現(xiàn)代生物技術(shù)在農(nóng)作物育種中的應(yīng)用研究

高紅治

摘要：綜述現(xiàn)代生物技術(shù)在育種中的意義及相關(guān)技術(shù)研究進展，介紹我國農(nóng)業(yè)生物技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，提出發(fā)展農(nóng)作物育種應(yīng)采取的措施，為提高我國種業(yè)發(fā)展水平提供參考。

關(guān)鍵詞：生物技術(shù)；農(nóng)作物；育種；轉(zhuǎn)基因

中圖分類號：S33 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-1161（2017）03-0012-02

眾多專家預(yù)測，只有在2050年前實現(xiàn)糧食產(chǎn)量翻倍，才能滿足人口對糧食的需求。而糧食產(chǎn)量翻倍無疑會帶來一些新問題，如耕地減少、土壤污染、氣候變化、水資源短缺等。要解決這些全球性問題，需要農(nóng)業(yè)技術(shù)發(fā)揮重要作用。現(xiàn)代生物技術(shù)始于20世紀(jì)70年代初，是在重組DNA技術(shù)、細胞培養(yǎng)技術(shù)、生物反應(yīng)技術(shù)等領(lǐng)域深入發(fā)展基礎(chǔ)上形成的一項高新技術(shù)，并在農(nóng)作物育種中發(fā)揮著越來越重要的作用。

1 現(xiàn)代生物技術(shù)對農(nóng)作物育種的作用

1.1 加快育種進程

RFLP技術(shù)、SSR技術(shù)及PCR技術(shù)的出現(xiàn)，推進了構(gòu)建分子遺傳圖譜的進程。在DNA或者RNA水平上可識別更多的育種目標(biāo)性狀；利用分子標(biāo)記輔助育種技術(shù)使育種目標(biāo)更加明確；在微觀水平上可改良作物性狀，提高育種效率，進而有效加速育種進程。

1.2 培育植物新品種

通過克隆得到更多的目標(biāo)基因，為植物新品種的出現(xiàn)創(chuàng)造條件，其中包括一些能高效表達特異性狀的育種中間材料。

1.3 改變育種性狀和品種品質(zhì)

隨著作物功能基因組學(xué)理論與技術(shù)體系的建立，育種性狀和育成作物的品質(zhì)得到改良，進而豐富農(nóng)作物的品種類型。例如，國外研究選育的高油酸含量芥菜型油菜和甘藍型油菜，以及國內(nèi)選育的轉(zhuǎn)基因高油含量油菜品種。

1.4 加快轉(zhuǎn)基因作物選育

轉(zhuǎn)基因技術(shù)在抗除草劑、抗病蟲作物育種中發(fā)展迅猛。目前，抗除草劑、抗蟲轉(zhuǎn)基因油菜品種，抗草甘膦、抗草丁膦、抗蟲等轉(zhuǎn)基因玉米品種，抗蟲棉花品種，均已得到廣泛生產(chǎn)應(yīng)用。

2 現(xiàn)代生物技術(shù)在農(nóng)作物育種中的應(yīng)用

2.1 DNA分子標(biāo)記技術(shù)

分子標(biāo)記輔助育種起步較晚但發(fā)展迅速，已應(yīng)用到農(nóng)作物育種的諸多方面。

2.1.1 構(gòu)建分子遺傳圖譜 通過分子可將DNA的電泳特異帶（標(biāo)記）定位在該物種的遺傳連鎖圖上，利用圖譜對比鑒別與重要農(nóng)藝性狀和抗性等有關(guān)的標(biāo)記。分子標(biāo)記不受顯隱性基因表現(xiàn)型限制，方便育種專家進行更有效地選擇，尤其是在選擇低代材料方面，可節(jié)省時間，加快育種進程。

2.1.2 分析親緣關(guān)系 遺傳差異受控于基因差異，即堿基序列的不同排列，因此，利用分子標(biāo)記可以區(qū)別不同物種、不同品種甚至基因系，還可進行種群分類、鑒定遺傳變異等。

2.1.3 識別和克隆目的基因 利用分子標(biāo)記技術(shù)可獲得與擬分離目的基因緊密連鎖的DNA片段，為采用圖位克?。╩ap-based cloning）技術(shù)分離和克隆目的基因奠定基礎(chǔ)。

2.2 細胞和組織培養(yǎng)技術(shù)

近年來，我國在細胞和組織培養(yǎng)技術(shù)研究方面一直走在世界前列，細胞和組織培養(yǎng)技術(shù)在農(nóng)作物育種上的應(yīng)用較為深入。

2.2.1 單倍體培養(yǎng) 單倍體培養(yǎng)即通常所說的單倍體育種，可快速獲得純合二倍體，縮短育種周期?；ㄅ嘤N發(fā)展于20世紀(jì)60年代，我國已利用此技術(shù)培養(yǎng)20多種植物，其中玉米、小麥、高粱、辣椒等作物率先培養(yǎng)成功。

2.2.2 胚培養(yǎng) 胚培養(yǎng)技術(shù)育種可有效克服遠緣雜交的遺傳弊端，且具有拓寬種質(zhì)范圍的作用。目前，在蘿卜屬、蕓薹屬等蔬菜作物上開展遠緣雜交的研究，已有成功報道。

2.2.3 原質(zhì)體培養(yǎng)及融合技術(shù) 在學(xué)術(shù)研究中，此技術(shù)又稱作細胞融合、體細胞雜交、超性雜交、超性融合等。原生質(zhì)體融合技術(shù)打破微生物之間的種界界限，實現(xiàn)遠緣菌株的基因重組，有利于遺傳物質(zhì)較完整傳遞及增加基因重組機會，同時，結(jié)合其他育種方法，可獲得目標(biāo)性狀的單株。

2.3 轉(zhuǎn)基因育種技術(shù)

轉(zhuǎn)基因技術(shù)誕生于20世紀(jì)80年代，此后發(fā)展迅猛，現(xiàn)已成為劃時代的革命性技術(shù)。它與農(nóng)作物育種緊密結(jié)合，加快農(nóng)作物更新?lián)Q代的步伐，帶來種植業(yè)結(jié)構(gòu)變革。一大批跨國農(nóng)業(yè)公司投入巨資開展水稻、玉米、大豆等主要糧食作物新基因挖掘和轉(zhuǎn)基因技術(shù)研發(fā)，通過控制基因及相關(guān)技術(shù)的知識產(chǎn)權(quán)來控制糧食生產(chǎn)。與此同時，許多發(fā)展中國家也大力研究轉(zhuǎn)基因技術(shù)，以此發(fā)展壯大本國的農(nóng)作物育種產(chǎn)業(yè)。據(jù)統(tǒng)計，到2011年底，全球轉(zhuǎn)基因作物種植面積已超過1.6億hm2，是1996年的100倍。截至2015年底，全世界已有28個國家批準(zhǔn)可以進行轉(zhuǎn)基因作物商業(yè)化生產(chǎn)。

3 我國農(nóng)業(yè)生物技術(shù)發(fā)展進程

我國在利用現(xiàn)代生物技術(shù)研究農(nóng)作物育種方面起步較早，并取得了一定的成就。通過對高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病蟲、抗除草劑、抗瘠薄等重要基因的挖掘及相關(guān)技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用，已初步建立起包括基因克隆、功能鑒定、品種選育及品種安全性評價、應(yīng)用推廣等完整生物育種研究和產(chǎn)業(yè)化體系。

我國農(nóng)業(yè)生物技術(shù)發(fā)展大致經(jīng)歷了2個階段：1986—2000年為早期，主要跟蹤國際科技前沿摸索發(fā)展；2001年至今為近期，即自主研發(fā)期。早期階段主要以水稻、小麥、大豆、棉花等作物為研究對象，以建立和優(yōu)化作物組培再生及遺傳轉(zhuǎn)化體系為主，對國際上已公開的相關(guān)研究進行驗證及大田試驗，為后期生物技術(shù)在農(nóng)作物育種中的應(yīng)用發(fā)展奠定堅實基礎(chǔ)。

進入21世紀(jì)，生物技術(shù)引領(lǐng)著生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展。在我國政府的高度重視下，更多科技人員投入其中，包括一大批在生物技術(shù)研究領(lǐng)域?qū)W有所成的海歸學(xué)者，同時生物技術(shù)企業(yè)迅速擴張。在前期工作積累的基礎(chǔ)上，我國農(nóng)業(yè)生物技術(shù)研究迅速推進到以重要農(nóng)藝性狀功能基因定位及克隆、鑒定、基因組測序等關(guān)鍵技術(shù)為主的自主創(chuàng)新期。

4 生物技術(shù)在農(nóng)作物育種體系中的應(yīng)用展望

培育具有高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、廣適、安全等優(yōu)點，且符合不斷變革的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求的農(nóng)作物新品種，是始終擺在育種者面前的難題。以生物技術(shù)為核心建立農(nóng)作物現(xiàn)代育種體系，通過大力發(fā)展生物技術(shù)提升種業(yè)核心競爭力，可有效推動育種產(chǎn)業(yè)壯大發(fā)展。

目前，生物技術(shù)在全世界的發(fā)展方興未艾。在全球經(jīng)濟一體化的進程中，如何將現(xiàn)代生物技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)作物育種上來，提高和改進農(nóng)作物育種的理論水平和育種技術(shù)，加快育種速度和選育效果，對農(nóng)作物種子產(chǎn)業(yè)乃至農(nóng)作物產(chǎn)品市場競爭至關(guān)重要。創(chuàng)建先進的農(nóng)作物現(xiàn)代育種體系及現(xiàn)代種業(yè)發(fā)展體系必須依靠現(xiàn)代生物技術(shù)，并不斷將生物技術(shù)的新發(fā)現(xiàn)、新成果及時融合到農(nóng)作物育種領(lǐng)域。另外，世界農(nóng)作物育種技術(shù)發(fā)展趨勢和我國育種實踐表明，傳統(tǒng)常規(guī)育種技術(shù)和現(xiàn)代生物育種技術(shù)不應(yīng)彼此孤立，而應(yīng)有機融合?，F(xiàn)代生物技術(shù)及其他高新技術(shù)與傳統(tǒng)育種技術(shù)的緊密結(jié)合，是建立農(nóng)作物現(xiàn)代育種體系的必由之路，也是推動我國種業(yè)發(fā)展和農(nóng)作物產(chǎn)品具有國際競爭力的技術(shù)保障。

參考文獻

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