Использование различных биотехнологических методов в селекции способствует ускоренному созданию сортов и ценного исходного материала, расширение спектра генетической изменчивости важными хозяйственно-биологическим признакам. Комплексное использование традиционных методов селекции и биотехнологических методов позволяет эффективно создавать сорта, устойчивые к биотическим и абиотическим стрессоров с улучшенный технологическими и вкусовыми качествами.
По изучению и исследованию этой культуре существует достаточно большое количество литературы, посвященной ее биологии, обработке, селекции и семеноводству, хранению и переработки, использования в медицине, фармации и промышленности. Не разработанным остаются только методы культуры зародышей in vitro, способствующие ускоренному созданию нового исходного материала для селекционной технологии кукурузы. Совместное использование методов биотехнологии и классической селекции позволит ускорить получение сортов и гибридов кукурузы, устойчивых к болезням и вредителям, стрессовым факторам, гибридов, обладающих улучшенными вкусовыми и технологическими качествами товарной продукции.
Важным вопросом является раскрытие закономерностей эмбриогенеза in vivo и in vitro. В связи с этим представляется интерес сравнение у одного и того же вида растений процесса формирования полового зародыша гаметофитного происхождения.
Рыльца могут опыляться либо пыльцой того же цветка, либо второго цветка того же растения (самоопыление или автогамия) либо пыльцой цветка второго индивидуума (перекрестное опыление, аллогамия, или ксеногамия). В кукурузы Пыльца с помощью ветра переносится на расстояние до 3000 метров. В основном происходит перекрестное опыление, но нельзя исключить и некоторую долю самоопыления. Это связано с тем, что периоды конца цветения метелки и начала цветения изначально на одном растении всегда перекрываются, и может произойти опыление собственной пыльцой. Опыты показали, что применение принудительного самоопыления приводит в огромном большинстве случаев к ослаблению потомства и появлению у него признаков дегенерации. Многие расы у перекрестноопыляющихся растений совершенно бесплодны при опылении собственной пыльцой — такие расы называют самобесплодными, или автостерильными. Однако некоторые расы в перекрестноопыляющихся растений бывают Относительно плодовитым при опылении собственной пыльцой; они называются самоплодовитыми, или автофертильными. Самоопылителей обычно Способны и к перекрестно опылению (свободному или принудительно).
Перенос пыльцы с одного индивидуума на рыльце второй осуществляется различными способами: в одних он происходит при помощи ветра (анемофилия), гораздо реже — воды (гидрофилия), в других — при помощи насекомых (энтомофилия), реже птиц (орнитофилия), еще реже — животных, например летучих мышей (анималофилия). Кроме того, перенос пыльцы с одного растения на рыльце второго можно произвести искусственно, при помощи кисточки, пинцета, ватки, резинки, сближения и соприкосновения цветков двух различных растений и т. д.
При совместном комбинации скрещивания и благоприятных внешний условиях Пыльца, попал тем или иным способом на рыльце, прилипает к нему и прорастает на нем, т.е. образует пыльцевую трубку, которая сначала врастает в ткань рыльца, а затем растет в тканях столбика, завязи, семяпочки и проникает, наконец, в зародышевые мешок. Прорастания пыльцы на рыльце способствуют выделяемые ими секреты [Циков, 1989]. Наилучшее оплодотворение наблюдается в случаях, когда Пыльца наносится на среднюю и нижнюю части столбиков, так как путь пыльцевых трубок сокращается. На рыльце обычно прорастает большое количество пыльцевых зерен, но их трубки в большинстве расплываются в тканях столбика раньше, чем проникают к зародышевого мешка. Когда пыльцевая трубка достигает основания столбика, она продвигается далее вдоль внутреннего эпидермиса стенки завязи и достигает микропиле. Через микропиле трубка проникает к зародышевого мешки, прорастает через его стенку внутрь, где сначала увеличивается, заполняя до одной трети зародышевого мешка. Затем стенки трубки разрушаются, и содержимое выливается между клетками яйцевого аппарата или в одну из них. Как правило, излияниях происходит в синергиду. Оболочка другой синергиды в это время разрушается, и ее содержимое изливается в полость зародышевого мешка — это является началом двойного оплодотворения [Домашев, 1992].
Половой зародыш кукурузы, развивается in vivo характеризуется регулярностью, присущей Graminad-типа эмбриогенеза представителей семейства злаковых. Известно, что строение семязачатком кукурузы (анатропность, дорсовентральность) задает градиент поставку питательных веществ через плацентохалазу и приводит к возникновению полярности всех структур семязачатком и элементов зародышевого мешка, в том числе, яйцеклетки и зиготы, что приводит к полярности зародыша с первых этапов его формирования (Батыгина, 1987).
Рост зародышевого мешка происходит не только за счет притока питательных веществ из материнского растения, но и за счет освоения им нуцеллуса и покрова. В процессе развития зародышевого мешка, клетки и ядра нуцеллуса и покровов, прилегающие к нему, постепенно разрушаются и ассимилируются зародышевым мешком [Поддубная-Арнольди, 1964]. Что касается кукурузы, то на момент оплодотворения, т.е. на момент полностью сформированного зародышевого мешка, ткани нуцеллуса сохраняются почти полностью (Ляпустина, 2009).
Элементы зародышевого мешка окружены оболочкой на протяжении всего процесса развития до образования в нем зародыша и эндосперма. Структура оболочки зародышевого мешка является дискуссионным вопросом. Некоторые авторы считают, что стенка зрелого зародышевого мешка кукурузы состоит из тонкого внутреннего (остатки стенки мегаспоры) и наружного слоя (остатки клеточных стенок нуцеллуса) и указывают на отсутствие у нее плазмодесм, которые связывали бы зародышевый мешок с клетками нуцеллуса. Но необходимо отметить, что у кукурузы и ячменя в халазальной части зародышевого мешка на ранней стадии его развития было найдено единичные плазмодесмы. По мнению некоторых исследователей оболочка зародышевого мешка постепенно исчезает, что больше облегчает обмен веществ с клетками семязачатком [Александров, 1945; Яковлев, 1949]. Некоторые авторы вообще считают ошибочным свидетельства о наличии оболочки зародышевого мешка. Они считают, что зародышевый мешок окружен гипертрофированной многослойной оболочкой (пектоцеллюлозной природы), что является результатом метаболических процессов, происходящих в сфере женского гаметофита, а именно, разрушение халазальних макроспор и многослойных нуцелярных клеток (Чеботарь, 1972).
Установлено, что применение 15% сахарозы является эффективнее 6%-ую. Это касается развития и эндосперма и зародыша. 6% сахароза способствует каллусообразованию эндосперма (Laurie, 1997, 1999).
Уровень цитокининов в оплодотворенной яйцеклетке и до 8-9 суток после опыления на растительные достаточно высокий и вероятно влияет на зиготичний развитие, после 9-х суток уровень цитокинов падает, а уровень ауксинов растет (Laurie, 1993). Установлено, что ауксины отвечают за начало эмбриогенеза (органогенеза) и установления полярности зародыша (Liu, 1993; Souter 2000). Вероятно это является справедливым и для культуры in vitro.
Установлено, что применение 0,1 мг / л БАП для культуры изолированных зародышевых мешков способствует большему развитие эндосперма и зародыша вне зависимости от концентрации сахарозы, но в зависимости от возраста и типа эксплантаты (Laurie, 1999). Эффект от БАП больше при культивировании изолированных зародышевых мешков с тканями нуцеллуса в возрасте 1 суток после опыления, в сравнении с полностью изолированными 5-суточным зародышевыми мешками.