全 文 ：植物生理学通讯 第 45卷 第 10期，2009年 10月 1019
收稿 2009-05-31 修定 　2009-09-04
资助 陕西省自然科学基金(2 001SM06 )。
* 通讯作者(E-mail: jiwanquan2003@126.com; Tel: 029-
8 7 0 8 2 9 7 1 )。
玉米花粉诱导普通小麦产生单倍体技术介绍
蔡东明, 吉万全 *, 王长有, 王亚娟, 刘新伦
西北农林科技大学农学院, 陕西杨凌 712100
Introduction to Technique of Maize Pollen Inducting Common Wheat Haploid
CAI Dong-Ming, JI Wan-Quan*, WANG Chang-You, WANG Ya-Juan, LIU Xin-Lun
College of Agronomy, Northwest A & F University, Yangling, Shaanxi 712100, China
提要: 采用玉米花粉诱导普通小麦产生的单倍体幼胚, 经离体培养一个世代即可获得纯系。在陕西杨凌地区, 1月27日~2
月7日室内分期点播多类型玉米, 3月1日移栽入大棚中, 从4月中旬开始便可获得持续的多类型玉米花粉。小麦散粉前3~5
d授粉, 12 h和 36 h后用 250 mg·L-1 2,4-D处理后的得胚率最高(18.2%)。用 1/2MS+0.2 mg·L-1 IAA+0.2 mg·L-1 6-BAP+2%蔗
糖+7.5 g·L-1琼脂培养基进行幼胚离体培养的效果最好, 平均幼苗产生率为92.15%。授粉100朵小花可以获得大约16个单
倍体幼苗。
关键词: 小麦; 玉米; 单倍体
小麦单倍体育种技术是通过对单倍体幼胚离
体培养和人工加倍在一个世代便可获得纯合的双单
倍体, 这比常规育种的周期(7~8年)显著短, 从而大
大缩短了育种进程, 是加快小麦育种速度的途径之
一。
目前获得小麦单倍体的方法有花药培养、小
麦 ×球茎大麦和小麦 ×玉米这 3种。花药培养由
于幼苗产生频率低, 而且不同基因型小麦间的幼苗
产生频率差异很大, 从而限制了这一方法的推广应
用(陈新民等 1996); 小麦 ×球茎大麦由于受位于小
麦第5同源染色体上的显性可交配Kr基因的限制,
只能在有限的可交配基因型(如中国春)中产生单倍
体(王子宁等2001); 而用玉米花粉诱导普通小麦产
生单倍体, 由于玉米对小麦可交配基因的不敏感, 杂
交结实率高于其他诱导方法, 而且单倍体的产生对
于小麦基因型没有严格的选择性, 幼胚培养过程中
体细胞基本上没有变异和白化苗的产生, 因此认为
用小麦×玉米技术获得单倍体幼胚是较为理想的方
法。
Laurie和 Bennet (1986)用普通小麦与玉米杂
交, 并进行幼胚培养, 曾获得了小麦单倍体植株。
这一技术要真正用于小麦育种实践中, 必须先获得
较高并且相对稳定的得胚率。我国从上世纪 90年
代以来, 对此项技术开展了研究, 但报道的单倍体
胚诱导频率差异较大, 最高的已达 48.6%, 最低的
不到 10% (顾坚等 2005), 培养成苗率大约在 80%
(李根英等 2003)。究其原因, 可能是各地在材料选
择、授粉时间、2,4-D浓度和培养基组分等方法
上不同所致, 而且各地自然环境因素相差悬殊, 这
也会导致试验结果差异较大。为了探索此项技术
在陕西省杨凌地区应用的可行性, 2004年以来, 我
们对小麦 ×玉米花期相遇、小麦单倍体得胚率的
提高和幼胚离体培养的相关技术进行了研究, 现介
绍如下。
材料与方法
1 材料
玉米(Zea mays L.)材料由本校农学院杨引福先
生提供, 其中普通杂交种 3种: 陕单 902、户单 4
号和登海 1号; 自交系 3种: 齐 205、408和 S2; 糯玉
米杂交种 T20094×T050; 甜糯杂交种T20128×T20107; 甜玉
米杂交种超甜 2000。
小麦(Triticum aestivum L.)材料是从本校农学
院生物室 2004~2005年度选种圃中选出的 16份单
交组合: C54 (99104-18/W2132)、C75 (95175/
001127)、C90 (石 8901/小偃 128)、C91 (626/
N9659)、C100 (626/Y06)、C142 (小偃 128/
4314)、C146 (98中 33/9738)、C200 (3683/9659)、
C202 (3683/98139)、C203 (3683/9872)、C205
技术与方法 Techniques and Methods
植物生理学通讯 第 45卷 第 10期，2009年 10月1020
(3683/Y06)、C206 (陕 150/3683)、C295 (99446/
98139-5-3)、C310 (白硬冬 2-4/98139-10)、C316
(626/白硬冬 2-4)和 C321 (陕 9872/99107-1)。
2,4-D浓度有 100、150、200、250和 300
mg·L-1。授粉工具自制(将一小海绵球用细绳固定
在铅笔一端, 授粉时用海绵球蘸取玉米花粉授于小
麦的花上)。
培养基有: (1) 1/2MS, (2) 1/2MS+6-BA (6-苄氨
基嘌呤) 0.05 mg·L-1 (单位下同), (3) 1/2MS+IAA (吲
哚乙酸) 0.05, (4) 1/2MS+IAA 0.1+6-BA 0.1, (5)
1/2MS+IAA 0.15+6-BA 0.15, (6) 1/2MS+IAA 0.2+
6-BA 0.2, (7) 1/2MS+IAA 0.25+6-BA 0.25, (8)
1/2MS+IAA 0.3+6-BA 0.3; 以上各培养基分别添加
2%蔗糖和 7.5 g·L-1琼脂, pH=5.8。
2 方法
2.1 小麦和玉米的播种期 2005年 1月 23日、2
月 11日于室内分 2期点播玉米材料, 3月 1日移栽
入大棚中、并于当天和 3月 20日在大棚中直播 2
期。2006年 1月 27日、2月 7日、2月 18日于
室内分 3期点播玉米材料, 3月 1日移栽入大棚中、
并于当天在大棚直播1期。2004年9月30日和2005
年 10月 1~2日在田间选种圃播种小麦材料。
2.2 去雄和授粉 杨凌地区的小麦正常年份是 4月
9日 ~17日抽穗, 4月 22~30日散粉。2006年 4月
12日采用常规法进行小麦去雄, 将去雄的每份材料
随机平分为 2份, 分别于 2006年 4月 18日和 2006
年 5月 3日在上午 11时左右进行授粉, 每穗授粉 2
次, 间隔 1 d, 授粉后分别于 12 h和 36 h用 2,4-D蘸
穗 2次。花粉采用多类型玉米混合花粉, 这样可以
扩大小麦对玉米花粉的选择范围, 提高杂交成功的
机率。
2.3 幼胚培养 将 C54、C75、C90、C91、C100、
C142、C146、C200、C202、C203、C205、
C206、C295、C310、C316和 C321的幼胚分别
接种在培养基(1)~(8)上, 观察愈伤组织和幼苗的生
长发育状况。
结果与讨论
1 花期的调节
2005年和2006年小麦与玉米花期相遇的试验
结果(表 1)表明, 2005年第一播期的普通玉米杂交
种以及第二播期的糯玉米杂交种、甜糯杂交种和
甜玉米杂交种的花期分别是 4月 18~20日和 4月
27~30日, 与小麦花期(2005年 4月 20~30日)是相
遇的, 其余处理均不相遇。2006年第一、第二播
期的糯玉米杂交种、甜糯杂交种、甜玉米杂交种
及第一播期的普通玉米杂交种花期分别是 4 月
17~20日、4月 25~28日和 4月 21~24日, 它们与
早熟(比当地主栽品种 ‘小偃 22’成熟早 3 d及 3 d
以上的材料)、中熟(与 ‘小偃 22’同期成熟)、晚
熟材料(比 ‘小偃 22’成熟晚 3 d及 3 d以上的材料)
花期分别相遇, 其余处理均不相遇。
玉米与小麦花期是否相遇, 是进行玉米花粉诱
导普通小麦产生单倍体研究的首要条件。由于年
际间气候存在差异, 玉米花期需要适当调节才能与
小麦花期相遇。本试验玉米材料包括杂交种、甜
玉米、糯玉米、甜糯杂交种和自交系, 花期分散,
如果生长前期遇到低温, 花期统一推迟, 使得玉米
表 1 小麦 ×玉米的花期调节
花期相遇日期 /月 -日

年份 播种期 / 移栽期 /
月 -日 月 -日 陕单 902 户单 4号 登海 1号 齐 205 408 S2 T20094×T050 T20128×T20107 超甜 2000
2005 01-23 03-01 04-18 04-20 04-19 － － － 04-14 04-13 04-12
02-11 03-01 05-02 05-01 04-30 05-08 05-12 05-07 04-30 04-28 04-27
03-01 05-17 05-15 05-16 － － 05-21 05-12 05-12 05-11
03-20 － － － － － － － － －
2006 01-27 03-01 04-21 04-24 04-23 04-30 05-03 05-01 04-18 04-20 04-17
02-07 03-01 05-03 05-03 05-02 05-09 05-13 05-10 04-28 04-26 04-25
02-18 03-01 05-13 05-14 05-14 － － － － 05-08 05-09
03-01 05-16 05-16 05-17 － － － 05-14 05-13 05-13
　　加粗日期表示与小麦相遇的玉米花期; 非加粗日期表示与小麦不相遇的玉米花期; “ － ” 表示玉米花期太晚, 未做记录。
植物生理学通讯 第 45卷 第 10期，2009年 10月 1021
花期只与晚熟小麦材料花期相遇有保证, 而与早熟
和中熟小麦材料花期相遇没有保证, 因此, 控制玉
米花期只考虑如何提前, 使得与早熟、中熟和晚熟
小麦材料均花期相遇。玉米一般生长到 18~19片
叶时长出雌穗, 再过 2~3 d散粉, 据此可以推算出
是否能与小麦所有材料花期相遇, 如果玉米花期滞
后, 可以通过追肥、浇水、延长覆棚时间的方法
加快生长速度(蔡东明 2005)。
2 不同授粉时间和不同 2,4-D 浓度下的得胚率
散粉前和散粉后5个不同2,4-D浓度下的6个
小麦的得胚率结果(表2)表明, 相同2,4-D浓度下的
散粉前授粉的得胚率均高于散粉后, 说明散粉前授
粉优于散粉后授粉的。散粉前授粉和散粉后授粉
的在250 mg·L-1 2,4-D下的均可获得最高的得胚率,
表明 250 mg·L-1 2,4-D是适宜的处理浓度。散粉前
授粉后用250 mg·L-1 2,4-D处理的得胚率最高(平均
为 18.2%), 表明散粉前授粉并辅以 250 mg·L-1 2,4-
D 的处理为最好。
根据以上结果我们认为, 小麦散粉前授粉和散
粉后授粉得胚率之所以有差异的原因, 可能是小麦
散粉前柱头已能提供玉米花粉粒萌发所需要的营养
和水分, 授粉后有少量玉米花粉沿着小麦花粉管进
入胚囊; 而小麦散粉后部分柱头因衰老不能提供玉
米花粉粒萌发所需的营养和水分, 因而使小麦散粉
前授粉的得胚率高于散粉后授粉的(姚景侠和李浩
斌 1995)。
表 2 小麦正常散粉期前、后授粉并用 5种 2,4-D浓度处理后的得胚率
得胚率 /%
　 2,4-D浓度 /mg·L-1
C75 C142 C146 C202 C206 C295 平均
散粉前 100 14.0 (14/100) 12.5 (8/64) 14.7 (15/102) 14.1 (14/99) 11.3 (6/53) 12.1 (11/91) 13.1
150 15.8 (12/76) 14.3 (14/98) 14.7 (16/109) 14.9 (12/81) 14.1 (14/99) 14.5 (12/83) 14.7
200 16.0 (14/87) 17.0 (18/106) 17.6 (16/91) 18.4 (18/98) 16.9 (13/77) 16.9 (14/83) 17.1
250 17.7 (14/79) 19.0 (16/84) 17.1 (18/105) 18.7 (17/91) 19.1 (13/68) 17.7 (20/113) 18.2
300 16.0 (13/81) 15.7 (16/102) 17.0 (16/94) 13.6 (15/110) 14.9 (10/67) 15.9 (14/88) 15.5
散粉后 100 12.1 (8/66) 12.0 (7/58) 9.8 (7/71) 11.1 (5/45) 10.7 (6/56) 11.5 (7/61) 11.2
150 12.7 (9/63) 13.0 (7/57) 11.8 (10/68) 11.6 (5/43) 11.8 (6/51) 12.9 (9/62) 12.3
200 14.8 (8/54) 14.3 (7/49) 14.8 (9/61) 13.9 (10/72) 13.8 (8/58) 14.1 (9/64) 14.3
250 15.5 (11/71) 15.5 (13/84) 15.2 (10/66) 16.0 (8/50) 15.9 (11/69) 14.6 (7/48) 15.4
300 14.3 (6/51) 12.5 (6/48) 13.6 (9/66) 13.8 (8/58) 14.1 (9/64) 14.8 (8/54) 13.9
　　得胚率 = 得胚数 /授粉小花数 ×100%。
3 绿苗在培养基上的分化
由于小麦和玉米远缘杂交后染色体之间的不
亲和性, 导致球形胚阶段胚胎发育未能分化为较完
整的胚, 其所产生的合子不协调, 核型也不稳定, 因
此, 在合子分裂后形成了只有小麦单倍染色体组的
幼胚。同时, 合子不均等分裂, 也会引起胚乳细胞
分裂不正常, 以致胚乳细胞内细胞质(或淀粉)贫乏,
所以不能为胚胎发育提供正常的营养(陈纯贤等
2000), 因此必须经过幼胚离体培养才能得到单倍体
幼苗。我们用本文中的技术在 8种不同组分培养
基上均接种 2种小麦幼胚, 培养后的结果(表 3)表
明, 培养基(6)的幼苗产生率最高(92.15%), 且幼苗
生长发育状况比其他培养基培养的效果好, 表明
1/2MS+0.2 mg·L-1 IAA+0.2 mg·L-1 6-BA+2%蔗糖 +
7.5 g·L-1琼脂培养基是最适合小麦幼胚离体培养的
培养基。
总之, 根据本文结果我们认为, (1)陕西杨凌地
区, 1月 27日 ~2月 7日室内点播玉米, 3月 1日移
栽入大棚, 这一措施有利于小麦玉米花期相遇。(2)
小麦散粉前 3~5 d授粉后, 250 mg·L-1 2,4-D蘸穗的
得胚率最高(18.2%)。(3) 8种幼苗分化培养基中,
1/2MS+0.2 mg·L-1 IAA+0.2 mg·L-1 6-BA+2%蔗糖 +
7.5 g·L-1琼脂(pH=5.8)的幼苗产生率最高(92.15%)。
按照这个比例, 如果授粉 100朵小花, 可以获得
100×18.2%×92.15%=16.77个单倍体幼苗。(4)总的
结论是本技术可以应用于本地区的小麦遗传育种。
植物生理学通讯 第 45卷 第 10期，2009年 10月1022
表 3 不同培养基上的幼苗生长
培养基 小麦的单 幼胚接种 幼苗产生 幼苗产生 白化苗 幼苗生长状况
编号 交组合 数 /个 数 /个 率 /% 数 /个
1 C54 3 2 2 3 71.9 1 生长缓慢, 无根系。
C75 2 9 2 1 72.4 0
2 C90 3 3 2 6 78.8 2 生长势弱, 叶色浅绿。
C91 3 7 2 9 78.4 1
3 C100 2 1 1 7 81.0 2 幼芽分化迟缓, 有 1 cm左右根生成。
C142 1 5 1 2 80.0 1
4 C146 2 6 2 2 84.7 3 生长缓慢, 叶色淡绿, 根系不发达。
C200 3 0 2 6 86.7 1
5 C202 1 9 1 7 89.5 2 生长速度较慢, 根系粗短, 发白。
C203 3 1 2 7 87.1 2
6 C205 2 5 2 3 92.0 1 幼芽分化明显, 根系弯曲至瓶底, 叶色深绿, 生长势较弱。
C206 3 9 3 6 92.3 1
7 C295 3 4 3 0 88.2 1 生长较慢, 根细短且色深, 叶色浅绿。
C310 2 8 2 4 85.7 3
8 C316 3 8 2 9 76.3 1 生长迟缓, 叶色浅绿根部呈浅红色。
C321 2 6 1 9 73.1 0
参考文献
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