生物技術(shù)在玉米育種中的應(yīng)用

孔慶法+李桂鴻

玉米與小麥和水稻被稱(chēng)為世界三大糧食作物。玉米不僅可以作為糧食供人們使用，還可以被應(yīng)用于很多行業(yè)中。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)玉米的需求量和質(zhì)量都監(jiān)護(hù)提出了更高的要求。玉米育種中，通過(guò)生物技術(shù)的應(yīng)用，提高了育種的進(jìn)度，縮短了育種的進(jìn)程，培育出了抗病、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的玉米新品種?；诖?，本文分別從細(xì)胞工程、基因工程和分子標(biāo)記技術(shù)三個(gè)方面探討了生物技術(shù)在玉米育種中的實(shí)際應(yīng)用，希望能夠得到廣大讀者的認(rèn)可。

生物技術(shù)在玉米育種中的應(yīng)用，開(kāi)辟了見(jiàn)玉米育種的新途徑。相較于常規(guī)玉米育種技術(shù)，生物育種技術(shù)具有選擇效率高、生長(zhǎng)周期短的優(yōu)點(diǎn)，可以幫助人們?cè)诙虝r(shí)間內(nèi)選擇出優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、抗病性和抗逆性強(qiáng)的玉米品種。因此，對(duì)玉米育種中生物技術(shù)的具體應(yīng)用進(jìn)行研究具有非常重要的意義。

1 細(xì)胞工程的應(yīng)用

細(xì)胞工程是指結(jié)合遺傳學(xué)和生物學(xué)對(duì)細(xì)胞展開(kāi)研究，在外界適宜環(huán)境下對(duì)組織細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)、繁殖，并按照人們的意愿實(shí)現(xiàn)細(xì)胞結(jié)構(gòu)的重新排列組合，使生物功能和結(jié)構(gòu)加以改進(jìn)，進(jìn)而得到人們理想中的新品種。細(xì)胞工程在農(nóng)業(yè)種植中主要被應(yīng)用對(duì)新物種的改良和創(chuàng)新，促進(jìn)植物體的繁殖。細(xì)胞或組織培養(yǎng)是細(xì)胞工程在玉米育種應(yīng)用中的關(guān)鍵。早在1979年就有外國(guó)研究人員利用玉米幼胚為外體，誘導(dǎo)愈傷組織獲得了再生植株。然而，受培養(yǎng)基、取材部位、植株基因型、發(fā)育階段及組培環(huán)境等多種因素的影響，利用細(xì)胞工程進(jìn)行玉米育種，其獲得玉米再生植株的概率很小。多次研究表明，在利用細(xì)胞工程進(jìn)行玉米育種時(shí)，結(jié)合細(xì)胞工程的相關(guān)理念，選擇合適的基因材料、培養(yǎng)基和激素，提高誘導(dǎo)率，培育出新的玉米品種。此外，細(xì)胞工程中的單倍體技術(shù)在玉米育種中得到了一定的突破和研究，其中化學(xué)誘導(dǎo)孤雌生殖、Stock6單倍體技術(shù)、花藥培養(yǎng)技術(shù)等是目前常見(jiàn)的玉米單倍體育種技術(shù)。單倍體技術(shù)在玉米育種中，雖取得了良好的效果，但仍存在一些缺陷，比如單倍體的誘導(dǎo)率不能提高、不良基因無(wú)法得到改善、基因間重組率較低等等，然而，該技術(shù)在玉米育種中的應(yīng)用仍然應(yīng)該受到充分重視。

2 基因工程的應(yīng)用

基因工程是指結(jié)合分子遺傳學(xué)理論，利用分子生物、化學(xué)和物理等方法，為不同出處的基因制作路徑，將外源基因整合到玉米基因組中，改變玉米品種的種植性狀，創(chuàng)造出新品種。截止到目前為止，農(nóng)桿菌介導(dǎo)法、基因槍法和花粉管通道法是應(yīng)用最為廣泛的轉(zhuǎn)基因技術(shù)手段。（1）農(nóng)桿菌介導(dǎo)法。農(nóng)桿菌介導(dǎo)法主要是利用農(nóng)桿菌Ti質(zhì)粒作為介導(dǎo)載體，Ti質(zhì)粒上的T-DNA（轉(zhuǎn)移DNA）可以將目的基因轉(zhuǎn)移到植物受體細(xì)胞上并整合到植物基因組中，然后，再利用組織和細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)與轉(zhuǎn)化技術(shù)培育出完整的轉(zhuǎn)基因植株。比如，余桂榮等人于2013年利用農(nóng)桿菌介導(dǎo)法成功將抗草甘膦雙價(jià)基因轉(zhuǎn)入到玉米幼胚細(xì)胞中。農(nóng)桿菌介導(dǎo)法在玉米育種應(yīng)用中表現(xiàn)出成功率高、操作簡(jiǎn)單、遺傳穩(wěn)定、效果好、費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn)。（2）基因槍法?；驑尫ㄖ傅氖且环N利用載有外源DNA的金屬微粒，加速后射入細(xì)胞中將外源DNA分子帶到受體細(xì)胞中的遺傳物質(zhì)導(dǎo)入技術(shù)。早在1989年，Klein等人利用基因槍法將pat和gus基因成功導(dǎo)入到玉米懸浮細(xì)胞中，首次實(shí)現(xiàn)了基因槍法在玉米育種中的應(yīng)用。基因槍法的優(yōu)點(diǎn)是同時(shí)適用于雙子葉和單子葉植物，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)多種基因的同時(shí)轉(zhuǎn)化。（3）花管粉通道法?；ü芊弁ǖ篱g法是在植物授粉后，將含有目的基因的DNA溶液注射到子房?jī)?nèi)，借助植物受精時(shí)形成的花粉通道將目的基因?qū)胧芫鸭?xì)胞中，從而培育出新品種。李茫雪等人于2010年利用花粉管通道將Bt-CPTI雙價(jià)抗蟲(chóng)基因?qū)胗衩鬃越幌?，成功獲得了抗蟲(chóng)玉米材料。

3 分子標(biāo)記技術(shù)的應(yīng)用

目前，分子標(biāo)記技術(shù)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于諸多領(lǐng)域，其中，應(yīng)用頻率最高的分子標(biāo)記技術(shù)包括RFLP、SSP和SNP等技術(shù)。分子標(biāo)記技術(shù)是以DNA多態(tài)性為基礎(chǔ)的遺傳標(biāo)記，具有遺傳穩(wěn)定、無(wú)組織特異性、多態(tài)性高、環(huán)境影響小以及覆蓋整個(gè)基因組等優(yōu)點(diǎn)。分子標(biāo)記技術(shù)在玉米育種中主要被應(yīng)用于定位目標(biāo)性狀基因、預(yù)測(cè)雜種優(yōu)勢(shì)、劃分群體、遺傳多樣性劃分、遺傳圖譜構(gòu)建等方面，有效地推動(dòng)了玉米育種工作的發(fā)展。分子標(biāo)記技術(shù)已經(jīng)成為了玉米育種技術(shù)中的重要組成部分，但有些方面仍需要進(jìn)行不斷完善，比如探索價(jià)格低、自動(dòng)化程度高的分子標(biāo)記，如何實(shí)現(xiàn)常規(guī)育種與分子標(biāo)記的有效結(jié)合，進(jìn)一步研究表現(xiàn)型與基因型之間的關(guān)系，探索飽和玉米分子遺傳圖譜的構(gòu)建等等。

總而言之， 生物技術(shù)雖然在玉米育種中獲得了一定的成功，然而，該技術(shù)在玉米育種中的應(yīng)用研究仍處于初級(jí)階段，面臨和需要解決問(wèn)題還很多。隨著科學(xué)技術(shù)和生物技術(shù)的不斷發(fā)展，玉米育種必將更加高效、科學(xué)、合理，為我國(guó)玉米可持續(xù)生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)提供保障。

（作者單位：1.276300山東省臨沂市沂南縣農(nóng)業(yè)局能源辦公室；

2.273300山東省臨沂市平邑縣平邑街道辦事處農(nóng)業(yè)綜合服務(wù)中心）endprint