大麦加倍单倍体（DH群体）的建立及其在遗传育种中的应用

大麦加倍单倍体（DH群体）建立的方法很多，目前在大麦遗传育种中运用较多的主要有球茎大麦法、花药培养法和小孢子培养法等三种。大麦DH群体不仅为遗传学、形态发生学和分子生物学等基础研究提供了丰富的背景和遗传稳定的材料，而且对中体的育种实践也有重要意义。本文简要综述大麦DH群体的建立方法及其在遗传育种中的应用，以期为大麦遗传育种研究提供参考。     

大麦单倍体遗传育种研究(综述)(一)

1934年美国人Johanson首先发现大麦单倍体植株,由于当时自发和诱发单倍体频率太低,不能用于育种。自1970年加拿大Kasha和Kao等人第一个报道大麦单倍体人工生产方法以后,近十多年来大麦单倍体的研究取得了重大进展。目前世界上包括我国在内有十几个国家在从事这一研究,已经发现四种生产单倍体方法,其中以球茎大麦法的效果最好,研究得也最多。单倍体技术已从实验阶段进到了育种应用阶段。本文主要介绍近期国内外应用球茎大麦法生产大麦单倍体的技术及其遗传育种的研究成果,供从事大麦育种的同志参考。     

现代生物技术与大麦遗传育种

综述了大麦遗传育种中现代生物技术的应用、研究和发展概况，较全面地介绍了大麦单倍体育种主要途径的发展概况和单倍体技术的综合应用，并对大麦体细胞无性系变异的利用、遗传转化、分子标记等在大麦遗传育种中研究应用的最新进展作了简要介绍     

利用小麦与玉米远缘杂交诱导小麦双单倍体的研究进展

利用小麦（Triticum aestivum L．）与玉米（Zea mays L．）进行远缘杂交,通过玉米染色体的消失而获得小麦单倍体胚,再经幼胚离体培养及染色体加倍诱导双单倍体（Double haploid,DH）,是小麦单倍体育种的一种重要途径,用这种方法创建的DH群体是进行小麦分子标记研究和QTL分析的重要遗传材料。本文对DH群体创建过程中影响单倍体胚产生、单倍体及双单倍体植株形成等因素以及双单倍体的应用进行了综述,重点探讨了亲本选配原则、花期调节技术、2,4-D处理、玉米花粉和小麦柱头发育状况以及环境因素等对诱导单倍体胚效果的影响等方面的研究状况,同时对利用小麦与玉米杂交诱导小麦双单倍体技术进行了展望。     

玉米单倍体自然加倍若干问题探讨

玉米单倍体加倍是DH育种中的关键技术环节之一,玉米单倍体雄穗自然加倍能力较低,限制了DH育种技术在商业育种中的大规模推广,对玉米雄穗自然加倍遗传特性的研究将有助于DH技术在育种中的进一步应用。本研究通过对多个不同遗传背景的单倍体雄穗自然加倍能力进行严格统计和差异比较,结果表明,单倍体雄穗育性恢复主要受核基因的控制,不受细胞质基因的调控。诱导率对单倍体雄穗自然加倍能力没有显著影响,自交系来源的DH1经过诱导后的单倍体由于基因型没有变化,其自然加倍能力与自交系相比没有显著提高。     

水稻单倍体育种工作的简易化、系列化、规模化问题探讨

在多年水稻单倍体育种工作的基础上,改进、完善了水稻单倍体育种技术。以节省为原则简化培养方法;以快速为原则建立单倍体育种新体系;以丰富遗传背景为原则,扩大绿苗群体及花粉植株再利用。建立一个水稻单倍体育种新程序,使这一技术在水稻育种工作中得到更广泛的应用。     

水稻单倍体育种工作的简易化、系列化、规模化问题探讨

在多年水稻单倍体育种工作的基础上,改进、完善了水稻单倍体育种技术。以节省为原则简化培养方法;以快速为原则建立单倍体育种新体系;以丰富遗传背景为原则,扩大绿苗群体及花粉植株再利用。建立一个水稻单倍体育种新程序,使这一技术在水稻育种工作中得到更广泛的应用。     

玉米单倍体雄穗自然加倍性轮选遗传修复与高加倍率材料的创制

利用DH技术对先玉335进行连续轮回选择,发现单倍体雄穗自然加倍能力具有极显著的累加遗传效应,这种遗传效应可以获得成倍提高。证明玉米自身遗传系统具有单倍体雄穗自然加倍遗传恢复(修复)能力。用两轮选择所获的DH2系再次杂交组群,再经杂交诱导获得单倍体植株平均雄花散粉率高达85.15%,自交结实率高达66.18%,是基础群体先玉335直接诱导单倍体株的6.99倍和9.86倍。获得的DH3系因经两轮全基因组配子体选择,最大限度地淘汰了有害、劣性基因,聚合了较多优良基因,农艺性状好,植株长势强,可直接应用于资源扩增和品种选育。单倍体雄穗自然加倍性的轮选遗传修复能力的发现与高自然加倍率材料的创制具有极其重要的应用价值,可与玉米双轮回选择育种模式相结合,构建基于自然加倍为主体的单倍体双轮回育种技术体系。     

玉米单倍体自然加倍双轮回育种体系的探索

依据相关理论和育种实践提出，在单倍体规模化育种技术基础上，应用单倍体轮选遗传修复原理，纳入主体杂优模式双向轮回选择育种理念，构建“单倍体自然加倍双轮回育种技术体系”。通过对主体杂优模式的双向DH轮回循环选择改良，逐步累加农艺性状相关有益基因频率，快速聚合雄穗自然加倍基因，保持2个群体的遗传距离与配合力，逐步形成两个相互对应的单倍体高自然加倍商业化核心种质群，步入简单、快捷、高效的“单倍体自然加倍双轮回育种技术体系”。该体系经全面运行实施，验证了缩短育种年限、简化操作流程、节约选系成本、提高育种效率的效果。     

大麦系统选育后代和单倍体加倍后代之间的比较

遗传理论研究表明,系统选种方式和单倍体加倍的育种方式之间存在着差异。法国拉瓦尔大学植物学系的Pierre Turcotte等人采用1972年进行的7个杂交组合的后代进行了本试验。一方面系统连续选育,一方面用大麦×球茎大麦种间杂交的方法产生单倍体加倍的后代。     

玉米DH系产量性状配合力相关分析

以DH系为亲本组配杂交组合为对象,采用数量遗传学方法研究DH系产量相关性状的遗传变异规律。结果表明,诱导DH系的基础材料决定其诱导后代的类型,DH系的穗长、穗粗、穗行数、行粒数、百粒重等产量相关性状符合基因加性效应遗传规律。利用DH育种技术可以快速改良自交系的一般配合力(GCA),组配优良的杂交组合。     

玉米杂交诱导单倍生殖育种工具材料——单倍体诱导系

玉米育种的关键在于自交系的选拔。优良自交系选育的质量和速度决定了组配杂交种的水平和表现。传统的自交系选育方法所需周期长、规模大、费时费力,已不能适应现代市场对于新品种的需求。目前,最好的方法是双单倍体育种方法,此方法通过单倍体诱导系可以诱导产生10%左右的母本单倍体种子,经过加倍处理,即可获得100%纯合的自交系。杂交诱导单倍体育种方法的根基是诱导系的创制与诱导率提升。     

源于大麦F1小孢子氮胁迫培养自交一代的耐低氮性评价

为了探索快速改良大麦耐低氮性状的育种方法,以2份耐低氮亲本配制（正反交）杂交组合,游离其F₁代小孢子进行氮胁迫培养,获得85个加倍单倍体（Double haploid,DH）系。取其种子播种于正常供氮和降氮的土壤中,以亲本作对照,观察群体的形态特征表现,以此对耐低氮性进行初步的评价。同时,对耐低氮性明显超亲的基因重组体进行氮代谢相关的生理生化指标分析,以探讨其与有关农艺性状的相关关系。结果表明,（1）通过氮胁迫相关的形态特征鉴定,正反交DH系低氮胁迫响应的相对值优于亲本;（2）筛选到10份明显优于双亲的DH系,对其进行相关酶活力测定,发现在低氮胁迫下,谷氨酰胺合成酶（GS）活力相对值与成熟期单株产量存在极显著正相关性,可以初步作为成熟期氮素营养检测的生化指标。依据研究结果可以认为,运用杂交结合F₁小孢子氮胁迫培养方法,能够产生耐低氮性优于双亲的DH系。     

应用小孢子离体培养技术培育大麦新品系

以大麦F1、F2代为供体材料,通过技术优化,建成了大麦小孢子培养高频再生技术程序。利用大麦小孢子加倍单倍体育种技术平台,二年内就可获得种性稳定的株系,四年内即可参加新品种区试。经过田间严格鉴定与选择,育成了大麦新品系“花98-11”和新株系“花01-3”、“花01-12”。     

玉米单倍体育种研究进展

基于孤雌生殖诱导系的单倍体育种技术在玉米育种中被广泛应用,极大加快了育种进程。综述了玉米单倍体获得的途径和加倍的方法,讨论了孤雌生殖诱导系产生单倍体的机理以及单倍体的应用价值,最后分析了单倍体育种技术存在的问题,并对应用前景进行了展望。     

大麦DH群体在耐低氮相关遗传连锁图谱初步构建中的运用

为给大麦耐低氮基因的发掘提供参考,以耐低氮品种BI-04和氮敏感品种BI-45为亲本,用通过花药离体培养方法得到的84个单倍加倍体(DH)后代作为作图群体进行耐低氮性遗传图谱的构建。利用376对SSR引物对亲本BI-04和BI-45进行多态性检测,共筛选出76对多态性引物,多态性频率为20.2%。利用Joinmap 4.0作图软件构建BI-04×BI-45 DH群体分子标记连锁图谱,取LOD>3.0进行分子标记连锁分析,构建了含有7个连锁群、27对标记的分子标记连锁图谱,连锁群总长度为303.6 cM,标记之间的平均遗传距离为11.24 cM。这7个连锁群包含了大麦的7条染色体,为大麦耐低氮的QTL分析奠定了一定的基础。     

利用分子标记定位水稻芽期耐冷性基因

 利用籼稻品种南京11和粳稻品种巴利拉的F₁花药进行组织培养,获得67个加倍单倍体植株(Doubled haploid, DH)。 以该群体构建了一张包含131个RFLP标记的水稻分子图谱。 以芽期的死苗率为指标, 评定亲本及各 DH系在低温(4～5℃)条件下的耐冷性。结果表明：死苗率在DH群体中呈双峰连续分布, 表明芽期耐冷性是由主基因控制的数量性状。将死苗率作为数量性状进行QTL的区间作图分析, 发现在第7染色体上G379b-RG4区间存在有与耐冷性有关的基因(Cts7) 。     

不同叶鞘色玉米单倍体花粉活力差异研究

针对玉米紫色叶鞘自交系×绿色叶鞘DH系的8份F1材料,经杂交诱导、海南自然加倍自交结实收获607份DH系,就紫色叶鞘和绿色叶鞘DH系数量、污染率、平均污染株数及绿色叶鞘DH系受紫色叶鞘、绿色叶鞘污染株数进行适合性检验和分析.结果表明,紫色叶鞘单倍体花粉活力强于绿色叶鞘单倍体.     

The use of statistical methods to evaluate winter oilseed rape doubled haploids for industrial purposes

Doubled haploid (DH) production is valuable technology in modern plant breeding of oilseed rape. Doubled haploids can be produced from in vitro isolated and cultured microspores, which, instead of forming pollen, develop into haploid embryos. Either spontaneously or after artificial doubling of chromosomes, the arising resulting plants are diploid and fertile, and 100% homozygous for all genes. Biotechnological DH production offers various advantages for plant breeders, including the possibility to obtain homozygous lines rapidly, as well as easy selection due to the absence of heterozygosity. A DH line with desirable agronomic characters can be chosen and introduced into a breeding program as a result of selection for a combination of optimum characters. The study presents the application of uni- and multi-variate statistical methods to evaluate winter oilseed rape DH lines studied in a series of six experiments repeated at different localities and over a number of years. These methods made it possible to estimate individual DH lines under various environmental conditions, including the assessment of the content and stability of two different fatty acid compositions. The aim of the study was to classify and select the best oilseed rape genotypes with regard to the requirements of chemical and biodiesel industry concerning fatty acid compositions at simultaneously high seed yield. The paper contains the results of statistical analysis of 37 genotypes (32 DH lines, 2 parental forms, F₂ and F₃ hybrids and standard cultivar) performed on the basis of experiments carried out at 6 environments. A total of 14 genotypes were found satisfactory (11 stable and 3 unstable) for the chemical industry and 10 genotypes satisfactory (6 stable and 4 unstable) for the biodiesel industry. Among them 5 genotypes had very profitable significant and positive estimates of the main effect for seed yield.