生物技術(shù)在玉米育種上的應(yīng)用

摘要：生物技術(shù)是一門新興的，綜合性的學(xué)科。玉米轉(zhuǎn)基因育種是生物技術(shù)與常規(guī)育種相結(jié)合的輔助育種技術(shù)，具有縮短育種年限、預(yù)計(jì)達(dá)到目標(biāo)性狀明確等特點(diǎn)，可分析生物技術(shù)存在的問題，從而研究有效的解決途徑。

關(guān)鍵詞：玉米；生物技術(shù)；育種；轉(zhuǎn)基因

中圖分類號：S513 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1674-0432（2012）-09-0262-2

生物技術(shù)是人們利用微生物、動植物體對物質(zhì)原料進(jìn)行加工，以提供產(chǎn)品來為社會服務(wù)的技術(shù)；生物工程則是生物技術(shù)的統(tǒng)稱，簡單的說，生物工程就是將活的生物體、生命體系或生命過程產(chǎn)業(yè)化的過程。從屬于生物工程的基因工程則將不同生物的基因在體外剪切組合，并和載體（質(zhì)粒、噬菌體、病毒）的DNA連接，然后轉(zhuǎn)入微生物或細(xì)胞內(nèi)，進(jìn)行克隆，并使轉(zhuǎn)入的基因在細(xì)胞或微生物內(nèi)表達(dá)，產(chǎn)生所需要的蛋白質(zhì)。在農(nóng)業(yè)上，可以通過生物技術(shù)與傳統(tǒng)育種手段相結(jié)合的方式，培育所需品種，或通過基因工程方法，對玉米品種進(jìn)行遺傳改良，從而獲得所需形狀。

轉(zhuǎn)基因育種：轉(zhuǎn)基因育種是在分子水平上進(jìn)行基因操作， 可突破物種間的遺傳障礙、跨越物種間的不親和性。目前基因工程已形成了成熟的實(shí)驗(yàn)流程， 且新方法、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)。

1 轉(zhuǎn)基因育種的國內(nèi)外研究進(jìn)展

孟山都公司利用分子標(biāo)記定位了12個影響玉米子粒含水量的QTL， 基于標(biāo)記輔助選擇使玉米自交系和雜交種子粒的含水量分別下降了3.9%和2.5%。根據(jù)孟山都公司的報道， 利用500個分子標(biāo)記進(jìn)行回交選擇，BC1可以回復(fù)到90%；BC2可以回復(fù)到98%；BC3可達(dá)到99.5%。利用分子標(biāo)記進(jìn)行兩代的輪回選擇， 產(chǎn)量比常規(guī)育種方法增加862kg/hm2。華中農(nóng)業(yè)大學(xué)利用分子標(biāo)記輔助選擇將質(zhì)量性狀基因 RF3成功地轉(zhuǎn)育到不同遺傳背景的玉米自交系中。孟山都為中區(qū)玉米種子市場的更大份額， 每天處理的用于玉米育種的單個分子標(biāo)記數(shù)據(jù)達(dá)到20萬個，分子標(biāo)記的類型也逐步由 SSR標(biāo)記轉(zhuǎn)向選擇效率更高的SNP標(biāo)記。該公司已經(jīng)能夠利用分子標(biāo)記在早代直接對玉米的抗倒性， 抗葉斑病等性狀進(jìn)行選擇。近年來， 孟山都公司借助與分子育種的技術(shù)優(yōu)勢， 在美國玉米種子的市場份額以每年1%～2%的速度增加，對競爭對手產(chǎn)生了巨大的壓力。在“十五”863計(jì)劃的支持下，我國的科研單位也開始分子育種的研究。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院利用SSR分子標(biāo)記分析了我國優(yōu)良玉米自交系的遺傳變異，對其進(jìn)行了雜種優(yōu)勢群的劃分， 為更有效地利用我國現(xiàn)有的種質(zhì)資源， 進(jìn)一步提高玉米雜種優(yōu)勢水平提供了有價值的信息。四川農(nóng)業(yè)大學(xué)利用抗玉米紋枯病QTL緊密相連鎖的分子標(biāo)記， 對抗性分子標(biāo)記輔助選擇， 獲得多個高抗玉米紋枯病自交系。從整體上講， 我國玉米分子育種才剛剛起步， 集中國內(nèi)優(yōu)勢單位， 深入開展我國玉米的分子育種工作， 對保持我國玉米育種在國際上的先進(jìn)水平、與國際跨國種子公司的競爭具有重要意義。

2 轉(zhuǎn)基因技術(shù)存在的問題

伴隨著轉(zhuǎn)基因玉米產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，轉(zhuǎn)基因技術(shù)在玉米育種中將發(fā)揮出越來越重要的作用，以基因工程為核心的分子育種的前景顯而易見地顯示出來。在轉(zhuǎn)基因玉米研究與產(chǎn)業(yè)化過程中，需要培養(yǎng)大批有操作能力的技術(shù)人員，并引進(jìn)相關(guān)的儀器設(shè)備，所以所需資金龐大，是限制我國發(fā)展轉(zhuǎn)基因技術(shù)的原因之一；而轉(zhuǎn)基因食品的安全性具有爭議，許多人不愿購買轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品，也在一定程度上打擊了研究人員的工作積極性；再次，不是所有的轉(zhuǎn)基因植株都是目的植株，還得需要多種程序的進(jìn)一步鑒定，才能確定它的價值同時還有基因沉默現(xiàn)象，即新插入的基因常常是關(guān)閉的；目前許多科學(xué)家正在研究植物基因開關(guān)原理，并試圖對這一過程進(jìn)行操作。關(guān)于表達(dá)量低的問題，可以對基因進(jìn)行修飾，使用強(qiáng)啟動子、增強(qiáng)子、內(nèi)含子等，現(xiàn)已取得了比較好的效果?；虻谋磉_(dá)需要特定的內(nèi)環(huán)境，包括插入的位點(diǎn)、拷貝數(shù)等，目前來說這些都還不精確，所以最有效的方法就是加大轉(zhuǎn)化群體進(jìn)行選擇淘汰。如果只限于特定的幾個基因型，再好的基因也將很難應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)，這也將成為轉(zhuǎn)基因育種無法逾越的障礙?；诂F(xiàn)在還沒有很好的辦法解決這一難題，所以應(yīng)該考慮 DNA 轉(zhuǎn)入時不同方法交叉使用。

3 玉米轉(zhuǎn)基因育種的應(yīng)用前景

通過對玉米輔助育種技術(shù)的說明，不難發(fā)現(xiàn)輔助育種技術(shù)的發(fā)展前景巨大，不過只有通過不間斷的研究實(shí)驗(yàn)，并利用國外研究成果，結(jié)合我國實(shí)際情況，充分發(fā)掘我國特有玉米種質(zhì)資源中的優(yōu)良基因，把輔助技術(shù)同常規(guī)玉米育種的實(shí)踐相結(jié)合，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果轉(zhuǎn)化為知識產(chǎn)權(quán)并盡快地應(yīng)用到育種實(shí)踐中，為我國玉米育種事業(yè)做出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 羅菊香，等.公選課\"生物工程概\"教學(xué)探索與實(shí)踐.安徽農(nóng)學(xué)通報，2011年.

[2] 李玉杰.利用分子標(biāo)記技術(shù)改良玉米粗縮病抗性.山東大學(xué)，2010年.

[3] 吳永升，等.生物技術(shù)在玉米育種中的應(yīng)用.廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2006年.

[4] 王大春.基因工程在玉米遺傳育種上的應(yīng)用[J].種子科技，2005，（3）：152-154.

[5] 武淑香，李曉輝，殷奎德，等.玉米轉(zhuǎn)基因育種回顧.玉米科學(xué)，2007，（4）：63-66.

[6] 朱毅華.轉(zhuǎn)基因玉米發(fā)展對單產(chǎn)的影響及啟示[J].農(nóng)業(yè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2008，（6）：15-19.

[7] Chalky S T.Properties of maternal haploid maize plantsand potentialapplication to maize breeding [J].Euphytica，1994，79：13-18.

[8] 張?jiān)?，張首國，李振科，?轉(zhuǎn)基因玉米遺傳轉(zhuǎn)化的研究進(jìn)展[J].重慶工商大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2006，23（5）：473-476.

[9] Saatsakis O，Zabirova E，Shcherbak V，et al.Mass induction of ma-ternal haploid in corn[J].1994，68：51-52.

[10] 劉源霞，蘭進(jìn)好，趙延明.基因工程在玉米遺傳育種中的應(yīng)用[J].玉米科學(xué)，2007，15（1）：146-149.

[11] 張英，穆楠，樸紅梅.轉(zhuǎn)基因技術(shù)在玉米遺傳育種中的應(yīng)用[J].生物技術(shù)通報，2009，（1）：64-68.

[12] Kuo C S，Guo Z C，Li Z，et al.Another culture and haploid breedingof maize in China [J].Biotechnology in Agriculture and forestry，1994，25：149-161.

[13] 李金良，于鳳麗.玉米轉(zhuǎn)基因育種技術(shù)的研究進(jìn)展[J].黑龍江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，（1）：114-116.

[14] Gayen P，Sarkar K.Cytomixis in maize haploids [J].Indian Journal ofGenetics and Plant Breeding，1996，56（1）：79-85.

作者簡介：郭燕博（1987-），女，黑龍江肇州人，東北農(nóng)業(yè)大學(xué)在讀研究生，研究方向：作物遺傳育種。