通过小麦×玉米杂交和秋水仙素处理快速创制春小麦双单倍体株系的研究

《Biotechnology Notes》：Development of Doubled Haploid Lines in Spring Wheat ( Triticum aestivum L.) Through Wheat × Maize Hybridization and Colchicine Application

本研究针对孟加拉国小麦育种周期长（10-12年）的瓶颈问题，开展了通过小麦×玉米杂交结合秋水仙素染色体加倍技术快速创制春小麦双单倍体（DH）株系的研究。结果表明，该技术可将纯合株系选育时间缩短至2-3年，DH1种子成功率为12.5%，为快速培育抗逆高产小麦新品种提供了高效技术路径。

　　

在孟加拉国，小麦作为仅次于水稻的第二大主食作物，其生产却长期面临严峻挑战。这个全球人口密度最高的国家，仅有850万公顷耕地资源，而2023年小麦年需求量高达700万吨，国内产量却仅有113万吨，自给率不足20%，每年还需花费超过22亿美元外汇进口小麦。更令人担忧的是，随着饮食结构变化，小麦消费量正以每年5%-10%的速度持续增长。

造成这一困境的核心瓶颈在于传统育种技术的局限性。采用常规育种方法选育一个小麦新品种需要长达10-12年的时间，包括多年的亲本杂交和从F₁到F₆代的连续自交选择，才能获得性状稳定的纯合株系。这种漫长的育种周期严重制约了品种更新速度，无法及时应对气候变化带来的生物和非生物胁迫挑战，如病害、热害、干旱和盐碱等。与此同时，孟加拉国还有大量边际土地（包括110万公顷盐碱地、270万公顷干旱地和83万公顷河滩地）因缺乏适宜的抗逆品种而处于抛荒状态。

正是在这一背景下，孟加拉国小麦玉米研究所区域站的研究团队开展了一项创新性研究，探索通过双单倍体（Doubled Haploid，DH）技术加速春小麦育种进程的有效途径。该研究论文发表于《Biotechnology Notes》，首次系统地将小麦×玉米杂交技术与秋水仙素染色体加倍技术相结合，并针对孟加拉国的气候条件和品种需求进行了优化。

研究人员采用的关键技术方法包括：选择Kanchan、Barkat和Bijoy三个春小麦品种进行杂交获得F₁代；通过花期同步调控实现小麦与BARI Maize 7玉米的杂交；使用2,4-D（2,4-二氯苯氧乙酸）处理促进胚胎发育；在MS（Murashige和Skoog）培养基上进行胚胎拯救；以及应用0.1%秋水仙素溶液进行染色体加倍处理。

研究结果

杂交与胚胎发育：研究团队对421朵小麦小花进行了玉米花粉授粉，成功获得340个绿色单性结实颖果（GPC），结实率达到80.8%。这一高结实率证明了授粉技术的有效性，为后续胚胎拯救奠定了基础。

胚胎拯救与植株再生：从340个GPC中成功拯救出70个胚胎（拯救率20.6%），其中35个胚胎成功萌发（萌发率50%）。最终获得10株绿色单倍体植株，再生率为14.3%。不同杂交组合间存在一定差异，Kanchan/Bijoy组合的胚胎形成率和绿色植株再生率均略高于Kanchan/Barkat组合。

染色体加倍与DH种子生产：对9株单倍体植株进行秋水仙素处理后，8株存活（存活率88.9%）。然而，仅有1株成功产生纯合的双单倍体（DH₁）种子，成功率为12.5%。这些种子经过扩繁获得DH₂代种子，并进入初步产量试验。

讨论与意义

研究表明，小麦×玉米杂交系统在DH生产线中具有明显优势，其对基因型的依赖性较低，适用于多种小麦品种。2,4-D的合理使用对胚胎发育至关重要，而秋水仙素处理的时机和浓度则是染色体加倍成功的关键因素。虽然最终获得DH种子的植株比例不高，但这一技术路线确实能够将育种周期从传统的10年以上缩短至2-3年。

这项研究的成功实施，为孟加拉国乃至类似气候条件地区的小麦育种提供了一条高效技术路径。通过DH技术快速获得纯合株系，不仅加速了品种选育进程，还能更好地整合优良基因，培育适应特定逆境条件的新品种。特别是在应对气候变化、提高粮食自给率方面，这一技术具有重要的战略意义。随着技术的进一步优化和推广，有望显著提升孟加拉国的小麦生产能力，减少对进口的依赖，保障国家粮食安全。

研究证实，尽管DH技术在实际应用中仍需优化各个环节的效率，但其在加速育种进程、快速固定优良性状方面的优势是传统育种方法无法比拟的。这一创新为资源有限、气候多变的农业生产环境提供了一种切实可行的解决方案，标志着孟加拉国小麦育种进入了技术创新驱动发展的新阶段。