玉米Stock6衍生系诱导单倍体的机理研究

玉米Stock6衍生系诱导单倍体的机理研究单倍体运用于育种,可以缩短育种进程,节约成本,提高育种效率。以Stock6为父本对育种材料进行诱导杂交产生单倍体是玉米单倍体育种技术中运用较多

的一种方法。

本研究以Stock6衍生诱导系HZI1,自交系Hua24、HZ124b、HZ141、HZ85以及杂交组合HZ124b×HZI1、HZ141×HZI1、HZ85×HZI1和Hua24×HZI1作为试验材料,利用细胞学研究方法结合分子标记以及田间形态学调查研究细胞分裂过程、细胞的倍性、籽粒和植株的形态表现,以期阐明Stock6衍生系来活体诱导单倍体的机理。试验中得到的主要结果如下:1.来源于超甜玉米自交系Hua24×HZI1杂交组合的当代籽粒中发现有大约0.2%的无色糊粉层皱缩的甜质胚乳与紫色糊粉

层正常胚乳的嵌合体籽粒,并且不同的嵌合体籽粒中皱缩的甜质胚乳所占的比例不同,多数集中在胚乳顶部中心。

紫色糊粉层正常胚乳组织对无色糊粉层皱缩胚乳组织形成的嵌合体的出现

为解释玉米单倍体产生的“染色体选择性消除”假设提供了强有力的证据。

2.Hua24作母本被诱导系HZI1诱导杂交36小时后的胚珠细胞学压片研究发现染色体落后和微核,落后染色体与微核的存在是染色体消除的细胞学原因,推测Stock6衍生系HZI1诱导单倍体产生中存在染色体消除。

3.对自交系Hua24、HZ85和诱导系HZI1的种子初生根根尖进行染色体计数,发现HZI1中存在大约15%非二倍体细胞,而在对照自交系中存在大约3%非二倍体细胞。HZI1中,除二倍体细胞占主导外,还有大约10%的单倍体细胞,在HZI1籽粒中,10%籽粒幼苗的初生根中单倍体细胞占97%以上,田间表型是单倍体。

4.在四个杂交组合中,对两种不同籽粒表型的F₁代籽粒幼苗初

生根进行染色体记数,发现在假定单倍体紫色糊粉层无色胚芽尖的籽粒的幼苗根尖中55%-86.84%的是混倍体,2n=10的细胞的频率最高,分别为

67.47%,76.74%,45.22%,27.93%。在紫色糊粉层紫色胚芽尖的籽粒幼苗的根尖中62.5%-87.5%的是混倍体,2n=20的细胞的频率最高,分别为

54.27%,65.43%,56.05%,和58%。

根据根尖细胞学观察对植株倍性进行分类,结果表明,紫色糊粉层无色胚芽尖籽粒幼苗根尖的Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ类主要为单倍体,而其他类型的植株在田间显示为错选的假单倍体。紫色糊粉层紫色胚芽尖的籽粒幼苗的根尖主要分布在第Ⅴ,Ⅵ,Ⅶ类为二倍体。

5.（HZ85×HZI1）F₁籽粒幼苗的根尖三个不同时期取样的染色体计数的结果表明,在假定单倍体籽粒紫色糊粉层无色胚芽尖的籽粒幼苗初生根中,具有2n=10的细胞的频率逐渐升高从13.29%,到53.88%,再到70%;而2n=20的细胞的频率逐渐降低,从65.19%到,20.87%,再到10%。在紫色糊粉层紫色胚芽尖的籽粒幼苗初生根中,2n=10和20的细胞的频率变化范围很窄,在三次取样结果中,2n=20的细胞均占优势,大约占50%,2n=10的细胞的频率低于5.08%。

6.来源于杂交组合Hua24×HZI1和HZ124b×HZI1的单倍体植株进行形态学研究,发现在株高、穗位高、穗位叶长、穗位叶宽、雄穗长、雄穗分支数目性状中,（Hua24×HZI1）的单倍体雄穗分支数目与Hua24差异显著,其它性状的差异极显著。（HZ124b×HZI1）的单倍体与HZ124b,所有性状均差异极其显著。

7.来源于杂交组合Hua24×HZI1和HZ124b×HZI1的单倍体植株及其亲本的SSR标记分析表明,组合Hua24×HZI1中除No.857和No.862外,其他单倍体植株具有与母本相同的遗传组成,组合HZ124b×HZI1中,所有的单倍体植株都与母本

具有相同的遗传组成。No.857植株的田间表型与分子标记分析以及根尖染色体计数的结果基本一致,而在穗位叶长、穗位叶宽、雄穗分支数目形状上与其他单倍体植株差异显著,它应为混倍单倍体。

本研究结果表明染色体的消除是活体诱导单倍体产生的主要机制。有丝分裂中染色体消除产生非整倍性的细胞、单倍性细胞、与原来的二倍性细胞一同形成混倍体的组织,最终得到单倍体。

本研究结果对高频率诱导系的选育和单倍体在育种的实际运用具有重要指导意义,并为利用细胞遗传学技术深入研究单倍体诱导机制奠定了基础。