用小麦x玉米法产生单倍体胚的单倍体育种的技术开发

    
    
     小麦与玉米杂交，利用玉米染色体的消失而产生小麦单倍体是一种新的单倍体育种途径。自1988年Laurie等首次利用小麦与玉米杂交获得小麦单倍体植株以来，国内外已有许多报道。在小麦育种中，通过双单倍体在一个世代中就可以得到纯合重组体，这对于缩短育种年限、提高育种效率是很有意义的。由于这种方法是在杂交两周左右直接进行幼胚培养，无染色体自然加倍，产生的植株均是单倍体，而单倍体只有加倍成为双倍体后，才能正常结实而稳定遗传下去，使单倍体育种变为现实。
     一、小麦与玉米杂交可交配性
     早在1876年，Wilson首次完成了小麦与黑麦属间杂交，标志着小麦远缘杂交工作的开始。将近缘植物的有利基因导入小麦遇到的第一个难题是杂交不亲合性，即交配不易成功。现已研究表明，远缘杂交的亲合性由可交配基因Kr控制。Lein(1943年)发现：小麦和黑麦的可交配性是由Kr1、
    Kr2两个基因控制的，显性基因Kr抑制普通小麦与黑麦的可交配性，大多数品种都含有该种基因；另一种是它的等位隐性基因Kr，它能促进普通小麦与黑麦的可交配性，只有个别小麦品种有其中一个基因的存在就能降低可交配性，只是Kr1的作用比Kr2更强一些。小麦与玉米的可交配性也是由小麦Kr基因控制的，主要由5A上的Kr2决定，而与Kr1关系不大。虽然小麦和玉米在分类学上相距甚远，然而玉米花粉在小麦柱头上容易萌发，继而能够受精。
     二、通过小麦x玉米法产生双单倍体
    须经过三个步骤
     (一)通过小麦与玉米杂交获得单倍体胚。玉米的播种时间为小麦抽穗12周之前，温度要求为15℃以上。在小麦正常杂交时期有目的地选定F1植株去雄，3--5天后剪取穗与充分的玉米粉杂交。早晨把玉米雄花上的花粉抖落掉，然后套纸袋，下午取新鲜花粉做杂交。插入穗培养液(100mg／L2，4-D、40g／L蔗糖、8ml／L亚硫酸)中，放置光照培养箱中培养，温度为22℃、光照为24小时。陈新民等曾经对2，4-D蘸穗处理与2，4-D注射处理方法进行比较，蘸穗处理(13．8％)对胚产生频率显著高于注射处理(4．2％)。虽然取穗培养方法复杂，但植株生长条件可以人工控制，有利于单倍体胚产生。根据日本牛山智彦等报道来看，2，4-D是子房膨大和胚产生的必要条件。普通小麦与玉米的杂交力较高，每个杂交穗可以产生4个胚和2．5个单倍体植株。不同玉米花粉供体基因型间其胚产生频率存在着显著差异，因此，筛选容易诱导产生单倍体的玉米品种是一种较易提高得胚率的方法。
     (二)通过胚培养而获得单倍体植株。小麦与玉米杂交2--3周后用摄子取出种子，消毒后在显微镜下无菌操作(需超净工作台)取出胚，放人胚培养基中(pH值为5．8--6．0)，在光照培养箱中黑暗培养，温度为25℃，待胚发芽后温度调节为20℃、光照为12小时。
     (三)进行染色体加倍而获得双单倍体。幼植体叶片3--4片、根冠部变粗时用秋水仙素(0．1％)处理，地上部留1／2，根留1．0--1．5cm，浸泡在秋水仙素溶液中，20℃下连续日照5小时，用清水洗净后移植到直径为12cm的小盆里。据前人报道，在培养基中直
    接加入秋水仙素，处理已培养7天的幼胚，结果表明：无秋水仙素处理(对照)的幼胚萌发率为67．4％，存活的植株均未结实；而经过浓度为50mg／L、100mg／L、200mg／L秋水仙素处理的幼胚萌发率分别是32．1％、26．4％、16．3％，但加倍率分别是85．7％、100％和50％。这说明秋水仙素对幼胚萌发有抑制作用，而加倍较适宜的浓度应为100mg／L。
     三、结论
     起初，利用小麦x玉米法，小麦单倍体的形成率很低，但是此法与小麦X大麦野生种的属间杂交的bulbosum法相比，因玉米对小麦可交配基因Kr的不敏感性以及对小麦基因型没有严格的专化性，故小麦x玉米法产生小麦单倍体是一种很有效的单倍体育种途径。而且现已在杂交环境(温度、光)以及选择亲合性高的玉米品种，为提高胚形成率、种子形成率等方面进一步研究开发了有效的方法。今后，有待于研究更有效的生物激素的种类、浓度、组合、处理方法等，把玉米的抗旱、抗高温、高光合效率等优良性状导入到小麦中，为最终选育出高产、优质、抗病的小麦，提供了有效途径。
     (黑龙江省农科院小麦研究所，车京玉，克山，邮编：161606)
     摘自2003年第9期《农业科技通讯》