植物單倍體育種研究進(jìn)展

卜華虎 ，任志強(qiáng) ，2，王曉清 ，肖建紅

植物單倍體育種研究進(jìn)展

卜華虎1，任志強(qiáng)1，2，王曉清3，肖建紅1

（1.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究中心，山西太原030031；2.農(nóng)業(yè)部黃土高原作物基因資源與種質(zhì)創(chuàng)制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西太原030031；3.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究中心，山西太原030031）

很多植物存在生殖周期長(zhǎng)、基因雜合度高、自交不親和，且育種周期長(zhǎng)、難度大等問(wèn)題。植物單倍體加倍能夠使植株快速純合、使隱性基因表達(dá)，并且在形成單倍體過(guò)程中能夠產(chǎn)生新的性狀，創(chuàng)新種質(zhì)資源。利用單倍體進(jìn)行作物育種，可以加快育種進(jìn)程、節(jié)約時(shí)間和成本、提高育種效率，是現(xiàn)代作物育種中快速、有效的方法之一。總結(jié)了單倍體的獲得、加倍技術(shù)、鑒定方法以及單倍體研究進(jìn)展，可為植物遺傳育種提供技術(shù)和理論依據(jù)。

單倍體；孤雌生殖；雙單倍體

作物傳統(tǒng)的育種方法主要是通過(guò)優(yōu)良自交系選育、優(yōu)勢(shì)雜交育種等手段進(jìn)行，主要依靠育種者的經(jīng)驗(yàn)，存在工作繁瑣、育種周期長(zhǎng)、優(yōu)良品種獲得速度慢等問(wèn)題，不利于規(guī)?；蜕虡I(yè)化育種。通過(guò)單倍體誘導(dǎo)，經(jīng)染色體加倍后能獲得基因位點(diǎn)完全純合的雙單倍體系（DH系），有效地縮短育種周期。此外，在雜合二倍體中許多不表達(dá)的隱性基因能夠在DH系中表達(dá)，有利于發(fā)現(xiàn)作物的優(yōu)良表型，改良作物的優(yōu)良性狀，提高作物的育種效率[1]。對(duì)于自交不親和的物種，雌雄異株種類以及自花授粉后近交衰退的物種，單倍體誘導(dǎo)是選育自交系的唯一途徑[2]。單倍體和雙單倍體的主要優(yōu)點(diǎn)是基因位點(diǎn)的完整純合，使得表型選擇更明確，特別是質(zhì)量性狀篩選更容易和有效[3]。

自然界中高等植物多具有來(lái)自父母本的2套染色體，稱為二倍體。植物在有性生殖過(guò)程中產(chǎn)生的配子體一般只含有一套染色體，因而配子體成為單倍體獲得的重要來(lái)源。1922年BERGNER在野生曼陀羅（Datura innoxia）中發(fā)現(xiàn)了單倍體植株。自1964年利用曼陀羅花藥離體培養(yǎng)獲得單倍體胚胎以來(lái)，越來(lái)越多的作物利用單倍體誘導(dǎo)技術(shù)獲得親本材料，單倍體育種技術(shù)也獲得了廣泛的運(yùn)用[4-5]。人們開(kāi)始對(duì)單倍體的特性、培育方法和原理進(jìn)行廣泛的研究，并相繼培育出多種植物的單倍體植株。

單倍體材料中僅含1套染色體，植物一般弱小且高度不育，無(wú)法直接應(yīng)用，通過(guò)加倍同源染色體之間具有單一性，即可獲得二倍體純系，只需2個(gè)世代即可獲得穩(wěn)定二倍體純系，即雙單倍體（DH系），DH系可以用于雜交種組配，在植物育種中已經(jīng)被廣泛運(yùn)用。截至2005年，全球有250多種作物物種是運(yùn)用雙單倍體育種的，其中，玉米、小麥等12個(gè)物種使用DH系培育了300多個(gè)強(qiáng)優(yōu)勢(shì)的商業(yè)雜交種[6]。

1 單倍體誘導(dǎo)技術(shù)

自然界能夠自發(fā)形成單倍體，但頻率極低，僅在0.002%～0.02%[7]，不能滿足育種的需求，因而通過(guò)人工方法獲取單倍體成為主要的手段。目前，獲得單倍體的主要方法有2種：一種是孤雌生殖，包括輻射或化學(xué)誘導(dǎo)的孤雌生殖、遠(yuǎn)源花粉刺激的孤雌生殖和孤雌生殖誘導(dǎo)系誘導(dǎo)的孤雌生殖；另一種是植物單倍體組織離體培養(yǎng)，包括雄配子體（花粉、花藥等單倍體組織）離體培養(yǎng)和未受精的雌核（未受精的子房和胚珠等單倍體組織）離體培養(yǎng)。

1.1 孤雌生殖

孤雌生殖（parthenogenesis）也稱單性生殖，即卵細(xì)胞不經(jīng)過(guò)受精發(fā)育形成正常的新個(gè)體。通過(guò)輻射或化學(xué)誘導(dǎo)、遠(yuǎn)源花粉刺激以及孤雌生殖誘導(dǎo)系等方法，精子不能使卵細(xì)胞受精，但能夠刺激卵細(xì)胞分裂并發(fā)育成單倍體。

1.1.1 輻射或化學(xué)誘導(dǎo)的孤雌生殖 輻射誘導(dǎo)孤雌生殖是指將經(jīng)輻射處理后的花粉授于正常的柱頭上，輻射后的花粉失去受精能力，不能使卵細(xì)胞正常受精，但其表面結(jié)構(gòu)沒(méi)有改變，能刺激卵細(xì)胞分裂并發(fā)育形成單倍體胚胎，從而獲得母系單倍體種子和植株，這一技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于植株的單倍體獲得[8]。雷春等[9]2006年利用γ射線輻射黃瓜雄花后授粉并結(jié)合胚胎拯救方法，獲得了48個(gè)單倍體胚，并獲得黃瓜單倍體植株。許利彩等[10]2009年通過(guò)輻射西葫蘆花粉后進(jìn)行授粉，并選取不同發(fā)育階段的胚進(jìn)行離體培養(yǎng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，植株基因型、胚發(fā)育階段以及輻照劑量和輻照時(shí)間顯著影響單倍體的產(chǎn)生和植株再生率；每分鐘輻照劑量為80～100 Gy時(shí)獲得點(diǎn)狀胚和箭形胚等總胚量最多，點(diǎn)狀胚和箭形胚離體培養(yǎng)容易發(fā)育形成單倍體苗；每分鐘輻射劑量為45.19 Gy時(shí)桿狀胚獲得率最高，桿狀胚離體培養(yǎng)植株再生率和植株成活率最高，分別達(dá)到83%和35%。

另外，研究表明，某些化學(xué)藥劑能夠刺激誘導(dǎo)植物進(jìn)行孤雌生殖，如二甲基亞砜、激動(dòng)素、秋水仙素、甲苯胺藍(lán)以及動(dòng)物激素等。KITANI等[11]利用油菜素內(nèi)酯涂抹擬南芥、芥菜和紫露草3種植物去雄后的柱頭，獲得了擬南芥和芥菜的單倍體植株，而紫露草僅獲得嵌合體。趙佐宇等[12]利用二甲基亞砜（MDSO）、秋水仙素（COL）和馬來(lái)酰肼（MH）等處理玉米未授粉的雌穗花絲獲得19個(gè)純合二倍體。劉飛虎等[13]用激動(dòng)素（KT）、甲基亞砜和秋水仙素混合液噴灑蕁麻花序以誘導(dǎo)蕁麻孤雌生殖，結(jié)果表明，激動(dòng)素誘導(dǎo)單株結(jié)實(shí)播種后出苗和成苗率最高，分別達(dá)68.4%和52.6%。孫耀中等[14]用動(dòng)物激素乙烯雌酚、炔諾酮、甲地孕酮等噴灑太谷核不育小麥和敗育小麥麥穗，成功誘導(dǎo)了小麥孤雌生殖，其中，甲地孕酮誘導(dǎo)結(jié)實(shí)率最高，達(dá)1.34%。

1.1.2 遠(yuǎn)源花粉刺激的孤雌生殖 植物中存在遠(yuǎn)緣雜交不親和現(xiàn)象，遠(yuǎn)源花粉很難使受體植株卵細(xì)胞受精形成二倍體胚，但某些花粉則卻能夠刺激卵細(xì)胞分裂并發(fā)育形成單倍體胚，并由此產(chǎn)生單倍體或經(jīng)自然加倍形成雙倍體；且遠(yuǎn)源花粉受精后會(huì)產(chǎn)生染色體消除現(xiàn)象，可能產(chǎn)生新的基因型[15]。目前，遠(yuǎn)源花粉刺激的孤雌生殖多見(jiàn)于麥類作物單倍體的獲得。1967年WEISS等發(fā)現(xiàn)，人與小鼠的體細(xì)胞雜交過(guò)程中存在排斥人體染色體的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象被稱為染色體消失現(xiàn)象，其隨后相繼在多種植物的種間雜交中被發(fā)現(xiàn)。利用遠(yuǎn)緣雜交染色體消除法獲得單倍體在小麥、大麥等作物中被發(fā)現(xiàn)并廣泛應(yīng)用的。研究發(fā)現(xiàn)，球莖大麥、玉米、薏苡、珍珠粟等作物的花粉與小麥進(jìn)行雜交，雜種胚在發(fā)育過(guò)程中排斥外源染色體，經(jīng)過(guò)胚胎拯救就可獲得僅含小麥基因組的單倍體植株[16]。

自1984年ZENKTELER等首次利用玉米花粉與小麥遠(yuǎn)源雜交獲得小麥單倍體以來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)遠(yuǎn)緣雜交獲得單倍體的機(jī)理研究報(bào)道較多，也有關(guān)于玉米花粉與化學(xué)藥劑復(fù)合處理小黑麥等獲得單倍體的報(bào)道[17]。LAURIE等[18]研究表明，玉米基因組對(duì)小麥的Kr基因位點(diǎn)不敏感，遠(yuǎn)源雜交雜后合子細(xì)胞核排斥玉米染色體，從而誘導(dǎo)形成小麥單倍體，而且成胚率較高。普通小麥通過(guò)與高粱[19]、珍珠粟[20]、類玉米（大芻草）[21]、鴨茅狀摩擦禾[22]等雜交，成功誘導(dǎo)產(chǎn)生小麥單倍體。1975年BARELY[23]利用普通小麥與球莖大麥雜交成功獲得了多個(gè)小麥單倍體。ZENKTELER[24]最早研究發(fā)現(xiàn)，普通小麥與玉米之間遠(yuǎn)源雜交能夠形成單倍體。隨后LAURIE[25]研究表明，用玉米花粉與小麥雜交后，在合子前3次分裂過(guò)程中，來(lái)自玉米的染色體會(huì)被完全消除，形成僅剩小麥染色體的單倍體胚。

利用煙草野生種非洲煙草（Nicotiana tabacum L.）與烤煙雜交，產(chǎn)生母本來(lái)源的單倍體[26]。此外，種內(nèi)二倍體雜交產(chǎn)生單倍體主要發(fā)生在銀膠菊、高粱、大蒜和紫花苜蓿中。種內(nèi)不同倍性水平間雜交產(chǎn)生單倍體的有蕨麻、柑橘以及甜菜。種間雜交產(chǎn)生單倍體的有洋紅色玉蘭和橘紅色玉蘭，月見(jiàn)草，高粱，草莓，披堿草、菊苣、梨和甘藍(lán)等。

1.1.3 孤雌生殖誘導(dǎo)系誘導(dǎo)孤雌生殖 孤雌生殖誘導(dǎo)系與受體植株雜交后具有較強(qiáng)的形成單倍體植株的能力，是目前誘導(dǎo)玉米形成單倍體的主要方法之一[16]。1950年，COE[27]發(fā)現(xiàn)了一個(gè)高頻誘導(dǎo)單倍體的玉米材料，并對(duì)其進(jìn)行改造選育出Stock6，單倍體誘導(dǎo)率達(dá)2.3%。國(guó)內(nèi)外很多單位以Stock6為基礎(chǔ)進(jìn)行改良和選育，獲得了多個(gè)新單倍體誘導(dǎo)系，選育出SW14、農(nóng)大高誘系列、ZMs、吉高誘系列等多個(gè)誘導(dǎo)系。誘導(dǎo)系活體誘導(dǎo)單倍體操作簡(jiǎn)便、誘導(dǎo)效率高，誘導(dǎo)率高達(dá)8%～10%[28]。孤雌生殖誘導(dǎo)系誘導(dǎo)單倍體在玉米單倍體育種中得到應(yīng)用，通過(guò)這種方法選育出多個(gè)優(yōu)良自交系和品種，但在其他物種中未見(jiàn)報(bào)道。

1.2 雄配子體離體培養(yǎng)

植物在有性生殖過(guò)程中進(jìn)行減數(shù)分裂產(chǎn)生單倍體小孢子，當(dāng)小孢子正常發(fā)育途徑受到阻礙時(shí)會(huì)抑制形成配子體，促進(jìn)其進(jìn)行有絲分裂，形成愈傷組織或胚狀體，最終發(fā)育成單倍體的孢子體。因此，可以通過(guò)抑制小孢子正常發(fā)育，誘導(dǎo)形成單倍體植株[29]。自1964年GUHA等[30]首次報(bào)道通過(guò)離體培養(yǎng)曼陀羅花藥獲得單倍體植株以來(lái)，該方法已在多種作物上成功獲得單倍體植株。雄配子體離體培養(yǎng)分為花粉培養(yǎng)和花藥培養(yǎng)，其中，花粉培養(yǎng)又稱為游離小孢子培養(yǎng)，是以單個(gè)花粉作為外植體進(jìn)行離體培養(yǎng)的技術(shù)，花粉都為單倍體組織，因而，培育出的植株都為單倍體；花藥培養(yǎng)則是將花粉發(fā)育至一定階段的花藥接種到人工培養(yǎng)基上進(jìn)行離體培養(yǎng)，形成愈傷組織或胚，進(jìn)而分化形成植株，花藥除含有單倍體的花粉外，還含有二倍體的花藥壁、絨氈組織等二倍體組織，因而，需要后續(xù)的篩選和鑒定[31]?；ǚ酆突ㄋ幣囵B(yǎng)受到基因型、生長(zhǎng)發(fā)育階段、預(yù)處理?xiàng)l件等的影響，在進(jìn)行雄配子體離體培養(yǎng)時(shí)應(yīng)進(jìn)行前期的倍性篩選。

1982年，LICHER 首次以油菜（Brassica napus）小孢子為材料培養(yǎng)出單倍體[32]，之后國(guó)內(nèi)外許多育種專家通過(guò)小孢子離體培養(yǎng)在多種植物中獲得了單倍體植株，并且對(duì)影響小孢子培養(yǎng)的條件、產(chǎn)胚量、成苗率、單倍體加倍以及后代遺傳穩(wěn)定性等多種因素進(jìn)行了廣泛的研究，確定了最適培養(yǎng)條件。從20世紀(jì)70年代利用花藥培養(yǎng)技術(shù)獲得多種花粉單倍體以來(lái)，花藥培養(yǎng)技術(shù)在遺傳育種中的作用日益突顯[31]，花粉單倍體加倍后的雙單倍體在植物育種、突變、遺傳作圖、植物改良以及轉(zhuǎn)基因運(yùn)用等方面具有廣闊的應(yīng)用前景[33-34]。

胡道芬等[35]于1982年首次利用雄配子體離體培養(yǎng)技術(shù)選育出小麥品種京花1號(hào)，并推廣應(yīng)用。杭玲等[36]通過(guò)花藥培養(yǎng)和選育培育出玉米雜交種桂三1號(hào)，1992年通過(guò)廣西壯族自治區(qū)品種審定，成為我國(guó)首個(gè)利用雄配子體離體培養(yǎng)方法育成的玉米雜交種，推廣面積超過(guò)5 300 hm2。

1.3 未受精的雌核離體培養(yǎng)

離體雌核離體培養(yǎng)又稱大孢子發(fā)育技術(shù)，目前主要是通過(guò)離體培養(yǎng)未授粉子房或胚珠等單倍體組織獲得單倍體植株，該方法也成功運(yùn)用于多種植物單倍體植株的獲取[37]。TULECKE[38]于1964年最先從裸子植物銀杏（Ginkgo biloba）的未受精子房得到單倍體愈傷組織。1976年SAN[39]首次通過(guò)大麥未授粉子房培養(yǎng)得到單倍體植株。目前，已有多種植物成功通過(guò)組織培養(yǎng)未授粉的雌核產(chǎn)生單倍體，如洋蔥、甜菜、黃瓜、南瓜、非洲菊、向日葵[40]等；草莓、黃瓜、西葫蘆、南瓜、甜瓜等通過(guò)離體未受精子房培養(yǎng)獲得單倍體植株；大麥、煙草、玉米、水稻、小麥等通過(guò)未受精子房培育出單倍體植株[41]。

黃國(guó)中等[42]利用16種不同的玉米材料，分別對(duì)其未授粉的雌穗進(jìn)行離體直插或切段直插培養(yǎng)，成功獲得植株并結(jié)實(shí)。陶自榮等[43]通過(guò)選取5個(gè)品種誘導(dǎo)馬鈴薯進(jìn)行離體雌雄配子體培養(yǎng)，結(jié)果表明，其中2個(gè)品種獲得了少量的單倍體再生植株，再對(duì)其進(jìn)行莖切段培養(yǎng)，可以產(chǎn)生大量的單倍體試管苗和小薯。

2 單倍體的加倍

單倍體材料中僅含一套染色體，植物單倍體一般植株弱小且高度不育，不能直接用于遺傳育種和生產(chǎn)運(yùn)用，需經(jīng)過(guò)加倍形成雙單倍體才能在育種中運(yùn)用。目前有自然加倍和人工加倍2種方法：自然是通過(guò)自發(fā)加倍，加倍率低；人工加倍主要是通過(guò)化學(xué)方法加倍，加倍率高。

2.1 自然加倍

在誘導(dǎo)單倍體過(guò)程中染色體會(huì)出現(xiàn)自發(fā)加倍的現(xiàn)象，目前許多植物中都發(fā)現(xiàn)存在一定比例的單倍體植株自發(fā)進(jìn)行染色體數(shù)目加倍，這種比例受到外界環(huán)境和材料基因型等因素的影響。研究表明，不同基因型玉米存在0～21.4%的自然加倍率[44]；而不同基因型油菜則具有10%～40%的自然加倍率[45]；一些大麥品種的自然加倍率則高達(dá)87%[46]。影響單倍體自然加倍的因素主要來(lái)自于生長(zhǎng)環(huán)境，包括溫度、營(yíng)養(yǎng)、濕度以及其他生物逆境等的影響[47]。染色體自然加倍是普遍存在的，但是加倍率較低，不利于大規(guī)模運(yùn)用。

2.2 化學(xué)加倍

單倍體植株存在自然加倍，但加倍頻率一般較低，不利于生產(chǎn)上廣泛運(yùn)用，因而，采取人工加倍染色體成為單倍體加倍的主要手段。誘導(dǎo)染色體加倍的傳統(tǒng)而有效的方法是用秋水仙素處理，通過(guò)浸根、浸芽、浸泡分蘗節(jié)等方法進(jìn)行加倍。秋水仙素（Colchicine，COL）是微管特異性藥物，是誘導(dǎo)植物體細(xì)胞染色體加倍最有效的化學(xué)誘變劑之一，適宜濃度的秋水仙素能破壞或抑制紡錘絲的形成，使細(xì)胞復(fù)制時(shí)染色體不能分向兩級(jí)，導(dǎo)致新生細(xì)胞的染色體加倍[48]。

人工加倍最早使用秋水仙素作為誘變劑，后來(lái)人們發(fā)現(xiàn)吲哚乙酸、萘啶乙烷、生長(zhǎng)素等植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，芫荽腦、苯及其衍生物、磺胺劑、藜蘆堿及其他植物堿、麻醉劑等次級(jí)代謝產(chǎn)物以及有機(jī)砷、有機(jī)汞等化學(xué)物質(zhì)等也能誘導(dǎo)染色體加倍。近年來(lái)還有報(bào)道，萘嵌戊烷和一些除草劑類物質(zhì)（如二苯基胺、磷酰胺、苯基酰胺、氟樂(lè)靈、氨磺樂(lè)靈、拿草特及一氧化氮等）也可使植物的染色體加倍[49]。

3 單倍體的篩選

雌雄配子體培養(yǎng)獲得的植株多具有較高的倍數(shù)性水平，或者染色體丟失形成非整倍體；單倍體通過(guò)自然和人工加倍后，往往是單倍體、雙單倍體、雜合體以及嵌合體的混合群體，因此，需要對(duì)植株進(jìn)行鑒定，才能運(yùn)用于后續(xù)育種。

鑒定單倍體植株和二倍體植株的方法很多，主要有植株形態(tài)學(xué)觀察、細(xì)胞學(xué)觀察和分子生物學(xué)鑒定，采用適合的鑒定方法是獲得單倍體植株的有效前提。

3.1 形態(tài)學(xué)特征鑒定

單倍體和相應(yīng)的雙單倍體植株具有同一套基因組，因而表型相似，但由于單倍體僅含一組染色體，表現(xiàn)為細(xì)胞體積較小、植株的葉片面積、花莖以及種子等營(yíng)養(yǎng)器官和繁殖器官較二倍體小，植株也較矮[50]。此外，單倍體植株開(kāi)花一般較早，持續(xù)時(shí)間也較長(zhǎng)，單倍體不能進(jìn)行減數(shù)分裂，雌花不正常且敗育徹底，花藥多是皺癟不易爆裂。這是一種直觀簡(jiǎn)便的鑒定方法，但需要植物生長(zhǎng)發(fā)育到某個(gè)特定的時(shí)期才能進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)于生長(zhǎng)周期較長(zhǎng)的木本植物檢測(cè)周期過(guò)長(zhǎng)。

其次，氣孔密度、大小及保衛(wèi)細(xì)胞中葉綠體的數(shù)量與作物的倍性存在一定的相關(guān)性。植物的倍性與葉片單位面積氣孔數(shù)量緊密相關(guān)，單倍體植物與相應(yīng)的二倍體比較，單位葉面積氣孔數(shù)量增多，氣孔直徑減小、葉綠體含量降低，測(cè)定氣孔保衛(wèi)細(xì)胞大小和長(zhǎng)度成為一種簡(jiǎn)單、有效的早期鑒定單倍體的方法[51]，但是氣孔的形態(tài)和數(shù)量受到植株生長(zhǎng)狀態(tài)的影響，會(huì)對(duì)鑒定結(jié)果有一定的影響。

3.2 細(xì)胞學(xué)觀察

細(xì)胞中染色體的數(shù)目能夠直接反映植株的倍性，檢測(cè)染色體數(shù)量是鑒定植株倍性最準(zhǔn)確、最有效的方法。其次，不同倍性植株的細(xì)胞核中DNA含量差異顯著，可以通過(guò)檢測(cè)細(xì)胞中的DNA含量來(lái)估計(jì)植株的倍性。目前，流式細(xì)胞儀能夠通過(guò)快速檢測(cè)細(xì)胞中DNA的相對(duì)熒光強(qiáng)度來(lái)分析DNA的含量，進(jìn)而確定植株的倍性，該方法具有快速、高效、準(zhǔn)確等特點(diǎn)，適合于多種植物的倍性鑒定，且能夠鑒定出嵌合體，但是設(shè)備昂貴，不適于實(shí)驗(yàn)室使用。SARIO等[52]利用流式細(xì)胞儀測(cè)定西瓜細(xì)胞核內(nèi)DNA的含量和細(xì)胞核大小，能夠快速準(zhǔn)確地確定細(xì)胞倍性來(lái)鑒定植株的倍性。

3.3 分子生物學(xué)鑒定

DNA中含有多種等位基因、SSR以及SNP等分子標(biāo)記等位點(diǎn)，成為以DNA分子為基礎(chǔ)的倍性檢測(cè)的重要標(biāo)記。利用分子生物學(xué)檢測(cè)不僅可以將單倍體、二倍體植株以及雙單倍體植株進(jìn)行準(zhǔn)確地區(qū)分，在基因型高度雜合材料倍性的鑒定上具有優(yōu)勢(shì)，而且儀器和設(shè)備簡(jiǎn)單，易于操作，成為目前應(yīng)用最廣泛的單倍體檢測(cè)方法[31]。CHEN等[53]2001年通過(guò)RADP和ISSR以及RFLP聯(lián)合標(biāo)記，鑒定通過(guò)花粉培養(yǎng)出的單倍體亞麻植株。湯飛宇等[54]利用SSR標(biāo)記并結(jié)合大田農(nóng)業(yè)性狀，對(duì)玉米178×黃C雜交種子房培養(yǎng)的再生植株后代進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)2株在隨機(jī)檢測(cè)的多個(gè)位點(diǎn)純合，鑒定為自發(fā)加倍的雙單倍體。

4 單倍體在植物育種中的作用

目前，單倍體在植物遺傳育種中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，主要農(nóng)作物、蔬菜、水果以及藥用植物等都有單倍體育種報(bào)道。單倍體育種能夠縮短育種年限、節(jié)約成本、提高育種效率以及擴(kuò)展種質(zhì)資源，因而成為作物遺傳育種的重要手段。

目前，多種農(nóng)作物都有單倍體育種的報(bào)道，玉米、水稻、小麥、油菜等都有育成的品種。通過(guò)單倍體技術(shù)選育的玉米品種有桂三號(hào)、遺單6號(hào)、科玉10號(hào)、秦單5號(hào)等，并已在生產(chǎn)上進(jìn)行推廣。陳新民等[55]利用小麥×玉米誘導(dǎo)單倍體技術(shù)選育出高產(chǎn)、節(jié)水、抗病小麥新品種中麥533。劉勇等[56]利用單倍體技術(shù)獲得雙抗TMV（煙草花葉病毒）和PVY（煙草馬鈴薯Y病毒）的煙草株系。水稻通過(guò)花藥培養(yǎng)選育出了單豐1號(hào)、花育1號(hào)、花育2號(hào)、中花系列粳稻品種、合江21號(hào)、龍粳系列粳稻品種。國(guó)內(nèi)利用花藥培養(yǎng)技術(shù)培育出小麥京花系列、甘春16號(hào)、豫麥系列、花培系列、冀麥42、楊麥9號(hào)、陜農(nóng)28號(hào)等品種，并在生產(chǎn)上大面積推廣。大麥、小黑麥也有通過(guò)單倍體育種的報(bào)道。

其次，單倍體育種在蔬菜水果中也有運(yùn)用，目前，西瓜、西葫蘆、南瓜、蘋果、桃、草莓、大蒜、黃瓜、辣椒、甜瓜、芥菜、洋蔥、苦瓜、大白菜等多種水果和蔬菜都有單倍體育種的報(bào)道。另外，單倍體在藥用植物育種中的運(yùn)用也有報(bào)道。目前，我國(guó)利用花藥培養(yǎng)已得到寧夏枸杞、人參、烏頭、平貝母和三葉半夏等多種藥用植物的新品種[57-58]。

5 展望

單倍體經(jīng)過(guò)加倍后，基因型完全純合，隱性基因也能夠表達(dá)，純合速度快，增加了品種表型，不需要傳統(tǒng)育種過(guò)程中連續(xù)多代自交純合，適合某些特定表型的純合，適合自交不親和植物物種的育種，也可以應(yīng)用于快速繁殖、突變育種和轉(zhuǎn)基因育種等方面。

單倍體對(duì)作物遺傳育種具有重要的意義：通過(guò)單倍體的誘導(dǎo)和加倍可快速獲得異花授粉作物的自交系和無(wú)性系，加快純系的選育及親本種子純化；單倍體培養(yǎng)和加倍過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)基因突變，能夠創(chuàng)新種質(zhì)資源，增加群體遺傳多樣性；誘變單倍體能夠快速發(fā)現(xiàn)隱性基因突變，有利于突變體篩選和基因功能的研究。

隨著科學(xué)研究的發(fā)展，多種作物都能依據(jù)各自特性，選取最適合的誘導(dǎo)方法和加倍條件，對(duì)單倍體誘導(dǎo)、再生以及加倍條件機(jī)理等方面的研究，有利于增加育種速度、提高育種效率，將單倍體誘導(dǎo)技術(shù)更好地運(yùn)用于規(guī)模化和商業(yè)化育種中。

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Research Advances in Haploid Breeding of Plants

BUHuahu1，RENZhiqiang1，2，WANGXiaoqing3，XIAOJianhong1
（1.Research Center of Modern Agriculture，Shanxi Academy of Agricultural Sciences，Taiyuan 030031，China；2.Key Laboratory of Crop Gene Resources and Germplasm Enhancement on Loess Plateau，Ministry of Agriculture，Taiyuan 030031，China；3.Research Center of Biotechnology，Shanxi Academy of Agricultural Sciences，Taiyuan 030031，China）

Many plants have many problems such as long reproductive cycle,high gene heterozygosity,self-incompatibility,long breeding cycle and great difficulty.Doubled haploid plants enables homozygous fast,can make recessive genes expression,and in the process of formation haploid can produce new traits,innovate germplasm resources.Haploid technology using in breeding can greatly accelerate the breeding process,save time and costs,improve breeding efficiency,which is one of the effective ways of modern fast and efficient plant breeding method.This paper summarizes the haploid obtained methods,doubling technique,identification methods and research advancesin haploid breeding,which will provide technical and theoretical basisfor plant genetic breeding.

haploid;parthenogenesis;doublehaploid

S335.4

A

1002-2481（2017）12-2032-06

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.12.32

2017-07-09

山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院種業(yè)發(fā)展專項(xiàng)（ymzy2016008）；山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物育種工程項(xiàng)目（16yzgc125）

卜華虎（1986-），男，安徽滁州人，助理研究員，主要從事作物遺傳育種及資源創(chuàng)新研究工作。任志強(qiáng)為通信作者。