玉米單倍體的常用鑒定方法分析

布阿依夏木·那曼提

[摘 要] 近十幾年以來，以生物誘導(dǎo)技術(shù)為基礎(chǔ)的玉米單倍體育種方法已成為新一代玉米育種的重要技術(shù)。國外許多種業(yè)公司已經(jīng)實現(xiàn)了玉米單倍體育種的規(guī)?；瘧?yīng)用。但是，如何鑒別玉米種子是否為單倍體成為了備受關(guān)注的重要課題?；诖?，本文綜述玉米單倍體的常用鑒定方法。

[關(guān)鍵詞] 玉米；單倍體；鑒定方法

[中圖分類號] S513 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1674-7909（2017）21-66-2

單倍體育種是生物學(xué)界的一個重要研究課題，要在現(xiàn)實生產(chǎn)、研究中利用植物單倍體，首先需要考慮的是如何準(zhǔn)確地鑒別單倍體。目前，國內(nèi)外有關(guān)育種機(jī)構(gòu)鑒別玉米種子單倍體的主要方法是種子籽粒顏色標(biāo)記法。然而，由于玉米種子的標(biāo)記表達(dá)較弱，導(dǎo)致鑒定效率較低。基于此，本文綜述近幾年玉米單倍體鑒定的常用技術(shù)。

1 細(xì)胞遺傳學(xué)方面

在育種領(lǐng)域，鑒別植物體細(xì)胞或者減數(shù)分裂細(xì)胞中的染色體對數(shù)是識別植物體是否為單倍體的最基本和最有效的方法。同時，單倍體細(xì)胞中常可以看到自發(fā)的二倍化現(xiàn)象，以及由此導(dǎo)致的植物細(xì)胞組織的混倍性現(xiàn)象。植物細(xì)胞染色體計數(shù)的常用方法是將待測植物細(xì)胞制作成臨時顯微鏡片，然后使用洋紅等染色劑進(jìn)行染色，而后進(jìn)行統(tǒng)計分析，確定是否為單倍體。

在玉米單倍體的鑒別中，常用的玉米細(xì)胞核染色體分析方法是細(xì)胞光度計法，此方法精確度較高，缺陷是無法準(zhǔn)確區(qū)分非整倍單倍體和整倍單倍體。細(xì)胞光度計法的適用范圍是植物組織中不含某些分裂細(xì)胞，此方法在鑒定天竺葵和煙草的單倍體方面發(fā)揮了良好的效果。

2 植株的形態(tài)學(xué)特征

細(xì)胞學(xué)方法的精確度較高，但是，其常用于試驗樣本較少的情形下。基于細(xì)胞學(xué)方法的耗時、程序復(fù)雜的特點(diǎn)，如果需要分析的樣本數(shù)量較大，此方法會受到一定限制。而簡單易行的形態(tài)學(xué)鑒定方法可以滿足分析要求。

玉米單倍體的生長特征表明，具有單倍體常比標(biāo)準(zhǔn)親本植株小得多，加之單倍體不育性的特點(diǎn)，即可在大量樣本中識別出生長狀態(tài)下的單倍體植株。國外學(xué)者曾對6個玉米單倍體與其親本植株進(jìn)行了形態(tài)學(xué)方面的研究，結(jié)果認(rèn)為單倍體植株在株高、葉長及葉寬等方面相當(dāng)于同品系二倍體玉米植株的70%，雄穗的分枝數(shù)、苞葉數(shù)和穗行數(shù)只占到同品系二倍體植株的90%左右。玉米單倍體植株的花期要早于同品系的二倍體植株[1]。

從植株單倍體的形態(tài)學(xué)特征來看，單倍體玉米植株生長較為緩慢，葉片、株高等形態(tài)學(xué)要素均明顯低于非單倍體。而單倍體相較于非單倍體，其生存能力較強(qiáng)，長勢明顯旺盛。所以，在玉米6葉期即可較為容易地區(qū)分單倍體和非單倍體。

3 放射性鑒定法

玉米種子、幼苗在逐漸長成為植株的過程中，隨著倍數(shù)性的增加，植株的抗輻射能力也會提高，葉片的抗輻射特征也適用于這種規(guī)律。這種方法是采用電離射線照射植株葉子部分，被照射部分會出現(xiàn)褪色現(xiàn)象，而后出現(xiàn)輻射壞死特征，由此即可判定倍性變化。此種方法是區(qū)分單倍體和多倍體的最基本方法。由于照射程度的差異，被照射葉片的壞死程度和時間均會出現(xiàn)不同。輻射強(qiáng)度較弱時，葉片出現(xiàn)褪色的現(xiàn)象較弱或者無明顯變化；輻射強(qiáng)度較大時，葉片壞死程度極為明顯。

在玉米的單倍體研究中，在X射線（劑量為210千倫）照射下，單倍體在2 d內(nèi)就會出現(xiàn)壞死現(xiàn)象，而二倍體則在20 d左右才出現(xiàn)壞死現(xiàn)象。同時，這種方法可以實現(xiàn)短時間對超過1 000張葉片的照射，分析過程較為快捷。

4 遺傳標(biāo)記法

在植物育種領(lǐng)域，利用遺傳標(biāo)記來鑒別單倍體應(yīng)用廣泛。在玉米單倍體鑒別中，主要利用玉米的胚與胚乳性狀標(biāo)記。

遺傳標(biāo)記法最早由國外學(xué)者創(chuàng)立，1947-1969年Chase在進(jìn)行單倍體植物的研究中提出：如果母本植物具有相應(yīng)的隱性性狀，父本為顯性性狀，那么獲得的單倍體就為母性單倍體；反之，如果母本為顯性性狀，父本為隱性性狀，即可獲得雄性單倍體。鑒別過程也較為簡便，在幼苗生長過程中，剔除那些帶顯性的幼苗，保留不帶顯性的幼苗作為擬選的單倍體進(jìn)行下一步分析。

玉米的色素性狀是目前顯性遺傳特征中最為直接的特征，對玉米籽粒的標(biāo)記是鑒別單倍體的首選材料。在玉米基因中，大部分基因決定著玉米籽粒色素的形成。由此可見，在育種過程中加入相關(guān)色素基因，使得玉米籽粒更易于標(biāo)記鑒別。但是，實際操作發(fā)現(xiàn)，此種標(biāo)記方法對基因的選擇性較強(qiáng)，材料不同所表達(dá)的信息也就存在差異，環(huán)境條件同樣也會對標(biāo)記結(jié)果產(chǎn)生一定影響。

5 籽粒的油分標(biāo)記法

本方法最早是由我國學(xué)者提出來的[2]，鑒定原理是利用油分的花粉直感效應(yīng)，即如果使用高油脂的單倍體誘導(dǎo)系做父本，產(chǎn)生的雜交籽粒的油分會遠(yuǎn)高于母本自交產(chǎn)生的籽粒，單倍籽粒體缺少花粉直感的過程，因此其籽粒所含油分明顯較低[3]。核磁共振儀與紅外光譜儀均可以實現(xiàn)單倍體鑒定中籽粒油分含量分析。

6 結(jié)語

總體來看，隨著育種技術(shù)的不斷進(jìn)步，玉米單倍體鑒定技術(shù)也得到了發(fā)展，從人工到自動化、從粗略到精準(zhǔn)、從單一到多樣規(guī)?；壳坝衩椎膯伪扼w育種誘導(dǎo)率可以達(dá)到12%～16%，隨著單倍體鑒定技術(shù)逐步工廠化運(yùn)作，將極大地提高種質(zhì)資源的創(chuàng)新進(jìn)度。

參考文獻(xiàn)

[1]Chal，武麗石.玉米母體單倍體特性及其在玉米育種中的應(yīng)用潛力[J].園藝與種苗，1996（2）：8-10.

[2]陳紹江，宋同明.利用高油分的花粉直感效應(yīng)鑒別玉米單倍體[J].作物學(xué)報，2003（4）：587-590.

[3]宋俏姮，楊躍華，孔亮亮，等.玉米單倍體技術(shù)的利用研究與發(fā)展前景[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016（8）：23-25.