簡析生物技術(shù)在玉米育種中的應(yīng)用

摘要：玉米是世界上的主要糧食作物，僅次于水稻和小麥。玉米可作為糧食食用，也可以在眾多行業(yè)中進(jìn)行應(yīng)用。隨著社會經(jīng)濟(jì)與科學(xué)技術(shù)水平的快速發(fā)展，對玉米的需求量也呈現(xiàn)出快速增加的趨勢，在多種因素的作用下，使得玉米產(chǎn)量不斷下降，而利用生物技術(shù)開展玉米育種工作，在提升玉米育種進(jìn)度的同時，還有利于優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)、抗病性能強(qiáng)的玉米新品種形成?；诖耍疚闹攸c分析生物技術(shù)在玉米育種中的應(yīng)用，以期為濮陽市快速有效的玉米育種和高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)玉米品種提供理論參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：生物技術(shù);玉米育種;應(yīng)用

中圖分類號：S513

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20191215010

引言

玉米是世界上的主要糧食作物，同時也是我國的第一大糧食作物，在食品、工業(yè)、醫(yī)療、能源中均發(fā)揮著十分重要的作用。隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、人們生活水平的提高和人口數(shù)量的銳增，社會各個方面對玉米的需求量不斷增強(qiáng)。耕地面積的減少和自然災(zāi)害的頻繁發(fā)生，對玉米種植造成的危害不斷加劇，因此培育出優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、抗逆性強(qiáng)的玉米新品種刻不容緩。自20世紀(jì)初玉米雜交育種概念提出以來，相關(guān)人員結(jié)合玉米育種技術(shù)培育出越來越多的新品種，而玉米種植資源狹窄則在很大程度上阻礙了玉米育種工作的開展，常規(guī)玉米育種周期較長、選擇效率和選育速度均較低。在玉米育種中應(yīng)用生物技術(shù)，則開辟了玉米育種的新途徑，相較于常規(guī)玉米育種技術(shù)，生物育種技術(shù)的選擇效率高和生長周期較短，可確保人們在較短時間內(nèi)獲取優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、抗逆性強(qiáng)的玉米品種。因此，加大研究生物技術(shù)在玉米育種中的應(yīng)用，對于推動農(nóng)業(yè)生產(chǎn)持續(xù)健康發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實意義。

1生物技術(shù)在農(nóng)作物育種中的優(yōu)勢

1.1加快育種進(jìn)程

自RFLP技術(shù)、SSR技術(shù)及PCR技術(shù)出現(xiàn)以來，分子遺傳圖譜的構(gòu)建進(jìn)程也在不斷加快。愈來愈多的育種目標(biāo)性狀可借助于DNA或RNA水平進(jìn)行識別;在分子標(biāo)記的輔助之下進(jìn)一步明確了育種目標(biāo);從微觀角度可對作物性狀進(jìn)行改善，增強(qiáng)育種效率的同時，還能使育種進(jìn)程加快。

1.2培育植物新品種

對克隆技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用則能獲取到更多的目標(biāo)基因，一些可以高效表達(dá)特意性狀育種中間材料的誕生，為植物新品種的出現(xiàn)提供了有利條件。

1.3加快轉(zhuǎn)基因作物選育

在抗除草劑、抗病蟲作物育種中轉(zhuǎn)基因技術(shù)發(fā)展速度較為迅猛?，F(xiàn)階段，抗草甘膦、抗草丁膦、抗蟲等轉(zhuǎn)基因玉米品種在大部分地區(qū)得到了廣泛生產(chǎn)應(yīng)用。

1.4對育種性狀和品種品質(zhì)進(jìn)行改變

隨著作物功能基因組學(xué)理論的發(fā)展成熟和相關(guān)技術(shù)體系的完善，在一定程度上改良了農(nóng)作物育種性狀和育成作物品質(zhì)，使得農(nóng)作物品種類型不斷增多，推動了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)持續(xù)健康發(fā)展。

2生物技術(shù)在玉米育種中的應(yīng)用

2.1基因工程在玉米育種中的應(yīng)用

在分子遺傳學(xué)理論的基礎(chǔ)上，將分子生物、物理、化學(xué)等多種方法進(jìn)行結(jié)合，制作不同出處基因路徑，在玉米基因組中引入外源基因，進(jìn)而對玉米種植性狀進(jìn)行改變，以達(dá)到創(chuàng)造新品種的方法稱之為基因工程。當(dāng)前使用最為廣泛的轉(zhuǎn)基因技術(shù)手段主要包括基因槍法、農(nóng)桿菌介導(dǎo)法和花粉管通道法等?；驑尫ǎ摷夹g(shù)方法則是對載有外源DNA的金屬微粒進(jìn)行應(yīng)用，加速完成后將其射入到細(xì)胞中，也就是將外源DNA分子帶到受體細(xì)胞中的遺傳物質(zhì)導(dǎo)入技術(shù)稱之為基因槍法。該方法的主要優(yōu)點是可在雙子葉和單子葉植物中同時使用，還能同時轉(zhuǎn)化多種基因。農(nóng)桿菌介導(dǎo)法，該技術(shù)方法主要將農(nóng)桿菌Ti質(zhì)粒作為介導(dǎo)載體使用，目的基因可被Ti質(zhì)粒上的T-DNA轉(zhuǎn)移到植物受體細(xì)胞中，之后則會在植物基因組中進(jìn)行整合，將細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)、組織培養(yǎng)技術(shù)和轉(zhuǎn)化技術(shù)進(jìn)行結(jié)合就能培育較為完整的轉(zhuǎn)基因植株。這種技術(shù)在玉米育種中具有操作方法簡單、成功率高、費用低、遺傳性能穩(wěn)定等方面的優(yōu)點?；ü芊弁ǖ婪?，在植物授粉完成后，向子房內(nèi)直接注射含有目的基因的DNA溶液，因植物受精時會有花粉通道形成，借助于該通道則能向受精卵細(xì)胞內(nèi)導(dǎo)入目的基因。

借助于基因工程，并在科研技術(shù)人員的共同努力下，我國相繼研發(fā)出了抗草甘膦的轉(zhuǎn)基因玉米品種，以及抗旱、抗?jié)?、抗風(fēng)、抗病蟲害等玉米品種，切實解決了我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的問題。

2.2細(xì)胞工程在玉米育種中的應(yīng)用

將遺傳學(xué)與生物學(xué)進(jìn)行結(jié)合來研究細(xì)胞，并在外界環(huán)境條件適宜的情況下對細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)和繁殖，根據(jù)人們的自身意愿重新排列細(xì)胞結(jié)構(gòu)組合，也就是在細(xì)胞融合、染色體、核質(zhì)移植、基因移植的基礎(chǔ)上，優(yōu)化生物功能與結(jié)構(gòu)，進(jìn)而形成人們理想中的新物種或新品系。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中涉及到的細(xì)胞工程主要是改良和創(chuàng)新物種，確保植物體可以快速繁殖。將細(xì)胞工程應(yīng)用到玉米育種中的關(guān)鍵則是培養(yǎng)細(xì)胞或組織。在20世紀(jì)70年代末，外國研究人員就將玉米幼胚作為外體，在對愈傷組織進(jìn)行誘導(dǎo)的基礎(chǔ)上獲取了再生植株，因取材部位、培養(yǎng)基、植株基因、組織培養(yǎng)環(huán)境等多種因素的作用，玉米育種中選用細(xì)胞工程，獲取再生植株的頻率較低。只有對細(xì)胞工程理念進(jìn)行深入分析，并保證基因材料、培養(yǎng)基與激素的選擇適宜，在增強(qiáng)誘導(dǎo)率的同時，促進(jìn)新玉米品種的形成。除此之外，將細(xì)胞工程中的單倍體技術(shù)，如誘導(dǎo)孤雌生殖、Stock6單倍體技術(shù)、花藥培養(yǎng)技術(shù)等，應(yīng)用到玉米單倍體育種中，也有很大程度的突破。雖然在玉米育種中應(yīng)用的單倍體技術(shù)取得了很大進(jìn)展，但是仍舊存在單倍體誘導(dǎo)率不高、基因重組率較低、不良基因得不到有效改善等方面的問題，對于玉米育種產(chǎn)生了不利影響。

2.3分子標(biāo)記技術(shù)的應(yīng)用

現(xiàn)階段，分子標(biāo)記技術(shù)在社會各個領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，其中，RFLP、SSP和SNP等技術(shù)則是當(dāng)前應(yīng)用頻率最高的分子標(biāo)記技術(shù)。這種技術(shù)主要是以DNA多態(tài)性為基礎(chǔ)的遺傳標(biāo)記，優(yōu)點是遺傳穩(wěn)定、多態(tài)性高、無組織特異性、環(huán)境影響因素小且覆蓋整個基因組。玉米育種中的分子標(biāo)記技術(shù)主要是對目標(biāo)形狀基因進(jìn)行定位、劃分遺傳多樣性、預(yù)測雜種優(yōu)勢、群體劃分、構(gòu)建遺傳圖譜等內(nèi)容，對于玉米育種工作的開展具有積極作用。當(dāng)前，分子標(biāo)記技術(shù)在玉米育種中發(fā)揮著十分重要的作用，但針對探索價格低、自動化程度高的分子標(biāo)記需不斷進(jìn)行完善，如何將常規(guī)育種和分子標(biāo)記結(jié)合起來，加強(qiáng)構(gòu)建飽和玉米分子遺傳圖譜、表現(xiàn)型與基因型間的關(guān)系等需要科研人員的深入研究。

3結(jié)論

綜上所述，轉(zhuǎn)基因工程、分子標(biāo)記技術(shù)、細(xì)胞工程等生物工程技術(shù)仍舊是玉米育種中使用頻率最高的技術(shù)，對其進(jìn)行應(yīng)用是玉米育種新的發(fā)展階段，凸顯了玉米育種方式的多樣化水平，同時優(yōu)化了玉米育種過程，提升了培育優(yōu)質(zhì)玉米品種的概率。對玉米育種技術(shù)加大研究力度，不斷創(chuàng)新生物工程技術(shù)，對于完善玉米育種技術(shù)和推動農(nóng)業(yè)生產(chǎn)持續(xù)健康發(fā)展均具有積極作用。

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作者簡介：

姬社林（1972-），男，本科，副研究員。研究方向：玉米遺傳育種及栽培技術(shù)。