全 文 ：Vol. 29 , No. 4
pp. 587～590 　July , 2003
作 　物 　学 　报
ACTA AGRONOMICA SINICA
第 29 卷 第 4 期
2003 年 7 月 　587～590 页
利用高油分的花粉直感效应鉴别玉米单倍体
陈绍江　宋同明 Ξ
(中国农业大学国家玉米改良中心 ,北京 ,100094)
摘 　要 　通过对农大高诱 1 号衍生材料的诱导率和含油量的分析 ,筛选出了一个诱导率与含油量均较高的高诱株系。
该系油分具有显著的花粉直感效应 ,父本效应值为 0. 38 ,以其为父本与普通玉米杂交 ,杂交当代籽粒含油量显著高于自
交籽粒和单倍体籽粒 ,花粉直感的增油率在 30 %以上。利用这一区别所发展的单倍体油分筛选法准确率超过 90 % ,明
显高于标记法挑选的准确率。测油法突破了单纯依赖颜色标记进行单倍体筛选的局限性。
关键词 　玉米 ;高油单倍体诱导系 ;花粉直感效应 ;鉴定
中图分类号 : S513 　　　文献标识码 : A
Identif ication Haploid with High Oil Xenia Effect in Maize
CHEN Shao2Jiang 　SONG Tong2Ming
( National Maize Improvement Center of China , China Agricultural University , Beijing 100094 , China)
Abstract 　　A high frequency and high oil haploid inducer was developed from CAU Inducer 1. The high inducer has sig2
nificant xenia effect (0. 38) , which resulted in more than 30 % oil content increase of hybrid kernels as comparing with self2
ed or haploid kernels. The large difference between hybrid and haploid kernels made it possible to use the xenia effects as
a indicator to identify the haploid from hybrid kernels by oil content . This method overcame the difficulty in identifying the
haploid under weak expression genetic background of Navajo marker , and the accuracy was more than 90 %.
Key words 　　Maize ; High oil haploid inducer ;Xenia effect ; Identification
　　高效单倍体诱导材料的培育及其应用是玉米单
倍体育种的重要基础。由于最早发现的高频孤雌生
殖诱导系 Stock6 在诱导率、标记、繁殖性能等方面存
在一些缺陷[1 ] ,因此 ,国内外许多育种家相继对其诱
导效率和农艺性状进行了改良 ,并取得了很大进
展[2 ] 。Lashermes(1988) 从 Stock6 ×w23 (ig) 后代中选
育出诱导率高于 Stock6 的诱导系 SW14[3 ] , Sarkar
(1994)也从 Stock6 的回交后代中获得了诱导率超过
5 %的新材料[4 ] ,法国和美国的一些大公司已经发展
出诱导率达到 6 %以上的诱导系 ,并已开始商业化
应用。以上国外发展的诱导系所用的遗传标记均为
Navajo (ACRn2j)标记 ,该标记为胚和胚乳双标记 ,即
以普通玉米材料为母本与诱导系杂交 ,胚乳和胚芽
因标记的花粉直感效应而表现为褐色或紫色 ,如果
是孤雌生殖的单倍体 ,胚芽则为无色 ,以此可以鉴别
单倍体与双受精杂交籽粒。该标记在有些遗传背景
上相当有效 ,但在有些背景上表现不明显 ,从而给单
倍体的挑选带来了很大困难。同时 ,因专利所限 ,这
些高频诱导系难以在国内利用 ,为发展国内自己的
技术 ,本实验室从 1995 年开始在引进 Stock6 的基础
上 ,通过与高油 BHO 群体杂交和后代的诱导率选
择 ,选育出了具有大胚标记的高效诱导系农大高诱
1 号[5 ] ,为国内这项技术的发展奠定了基础。农大
高诱 1 号诱导率高 ,繁殖容易 ,克服了 Stock6 的重要
缺陷 ,杂交当代可使母本籽粒的胚面增大 ,标记较为
清晰。尽管如此 ,在有些遗传背景上其 Navajo 标记
仍然表现不明显 ,难以辨认单倍体。
农大高诱 1 号来源于高油群体后代 ,含油量较
高 ,而高油具有显著的花粉直感效应[6 ] 。玉米籽粒
油分的 85 %存在于玉米胚之中 ,胚是雌雄配子的结Ξ 基金项目 :国家自然科学基金 (A 30170564)和国家 863 计划项目 (2001AA241055)资助。
作者简介 :陈绍江 (1963 - ) ,博士 ,国家玉米改良中心高油玉米项目负责人。　3 通讯作者 :宋同明。
Received(收稿日期) :2001212205 ,Accepted(接受日期) :2002206215.

合体 ,因此 ,孤雌生殖的单倍体应与杂交籽粒含油量
有一定差异 ,但过去对此未加注意。鉴此 ,本试验将
以农大高诱 1 号高油衍生系为材料 ,研究利用油分
花粉直感效应鉴别单倍体的可行性 ,为建立非 Nava2
jo 标记技术体系提供参考。
1 　材料与方法
111 　试验材料
诱导系和测验种 :农大高诱 1 号及其衍生株系 ,
黄苗综 695。
普通玉米自交系 :178 ,8701 ,Y331 ,F135 ,1145。
112 　试验方法
高油高诱系的筛选 :农大高诱 1 号单粒种植 ,后
代在对标记进行选择后 ,继续对含油量和诱导率进
行测定。诱导率测定方法是 :以各衍生系为父本分
别与黄苗综 695 杂交 ,后代根据黄苗比率确定诱导
率 ;各衍生系油份含量在核磁共振 (NMR) 仪上进行
测定。
高诱系的花粉直感效应 :为准确估计花粉直感
效应 ,试验以少量普通玉米自交系花粉与诱导系花
粉混合授于普通玉米自交系。由于诱导系的 Navajo
(ACRn2j)标记具有花粉直感效应 ,杂交当代籽粒顶
部表现为黑色或褐色 ,自交籽粒则呈黄色 ,这样同一
果穗上籽粒将有两种颜色。脱粒后将这两类籽粒分
开 ,用核磁共振仪 (NMR) 进行单粒测定油分含量。
为避免杂交籽粒中少数单倍体的影响 ,仅对杂交籽
粒中双标记十分明确的籽粒进行含油量测定。油分
的花粉直感效应的估计用最小二乘法 ,计算公式为 :
H = m F + (1 - m) M ,其中 H 表示杂交当代的含油
量 , F 为种子亲本的含油量 , M 为授粉者的含油量 ,
m 为母本效应值 ,花粉直感效应 (父本效应) 值为 1
- m , m = 6 ( M - H) ( M - F) / 6 ( M - F) 2。
单倍体鉴别 :为比较不同方法鉴别单倍体的效
率 ,在挑选单倍体时采用了两种方法 ,即标记法和油
分测定法。标记法就是依据杂交当代籽粒胚芽的
Navajo 标记来进行鉴别 ,紫色胚芽为杂交籽粒 ,无色
胚芽为单倍体 ;油分测定法就是根据籽粒的含油量
来判断单倍体 ,由于试验用高诱系含油量高 ,而油分
又存在于胚中 ,因此杂交籽粒即双受精籽粒应该表
现出明显的花粉直感效应 ,含油量应高于自交籽粒 ,
而单倍体因胚为母本雌配子单独发育而来 ,没有高
油分基因 ,因此油分含量应低于或不高于自交籽粒。
于是 ,以自交籽粒的含油量为标准 ,高于自交籽粒即
为双受精籽粒 ,低于自交籽粒即为单倍体。由上述
两种方法挑选出的单倍体种植观察统计准确率。
为比较不同方法的准确性 ,试验材料中 , Y331
和 F135 为弱标记材料。各材料与诱导系杂交的穗
数均在 20 穗以上 ,其中一半用于标记法鉴定单倍
体 ,另一半用于油分测定法鉴定单倍体。
2 　试验结果
211 　农大高诱 1 号衍生系的选择
诱导率和含油量均为多基因控制 ,性状稳定较
慢 ,而农大高诱 1 号因稳定时间短而在这些性状上
表现出一定分离 (表 1) 。从表 1 可以看出 ,以黄苗
综 695yg 为测验种的 6 个农大高诱 1 号衍生株系分
离仍然较大 ,诱导率和油分变幅分别在 3188 %～
6183 %和 5194 %～7155 %之间。高诱 1 号原来的诱
导率为 5182 % ,含油量为 6175 % ,从本试验结果来
看 ,诱导率有下降的趋势 ,除株系 3 显著高于原诱导
系外 ,其他系诱导率均低于原诱导系水平 ,个别株系
甚至降低到 4 %以下 ,这说明为保持诱导率水平 ,仍
需对农大高诱 1 号进行选择。在含油量方面 ,有 3
个株系的含油量超过了原诱导系 ,其中两个达到显
著水平。考虑到利用花粉直感效应的需要 ,本试验
选用含油量最高、诱导率也较高的 6 号株系作为进
一步研究的诱导材料。
表 1 高诱 1 号衍生材料的诱导率和含油量
Table 1 Oil content and haploid inducing rate
of the lines from CAU inducer 1
株系号
Pedigree
测交粒数
Testcross
kernels
单倍体数
Haploid
诱导率
Haploid
inducing
rate ( %)
含油量
Oil content
( %)
1 345 15 4. 35 6. 70
2 249 12 4. 82 7. 03
3 191 12 6. 28 3 5. 94
4 232 13 3. 88 7. 22 3
5 278 14 5. 03 6. 63
6 312 18 5. 76 7. 55 3 3
平均 Average 267. 83 14. 00 5. 02 6. 86
212 　高诱系的花粉直感效应
由于农大高诱 1 选系的含油量水平较高 ,其杂
交当代的花粉直感效应表现十分明显 (表 2) 。从表
2 可以看出 ,不同自交系杂交籽粒的含油量平均增
加 1139 % ,增加率达到 30 %以上。不同自交系的花
粉直感效应存在一定差异 , 直感效应最高的是
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F135 ,最低的是 Y331 ,前者杂交与自交籽粒的含油
量差异达到 1155 % ,而后者仅有 1123 %。从含油量
增加的百分率看 , 最高的是依然是 F135 , 达到
41133 % ,而最低的则是 8701 ,为 32168 %。从含油量
增加的绝对值看杂交籽粒的含油量均高于自交籽粒
30 %以上。
根据表 2 可以得到杂交当代籽粒含油量的估计
式 : H = 0162 F + 0138 M
即诱导系的花粉直感效应值为 0138 ,也就是
说 ,高诱系父本油分比母本油分每高 1 % ,则母本含
油量可提高 0138 个百分点 ,此与以往研究结果类似
(宋同明 ,1991) ,说明诱导系遗传背景对油分的花粉
直感效应没有影响。
表 2 高诱系的花粉直感效应
Table 2 Xenia effects of high oil inducer
自交系
Inbred
line
自交粒
含油量
Oil content
of selfed
kernels( %)
杂交粒
含油量
Oil content
of hybrid
kernels( %)
差值
Difference
( %)
增加率
Percentage
increased
( %)
178 4. 13 5. 53 1. 41 34. 14 3 3
F135 3. 75 5. 30 1. 55 41. 33 3 3
Y331 3. 28 4. 51 1. 23 37. 50 3 3
8701 4. 10 5. 45 1. 34 32. 68 3 3
1145 4. 06 5. 51 1. 45 36. 25 3 3
平均 Average 3. 86 5. 26 1. 39 36. 38 3 3
213 　单倍体、自交和杂交籽粒油分比较
为进一步了解单倍体含油量与自交和杂交籽粒
之间的差异 ,试验首先在标记表达十分明显的材料
中选出 20 个单倍体籽粒进行含油量测定。测定结
果表明 ,含油量的高低顺序是 :杂交 > 自交 > 单倍
体。杂交籽粒的含油量高于自交籽粒 1. 46 % ,而自
交籽粒含油量又平均高于单倍体 0. 44 %。杂交籽
粒与单倍体籽粒的差异达到 1. 9 %。除此之外 ,单
倍体的含油量变化也较大 ,有些单倍体的含油量只
有 2 %左右 ,与自交籽粒的差异达到 1 %以上 ,说明
单倍体的确影响胚的发育。同一果穗上 ,自交籽粒
含油量变化较小 ,单倍体含油量的变化幅度在自交
籽粒平均含油率的 45. 9 %～87. 6 %之间 ,杂交籽粒
的变幅较大 ,分别为自交籽粒平均数的 130 %～
170 %。自交系在单倍体、自交籽粒和杂交籽粒所表
现的明显差异 ,使 3 种类型籽粒含油率重叠的可能
性很小 ,以自交籽粒的含油量为标准挑选单倍体也
因此成为可能。据此 ,含油量超过自交籽粒 ,则可认
图 1 　单倍体、自交粒与杂交粒含油量比较
Fig. 1 　Oil content of haploid , selfed and hybrid kernels
为是二倍体杂交粒 ,而低于自交籽粒则可判断为单
倍体。
214 　不同方法选择单倍体的准确性
自交系材料中 ,在杂交当代 Navajo 标记表现明
显的材料 ,利用标记挑选单倍体的准确率达到 85 %
以上 ,但测油法比标记法更高 ,为 93. 42 % ,二者相
差 8. 37 %。Y331、F135 等的 Navajo 标记颜色表现较
浅 ,因此通过胚芽颜色来挑选单倍体就受到一定限
制 ,准确率只有 63. 23 % ,而油分测定法由于目标在
于胚的含油量 ,不受颜色深浅的影响 ,所以与强标记
背景上的准确率接近 ,超过标记法近 30 %。可见 ,
测油法可以克服标记不稳定所带来的缺点 ,在各种
条件下均有较高的准确率。这表明油分测定法是鉴
别弱标记材料的有效方法。
表 3 不同方法选择单倍体的准确率比较
Table 3 Accuracy rate comparison of different
haploid identifying method
材料类型
Type of
materials
方法
Method
初选单倍体
Haploid
selected
实际单倍体
Actual
haploid
准确率
Accuracy
( %)
强标记自交系 A 87 74 85. 05
Inbred line with
clear marker B 76 71 93. 42
弱标记自交系 A 68 43 63. 23
Inbred line with
smear marker B 62 56 90. 32
　　注 : A :标记法 ; B :测油法。
Note : A : Identification haploid with Navajo marker of kernels ; B : I2
dentification haploid with oil content of kernels1
3 　讨论
311 　单倍体的鉴定是玉米单倍体育种技术的关键
环节。而 Navajo 标记一直是国内外惟一利用的籽粒
选择标记系统。此标记遗传复杂 ,自身受 A1、A1、
985　4 期 陈绍江等 :利用高油分的花粉直感效应鉴别玉米单倍体 　　　

BZ2、C1、C2、Rn2j 七个必需的显性互补基因影响和
其他修饰因子的影响 ,农大高诱 1 号至今仍然表现
出一定分离。此标记在杂交当代还受母本遗传背景
的影响 ,所以 ,仅依靠此标记来进行单倍体选择有很
大的局限性。为克服这一技术难点 ,有的国外公司
正尝试利用转基因荧光标记等方法来增加选择效
率 ,但此方法投资大 ,且是否可行仍有待观察。此
外 ,由于诱导率和含油量均为多基因控制 ,稳定速度
慢 ,加之选育农大高诱 1 号的稳定时间短 ,使其衍生
系存在着一定变异。这些变异为本试验的选择提供
了条件。在此基础上 ,本研究充分利用了单倍体籽
粒胚和杂交胚乳嵌合的特点和油分明显的花粉直感
效应 ,从而为在没有明显标记的条件下可以甄别单
倍体成为可能。
312 　应该指出 ,油分测定法鉴别单倍体的效率仍然
难以达到 100 %。其原因可能有以下几个方面。一
是有些自交系的花粉直感效应低 ,如 Y331 等 ,杂交
籽粒与单倍体含油量的差异较小 ,从而使个别杂交
籽粒特别是靠近穗两端籽粒的油分含量低至自交粒
以下 ,出现个别杂交籽粒与单倍体的含油量重叠现
象 ,影响了准确率 ,但总体上来看影响不大。二是目
前的高诱系含油量仍不太高。试验所用材料的含油
量为 7. 55 % ,一般普通玉米母本含油量为 4 % ,如最
大花粉直感效应以 0. 5 计 ,杂交当代的籽粒含油量
最多不过自交籽粒 2 % ,而实际上花粉直感效应一
般在 0. 3～0. 4 之间 ,当代杂交粒含油量与自交粒的
差值也就在 1. 0 %～1. 5 %之间。如诱导系含油量
超过 10 %以上 ,通过花粉直感 ,母本杂交籽粒与单
倍体籽粒的含油量差值将可能达到 3 %以上 ,这样
即便是两端籽粒的含油量有所降低 ,也因显著的直
感效应而不能与单倍体重叠。所以 ,选育含油量更
高的诱导系将是玉米单倍体育种技术发展的重要方
向之一。
313 　在本项研究中 ,虽然油分测定法的准确率比
Navajo 标记法要高 ,但标记法直观快捷 ,应作为单倍
体粗筛的手段 ,粗筛后再结合油分测定法将更加准
确。如两种方法结合 ,无疑将实现单倍体鉴别技术
的快速和精确化。
References
[1 ] 　Coe E H. A line of maize with high haploid frequency. Amer Nat ,
1959 ,93 :381 —382
[2 ] 　Chalyk S T. Properties of maternal haploid maize plants and potential
application to maize breeding. Euphytica ,1994 ,79 :13 —18
[3 ] 　Lashermes P , Beckert M. Genetic control of maternal haploid in maize
and selection of haploid inducing lines. Theor Appl Genet , 1988 ,76 :
405 —410
[4 ] 　Sarkar K R , Pandey A , Gayen P. Stabilization of high haploid inducer
lines. Maize Genet Coop News Lett ,1994 ,68 :64 —65
[5 ] 　Liu Z2Z(刘志增) ,Song T2M(宋同明) . The breeding and identifica2
tion of haploid inducerwith high parthenogenesis in maize. Acta Agro2
nomica Sinica (作物学报) ,2000 ,26(5) :570 —574
[6 ] 　Song T2M(宋同明) ,Wu H2P (吴宏平) ,Dai S2H(戴顺宏) , et al .
Genetic effects of corn kerneloil controlling genes in reciprocal crosses.
Acta Agriculturae Universitatis Pekinensis (北京农业大学学报) ,
1991 ,17(1) :15 —22
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