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纯系创制是作物育种重要的一环，常规育种一般需要 8 个世代以上才能获得遗传上高度纯合的自交系，而单倍体育种技术只需 2 个世代即可获得纯系，极大缩短了育种周期和时效，是作物育种的共性关键技术。虽然单倍体可通过多种途径产生，但多存在对材料背景依赖性较高，难以在育种中规模化应用等问题。杂交诱导单倍体技术作为一种新的高效快速育种技术，其具有快速高效和易于规模化实施等优势，已在玉米育种中得到了广泛而深度的应用并成功拓展至多种作物。玉米是所有作物中杂种优势最强、应用最成功的作物。玉米育种的核心即是利用杂种优势，而利用杂种优势的重要一环是选育纯系，将纯系作为杂交品系的亲本，单倍体育种技术应运而生。利用诱导系诱导产生孤雌生殖单倍体，再经过自然加倍或者人工加倍获得纯合二倍体的育种技术。单倍体经过加倍后，基因型完全纯合，隐性基因也能够表达，纯合速度快，增加了品种表型，适合某些特定表型的纯合，适合自交不亲和植物物种的育种，也可以应用于快速繁殖、突变育种和转基因育种等方面。
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除天然自然产生的极少单倍体之外，大多数单倍体靠人工诱导产生，人工产生单倍体的两大途径，分别是体外单倍体的诱导和体内单倍体的诱导。前者方法成本高，劳动强度大，对基因型的依赖程度高，且组培过程中发生突变的概率高，因此应用范围较狭窄。体内诱导方法包括单性生殖、种间杂交和种内杂交这几类。其中以种子为基础的种内杂交方法具有劳动强度低，成本相对较低的特点，已逐渐成为玉米等物种育种的关键性技术！
种内诱导方法最主流的包括：单倍体诱导系诱导——单受精理论；CENH3介导的单倍体诱导——染色体排除理论。
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2017 年 1 月 23 日，先正达公司（Syngenta）Timothy Kelliher 团队在 Nature 杂志上发表了题为“MATRILINEAL, a sperm-specific phospholipase, triggers maize haploid induction”的论文，该团队通过图位克隆、基因组重测序、遗传互补以及TALEN基因编辑等方法，发现玉米中的单倍体诱导是由一种花粉特异性磷脂酶基因MATRILINEAL（MTL）的移码突变造成的，该基因第四个外显子处插入了 4 个碱基CGAG且终止密码子提前终止。![]()
2017 年 2 月 4 日，中国农大陈绍江、华中农大严建兵和中国农大金危危团队在该技术领域的理论和应用等方面取得整体性突破，主要体现在：一是克隆关键诱导基因，占领单倍体技术制高点：在国际上率先克隆了关键诱导基因 ZmPLA1 和 ZmDMP。在 Molecular Plant杂志上发表的题为“A 4-bp Insertion at ZmPLA1 Encoding a Putative Phospholipase A Generates Haploid Induction in Maize”的论文，通过转录组测序、公开数据库 MaizeGDB 的信息、构建细菌人工染色体文库（BAC）后再测序等方法，发现了磷脂酶 A 基因 ZmPLA1 是最有可能的 qhir1 区域的候选基因，与 B73 参考基因组相比，CAU5（由 Stock6 衍生的单倍体诱导系）中 ZmPLA1 的第四个外显子 4bp 碱基的插入导致 20 个氨基酸的改变及过早的转录终止，将蛋白截断了 29 个氨基酸。该技术拓展至小麦等单子叶作物及番茄等双子叶作物。以其为基础所建立的单倍体基因编辑技术等也显示该技术在新一代核心技术的研发中所起到的关键引领作用。
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2017 年 2 月 22 日，法国里昂大学植物生殖与发育实验室的 Thomas Widiez 团队在The EMBO journal 杂志上发表了题为 “Loss of pollen-specific phospholipase NOT LIKE DAD triggers gynogenesis in maize” 的论文，该团队通过精细定位、构建细菌人工染色体文库（BAC）后再测序、生物信息学分析等方法，发现了磷脂酶 A 基因NOT LIKE DAD（NLD）是最有可能的 qhir1 区域的候选基因。NLD 外显子 4 中 4bp碱基的插入导致其蛋白翻译移码，致使 20 个其它氨基酸替换了野生型蛋白质的最后 49 个氨基酸。
作物遗传改良国家重点实验室和洪山实验室严建兵教授团队和中国科学院遗传与发育生物学研究所李响研究员团队共同深入解析了玉米单倍体诱导关键基因 ZmPLA1 导致单倍体发生的分子机制，发现精细胞中的活性氧（ROS）增加是导致玉米单倍体诱导的关键因素，并鉴定了一个全新的诱导单倍体发生的新基因 ZmPOD65，发明了一项用化学试剂处理花粉从而诱导单倍体发生的新方法。![]()
a.植株形态鉴别法
形态鉴别法，由于单倍体仅含有一组染色体，表现为细胞体积较小、植株的叶片面积、花茎以及种子等营养器官相较于二倍体小，植株也较矮。
优点：通过观察植株的表型可以很直观的分辨出单倍体。
缺点：鉴定时间周期长，容易受到环境影响出现失误，需要消耗大量耕地，成本高。
b.细胞遗传学鉴别方法
根尖细胞压片法：通过染色体压片的方法观察玉米根尖细胞或减数分裂细胞是鉴别单倍体的最直观方法，观察染色体数是否等于配子数即可判断植株是否为单倍体。
优点：直观，正确率高。
缺点：实验步骤繁琐，且效率很低。
c.基于油分的单倍体鉴别
选择高油型诱导系为父本与普通玉米杂交，后代中二倍体的籽粒的胚部含油量明显高于单倍体籽粒，采用核磁共振仪器或近红外仪器对籽粒含油量进行检测。
优点：识别效率高，受环境因素影响小。
缺点：核磁共振或近红外鉴别单倍体方法存在速度慢、价格贵、维护难等问题，需要进一步提高油型诱导系的诱导率和油分含量。
d.基于R1-nj标记的颜色鉴别方法
R1-nj 基因可以在胚乳的糊粉层和胚的胚的盾片处合成花青素，使用含有该遗传标记的诱导系为父本与普通玉米材料为母本杂交，获得的单倍体籽粒表现为只有紫色胚乳，胚没有颜色，二倍体籽粒同时具有紫色的胚和胚乳。
优点：筛选效率高，可以不借助仪器辅助，鉴别成本较低。
缺点：R1-nj 的鉴别效率受遗传背景和环境因素的影响较大，准确率在 60% 到 90% 之间。
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高级深度学习技术：HaploidSorter 1000 采用最先进的深度学习算法，专门针对玉米单倍体的复杂生物特征进行识别。这种技术突破了传统计算机视觉的局限性，通过大量数据的深度分析，实现了对微妙生物差异的高精度捕捉。
定制化智能识别：设备不仅能够识别标准玉米品种，还能通过深度学习模型自动适应不同品种的特性。这意味着无论面对哪种类型的玉米，HaploidSorter 1000 都能提供精准、可靠的分选结果。
实时数据处理与持续优化：得益于其强大的计算能力，设备能够实时处理大量图像数据，快速做出准确的分类决策。同时，设备会持续学习并优化其性能，确保长期稳定运行。用户友好界面：HaploidSorter 1000 的设计考虑了用户体验，提供了直观易用的操作界面。即使是非专业人士，也能轻松掌握其操作，使得高科技设备的使用变得简单便捷。![]()
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