于清巖

摘 要 玉米是我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的農(nóng)作物，為有效提高玉米種植質(zhì)量以及經(jīng)濟(jì)效益，要使用生物技術(shù)來(lái)改進(jìn)育種方式，提高育種質(zhì)量?；诖?，以玉米育種中的生物技術(shù)應(yīng)用為研究主題，在闡述生物技術(shù)應(yīng)用意義的基礎(chǔ)上，介紹說(shuō)明玉米育種中經(jīng)常使用的生物技術(shù)，以發(fā)揮生物技術(shù)在玉米育種中的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞 生物技術(shù);玉米育種;應(yīng)用

玉米是我國(guó)重要的糧食作物和經(jīng)濟(jì)作物，農(nóng)業(yè)市場(chǎng)的玉米需求量較高。然而，在我國(guó)耕地面積不斷減少的背景下，通過(guò)擴(kuò)大種植面積來(lái)提高玉米產(chǎn)量的方法存在諸多問(wèn)題。因此，要借助科學(xué)技術(shù)來(lái)提高單位面積玉米產(chǎn)量，以技術(shù)來(lái)推動(dòng)玉米產(chǎn)量提高。近年來(lái)，隨著生物技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的逐步推廣應(yīng)用，越來(lái)越多的地區(qū)開(kāi)始嘗試借助生物技術(shù)來(lái)改變育種方式，以提高玉米品種的質(zhì)量，增加單位面積玉米產(chǎn)量。相較于以擴(kuò)大種植面積來(lái)提高玉米產(chǎn)量的方式，通過(guò)生物技術(shù)來(lái)改善玉米品種，使玉米品種更好地匹配種植地區(qū)玉米種植的自然環(huán)境，是提高玉米產(chǎn)量的有效方法[1]。

1 生物技術(shù)應(yīng)用于玉米育種中的意義

生物技術(shù)在玉米育種中的應(yīng)用不僅能夠改善玉米品種的質(zhì)量，提高玉米種植的產(chǎn)量，而且能增強(qiáng)玉米品種的綜合影響力，實(shí)現(xiàn)我國(guó)玉米品種的持續(xù)改良與優(yōu)化。就玉米育種而言，應(yīng)用生物技術(shù)的意義主要體現(xiàn)在以下3方面。

1.1 提高玉米種植產(chǎn)量

生物技術(shù)在玉米育種中的應(yīng)用可以改變玉米品種的質(zhì)量，使玉米品種的生命周期、生長(zhǎng)狀況更好地適應(yīng)種植地區(qū)的生長(zhǎng)環(huán)境，進(jìn)而保證玉米植株后期能夠茁壯生長(zhǎng)。例如在轉(zhuǎn)基因技術(shù)支持下培育的玉米品種具備良好的抗除草劑、抗病蟲(chóng)害能力，在后期生長(zhǎng)過(guò)程中不易遭受典型病蟲(chóng)害的影響[2]。

1.2 優(yōu)化玉米品種

生物技術(shù)隨著農(nóng)業(yè)發(fā)展需求而不斷改良和創(chuàng)新，可使玉米品種得到持續(xù)優(yōu)化。例如，基于生物技術(shù)基礎(chǔ)上培育出的抗蟲(chóng)、抗病毒類轉(zhuǎn)基因玉米品種在抗蟲(chóng)、抗病毒能力方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，可以有效抵御一般性昆蟲(chóng)和病毒的侵襲;培育出的抗除草劑轉(zhuǎn)基因玉米品種將從其他生物中分離出的抗除草劑基因轉(zhuǎn)移到玉米植株上，使玉米植株具有抵抗除草劑的作用[3]。

1.3 實(shí)現(xiàn)玉米規(guī)模化種植

與傳統(tǒng)的玉米育種技術(shù)相比，生物技術(shù)具有良好的穩(wěn)定性，可以保證玉米育種的全面性和優(yōu)質(zhì)性，使玉米品種適應(yīng)諸多環(huán)境因素，為規(guī)?；衩追N植提供技術(shù)支持。例如一些農(nóng)場(chǎng)借助生物技術(shù)提高玉米的抗旱能力，使玉米能夠在干旱的環(huán)境下良好生長(zhǎng)，從而降低規(guī)模化經(jīng)營(yíng)的成本投入。

2 生物技術(shù)在玉米育種中的應(yīng)用

借助生物技術(shù)來(lái)改良玉米品種，可實(shí)現(xiàn)玉米種植產(chǎn)量持續(xù)增加。就目前玉米育種的實(shí)際情況來(lái)看，應(yīng)用較為普遍的技術(shù)及其具體應(yīng)用方法可以概括為以下3方面。

2.1 基因工程在玉米育種中的應(yīng)用

基因工程是在分子遺傳學(xué)理論的指導(dǎo)下，以分子生物學(xué)和微生物學(xué)的現(xiàn)代方法為手段，將不同來(lái)源的基因按照預(yù)先設(shè)計(jì)的藍(lán)圖，在體外構(gòu)建雜種DNA分子，然后導(dǎo)入活細(xì)胞，以改變玉米原有的遺傳特性，獲得新品種的生物技術(shù)類型。

目前玉米育種中應(yīng)用較多的基因工程主要有基因槍法、農(nóng)桿菌介導(dǎo)法和花粉管通道法等。其中，基因槍法是將外援DNA包被在微小的金粒或鎢粒表面，在高壓的作用下被高速射入受體細(xì)胞或組織，微粒上的DNA在進(jìn)入細(xì)胞后，被整合到植物的染色體上，得到表達(dá)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)基因的轉(zhuǎn)化。該方法可以同時(shí)轉(zhuǎn)化多種基因。農(nóng)桿菌介導(dǎo)法是將目的基因插入到經(jīng)過(guò)改造的T-DNA區(qū)，借助農(nóng)桿菌的感染實(shí)現(xiàn)外源基因向植物細(xì)胞的轉(zhuǎn)移與整合，然后通過(guò)細(xì)胞和組織培養(yǎng)技術(shù)，再生出轉(zhuǎn)基因植株。農(nóng)桿菌介導(dǎo)法在玉米育種中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)主要是操作方法簡(jiǎn)單、成功率高、育種成本低以及品種的遺傳性能較為穩(wěn)定?；ǚ酃芡ǖ婪ㄊ窃谟衩资诜酆螅蜃臃?jī)?nèi)直接注射含有目的基因的DNA溶液，借助玉米授粉時(shí)的花粉通道向受精卵細(xì)胞內(nèi)導(dǎo)入外源DNA。在玉米育種中使用農(nóng)桿菌介導(dǎo)法的優(yōu)勢(shì)在于育種成本低、重復(fù)性好、轉(zhuǎn)育周期短、能進(jìn)行大面積轉(zhuǎn)化等[4]。

在基因工程技術(shù)的支持下，我國(guó)培育出了諸如抗草甘膦等轉(zhuǎn)基因玉米品種，并結(jié)合各地區(qū)玉米種植的實(shí)際情況和需求，培育出了抗旱、抗?jié)场⒖沟狗?、抗病蟲(chóng)害的優(yōu)良玉米品種，保障了玉米種植的產(chǎn)量和效益。

2.2 細(xì)胞技術(shù)在玉米育種中的應(yīng)用

細(xì)胞技術(shù)是在結(jié)合遺傳學(xué)、生物學(xué)的基礎(chǔ)上，通過(guò)把握或者創(chuàng)造適宜細(xì)胞培養(yǎng)與繁殖的外部環(huán)境條件來(lái)對(duì)細(xì)胞的結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新組合，優(yōu)化生物功能與結(jié)構(gòu)，進(jìn)而培育出新的品種。

目前，細(xì)胞技術(shù)在玉米育種方面的應(yīng)用主要體現(xiàn)在單倍體培養(yǎng)、細(xì)胞變異體培養(yǎng)和諸如幼胚、幼穗等其他外植體的培養(yǎng)方面。雖然細(xì)胞技術(shù)在改良玉米抗蟲(chóng)、抗?jié)?、抗旱、抗除草劑等方面具有積極作用，但該技術(shù)在育種中的應(yīng)用仍然面臨較多的難題。例如，相關(guān)研究與育種實(shí)踐表明，玉米育種中使用細(xì)胞技術(shù)獲取再生植株的頻率較低，并且只有選擇合適的培養(yǎng)基與生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑增強(qiáng)誘導(dǎo)率，才能夠促使新的玉米品種形成。同時(shí)，也有研究表明，雖然可以將細(xì)胞技術(shù)中的諸如Stock 6單倍技術(shù)、花藥培養(yǎng)等單倍體技術(shù)應(yīng)用到育種中，但此方式中，單倍體的誘導(dǎo)率和基因重組率均偏低，且無(wú)法有效改善不良基因，無(wú)法滿足高效率育種的需要[5]。

2.3 分子標(biāo)記技術(shù)在玉米育種中的應(yīng)用

分子標(biāo)記技術(shù)的出現(xiàn)彌補(bǔ)了以往玉米育種技術(shù)中存在的標(biāo)記數(shù)量少、易受環(huán)境和基因表達(dá)影響的不足，使玉米的育種效果有了明顯提升。分子標(biāo)記技術(shù)在玉米育種中的應(yīng)用主要是通過(guò)對(duì)數(shù)量性狀基因座（QTL）進(jìn)行定位、多樣性遺傳劃分、預(yù)測(cè)雜種優(yōu)勢(shì)、劃分群體、構(gòu)建遺傳圖譜等，提高玉米育種的有效性。在分子標(biāo)記技術(shù)應(yīng)用中，玉米遺傳連鎖圖譜和數(shù)量性狀基因座是基礎(chǔ)，其中玉米遺傳連鎖圖譜表示的是位于同一染色體基因的相對(duì)位置和距離。在多樣性遺傳劃分中，遺傳多樣性分析是關(guān)鍵，遺傳多樣性的豐富性決定玉米品種對(duì)外界環(huán)境的適應(yīng)能力。豐富的遺傳多樣性可以增強(qiáng)玉米植株對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境的適應(yīng)能力。同時(shí)，在玉米育種中使用遺傳多樣性分析方法可以保護(hù)玉米種質(zhì)資源，并為玉米自交系優(yōu)勢(shì)類群的劃分、玉米雜交育種親本選配提供遺傳方面的背景資料[6]。

當(dāng)前，分子標(biāo)記技術(shù)是玉米育種中的重要技術(shù)內(nèi)容，其中RFLP、SSR、SNP等技術(shù)是當(dāng)前應(yīng)用相對(duì)較多的分子標(biāo)記技術(shù)，這些技術(shù)可以用于種質(zhì)親緣鑒定、資源種群劃分、雜交和純度檢測(cè)以及目的基因的識(shí)別和分離等。分子標(biāo)記技術(shù)在玉米育種中應(yīng)用的優(yōu)越性主要體現(xiàn)在4方面：1）直接以DNA形式出現(xiàn)，生物體的各個(gè)組織、各發(fā)育階段均可檢測(cè)到，不受季節(jié)、環(huán)境影響;2）數(shù)量極多，遍及整個(gè)基因組;3）多態(tài)性高，利用大量引物、探針可以完成覆蓋基因組的分析;4）表現(xiàn)為中性，與不良性狀沒(méi)有必然聯(lián)系。當(dāng)然，分子標(biāo)記技術(shù)在玉米育種中的應(yīng)用也存在一定的劣勢(shì)和不足，即分子標(biāo)記技術(shù)與常規(guī)玉米育種的結(jié)合不夠緊密，影響了分子標(biāo)記技術(shù)在玉米育種中的應(yīng)用[7-8]。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)玉米需求量的持續(xù)增加，我國(guó)玉米種植產(chǎn)量提高的任務(wù)越來(lái)越艱巨。同時(shí)，玉米種植活動(dòng)所受的自然環(huán)境因素的影響使得玉米種植預(yù)期產(chǎn)量目標(biāo)實(shí)現(xiàn)面臨不小的阻力。在這樣的情況下，有必要借助技術(shù)手段來(lái)提高玉米品種的性能，保證玉米種植的效益。生物技術(shù)作為改善玉米品種質(zhì)量、提高玉米種植產(chǎn)量的重要手段，在玉米育種中的應(yīng)用空間非常大，一些優(yōu)勢(shì)突出的生物技術(shù)在玉米育種中應(yīng)用取得的良好效果也充分印證了生物技術(shù)在玉米育種中應(yīng)用的優(yōu)越性。然而，通過(guò)對(duì)生物技術(shù)在玉米育種中應(yīng)用的研究也發(fā)現(xiàn)，部分技術(shù)在育種中的應(yīng)用效果仍然受到較多不確定性因素的影響，難以完全保證育種活動(dòng)的實(shí)效性?；诖耍谏锛夹g(shù)應(yīng)用過(guò)程中，要結(jié)合玉米育種的實(shí)際情況，科學(xué)、合理地選擇應(yīng)用相應(yīng)的生物技術(shù)，以確保生物技術(shù)在玉米育種中的應(yīng)用效果。

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（責(zé)任編輯：趙中正）