生物技術(shù)在玉米育種中的應(yīng)用

王成

（山東省鄒平縣黛溪街道辦事處，山東 鄒平 256200）

摘 要：隨著科技水平的發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也漸漸步入了科學(xué)化、技術(shù)化的時代。生物技術(shù)的迅猛發(fā)展以及廣泛運用給技術(shù)化種田提供了技術(shù)支持。在玉米育種中，采用生物技術(shù)育種與傳統(tǒng)常規(guī)的育種技術(shù)相結(jié)合的方式，培育出了玉米的新品種，這種新品種高產(chǎn)、抗逆、優(yōu)質(zhì)、抗病，提高了玉米的育種效率，縮短了育種進程。本文將從玉米生物技術(shù)育種的種類以及特點展開論述，分析基因工程技術(shù)在玉米抗病、抗蟲、抗藥劑以及品種改良方面的應(yīng)用，總結(jié)我國在轉(zhuǎn)基因玉米育種的成果。

關(guān)鍵詞：生物技術(shù)；玉米育種；轉(zhuǎn)基因技術(shù)

中圖分類號：S513 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20170230036

玉米在糧食作物中，是僅次于水稻和小麥的世界第3大糧食作物，我國玉米播種面積高達0.2億hm2左右，僅次于美國。玉米在人們?nèi)粘Ｉ钌a(chǎn)中的地位顯得愈來愈重要。它不僅是一種糧食作物，同時在能源、醫(yī)療、工業(yè)等多方面都發(fā)揮著很重要的作用。隨著社會的進步，人們生活水平的不斷提高，對于玉米的需求量也越來越高，但是近年來，由于耕地面積不斷減少，自然災(zāi)害、病蟲災(zāi)害的頻發(fā)，導(dǎo)致玉米產(chǎn)量逐年下降，人們對于高產(chǎn)抗病的玉米新品種的渴望日益強烈，這就對玉米育種有更高的要求。生物技術(shù)與傳統(tǒng)常規(guī)技術(shù)相結(jié)合培育出的新品種滿足了人們這一需求。

1 生物技術(shù)在玉米育種中的應(yīng)用

自20世紀80年代始，科學(xué)家以及農(nóng)業(yè)學(xué)家們嘗試利用生物工程技術(shù)，把外源或者經(jīng)體外修飾后的內(nèi)源基因?qū)氲街参锂斨校牧计贩N的種植性狀，并且獲得成功。20世紀90年代轉(zhuǎn)基因玉米的研究取得了突破性進展。玉米的轉(zhuǎn)基因育種是指通過物理、化學(xué)以及分子生物學(xué)等多種方法將外源基因整合到玉米基因中，并在玉米中表達目標蛋白，從而使玉米獲得外源基因的所有表達。玉米轉(zhuǎn)基因育種是通過基因轉(zhuǎn)移方法創(chuàng)造玉米新種質(zhì)或新品種。最近這幾年以來，生物工程的興起，特別是基因工程技術(shù)在品種改良中的應(yīng)用，為培育抗性品提供了新的發(fā)展方向以及新的技術(shù)手段，其中轉(zhuǎn)基因技術(shù)將玉米基因庫中不具有的抗性基因?qū)胗衩字?，實現(xiàn)了傳統(tǒng)常規(guī)育種方式無法達到的基因重組，進而提高了育種的水平。到目前為止，抗蟲的轉(zhuǎn)基因玉米是研究的最為成熟的，抗除草劑的轉(zhuǎn)基因玉米也獲得很大進展。轉(zhuǎn)基因生物工程技術(shù)在玉米育種當中的應(yīng)用，打破了原有的物種間基因交流界限，充分利用了自然界其他物種的優(yōu)秀基因資源，突破了原有的玉米育種的種種局限，實現(xiàn)了對于玉米選種的定向改良。

2 常見的玉米轉(zhuǎn)基因技術(shù)

根據(jù)對于玉米的外源基因遺傳轉(zhuǎn)化原理 ，可以把玉米轉(zhuǎn)基因技術(shù)大致分為3類：農(nóng)桿菌介導(dǎo)的基因轉(zhuǎn)化方法、DNA 直接導(dǎo)入的基因轉(zhuǎn)化技術(shù)以及花粉管通道介導(dǎo)的基因轉(zhuǎn)化技術(shù)。到目前為止，應(yīng)用最為廣泛的是農(nóng)桿菌介導(dǎo)法、基因槍法和花粉管通道法。

2.1 農(nóng)桿菌介導(dǎo)法

通常所說的農(nóng)桿菌是指在土壤中，生活在植物根的表面，通過根組織滲透出來的營養(yǎng)物質(zhì)來維系生存的革蘭氏陰性細菌。主要包括2種：根癌農(nóng)桿菌和發(fā)狀農(nóng)桿菌，在農(nóng)桿菌介導(dǎo)植物基因轉(zhuǎn)化中應(yīng)用最多的是根癌農(nóng)桿菌。它可以通過侵染植物的受傷部位將其 Ti質(zhì)粒上的T-DNA區(qū)轉(zhuǎn)移到植物受體細胞并整合到植物基因組中，因此利用 Ti質(zhì)粒介導(dǎo)基因轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的研究引起人們廣泛關(guān)注并取得極大成功。

采用農(nóng)桿菌介導(dǎo)法在玉米遺傳改良中有很多優(yōu)點。這個轉(zhuǎn)化系統(tǒng)利用的是天然的轉(zhuǎn)化載體系統(tǒng)，成功率高，效果好。遺傳穩(wěn)定，費用低，操作簡單。近年來，通過科學(xué)家的不斷努力，對于農(nóng)桿菌介導(dǎo)法的不斷優(yōu)化，使得這種方法在玉米轉(zhuǎn)基因的應(yīng)用中越來越廣泛，取得了不錯的成果。

2.2 基因槍法

基因槍法又被稱之為粒子轟擊，這種方法是在1987年創(chuàng)立的，它是利用高速運動的金屬微粒將附著于微粒表面的外源 DNA分子帶入到受體細胞中的一種遺傳物質(zhì)導(dǎo)入技術(shù)。

基因槍法不僅適用于單子葉植物，也適用于雙子葉植物，同時可以實現(xiàn)多種基因的同時轉(zhuǎn)化，獲得再生植株。縱然它的優(yōu)點很多，但是它的缺點也特別突出，費用高，操作過程繁瑣，在轉(zhuǎn)化DNA片段的時候容易斷裂，外源基因沉默或者拷貝不完整。

2.3 花管粉通道法

花管粉通道法是由我國學(xué)者周廣宇在20世紀80年代提出的。花管粉通道法指在授粉之后向子房內(nèi)注射含有基因的DNA溶液，利用植物開花受精的時候形成的花粉通道，將外源DNA導(dǎo)入受精卵細胞，并進一步地被整合到受體細胞的基因組中，隨著受精卵的發(fā)育而成為帶轉(zhuǎn)基因的新個體。通過這種方式育種的優(yōu)點有很多。不用組織培養(yǎng)獲得再生苗，克服了受體植株再生難的問題。操作簡單，轉(zhuǎn)化率高，轉(zhuǎn)化周期短，受環(huán)境的限制小。但是這種方法也存在一定的缺陷，后代外源基因遺傳穩(wěn)定性較差，且往往不符合孟德爾分離定律，不利于后續(xù)研究的開展。

3 轉(zhuǎn)基因玉米研究的進展

雖然目前仍然以傳統(tǒng)常規(guī)技術(shù)為主，近些年來，由于生物技術(shù)的迅猛發(fā)展，在各種農(nóng)作物上取得的突破性進展，這些技術(shù)手段為玉米育種提供了更廣泛的育種方法。其中比較有代表性的抗除草劑轉(zhuǎn)基因玉米培育，抗蟲基因玉米的培育，抗逆轉(zhuǎn)基因玉米的培育。

3.1 抗除草劑轉(zhuǎn)基因玉米培育

雜草是農(nóng)民種田過程中遇到的比較頭疼的問題，由于雜草處理起來很麻煩，而且除去，不久又會再生。為了解決這一難題，人們通常噴灑除草劑，對于除草劑的使用，不僅減少了農(nóng)民田間管理的工作量，而且提高了工作效率，但是通常在除草的同時，也會對玉米產(chǎn)生影響，常規(guī)的玉米品種中缺少對抗除草劑的合適基因。2013年余桂容等人通過農(nóng)桿菌介導(dǎo)法將抗草甘膦雙價基因 G2R79-epsps 轉(zhuǎn)入玉米幼胚細胞，獲得 7 株轉(zhuǎn)基因陽性植株，獲得了可耐6%草甘膦的轉(zhuǎn)基因玉米材料，為抗除草劑玉米新品種選育提供了較好的基礎(chǔ)材料。抗除草劑轉(zhuǎn)基因玉米的培育，正好解決了這一難題。

3.2 抗蟲基因玉米的培育

病蟲害一直是影響玉米質(zhì)量與產(chǎn)量的重要因素。為了解決這一難題，自20世紀90年代以來，通過對于轉(zhuǎn)基因技術(shù)的研究，在抗蟲轉(zhuǎn)基因玉米的品種培育上取得了突破性的進展。目前對于抗蟲轉(zhuǎn)基因玉米的研究主要集中在多價抗蟲基因的同時轉(zhuǎn)化以及抗蟲基因優(yōu)化2方面。經(jīng)過多年的努力，具有很好的抗蟲效果的轉(zhuǎn)基因玉米材料已經(jīng)被研制出來，并且已經(jīng)進入安全證書申請階段。

3.3 抗逆轉(zhuǎn)基因玉米的培育

近年來，自然災(zāi)害頻發(fā)，旱澇、鹽堿以及污染等，致使玉米減產(chǎn)。通過科學(xué)家和農(nóng)業(yè)學(xué)家的不斷研究與實驗，通過抗逆功能基因的遺傳轉(zhuǎn)化及抗逆相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子的超表達提高玉米的抗逆性，提高玉米對抗自然災(zāi)害能力，從而保證玉米的產(chǎn)量。

4 結(jié)論

文中通過以上論述，簡單闡述了轉(zhuǎn)基因玉米生物技術(shù)育種的應(yīng)用及其研究成果，可以看出在轉(zhuǎn)基因玉米培育上已經(jīng)取得很多成果，來提高玉米的產(chǎn)量，同時，展望了基因工程技術(shù)和轉(zhuǎn)基因玉米的研究進展在玉米育種中的應(yīng)用前景，總結(jié)了生物技術(shù)與常規(guī)育種相結(jié)合的重要性。在國內(nèi)，對于生物育種也給予了高度重視，生物技術(shù)是對常規(guī)育種方法的一種發(fā)展和補充，填補了常規(guī)育種方法的不足，但是在提高玉米的產(chǎn)量的同時也不能忽視玉米的質(zhì)量，對于轉(zhuǎn)基因玉米的培育還有很長的路要走。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，玉米育種一定會更加科學(xué)化、高效化。進一步促進我國玉米生產(chǎn)的長期穩(wěn)定發(fā)展和加快經(jīng)濟建設(shè)做出了更大的貢獻。

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