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。
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
玉米是我国主要的粮食作物之一,也是重要的农业工业原料和饲料。
随着现代农业的
发展,玉米的品种和种源不断更新,单倍体育种技术成为了当前玉米种质创新的重要手段
之一。
单倍体育种技术是利用化学药剂或细胞培养等方法,使多倍体(通常为四倍体)转变
为单倍体的技术。
在玉米种质创新中,多倍体玉米的转化为单倍体玉米有以下优点:
1.不同基因型的组合:多倍体玉米具有较高的杂合优势,而单倍体玉米则可将杂合基
因型融合成各自单倍体,实现不同基因型的组合。
2.提高自交系的筛选效率:常规的自交法往往需要多代的自交才能得到纯系,而单倍
体玉米则可直接获得自交系,大大提高了筛选效率。
3.早期检测杂合基因型的效率:通过单倍体育种技术可以在早期就检测出杂合基因型,有利于在育种过程中快速鉴别和筛选优质品种。
在玉米的种质创新中,单倍体育种技术由于其快速、高效的优势被广泛应用。
例如,
在优良玉米品种杂交后,通过单倍体育种技术可以快速获得一批具有不同遗传背景的单倍
体材料。
然后,可以通过对这些单倍体材料进行自交和筛选,进一步获得单倍体自交系,
最终得到优质玉米品种。
此外,在玉米种质创新中,单倍体育种技术还可以用于引入外源基因。
例如,将外源
基因导入到品种中,可以通过单倍体育种技术筛选出真正的基因转化株,并进一步进行育种。
综上所述,单倍体育种技术在玉米种质创新中有广阔的应用前景。
在未来,随着技术
的不断更新和完善,单倍体育种技术将进一步推动玉米品种的进化和优化,从而满足农业
生产的需求,提高农业生产效益和经济效益。
单倍体育种技术在玉米育种中的应用
粮油农资 242023.9单倍体育种技术在玉米育种中的应用李晓娜1,张玉秋1,刘雪利2,于鸿雪3(1.吉林省辽源市农民科技教育中心,吉林 辽源 136200;2.吉林省辽源市农业科学院,吉林 辽源 136200;3.吉林省辽源市绿色食品发展中心,吉林 辽源 136200)1 单倍体育种技术1.1 单倍体获得途径单倍体育种技术是通过加倍人工诱导或自然生成的单倍体植株,主要途径有化学诱导、组织离体培养和诱导系品种间杂交法等,得到纯合的二倍体植株,再选育自交系。
1.2 单倍体加倍技术单倍体加倍技术有自然加倍和人工加倍两种方法。
自然加倍是在自然环境下,单倍体植株各组织的染色体自然加倍,通常玉米单倍体植株雌雄不调,自交结实率受雄穗的加倍率影响,诱导材料、种植环境和播种时期的不同都会影响种植试验,所以自然加倍率仅为10%左右,还有许多单倍体加倍率低于5%,甚至在自然环境下不加倍。
人工加倍是使用秋水仙素和除草剂类化学试剂处理植物的生长器官,诱导植物染色体加倍。
秋水仙素处理的植物加倍率较为理想,但秋水仙素有毒,还易造成植物的药害加重,需要探索出合理的方案才能尽量不伤害人、植株和环境。
所以,目前人工加倍主要使用毒性小、残留低、易降解的甲基胺草磷、炔苯酰草胺和氟乐灵等除草剂类。
1.3 单倍体的倍性鉴定1.3.1 形态学鉴定 该方法最直观和便捷,单倍体的细胞核和细胞变小,导致植株在正常生长状态下较矮小,仅为二倍体的70%,花、叶和果实等均较小,目测即可选出大部分单倍体,单倍体开花早,花期长,花序密集。
1.3.2 染色体数鉴定 根据植株形态可将单倍体与二倍体区分,但鉴定必须用镜检确定,可区分主单倍体、嵌合体和非整倍体。
使用玉米根尖分生组织制作压片,显微镜下观察减数分裂细胞或体细胞中的染色体数量,可确定其倍数性。
1.3.3 叶片气孔鉴定 近年来最常使用的方法为叶片气孔鉴定法,叶片气孔鉴定法操作简单,且准确率较高,显微镜下观察气孔保卫细胞的长度,单倍体保卫细胞长度通常小于60微米,二倍体植株的保卫细胞长度通常在65微米以上。
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一、单倍体育种技术的原理单倍体育种技术是利用人工手段将杂交玉米种子中的单倍体植株通过诱导加倍处理,使其成为纯合子植株,从而提高杂交育种中的选择力和效率。
其原理主要包括以下几个方面:1. 人工诱导:通过化学诱导或物理因素的处理,使杂交种子中的单倍体植株出现率增加,从而提高单倍体植株的诱导效率。
2. 加倍处理:对诱导成功的单倍体植株进行加倍处理,使其染色体数目增加,从而转化为纯合子植株。
3. 人工受精:利用人工授粉的方法,将不同的单倍体植株进行交配,获得新的组合优势,从而开展新的玉米杂交育种。
通过以上原理,单倍体育种技术可以实现对玉米种质的创新和改良,为育种工作提供了新的手段和途径。
二、单倍体育种技术在玉米种质创新中的应用单倍体育种技术在玉米种质创新中具有广泛的应用价值,主要体现在以下几个方面:1. 提高育种选择力:单倍体育种技术通过增加单倍体植株的诱导出现率和加倍处理效率,可以提高育种过程中的选择力,对玉米的种质进行更精准的选择和筛选。
3. 拓展育种途径:单倍体育种技术可以拓展玉米育种的途径和方法,通过横向组合和纯合子的方法,可以获取更多新的种质资源,为玉米的种质创新提供更多的可能性。
1. 提高玉米产量:通过单倍体育种技术,可以加快对玉米产量相关性状的筛选和选择,获得更高产的优质玉米品种。
1. 加快育种进程:单倍体育种技术可以加快育种的进程,提高育种效率,为玉米杂交育种提供更多的可能性。
2. 拓展种质资源:单倍体育种技术可以拓展种质资源,通过对不同单倍体植株的人工受精,可以获得更多新的玉米种质资源。
通过以上发展前景的分析,单倍体育种技术在玉米种质创新中具有广阔的发展前景,将为玉米育种工作带来更多的可能性和机遇。
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一、单倍体育种技术的基本原理和优势单倍体育种技术是利用外源染色体诱导剂或生物体内生物学机制,使某些植物细胞、组织或整株产生单倍体子代,从而获得基因纯合的遗传体系。
其基本原理是把某些细胞处理成单倍体,然后进行杂交。
杂交后的单倍体子代可以使加倍体型父本的优异性状稳定地表达,最终得到高产、优质、抗逆等多种性状优良的育种材料。
其优势主要表现在以下几个方面:(1)快速为玉米育种提供高质量基因库单倍体育种技术提供了获取高质量玉米基因库的快捷途径。
在开展单倍体育种技术之前,人们只能通过在自然条件下繁殖,不断杂交,获得多年的基因库。
这种方式效率低下,时间长,容易出现不良杂交和杂交后代选择效率低下等问题。
而单倍体育种技术可以快速获得基因库,有效地提高玉米育种的效率。
(2)提高选育效率,缩短育种周期单倍体育种技术在玉米育种中,可大量节省选育时间和成本。
通常情况下,经过单倍体技术筛选出合适的单倍体植株后,只需少量操作即可得到准确的杂交组合,大大加快了选育速度,有效地缩短了育种周期。
(3)提高遗传纯度,降低后代早期群体的遗传变异和杂种分离时间单倍体育种技术可以极大地提高选育后代的遗传纯度。
在杂交选育过程中,由于有大量基因的遗传效应及其交互作用,极易导致后代的种质变异。
而采用单倍体育种技术则能够有效地降低其遗传变异程度,提高后代的遗传稳定性。
同时,单倍体育种技术也大大缩短了不同自交系间的杂种分离时间,减少了筛选杂交组合的时间和精力。
(1)多亲本组合杂交选育由于玉米花期很长,在一个种质库内单纯以自交方式进行杂交选育,时间和效率都不太理想。
而采用单倍体技术可将几个自交系组合成单倍体植株,减少无效杂交率,提高育种效率,实现多亲本组合选育。
(2)基因定位和克隆单倍体育种技术也可用于玉米基因的定位和克隆。
目前,玉米基因检测与测序技术已经发展成熟,但仍然有很多的基因仅以表型形式出现。
采用单倍体育种技术,可以在基因水平上对这些基因进行定位和克隆。
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遗传工具,在玉米育种中得到广泛应用。
这种技术可以在短时间内产生大量的纯合单倍体植株,为玉米的杂交
育种和基因定位工作提供了重要的手段。
在玉米育种中,单倍体技术主要应用于快速筛选纯合基因型的杂
交后代。
利用单倍体植株,育种者可以选择出具有优良遗传特征的线性,并通过杂交育种方法加以利用。
另外,单倍体植株也可以用于获
得新的玉米杂交组合,进一步提高玉米的产量和品质。
除了用于玉米杂交育种,单倍体技术还可以用于基因定位和分子
标记辅助选育。
例如,利用单倍体植株,育种者可以将某一遗传特征
与特定的分子标记联系起来,从而实现在不同品种间的遗传分析和基
因组定位。
这对于玉米的分子育种和基因功能研究具有重要意义。
综上所述,单倍体技术在玉米育种中的应用十分广泛,不仅可以
改善杂交组合,提高玉米的品质和产量,还可以为基因定位和分子育
种提供新增的手段,推动玉米育种的进一步发展。
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【摘要】单倍体育种技术在玉米种质创新上的应用与实践是当前农业领域的研究热点之一。
本文首先介绍了单倍体育种技术的基本概念,以及探讨了玉米种质创新的重要性。
随后,详细阐述了单倍体育种技术在玉米种质改良、杂交育种、耐逆性改良以及产量和品质提升方面的应用和实践。
未来发展方向上,本文认为单倍体育种技术将为玉米种质创新带来新的可能性,促进玉米产业的进步。
通过综合利用单倍体育种技术,能够为玉米产业提供更多的技术支持,提高生产效率,推动农业现代化的发展。
单倍体育种技术的不断发展将为玉米种质创新领域带来更加广阔的前景和发展机遇。
【关键词】关键词:单倍体育种技术、玉米种质创新、应用、实践、改良、杂交育种、耐逆性、产量、品质、探索、发展、可能性、综合利用、产业进步。
1. 引言1.1 单倍体育种技术的基本概念单倍体育种技术是指利用单倍体生物材料进行育种的一种先进种质改良技术。
单倍体是指只有一套染色体的生物体,通常是由杂交后的杂种通过雄性不育剂处理或其他方法诱导形成的。
单倍体育种技术的基本原理是将杂种通过雄性不育或化学诱导等方式转变成为单倍体,然后再通过杂交、选择和再组合等方式进行育种。
单倍体育种技术利用单倍体的特性,可以实现加倍效应,即使得隐性基因显现出来,有利于挖掘种子中的隐藏潜力。
这使得品种的遗传变异更为多样,促进了种质的创新与进步。
单倍体育种技术还可以缩短育种周期,提高育种效率,加快新品种的育成速度。
通过单倍体育种技术,可以克服玉米杂种育种过程中的某些困难,提高玉米的遗传纯度和稳定性,为玉米种质创新提供了新的途径和可能性。
单倍体育种技术的应用,将为玉米产业带来更多的机遇和挑战,推动玉米产业的发展。
1.2 玉米种质创新的重要性玉米作为世界上最重要的粮食作物之一,其种质创新对于提高玉米产量、抗逆性和品质具有重要意义。
种质创新是指通过引进、筛选、改良和利用新的种质资源,以创造新的、优质的生物品种的过程。
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植物育种方法,可以在短时间内获得纯合的单倍体植株。
在玉米种质创新上的应用与实践中,单倍体育种技术起到了重要的作用。
单倍体育种技术可以加速玉米杂交种质的准备过程。
在传统的玉米杂交种质制备中,采用的是胚培养技术,需要经过漫长的培养过程才能获得纯合的单倍体。
而单倍体育种技术可以通过诱导花粉发芽和分裂形成单倍体植株,大大缩短了杂交种质制备的时间。
这样,育种人员可以更快地研发新的玉米品种,提高杂交制种的效率。
单倍体育种技术可以实现玉米自交系的快速纯化。
在玉米种质创新中,自交系是非常重要的资源。
自交系的纯化是一个耗时且繁琐的过程,需要多次自交和自我授粉才能获得稳定的自交系。
而单倍体育种技术可以利用合适的诱导剂处理花粉,促进花粉发芽和细胞分裂,从而快速获得纯合的单倍体植株。
这样,育种人员可以更快地纯化自交系,提高自交系的稳定性和纯度。
单倍体育种技术也可以用于玉米基因编辑的快速筛选。
基因编辑技术是近年来兴起的一种植物改良方法,可以针对特定基因进行精确的修改。
基因编辑需要对大量植株进行筛选,以找到目标基因的编辑植株。
传统的筛选方法需要进行PCR等复杂技术,耗时且费力。
而单倍体育种技术可以将基因编辑子代的植株迅速纯化为单倍体,然后利用简单的染色体观察和基因检测技术进行筛选。
这样,育种人员可以更快地获得基因编辑成功的植株,提高基因编辑的效率和成功率。
单倍体育种技术在玉米种质创新上的应用与实践中具有重要的意义。
它可以加速玉米杂交种质的准备过程,快速纯化自交系,以及实现基因编辑的快速筛选。
这将为玉米育种提供更多的选择和可能性,促进玉米品种的创新和进步。
单倍体技术在玉米育种上的应用研究进展汇编
单倍体技术在玉米育种上的应用研究进展摘要:介绍了单倍体技术在作物育种中应用的概况,特别是在玉米育种中,对如何获得单倍体,如何进行单倍体的鉴别和加倍等问题进行了综述。
并介绍了stock6及其衍生的几个玉米单倍体诱导系【1】,评述了单倍体技术在玉米育种中的应用前景。
关键词:玉米; 单倍体; 育种前言近年来,玉米在粮食中的地位越来越重要。
我国饲料、加工、能源等行业对玉米消费量的迅速增加,国内外市场供求关系日趋紧张。
为了适应市场的需求,2005 年我国玉米面积已扩大到2630万公顷,总产达1.38 亿吨,单产352公斤。
但据预测,2010 年我国玉米总需求约1.66亿吨。
长期以来,我国玉米育种主要依靠常规技术,培育优良自交系和新品种很大程度上取决于育种家的实践经验,育种周期长、偶然性大、效率低,主要依赖国外种质资源和技术,自主的种质创新、技术研发等方面十分缺乏,相关种子产业发展不稳定,已不能满足当前玉米生产对优良新品种的需求。
玉米育种的成功在很大程度上取决于选育方法和选择的正确性。
选育高产、高抗、高配合力的“三高”优良自交系【2】,是玉米育种的核心环节。
常规的育种方法选育自交系,获得一个纯系的时间平均大约需要6 a左右时间期限长,耗费大量的人力和物力。
单倍体育种技术直接利用配子体进行选择,提高有利基因型的入选频率,大大缩短自交系的选育年限。
在国外已经投入了大量的人力、物力、财力进行了卓有成效的研究工作。
单倍体技术在自交系的选育过程中已经是主要的、常规的方法之一,综述单倍体技术的应用与研究进展,促进单倍体技术在玉米育种中的应用十分必要。
1 关于单倍体的几个基本问题单倍性(haploid)变异【3】是指同一物种中出现体细胞只具有配子染色体数目(n)的变异(刘大钧,1998)携有配子染色体数目的个体称为单倍体。
被子植物中单倍体现象是很广泛的。
Katayama(1935)以细胞遗传学特点为依据,提出了为单倍体分类的方法,即根据原始个体的倍数性水平,把所有单倍体分为两个基本类型:一倍体是从具有二倍染色体数的个体所产生的单倍体;多倍单倍体是从具有多倍染色体数的个体所产生的单倍体。
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一、单倍体育种技术的概念及特点单倍体育种技术是指通过化学处理或特定的生物技术手段使植物体细胞发生不完全有丝分裂,产生单倍体植株。
单倍体植株的遗传物质是来自于一个亲本的单一染色体组。
由于单倍体植株只含有一个亲本的遗传物质,因此在杂交育种中可以避免杂交亲和性的问题。
单倍体植株也可以用于遗传图谱的构建、基因定位和功能分析等领域。
单倍体育种技术具有高效、快速、低成本等特点,因此在植物育种中得到了广泛的应用。
1. 提高育种效率单倍体育种技术可以大大提高玉米育种的效率。
传统的玉米育种方法需要耗费大量的时间和人力物力,而且效果并不十分理想。
而采用单倍体育种技术,则可以在短时间内大量获得单倍体植株,从而大大提高育种效率。
这不仅可以节约时间和成本,还可以加快新品种的选育速度。
2. 提高抗逆性随着全球气候变化的加剧,玉米受到极端气候的影响越来越大。
单倍体育种技术可以帮助育种人员快速获得大量的单倍体植株,并进行抗逆性筛选。
通过选择抗旱、抗病、抗逆能力强的单倍体植株,可以加速育种进程,培育出更适应气候变化的新品种。
3. 提高品质玉米的品质主要包括产量、品质和抗病性等方面。
单倍体育种技术可以帮助育种人员快速获取丰富的遗传变异体,并进行普遍遗传变异体的筛选,从而培育出产量更高、品质更好的新品种。
1. 遗传图谱的构建单倍体育种技术可以帮助育种人员快速制备一系列的单倍体植株,通过单倍体植株的遗传分析,可以迅速构建出丰富的遗传图谱,为玉米的种质创新提供重要的信息和素材基础。
2. 基因定位和功能分析单倍体育种技术可以为玉米的基因定位和功能分析提供丰富的遗传变异体。
通过对这些变异体的分析,可以迅速锁定目标基因的位置,研究其功能,并为进一步的玉米品种改良提供参考。
3. 杂交育种单倍体育种技术可以提高杂交育种的效率和速度。
通过单倍体育种技术,可以快速筛选出具有优良性状的单倍体植株,作为交配亲本,从而加速新品种的选育进程。
玉米单倍体诱导加倍技术在实践中的应用
玉米是我国第一大作物,随着人口的增加和耕地的不断减少,生产上对高效、优质、抗逆性强的玉米品种的需求日趋迫切,这就要求我们出好品种、快出品种。
而常规育种周期较长、选择效率较低,育成一个玉米新品种需要经历10年左右,其中选育优良自交系要经历5~7年,这样很难满足出好品种、快出品种的要求。
单倍体技术、基因工程技术、分子标记辅助育种技术与常规育种技术的有机结合,大大缩短了自交系的选育年限,使常规选系的5~7年缩短为1~2年。
1单倍体诱导技术单倍体诱导技术在育种中的应用主要分为两个阶段:一是优良基础群体材料的诱导阶段。
本阶段根据基础材料的不同,可以选择F 1代或F 2代、F 3代进行诱导。
诱导时,以基础材料为母本、优良诱导系为父本进行杂交,秋季挑选胚乳糊粉层紫色胚无色的籽粒为准单倍体备用加倍处理;胚乳糊粉层紫色胚紫色的籽粒和胚乳糊粉层无色胚无色的籽粒均淘汰。
二是拟单倍体的加倍过程。
准单倍体的加倍方法主要有自然加倍法和人工药物处理加倍法。
由于自然加倍率很低,现在大多数科研单位均采用人工药物加倍方法,其中采用最多的是秋水仙素加倍处理方法。
秋水仙素是诱导多倍体效果最好的药剂之一。
它的作用机理:当细胞进行分裂时,一方面能使染色体的着丝点延迟分裂,于是已复制的染色体两条单条分离,而着丝点仍点连在一起,形成“X ”形染色体图像;另一方面是引起分裂中期的纺锤丝断裂,或抑制纺锤体的形成,结果到分裂后期染色体无微管牵引不能移向两极,而重组成一个双倍性细胞核。
这时,细胞加大而不分裂,或者分裂成一个无细胞核的子细胞和一个有双倍性细胞核的子细胞。
经过一个时期以后,这种染色体数目加倍了的细胞再分裂增长时,就构成了双倍性的细胞和组织。
2秋水仙素加倍流程2.1试剂和设备工具的准备试剂主要包括:Col (秋水仙素)、DMSO (二甲基亚砜)、蒸馏水、酒精、次氯酸钠;设备工具主要包括人工发芽室、冰箱、通风橱、防毒面具、手套、量筒、烧杯、带封闭盖的大玻璃瓶、大片滤纸、毛巾、托盘、喷玉米单倍体诱导加倍技术在实践中的应用基金项目:内蒙古农牧业科学院青年创新基金项目(2018QNJJN21);内蒙古自治区科技计划项目(2020GG0098);国家玉米产业技术体系通辽综合试验站项目(CARS-02-48);内蒙古自治区院士工作站建设项目“通辽市通科种业有限责任公司玉米院士工作站”。
玉米单倍体诱导系及其在育种中的应用研究
玉米单倍体诱导系简介
作物遗传育种 ---
❖ 讲解内容
一、玉米单倍体诱导系介绍 二、玉米单倍体诱导系在育
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❖ 1. 2 优点及诱导方法 ❖ 玉米双单倍体技术能够快速提供来自供体Байду номын сангаас本
的稳定纯系,大大缩短自交系选育年限,加快育种进 程.与传统育种方法相比较,单倍体诱导选系方法实 现了对配子体的直接选择,只需2 ~ 3 代就可得到 100%纯合的自交系,大大提高育种效率.
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单倍体可以自然发生也可以诱导产生.单倍体自 然发生频率一般不超过0. 1%,在育种实践中难以 利用,因此,育种中常采用人工诱导的方法获得单倍 体.
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二、玉米单倍体诱导系在育种中的 应用研究
1 利用单倍体诱导系选育玉米自交系 2 单倍体诱导系诱导率研究 3 单倍体诱导系诱导性状的遗传规律和诱导
机制研究
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三、 单倍体诱导系在玉米
育种中的应用前景与展望
目前,世界上利用单倍体诱导选系的方法在美国先锋 公司、孟山都公司,法国利马格兰公司,瑞士先正达公 司,德国KWS 公司等都已大规模应用,单倍体诱导选 系正逐步替代传统选系方法.,我国正在建立和完善从 亲本选配、诱导系选择以及玉米育种中各环节鉴定 技术和手段的育种体系.我国育种科研单位通过已有 的单倍体诱导系与国内的优良玉米种质杂交和回交 创造出了诱导率更高、遗传标记性状更强的新诱导 系,应用于育种实践中.玉米单倍体诱导选系在玉米育 种中的应用前景是十分诱人的.国内外的大量研究已 经证实,采用单倍体诱导系的方法是可行的.
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,通过这种方法可以加快玉米育种选育的速度和效率,提高玉米的抗逆性、产量和品质。
本文将从理论和实践两个方面来探讨单倍体育种技术在玉米种质创新上的应用。
单倍体育种技术是一种利用玉米的自交自苗或四倍体转单倍体植株来获得纯合系的方法。
利用自交自苗法,将玉米杂交种(F1)先后进行自交,获得S0世代、S1世代及S2世代,并对这些世代进行全基因组等位基因的全分离、分析和筛选。
利用四倍体转单倍体法,可通过染色体倍性控制和全基因组组配控制,在杂交种中干预其染色体组配,使其产生无关键种子,然后通过转入适当受体中获得转基因单倍体株系。
单倍体胚培养技术是单倍体育种技术的关键环节。
通过外源激素的添加和培养条件的优化,可以使受体玉米胚不经受精就形成胚乳,进一步发育成为单倍体植株。
这种技术可以突破玉米杂交的限制,快速获得纯合系并进行进一步选育。
1. 获得纯合系。
单倍体育种技术可以通过自交自苗法或四倍体转单倍体法获得纯合系。
纯合系是育种工作的基础,它能够稳定传递优良基因,并为后续的种质改良提供保障。
2. 加速杂交育种。
单倍体育种技术可以快速产生高品质的单倍体植株,这些单倍体植株可以作为父本或母本与其他纯合系进行杂交,获得更多的遗传变异,提高杂交育种的效果和速度。
3. 提高抗逆性。
单倍体育种技术可以通过全基因组等位基因的全分离和筛选,快速获得抗逆性强的纯合系。
这些纯合系可以作为抗逆性基因的载体,为玉米的抗逆性改良提供重要基因资源。
4. 提高产量和品质。
单倍体育种技术可以通过筛选优良基因和优良染色体组配,选择高产量和优质的纯合系。
这些纯合系可以用于种子和食品生产,提高玉米的经济效益和市场竞争力。
单倍体育种技术在玉米种质创新上的应用已经取得了一些成果。
通过这种技术,科学家们获得了一大批抗逆性强、高产量和高品质的纯合系。
这些纯合系不仅在研究中发挥了重要作用,也为玉米育种选育工作提供了重要的种质资源。
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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。