)KEMS(Krasnador Embryo Marker Synthetic);(4)MHI(Moldovian Haploid Inducer),KMS和 ZMS杂交而来;(5)RWS(Russian inducer KEMS+WS 14),KEMS和WS14杂交的后代;(6)UH 400,由霍恩海姆大学从KEMS中选出;(7)PK 6;(8)HZl 1,由Stock 6得到;(9)CAUHOI,中国农业大学使用Stock 6与高油群体杂交而来;(10)PHI(Procera Haploid Inducer),MHI和Stock 6杂交而来。
2007年以来,温带的诱导系UH 400,RWS,RWS×UH 400已在 CIMMYT的热带和亚热带种质圃应用成功。
目前,温带诱导系还不太适应热带的低海拔环境,高效的、大规模的在热带应用温带诱导系还存在着很多问题,如:花粉活力低,结实率低,热带病害严重等。
相比而言,热带诱导系的研究则相对缓慢,自2007年CIMMYT全球玉米工程集中在热带、亚热带玉米主栽地区优化双单倍体技术以来,才创制出适应热带种植的单倍体诱导系TALLs,其诱导率达到9%~14%。
我国利用单倍体诱导选系开展较晚,但取得了很大的成就。
刘志增等[8]对Stock 6进行了遗传改良,将高油玉米群体BHO与单倍体诱导系Stock 6进行杂交,选育成了农大高诱1号。
这是我国第一个玉米母本单倍体诱导系,它结合了ABP1紫色植株标记和独特的大胚面标记,平均单倍体诱导率为5.34%。
才卓等[9]从Stock 6与M 278杂交后代中选育成了吉高诱系3号,诱导率高达10.40%。
鉴定诱导产生的单倍体方法很多,包括细胞遗传学方法、形态学方法、解剖学方法、射线照射法、生理生化方法、分子生物学方法和遗传标记法。
其中,遗传标记法是最简单可行、应用最广泛的方法,其鉴定主要依靠显性的花青素颜色标记R 1-Navajo(R 1-nj),该标记在诱导系胚和糊粉层表达。
基础材料一般没有这种标记,这样R 1-nj使得单倍籽粒与二倍籽粒能够清楚分别,大部分籽粒具有紫顶、紫胚芽或顶部、胚芽均无标记性状的为二倍体,小部分籽粒具有紫顶而胚芽是白色为单倍体[10]。
此外,可将籽粒顶部紫色和白色胚芽的拟单倍体籽粒进行单粒播种,利用单倍体植株具有细弱,柱头长,花粉粒小而空瘪,植株矮化等特点,可以根据植株长势、形态进一步鉴定单倍体。
依靠R 1-nj遗传标记鉴选单倍体虽然有效,但是仍然有些问题:(1)当基础材料含有显性的花青素抑制基因(C 1-l,C 2-ldf,In 1-D 等)时,R 1-nj完全不表达,使得单倍体籽粒无法鉴别。
目前的测试研究表明,单倍体诱导系与不同基础材料杂交时,R 1-nj基因表达被抑制的概率为8%左右;(2)单倍体的鉴定只能人工完成,只有受过系统培训的技术员才能够通过颜色表达情况准确、快速地鉴别出单倍体;(3)收获时玉米籽粒的含水量也会影响颜色的鉴定。
当鉴别单倍体干种子困难时,拥有花青素基因B 1(Booster 1)和Pl 1(Pueple1)的诱导系也能用于鉴别单倍体,他们能使胚芽鞘和根呈现紫色[11]。
为了避免由于花青素标记的低表达造成单倍体鉴别错误,育种家提出将玉米籽粒的含油量作为标记,用于鉴别单倍体,利用核磁共振技术可以轻松测定籽粒含油量。
Li等[12]在Stock 6后代中选出高含油量(78g/kg)的诱导系,这使得单倍体的鉴选可以同时通过R 1-nj相关的子叶着色缺失或胚的含油量高低来实现。
2012年,Jones等[13]试验利用近红外光谱区分单倍体和杂种玉米籽粒,这个方法成功鉴定了不同基因型混合种子中11/13的单倍体和25/25的杂种。
单倍体自然加倍发生的概率非常低,远不能满足玉米育种的要求,利用化学试剂处理可以提高单倍体加倍的频率。
这些化学试剂能抑制细胞的有丝分裂,使染色体加倍。
目前使用较多的染色体加倍剂是秋水仙素,它最初来源于秋水仙的鳞茎,是一种水溶性的生物碱,味苦,有毒。
有丝分裂中期,秋水仙素能制约微管蛋白、抑制纺锤体的形成;到了后期,2个复制的姊妹染色单体分离,但不移向细胞的两极,而是停留在细胞的中心;末期,细胞内产生新的核膜将染色体全部包裹。
这样,染色体虽然纵裂,但细胞不分裂,就形成了含有加倍了染色体的细胞。
Gayen等[14]采用切除单倍体的胚芽鞘,然后用0.06%的秋水仙素和0.5%的DSMO混合液18℃处理12 h,使单倍体加倍取得了突破性进展。
Deimling等通过将根切至20~30 mm长,并在黑暗环境下进行浸泡处理,进一步增加了加倍效率。
秋水仙素处理后将幼苗仔细清洗后,放置温室长至5~6叶,然后可移栽到大田。
经过秋水仙素处理的幼苗大约三分之一能够完成散粉和自交,最后产生种子。
在秋水仙素溶液中添加一些辅助剂(DMSO、吐温和细胞分裂素等)可提高加倍效率。
目前常用的加倍方法主要采用浸种法、浸根法和注射法等对玉米单倍体的根尖或者茎尖生长点进行处理。
(1)浸种法:直接用秋水仙素溶液浸泡种子;(2)浸根法:用试剂浸泡根尖;(3)注射法:是指把试剂溶液注入玉米幼苗的一种方法。
目前,秋水仙素的诱导率大概在8% ~10%,然而,处理也不是总是有效。
此外,秋水仙素有毒,有致癌性,需要小心操作和安全清理。