生物技術(shù)在農(nóng)業(yè)育種中的應(yīng)用

楊卓儒

摘 要：生物育種在農(nóng)業(yè)中的推廣速度較快，并且產(chǎn)生了較大的經(jīng)濟效益與社會效益。但是我國主要農(nóng)作物育種仍停留在傳統(tǒng)的育種方法上，不但周期長且品種改良速度慢，滿意實現(xiàn)增產(chǎn)增收的目標(biāo)。生物育種技術(shù)的應(yīng)用突破了傳統(tǒng)育種技術(shù)的限制，有助于加速高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗旱、抗蟲害的新品種培育。因此，文章主要針對生物技術(shù)在農(nóng)業(yè)育種中的應(yīng)用展開分析。

關(guān)鍵詞：生物技術(shù)；農(nóng)業(yè)育種；應(yīng)用效果

糧食作為重要的戰(zhàn)略資源，關(guān)系著人們的正常生活與社會的秩序。我國是一個農(nóng)業(yè)大國，但人均耕地少、水資源地區(qū)差異大、糧食剛性需求大等問題使得農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)存在較大的問題。因此，加速育種改進速度是農(nóng)業(yè)研究的重要課題。過去人們常用傳統(tǒng)育種技術(shù)進行農(nóng)作物性狀的改良，但是由于育種材料狹窄、效率低下以及生殖屏障無法突破等因素的限制，許多重要品種的選育工作進入瓶頸階段，而生物技術(shù)的應(yīng)用則能夠有效突破這些因素的限制。因此，文章重點介紹了生物技術(shù)中幾種常見的育種技術(shù)。

一、轉(zhuǎn)基因育種技術(shù)

轉(zhuǎn)基因育種技術(shù)與傳統(tǒng)育種技術(shù)相依，具有形狀改良精確度高的特點，省時省力并且能夠突破物種界限，充分改變遺傳特點。轉(zhuǎn)基因育種技術(shù)發(fā)展時間久，已經(jīng)進入商業(yè)發(fā)展的重要時期，并且根據(jù)國際農(nóng)業(yè)生物技術(shù)服務(wù)組織發(fā)表的數(shù)字統(tǒng)計，全球轉(zhuǎn)基因種植面積持續(xù)增長，目前已達2.857億hm2。轉(zhuǎn)基因技術(shù)作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中推廣范圍最廣的技術(shù)，在減少農(nóng)藥使用量、降低病蟲害發(fā)生率、改善生態(tài)環(huán)境以及降低生產(chǎn)成本方面具有較好的應(yīng)用效果。目前全世界85%的大豆和棉花、35%的玉米和油菜多為轉(zhuǎn)基因品種。從2012年-2017年的5年內(nèi)，轉(zhuǎn)基因抗蟲害、抗化學(xué)制劑的農(nóng)作物產(chǎn)值超過1000億美元，改善了進1800萬農(nóng)戶和6000萬貧困農(nóng)戶的經(jīng)濟效益，同時減少了超過5.5億kg農(nóng)藥的使用，也正是由于這一點，轉(zhuǎn)基因技術(shù)被授予了世界糧食獎。

截止到2016年，全球已有超過100個國家和地區(qū)運行種植轉(zhuǎn)基因技術(shù)，從種植品種而言，主要集中在大豆、棉花、玉米以及油菜這幾個農(nóng)作物品種上。從其性狀分析，主要集中在抗病蟲害和抗化學(xué)制劑這兩方面。在經(jīng)過20多年的努力，我國已經(jīng)擁有了轉(zhuǎn)基因生物自主研發(fā)技術(shù)，目前國家已經(jīng)發(fā)放了其中轉(zhuǎn)基因作物的安全證書，包括耐儲藏番茄、抗蟲棉花、改變花色矮牽牛、抗病辣椒、抗病番木瓜、抗蟲水稻以及轉(zhuǎn)植酸酶基因玉米這幾種農(nóng)作物。其中抗蟲棉花的應(yīng)用在我國獲得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益。目前我國審核通過的抗蟲棉花超過100多種，種植面積高達2800萬hm2，累積經(jīng)濟效益超過800萬億元。此外，我國自主改良的轉(zhuǎn)基因玉米能夠降低農(nóng)藥的使用量，提高化肥的利用率。且上述的轉(zhuǎn)基因作物經(jīng)過我國和國際轉(zhuǎn)基因作物安全評價準(zhǔn)則和相關(guān)規(guī)范進行了嚴(yán)格的審核與實驗，在環(huán)保型與食用安全性方面都得到了保障。

二、分子標(biāo)記輔助選擇育種

傳統(tǒng)育種主要是通過選擇作物的表型，容易受到主觀因素以及環(huán)境因素的影響而出現(xiàn)偏差，在品種改良方面需要花費數(shù)年甚至更長的時間。隨著DNA分子標(biāo)記技術(shù)在生物育種中的應(yīng)用，分子標(biāo)記輔助選擇育種主要是通過選擇與目標(biāo)有著密切聯(lián)系的分子標(biāo)記，從而選擇目標(biāo)形狀的方法。第一代分子標(biāo)記主要是以限制性片段長度多態(tài)性作為標(biāo)記，第二代分子標(biāo)記主要是以聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)作為標(biāo)記，第三代分子標(biāo)記主要是以生物基因序列作為標(biāo)記，其中以單核苷酸的多態(tài)性標(biāo)記的位點檢測方便、經(jīng)濟實惠的優(yōu)點在現(xiàn)代得到了廣泛的應(yīng)用。

分子標(biāo)記輔助選擇育種技術(shù)與傳統(tǒng)育種技術(shù)相比，其具有以下優(yōu)勢：①傳統(tǒng)育種主要是針對農(nóng)作物的形狀進行選擇，且這些形狀多為數(shù)字形狀，受環(huán)境的影響大，且位點控制主體多；而分子標(biāo)記輔助選擇育種技術(shù)則主要通過DNA進行選則，不受環(huán)境的影響；②分子標(biāo)記輔助選擇育種技術(shù)不受育種各階段的影響，無需等待種子成熟或發(fā)育，能夠縮短育種時間；③分子標(biāo)記輔助選擇育種技術(shù)的判斷方式為“是”與“否”，與模糊、曖昧的數(shù)字性狀選擇相比而言，具有更好的應(yīng)用價值，尤其是在目標(biāo)基因功能標(biāo)記方面，不受育種過程中基因重組的影響，能夠提高選擇的效率和準(zhǔn)確率。

分子標(biāo)記輔助選擇育種技術(shù)的定位首選需要確定特定農(nóng)作物形狀的基因，并采用連鎖作圖和相關(guān)作圖這兩種方法來確定。連鎖作圖是過去常用的一種方法，能夠?qū)⒍鄠€基因控制的性狀分解為單基因。但是隨著對基因作圖的不斷進展，發(fā)現(xiàn)相關(guān)作圖與連續(xù)作圖相比，其具有分辨率高且成本較低的優(yōu)勢，在高通量基因鑒定中的優(yōu)勢更加明顯。該技術(shù)目前已經(jīng)在玉米商業(yè)化育種中具有廣泛應(yīng)用。

三、分子設(shè)計育種技術(shù)

隨著分子標(biāo)記輔助選擇育種技術(shù)的不斷發(fā)展，以及大量基因組序列數(shù)據(jù)、植物表型鑒定技術(shù)的發(fā)展，以及對分子標(biāo)記和目標(biāo)形狀的進一步研究從而產(chǎn)生了設(shè)計育種的思想。也就是根據(jù)需求設(shè)計出理想基因的品種。分子設(shè)計育種技術(shù)在新品種培養(yǎng)、定向改良作物形狀、創(chuàng)新作物品種、縮短育種時間、提高育種的準(zhǔn)確度等方面有著較高的優(yōu)越性。要想設(shè)計一個品種，需要了解目標(biāo)形狀的基因位點以及位點間的關(guān)系，從而按照設(shè)計目標(biāo)進行基因組合序列的標(biāo)記，然后再進行基因重組，最后再進行田間鑒定，能夠有效縮短育種效率。近些年來該技術(shù)在水稻、楊樹、高粱等作物中的測試工作已經(jīng)完成，并表現(xiàn)出了較好的可操作性。但是該技術(shù)的應(yīng)用需要較高的成本，在實際研究中的應(yīng)用范圍受到限制，有待進一步優(yōu)化。

四、結(jié)語

生物技術(shù)在農(nóng)業(yè)育種中具有較好的應(yīng)用價值，能夠縮短育種時間、改善作物性狀，有效提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟效益與社會效益。因此，需要科學(xué)認(rèn)知生物技術(shù)在農(nóng)業(yè)育種中的優(yōu)勢，從而更好的推動生物育種技術(shù)的發(fā)展，實現(xiàn)我國農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻

[1]靖飛，王密引.遼寧加快發(fā)展生物育種產(chǎn)業(yè)的思路與對策[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，40（6）：413-415.

[2]董懿曼.我國生物育種高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化工程建設(shè)及其對策[J].農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究，2015，33（4）：420-424.

[3]凌彤，倪士峰，趙兵等.米丘林學(xué)說對現(xiàn)代資源生物育種的指導(dǎo)價值[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，41（10）：4246-4247.endprint