轉(zhuǎn)基因技術(shù)在玉米育種中的應(yīng)用研究

姬長媛

（吉林市農(nóng)業(yè)科學院，吉林 吉林 132000）

轉(zhuǎn)基因玉米是使用DNA 重組技術(shù)，通過克隆的方式把外源基因轉(zhuǎn)移到玉米受體之中產(chǎn)生定向穩(wěn)定的遺傳，使其后代變成具有穩(wěn)定遺傳性狀的玉米。

1 轉(zhuǎn)基因玉米種類

1.1 抗蟲轉(zhuǎn)基因玉米

據(jù)不完全統(tǒng)計，因病蟲害造成的全球農(nóng)作物損失高達37%，其中13% 是由蟲害引起的。我國作為玉米種植大國是玉米螟的多發(fā)重發(fā)區(qū)，幾乎每兩年就會發(fā)生一次大型蟲災(zāi)，其中玉米螟造成的損失達5% 左右?？瓜x轉(zhuǎn)基因玉米主要是將BT 毒蛋白和抗蟲基因?qū)胗衩谆蛑?。BT 毒蛋白作為一種原病毒存在于孢晶體內(nèi)，芽孢在成型的過程中會產(chǎn)生一種殺蟲晶體蛋白(ICP)，此蛋白被昆蟲攝取后，昆蟲幼蟲的腸道環(huán)境會與其發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生毒性多肽分子，致使幼蟲停止進食而死亡?？瓜x轉(zhuǎn)基因玉米投入使用后會大幅度降低蟲害，提高玉米產(chǎn)量。BT毒蛋白已在美國等國家廣泛應(yīng)用。

1.2 抗除草劑轉(zhuǎn)基因玉米

大多玉米種植的除草方式是使用除草劑，除草劑雖然使用方便快捷、省時省力，但在殺死雜草的同時會誤殺玉米，還會污染環(huán)境。抗除草劑轉(zhuǎn)基因玉米是將除草劑的耐性基因轉(zhuǎn)移到玉米上，使玉米具有較強的耐受性，噴灑除草劑時將不會受到傷害，以此來提高玉米產(chǎn)量。

1.3 改良蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)基因玉米

目前，我國玉米的產(chǎn)量較高，但品質(zhì)相對較差，蛋白質(zhì)和賴氨酸含量低，賴氨酸只占干重的0.27%。改良蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)基因玉米是通過克隆外源蛋白基因來提高玉米品質(zhì)，把普通的玉米變成具有優(yōu)良性狀的玉米。研究發(fā)現(xiàn)，在玉米種子中轉(zhuǎn)入富含賴氨酸的馬鈴薯花粉特異水溶性蛋白，可以將賴氨酸含量提高到10% 以上。

2 目前應(yīng)用的轉(zhuǎn)基因技術(shù)

2.1 農(nóng)桿菌介導(dǎo)法

農(nóng)桿菌是一種天然的植物基因轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，其含有的Ti 或 Ri 質(zhì)粒具有攜帶外源基因的功能，經(jīng)過遺傳工程的方法對農(nóng)桿菌及質(zhì)粒加以改造，并導(dǎo)入外源基因，借助農(nóng)桿菌對植物的感染特性將外源基因帶入植物細胞內(nèi)，從而完成轉(zhuǎn)化過程。應(yīng)用最多的是農(nóng)稈菌Ti 質(zhì)粒介導(dǎo)的轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，該轉(zhuǎn)化系統(tǒng)是目前研究最多、理論機理最清楚、技術(shù)方法最成熟的基因轉(zhuǎn)化途徑。

2.2 基因槍法

基因槍法是將 DNA 包裹于微小的金屬鎢或金粒的表面，在高壓下使金屬顆粒噴射高速穿透受體細胞或組織，使外源基因進入受體細胞核并整合表達的過程。基因槍目前主要有3 種：火藥槍基因槍、氣動式基因槍和放電式基因槍?；驑屴D(zhuǎn)化的優(yōu)點是無宿主限制、靶體類型廣泛、操作簡便，但轉(zhuǎn)化頻率低、插入位點、插入拷貝數(shù)不定。

2.3 鋅指核酸酶

鋅指核酸酶是人工改造的限制酶，由鋅指結(jié)構(gòu)的DNA 結(jié)合結(jié)構(gòu)域和DNA 切割結(jié)構(gòu)域融合而成。它們能夠識別并結(jié)合指定的位點，高效且精確地切斷靶DNA。隨后細胞利用天然的DNA 修復(fù)過程——“同源定向修復(fù)” 或 “非同源末端連接” 來治愈靶的斷裂。研究人員可以隨心所欲地進行基因組編輯，包括基因修復(fù)、基因刪除和定向的基因添加。

2.4 花粉管通道法

花粉管通道法是在花粉授粉之后，將外源基因溶液注射到子房，使其沿花粉管通道滲入，通過珠心后進入胚囊整合受體細胞基因組。該技術(shù)與其他轉(zhuǎn)基因方法相比，具有操作簡單、方便、育種時間短等優(yōu)點，并且這種方法對任何基因源都適用。

3 轉(zhuǎn)基因技術(shù)在玉米育種中的應(yīng)用

3.1 轉(zhuǎn)基因技術(shù)在改良玉米品質(zhì)中的應(yīng)用

玉米品質(zhì)和產(chǎn)量直接關(guān)系到玉米種植者的經(jīng)濟利益，如何改善玉米品質(zhì)，并提高玉米產(chǎn)量是玉米育種的重要目標之一。采用轉(zhuǎn)基因技術(shù)改良玉米品質(zhì)過程中，可以對玉米的單一品質(zhì)，比如淀粉含量、纖維素含量和蛋白質(zhì)含量等進行定量改良，從而有效改善玉米口感，提高玉米營養(yǎng)價值。同時，通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)還可以對玉米產(chǎn)量和大小等進行精確調(diào)控，使玉米提高產(chǎn)量。

3.2 轉(zhuǎn)基因技術(shù)在提高玉米抗病性中的應(yīng)用

在玉米苗期，一些病害容易發(fā)生，造成玉米減產(chǎn)嚴重，而培育抗病性強的品種有利于減少病害對玉米種植者造成的損失。通過分子生物學手段找出其他植物對某種病害具有很強抗性的相關(guān)基因，然后通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)將其導(dǎo)入玉米中，從而可以有效提高玉米對該種病害的抗性。

3.3 轉(zhuǎn)基因技術(shù)在提高玉米抗除草劑中的應(yīng)用

草害是玉米種植過程中遇到的常見問題之一，尤其是在玉米苗期，雜草生長速度快，容易爭奪玉米的養(yǎng)分，并對玉米造成遮擋，使玉米缺乏光照，嚴重影響了玉米的生產(chǎn)。對于草害，人工除草費時費工，而且效果不夠理想，而藥劑除草高效快捷，深受玉米種植者的喜愛。然而在噴灑除草劑的過程中，玉米容易遭受藥害而死亡，因此提高玉米對除草劑的抗性也是玉米育種的重要目標之一。通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)可以將抗除草劑基因直接轉(zhuǎn)入玉米細胞中，從而提高玉米對除草劑的抗性，從根本上解決玉米產(chǎn)生藥害的問題，有助于玉米田間高效除草，促進玉米安全生產(chǎn)。

3.4 轉(zhuǎn)基因技術(shù)在提高玉米抗蟲性中的應(yīng)用

玉米鉆心蟲是玉米的主要害蟲之一，不僅可以危害玉米莖葉，還會直接危害玉米果實，給玉米種植者帶來巨大經(jīng)濟損失。通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)將抗蟲蛋白基因轉(zhuǎn)入玉米細胞中，可以培育出抗蟲玉米。這不僅可以減少玉米種植過程中農(nóng)藥的使用，而且還可以保證玉米不受玉米鉆心蟲危害，從而促進玉米安全生產(chǎn)，提高玉米種植者的經(jīng)濟效益。

4 未來轉(zhuǎn)基因技術(shù)在玉米育種中的發(fā)展展望

轉(zhuǎn)基因玉米育種具有很大潛力，是育種工作取得新突破的希望所在，我國作物育種方向長期以來以高產(chǎn)為主，但今后為實現(xiàn)大范圍的持續(xù)均衡增產(chǎn)還必須以抗逆、廣適應(yīng)為新的育種目標，通過轉(zhuǎn)基因途徑培育抗旱節(jié)水新品種大有希望，但實際上困難很多。

未來的玉米育種，應(yīng)切實加強轉(zhuǎn)基因育種的系統(tǒng)性研究和有針對性開發(fā)，在繼續(xù)重視高產(chǎn)與超高產(chǎn)性狀的同時，重點研究如何提高玉米抗逆與廣適應(yīng)上，特別是抗干旱與水土資源高效利用上，切實加強抗旱轉(zhuǎn)基因育種的基礎(chǔ)理論研究，培育出抗病蟲害、耐高鹽堿并且具有更高產(chǎn)量和品質(zhì)的新品種。