淺析生物技術(shù)在玉米育種中的應(yīng)用

楊曉培

一、植物細(xì)胞工程在玉米育種中的應(yīng)用

由于植物的細(xì)胞具有在發(fā)育上的全能性，即植物的細(xì)胞有發(fā)育成完整生物體的潛能，這是植物細(xì)胞工程的理論基礎(chǔ)。植物細(xì)胞工程是以植物細(xì)胞的全能性和體細(xì)胞有絲分裂的均等性為理論依據(jù)，以細(xì)胞為基本單位進(jìn)行培養(yǎng)，增值或按照人們的意愿改造細(xì)胞的某些生物學(xué)特性，從而改良和創(chuàng)造新的物種，以獲得優(yōu)質(zhì)的、符合人民意愿的新品種。細(xì)胞工程是一個(gè)復(fù)雜的工程，涉及到諸多理論與實(shí)際操作技術(shù)，在玉米的育種過程中，細(xì)胞和組織培養(yǎng)是關(guān)鍵，也就是將玉米的器官進(jìn)行離地的、無菌的培養(yǎng)。然而，在受培養(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。試驗(yàn)證明，在利用細(xì)胞工程進(jìn)行玉米育種時(shí)，選擇合適的培養(yǎng)基，材料與激素等可以提高獲得再生植珠的比例。20世紀(jì)90年代，中科院已經(jīng)通過細(xì)胞工程培育成第三代青飼玉米新品種“科多8號”。該品種具有分枝多穗、根系發(fā)達(dá)、抗旱、抗倒、持綠度強(qiáng)、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，種植過程中表現(xiàn)出較好的性狀與產(chǎn)量。

二、基因工程在玉米育種中的應(yīng)用

基因工程又稱為基因拼接技術(shù)和DNA重組技術(shù)，將外源基因通過體外重組后導(dǎo)入玉米的受體細(xì)胞中，使這個(gè)基因能在玉米受體細(xì)胞內(nèi)復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯表達(dá)的操作，同時(shí)賦予玉米新的農(nóng)藝性狀，如抗蟲、抗病、抗逆、高產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)等。在傳統(tǒng)的育種過程中，不同物種受性的制約是不能雜交的，基因工程育種可以打破這種障礙，大大的縮短了育種年限，提高了效率。隨著首例轉(zhuǎn)基因植物煙草于1983年培育成功，各國科學(xué)家都開始了轉(zhuǎn)基因玉米的研究。我國的轉(zhuǎn)基因玉米也在快速的發(fā)展之中，目前，基因槍法、農(nóng)桿菌介導(dǎo)法、花粉管通道法是比較常用的轉(zhuǎn)基因方法。

蟲害一直嚴(yán)重的影響著玉米的產(chǎn)量，傳統(tǒng)的治蟲方法主要是利用化學(xué)試劑，但由于傳統(tǒng)的化學(xué)試劑沒有選擇性，對玉米本身與蟲子的天敵也會造成嚴(yán)重的損害，長此以往還會造成生態(tài)與環(huán)境的破壞。利用基因工程培育玉米新品種可以解決這一難題，我國科學(xué)家王國英等，成功地利用基因槍法把Bt基因轉(zhuǎn)到玉米幼胚中，并在植株中表達(dá)出CryIA（b）基因，從而培育出了具有抗蟲基因的玉米。鐵雙貴等用基因槍介導(dǎo)法將含有CryIAc基因的質(zhì)粒轉(zhuǎn)入玉米愈傷組織，獲得轉(zhuǎn)Bt基因的玉米植株。

除了培育出抗蟲基因的玉米品種外，我國還培育出了抗除草劑玉米品種，抗病玉米品種等新品種。如馬云霞等通過農(nóng)桿菌介導(dǎo)法將抗草甘膦基因sxglr-11轉(zhuǎn)化到玉米中，并穩(wěn)定遺傳;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;劉昭軍等通過花粉管通道法將葡萄糖氧化酶基因（GO）轉(zhuǎn)入玉米，轉(zhuǎn)化后的植株抗玉米大斑病能力有所提高。

三、單倍體育種在玉米育種中的應(yīng)用

單倍體育種是玉米的育種手段之一，即利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)誘導(dǎo)產(chǎn)生玉米單倍體植株，再利用秋水仙素處理使其染色體加倍，從而使植株恢復(fù)正常染色體數(shù)。

在自然界中，大多數(shù)生物是二倍體。單倍體育種的基礎(chǔ)是要獲得單倍體。由于單倍體高度不育，其生命力比較弱小，因此，在自然界中單倍體的數(shù)量很少。我們主要用這幾種方法獲得單倍體。

（一）孤雌生殖

讓經(jīng)過X射線或者紫外線處理過的玉米花粉粒去給正常植株授粉，讓未受精的花粉去刺激未受精的卵細(xì)胞單性發(fā)育成單倍體的坯，利用異種花粉授粉，刺激未受精卵發(fā)育引起孤雌生殖產(chǎn)生單倍體。

（二）花粉花藥培養(yǎng)

用花粉、花藥組織培養(yǎng)技術(shù)獲得單倍體。此方法在獲得單倍體同時(shí)，還常常出現(xiàn)已經(jīng)自然加倍了的二倍體和雙倍體。

（三）遠(yuǎn)緣雜交單親染色體消失

在遠(yuǎn)緣雜交種，可能由于雙親體細(xì)胞分裂周期的不同步，導(dǎo)致某一親本染色體的丟失，從而引起單倍體的發(fā)生。

（四）輻射照射法

用射線照射花粉后給雄的母本授粉，從而產(chǎn)生單倍體。單倍體獲得后，用人工方法將其加倍從而使植株恢復(fù)正常染色體數(shù)。目前，常用的方法是在細(xì)胞進(jìn)行有絲分裂時(shí)，用秋水仙素阻止已經(jīng)復(fù)制的染色體向兩極移動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)染色體的加倍。目前，我國的中科院遺傳研究所利用單倍體育種已經(jīng)培育出遺單6號、科玉10號等品種，并且已在生產(chǎn)中進(jìn)行推廣應(yīng)用。

隨著生物技術(shù)的發(fā)展，生物育種技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中得到了越來越多的應(yīng)用，越來越多的食品（如轉(zhuǎn)基因大豆，轉(zhuǎn)基因玉米）等進(jìn)入人們的餐桌。但生物技術(shù)是一把雙刃劍，危害目前尚無定論，對此國家應(yīng)該建立嚴(yán)格的法律法規(guī)，對其實(shí)施嚴(yán)密的監(jiān)控。另外，生物技術(shù)育種并不能夠完全的取代傳統(tǒng)育種方法，兩者應(yīng)優(yōu)勢互補(bǔ)，相輔相成，這樣才能培育出最優(yōu)質(zhì)的種子。科研人員要利用我國豐富的基因資源，加強(qiáng)研究與管理，使其健康的發(fā)展，在世界上占有一席之地。