《改变生活的生物技术》课程教学资源（阅读材料）玉米的单倍体育种

玉米的单倍体育种 张梦圆14340220004 背景: 玉米是世界上总产量最高、最适合作为工业原料的粮食作物,也是世界三大主粮之一, 在国民经济中占有举足轻重的地位。玉米的常规育种方法是通过人工自交与选择,获得高 配合力的纯合自交系,但这种方法需要巨大的人力和漫长的时间(约6-8代自交);单倍 体育种的出现,缩短了育种周期,大大提高育种效率,为玉米快速、高效的育种提供了良 好的途径 、育种简介 (一)概念 单倍体育种( haploid breeding)是以染色体变异原理,利用植物组织培养技术诱导产 生单倍体植株,再通过使染色体组加倍的方法,形成能结实的纯合正常植株的育种方式。 (二)主要步骤 1.单倍体植株的培养 ①从自然界中获取:自然界中本身存在单倍体的植株,但存在较少 ②离体培养:通过花药或花粉离体培养,形成胚状体或愈伤组织,诱导再生出单倍体 植株 ③诱导孤雌生殖:通过异种花粉或同种无发育性(如用X射线处理)花粉的授粉,刺 激未受精的卵细胞单性发育,产生单倍体 染色体加倍 单倍体植株不能形成有活力的配子,通过染色体加倍,可形成纯合、性状稳定的二 倍体株系,也称双单倍体( Doubled Haploid,DH)株系。 染色体加倍可通过人工加倍法,即用一定浓度的秋水仙素处理单倍体植株,获取可育 的二倍体植株;也可以使用愈伤组织加倍法,诱导单倍体植株产生愈伤组织,经过继代培 养,转移到分化培养基上,从再生的植株中选取染色体加倍的植株

玉米的单倍体育种 张梦圆 14340220004 一、背景： 玉米是世界上总产量最高、最适合作为工业原料的粮食作物，也是世界三大主粮之一， 在国民经济中占有举足轻重的地位。玉米的常规育种方法是通过人工自交与选择，获得高 配合力的纯合自交系，但这种方法需要巨大的人力和漫长的时间（约 6-8 代自交）；单倍 体育种的出现，缩短了育种周期，大大提高育种效率，为玉米快速、高效的育种提供了良 好的途径。 二、育种简介 （一）概念 单倍体育种（haploid breeding）是以染色体变异原理，利用植物组织培养技术诱导产 生单倍体植株，再通过使染色体组加倍的方法，形成能结实的纯合正常植株的育种方式。 （二）主要步骤： 1．单倍体植株的培养 1 从自然界中获取:自然界中本身存在单倍体的植株，但存在较少。 2 离体培养:通过花药或花粉离体培养，形成胚状体或愈伤组织，诱导再生出单倍体 植株。 3 诱导孤雌生殖:通过异种花粉或同种无发育性（如用 X 射线处理）花粉的授粉，刺 激未受精的卵细胞单性发育，产生单倍体； 2、染色体加倍 单倍体植株不能形成有活力的配子，通过染色体加倍，可形成纯合、性状稳定的二 倍体株系，也称双单倍体（Doubled Haploid，DH）株系。 染色体加倍可通过人工加倍法，即用一定浓度的秋水仙素处理单倍体植株，获取可育 的二倍体植株；也可以使用愈伤组织加倍法，诱导单倍体植株产生愈伤组织，经过继代培 养，转移到分化培养基上，从再生的植株中选取染色体加倍的植株

花药 B 粉植株 花药 养 来色加倍 移栽 脱分 再分 化 加 人工种子 三、玉米的单倍体育种 采集处于孕穗期玉米的花药,筛选其中符合条件的花粉 经过培养使花粉粒脱分化,进而培养形成单倍体玉米植株, 将单倍体植株用秋水仙素处理,促使染色体加倍,进而产生 正常的二倍体植株,形成自交系 四、感悟与展望 (一)单倍体育种的优点: 1、单倍体育种可以明显缩短育种年限,获得纯合株系; 、该方法可使用链条式流水线的作业模式,进行规模化育种; 3、可以在营养体阶段直接发现突变体,淘汰有害的、致死和半致死的突变基因,获取有 高抗性的突变体; 4、用于遗传学方面硏究。单倍体植株反映了性状分离的情况,可以建立稳定的分离种群, 用于遗传研究; 5、将单倍体育与杂交育种、诱变育种、远缘杂交等现代生物育种技术相结合,对于改良 物作品种,前景更加广阔; (二)目前存在的问题及亟待改进的地方 1、单倍体育种,不能有效打破不良基因的连锁,而且基因间的重组几率较低; 2、在对单倍体植株染色体加倍时,会得到多倍体、非整倍体、也会有混倍现象发生。 3、单倍体技术进行加倍之后,得到的后代DH系数量相对比较多,后期的测试工作困难

三、玉米的单倍体育种 采集处于孕穗期玉米的花药，筛选其中符合条件的花粉， 经过培养使花粉粒脱分化，进而培养形成单倍体玉米植株， 将单倍体植株用秋水仙素处理，促使染色体加倍，进而产生 正常的二倍体植株，形成自交系。 四、感悟与展望 (一)单倍体育种的优点： 1、单倍体育种可以明显缩短育种年限，获得纯合株系； 2、该方法可使用链条式流水线的作业模式，进行规模化育种； 3、可以在营养体阶段直接发现突变体，淘汰有害的、致死和半致死的突变基因，获取有 高抗性的突变体； 4、用于遗传学方面研究。单倍体植株反映了性状分离的情况，可以建立稳定的分离种群， 用于遗传研究； 5、将单倍体育与杂交育种、诱变育种、远缘杂交等现代生物育种技术相结合，对于改良 物作品种，前景更加广阔； （二）目前存在的问题及亟待改进的地方 1、单倍体育种，不能有效打破不良基因的连锁，而且基因间的重组几率较低; 2、在对单倍体植株染色体加倍时，会得到多倍体、非整倍体、也会有混倍现象发生。 3、单倍体技术进行加倍之后，得到的后代 DH 系数量相对比较多，后期的测试工作困难 的

(三)展望 单倍体育种技术,在一定的程度上是目前阶段中,现代生物技术育种的主要内容之一, 在玉米育种中的应用前景十分诱人,首先对目标诱导材料进行重组与改良,使其积累足够的有 利基因位点,然后利用单倍体技术使优良的基因快速纯合,获得性状优良的纯系,这将会极大 地发挥单倍体育种技术的优势,提高玉米育种的效率。未来的工作将以进一步完善单倍体诱导 体系、提高单倍体诱导率和提高单倍体加倍技术为重点研究方向

（三）展望 单倍体育种技术，在一定的程度上是目前阶段中，现代生物技术育种的主要内容之一， 在玉米育种中的应用前景十分诱人，首先对目标诱导材料进行重组与改良，使其积累足够的有 利基因位点，然后利用单倍体技术使优良的基因快速纯合，获得性状优良的纯系，这将会极大 地发挥单倍体育种技术的优势，提高玉米育种的效率。未来的工作将以进一步完善单倍体诱导 体系、提高单倍体诱导率和提高单倍体加倍技术为重点研究方向