玉米種質(zhì)資源創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用與科學(xué)有效開發(fā)利用

玉米種質(zhì)資源在推進(jìn)玉米商品化育種方面扮演著重要的角色，起到基礎(chǔ)性的支撐作用，加強(qiáng)種質(zhì)資源的創(chuàng)新和改良研究是現(xiàn)階段助推雜交玉米品種科學(xué)培育以及縮短育種周期，提高育種效率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。近年來，隨著現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步快速發(fā)展和創(chuàng)新應(yīng)用，一大批分子育種技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并在玉米育種領(lǐng)域得以有效的推行和應(yīng)用，育種效率得到了提升。

當(dāng)前隨著居民飲食水平的進(jìn)一步提高和膳食結(jié)構(gòu)的變化，玉米成為我國一個(gè)時(shí)期消費(fèi)需求增長最快同時(shí)也是增產(chǎn)潛力最大的糧食和飼養(yǎng)作物。但隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整力度的逐漸加大，適合玉米種植的土地呈現(xiàn)逐漸縮小的趨勢，在玉米播種面積不可能大幅度增長的情況下，提高玉米單位面積內(nèi)的產(chǎn)量已經(jīng)成為保障玉米科學(xué)生產(chǎn)和維持糧食安全的必然選擇。近年來，隨著我國育種工作的不斷向前推進(jìn)，一大批雜交玉米品種在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域得以有效地推行，但與西方發(fā)達(dá)國家相比，我國的玉米單位面積產(chǎn)量仍然較低，究其原因在于缺乏高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、抗逆性能較好、突破性能較強(qiáng)的優(yōu)質(zhì)品種，而品種選育不良?xì)w根結(jié)底在于玉米種質(zhì)基礎(chǔ)較為狹窄，缺乏玉米種質(zhì)資源的原始性創(chuàng)新研究。上世紀(jì)遠(yuǎn)緣雜交、回交轉(zhuǎn)育、輪回選擇和群體改良等育種技術(shù)是玉米種質(zhì)改良和創(chuàng)新的基礎(chǔ)方法，并在玉米遺傳育種和雜交育種方面發(fā)揮著巨大作用。但進(jìn)入新世紀(jì)以來，隨著對優(yōu)質(zhì)玉米品種需求量的逐漸增加，傳統(tǒng)育種方式已經(jīng)不能夠滿足育種需求，急需要轉(zhuǎn)變育種方式，推進(jìn)玉米種質(zhì)資源的創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用，由傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)育種向著分子育種轉(zhuǎn)變。

一、玉米種質(zhì)資源創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用的現(xiàn)實(shí)意義

1、有利于保障種質(zhì)資源安全，拓展種質(zhì)資源基礎(chǔ)

玉米種質(zhì)資源創(chuàng)新技術(shù)在現(xiàn)代玉米產(chǎn)業(yè)發(fā)展中扮演著至關(guān)重要的角色，種質(zhì)資源是玉米品種改良的物質(zhì)基礎(chǔ)，其安全與多樣性直接關(guān)系到玉米產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，創(chuàng)新技術(shù)的應(yīng)用對種質(zhì)資源的安全與拓展具有深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義。通過創(chuàng)新技術(shù)能夠更有效地保護(hù)現(xiàn)有的種質(zhì)資源，防止由于自然災(zāi)害、生物入侵等原因?qū)е碌姆N質(zhì)資源丟失。例如，利用分子標(biāo)記技術(shù)對玉米種質(zhì)資源進(jìn)行鑒定和評估，可以確保種質(zhì)資源的真實(shí)性、完整性和遺傳多樣性。也可以通過基因編輯、基因合成等前沿技術(shù)創(chuàng)造新的、具有特定性狀的玉米種質(zhì)資源，為品種改良提供新的遺傳材料，這些新的種質(zhì)資源不僅能夠提高玉米的產(chǎn)量、抗病性和適應(yīng)性，還能夠改善玉米的品質(zhì)，滿足市場和消費(fèi)者對優(yōu)質(zhì)玉米的需求。此外，創(chuàng)新技術(shù)還有助于提高種質(zhì)資源的利用效率。傳統(tǒng)的玉米種質(zhì)資源利用往往依賴于人工雜交和選擇，效率較低。而創(chuàng)新技術(shù)如基因芯片、生物信息學(xué)等可以快速、準(zhǔn)確地篩選出具有期望性狀的種質(zhì)資源，極大地提高了種質(zhì)資源的利用效率。

2、有利于選育出更高產(chǎn)量高適應(yīng)能力的優(yōu)質(zhì)玉米品種

玉米種質(zhì)資源創(chuàng)新技術(shù)在現(xiàn)代玉米產(chǎn)業(yè)發(fā)展中扮演著至關(guān)重要的角色，其主要是指在育種過程中直接或間接利用野生種、原始種以及經(jīng)過人工選擇和改良的品種等各種遺傳資源，基因編輯、分子標(biāo)記輔助選擇和基因轉(zhuǎn)錄組學(xué)等創(chuàng)新技術(shù)的應(yīng)用，極大地推進(jìn)了玉米種質(zhì)的改良進(jìn)程，提升了品種的產(chǎn)量和適應(yīng)能力。另外利用基因編輯技術(shù)，如CRISPR/Cas9系統(tǒng)，能夠精確地對玉米基因組進(jìn)行編輯，去除或插入特定的基因，使得育種專家能夠針對性地解決玉米產(chǎn)量低、抗病性差等問題，快速培育出高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、多抗的玉米新品種。而分子標(biāo)記輔助選擇（MAS）技術(shù)的深度應(yīng)用能夠檢測植物基因組中的特定DNA序列，快速準(zhǔn)確地鑒定植物的遺傳特征。育種技術(shù)人員可以利用這些分子標(biāo)記來追蹤和選擇那些與高產(chǎn)、抗逆性等性狀相關(guān)的基因，從而在早期世代中去除不理想的基因型，提高育種的效率。基因轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)可以幫助科學(xué)家們理解玉米在不同環(huán)境條件下的基因表達(dá)模式，從而揭示玉米產(chǎn)量和適應(yīng)性的分子機(jī)制，育種期間通過比較不同品種或不同環(huán)境條件下的轉(zhuǎn)錄組差異，研究人員可以發(fā)現(xiàn)控制產(chǎn)量和適應(yīng)性的關(guān)鍵基因，并利用這些信息指導(dǎo)新品種的選育。

3、有利于助推農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化

種質(zhì)資源創(chuàng)新技術(shù)能夠提高玉米的產(chǎn)量、品質(zhì)和抗逆性，從而滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)對高產(chǎn)、高效、優(yōu)質(zhì)和可持續(xù)發(fā)展的需求。首先，創(chuàng)新技術(shù)的應(yīng)用可以提高玉米產(chǎn)量?；蚓庉?、分子標(biāo)記輔助選擇等現(xiàn)代化技術(shù)的深度應(yīng)用可以培育出高產(chǎn)、抗病、抗逆性強(qiáng)的新品種，這些新品種不僅能夠適應(yīng)不同的生態(tài)環(huán)境，還能在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)更高的產(chǎn)出。其次，創(chuàng)新技術(shù)有助于提升玉米品質(zhì)?；蚬こ碳夹g(shù)可以改善玉米的營養(yǎng)成分組成，提高蛋白質(zhì)、脂肪等營養(yǎng)成分的含量，滿足人類對健康食品的需求，創(chuàng)新技術(shù)還可以培育出口感好、色澤鮮艷、加工性能優(yōu)良的玉米品種，提升玉米的市場競爭力。最后，創(chuàng)新技術(shù)有助于實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。在玉米育種工作開展過程中基因編輯等技術(shù)可以培育出抗旱、抗鹽堿、抗病蟲害等抗逆性強(qiáng)的玉米品種，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對化學(xué)農(nóng)藥和化肥的依賴，減少環(huán)境污染，適應(yīng)氣候變化和極端天氣，保障玉米生產(chǎn)的穩(wěn)定性。

二、玉米種質(zhì)創(chuàng)新新技術(shù)

1、分子標(biāo)記輔助育種技術(shù)

在玉米育種過程中，分子標(biāo)記技術(shù)的利用不僅提高了選育效率，而且大幅縮短了育種周期，通過對已知功能基因的定位和標(biāo)記，可以在早期篩選階段準(zhǔn)確識別出優(yōu)良的遺傳特性，從而在后續(xù)的雜交和選擇中更有針對性。例如利用與抗病性相關(guān)的分子標(biāo)記，能夠在幼苗期就鑒別出對特定病害具有抵抗力的玉米個(gè)體，避免了在成熟期才能評估抗病性的傳統(tǒng)做法，顯著提升了篩選的準(zhǔn)確性和速度。此外，分子標(biāo)記技術(shù)在解析玉米的遺傳多樣性方面也展現(xiàn)出了獨(dú)特的優(yōu)勢，通過對不同種質(zhì)資源進(jìn)行分子標(biāo)記分析，可以詳細(xì)揭示玉米種質(zhì)的遺傳背景和親緣關(guān)系，指導(dǎo)育種者進(jìn)行更有策略的雜交組合設(shè)計(jì)。這種方法不僅有助于保護(hù)和利用玉米的遺傳多樣性，而且還能促進(jìn)新品種的創(chuàng)制，加快玉米育種的創(chuàng)新步伐。隨著分子生物學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，基因編輯技術(shù)，如CRISPR/Cas9系統(tǒng)的出現(xiàn)，為玉米種質(zhì)創(chuàng)新提供了更為精準(zhǔn)的分子育種手段?；蚪M編輯技術(shù)能夠在DNA水平上精確地修改特定基因，為培育具有特定農(nóng)藝性狀的玉米品種提供了強(qiáng)有力的工具。通過精確調(diào)控玉米植株的生長發(fā)育、適應(yīng)環(huán)境、提高產(chǎn)量和品質(zhì)等方面的基因，可以極大提升育種效率和育種的精準(zhǔn)度。未來，分子標(biāo)記輔助育種技術(shù)結(jié)合基因編輯手段，將在玉米種質(zhì)創(chuàng)新中發(fā)揮更加重要的作用。

2、轉(zhuǎn)基因育種技術(shù)

轉(zhuǎn)基因育種技術(shù)在玉米種質(zhì)創(chuàng)新中的應(yīng)用，主要集中在提高玉米的產(chǎn)量、改善品質(zhì)和抗性等方面。育種工作開展期間通過轉(zhuǎn)入Bt基因，可以有效提升玉米對某些害蟲的抵抗能力，減少化學(xué)農(nóng)藥的使用，從而降低生產(chǎn)成本，增強(qiáng)環(huán)境的可持續(xù)性。同時(shí)，通過轉(zhuǎn)入抗旱基因，玉米在干旱環(huán)境下的生存能力得到加強(qiáng)，這對于應(yīng)對全球氣候變化和保障糧食安全具有重要意義。在提高玉米營養(yǎng)價(jià)值方面，轉(zhuǎn)基因技術(shù)同樣展現(xiàn)出巨大潛力，通過轉(zhuǎn)入富含必需氨基酸和微量元素的基因，可以開發(fā)出營養(yǎng)更加全面的玉米新品種，對改善人類的營養(yǎng)狀況，尤其是在發(fā)展中國家具有重要的應(yīng)用價(jià)值。然而，玉米轉(zhuǎn)基因育種技術(shù)的應(yīng)用也面臨著一定的挑戰(zhàn)和爭議。當(dāng)前公眾對轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的安全性持有疑慮，這對轉(zhuǎn)基因玉米的商業(yè)化推廣造成了阻力。因此，未來的研究需要更加聚焦于轉(zhuǎn)基因技術(shù)的安全性評估和社會(huì)接受度提升，通過對中心、長期的生態(tài)效應(yīng)和健康風(fēng)險(xiǎn)評估研究，收集更多科學(xué)數(shù)據(jù)以證明其安全性。

3、單倍體育種技術(shù)

通過單倍體育種技術(shù)能夠快速獲得含有純合基因組的單倍體植株，為玉米遺傳研究和育種提供了一種極為高效的途徑。在應(yīng)用過程中，首先通過特定的單倍體誘導(dǎo)源與目標(biāo)玉米雜交誘導(dǎo)產(chǎn)生單倍體胚胎，隨后利用特定的培養(yǎng)基和生長調(diào)節(jié)劑處理，使單倍體胚胎發(fā)育成完整植株，這些植株經(jīng)過染色體倍增處理后，可形成純合二倍體，為后續(xù)的分子標(biāo)記輔助選擇和基因編輯等現(xiàn)代育種技術(shù)奠定基礎(chǔ)。與傳統(tǒng)的育種方式相比，單倍體技術(shù)通過快速固定基因型，可在短時(shí)間內(nèi)獲得大量純合材料，顯著加快育種進(jìn)程。此外，該項(xiàng)技術(shù)與分子標(biāo)記技術(shù)有效結(jié)合可以在單倍體階段進(jìn)行有效的基因型篩選，確保所選植株具備所需的農(nóng)藝性狀，這對于精確育種和快速培育新品種具有重要意義。單倍體育種技術(shù)在玉米種質(zhì)創(chuàng)新中的應(yīng)用，不僅加快了育種節(jié)奏，還提高了育種的準(zhǔn)確性和效率。未來，結(jié)合高通量測序、基因編輯等技術(shù)，單倍體育種技術(shù)將在精準(zhǔn)育種領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用，有助于創(chuàng)造出更多適應(yīng)性強(qiáng)、產(chǎn)量高、抗性佳的玉米新品種，滿足不斷增長的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求。

三、當(dāng)前玉米種質(zhì)資源創(chuàng)新面臨的問題

1、種質(zhì)資源收集保存不足

玉米種質(zhì)資源是玉米育種和生物技術(shù)研究的基礎(chǔ)，其重要性不言而喻，但是當(dāng)前我國玉米種質(zhì)資源收集保存工作仍面臨諸多問題，其中最為突出的便是種質(zhì)資源收集保存不足。雖然近年來我國科研團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在玉米種質(zhì)資源采集方面取得了顯著成果，但是與全球玉米種質(zhì)資源的豐富度相比，我國的采集范圍還相對有限，尤其是在一些偏遠(yuǎn)地區(qū)和特殊生態(tài)環(huán)境下，玉米種質(zhì)資源的采集和保存工作還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。傳統(tǒng)的種子保存方式在保存玉米種質(zhì)資源時(shí)存在一定的局限性，種子壽命短、遺傳變異加劇等，新時(shí)期探索更為高效、持久的保存方式，對于解決種質(zhì)資源保存不足問題具有重要意義。

2、種質(zhì)資源鑒定評價(jià)技術(shù)落后

當(dāng)前，我國玉米種質(zhì)資源的鑒定評價(jià)技術(shù)相對落后，已成為限制玉米種質(zhì)資源創(chuàng)新與利用的重要因素。傳統(tǒng)的鑒定評價(jià)方法往往依賴于人工經(jīng)驗(yàn)，耗時(shí)長、效率低，且結(jié)果具有一定的主觀性。雖然近年來生物技術(shù)的發(fā)展，分子標(biāo)記、基因測序等為種質(zhì)資源鑒定提供了新的技術(shù)手段，但這些技術(shù)的應(yīng)用仍然受到成本高、技術(shù)復(fù)雜、需要專業(yè)人才等種種限制。種質(zhì)資源鑒定評價(jià)技術(shù)的落后，使得我國玉米種質(zhì)資源的挖掘與利用程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國際先進(jìn)水平。一方面，大量的玉米種質(zhì)資源尚未被充分挖掘，其潛在價(jià)值未被充分利用；另一方面，已知的優(yōu)質(zhì)種質(zhì)資源因鑒定評價(jià)不充分，其利用效率低下，無法滿足玉米產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求。此外，種質(zhì)資源鑒定評價(jià)技術(shù)的落后，也限制了玉米新品種的選育進(jìn)程。

3、優(yōu)質(zhì)種質(zhì)資源利用效率低下

首先，種質(zhì)資源分散，缺乏系統(tǒng)整合。我國玉米種質(zhì)資源豐富，但是高抗高適應(yīng)能力的種質(zhì)資源缺乏，再加上缺乏有效的整合與共享機(jī)制，導(dǎo)致了資源利用的不充分，許多有價(jià)值的種質(zhì)資源被閑置，無法發(fā)揮其應(yīng)有的作用。其次，傳統(tǒng)育種方法的限制。傳統(tǒng)的育種方法主要依賴人工篩選和雜交，效率較低，且受限于人力資源和時(shí)間，使得種質(zhì)資源的利用效率難以提升，制約了玉米種質(zhì)創(chuàng)新的速度和質(zhì)量。盡管現(xiàn)代生物技術(shù)如基因編輯、基因合成等在玉米種質(zhì)資源創(chuàng)新中有巨大的應(yīng)用潛力，但在我國這些技術(shù)的應(yīng)用還相對較少，限制了優(yōu)質(zhì)種質(zhì)資源的創(chuàng)新與利用。最后，市場需求與科研脫節(jié)。玉米種質(zhì)資源的創(chuàng)新需要緊密跟隨市場需求，但目前我國在科研與市場之間缺乏有效的銜接機(jī)制，導(dǎo)致創(chuàng)新資源無法精準(zhǔn)對接市場需求，降低了種質(zhì)資源利用的效率。

四、解決玉米種質(zhì)資源創(chuàng)新問題的對策

1、加強(qiáng)種質(zhì)資源的收集與保存

在玉米種植資源創(chuàng)新發(fā)展過程中，應(yīng)該加快建立全國玉米種質(zhì)資源收集與保存體系，實(shí)現(xiàn)種質(zhì)資源的集中管理和統(tǒng)一利用，明確玉米種質(zhì)資源的收集、整理、保存、利用等環(huán)節(jié)，確保種質(zhì)資源的高效利用。同時(shí)，積極開展國際玉米種質(zhì)資源的合作與交流，引進(jìn)國外優(yōu)質(zhì)、抗逆、特殊性狀的玉米種質(zhì)資源，豐富我國玉米種質(zhì)資源庫。種質(zhì)資源保存過程中要結(jié)合現(xiàn)代科技技術(shù)利用低溫保存、超低溫保存、真空干燥保存等，提高玉米種質(zhì)資源的保存效果，減少種質(zhì)資源損失。持續(xù)加大對種質(zhì)資源庫基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投入，制定種質(zhì)資源利用政策，鼓勵(lì)科研機(jī)構(gòu)、企業(yè)、農(nóng)民合作組織等利用種質(zhì)資源開展新品種選育、種子生產(chǎn)等活動(dòng)，建立種質(zhì)資源信息管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)種質(zhì)資源信息的集中查詢、分析和利用，為科研人員和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供便捷的服務(wù)。

2、強(qiáng)化種質(zhì)資源鑒定評價(jià)技術(shù)研究

隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的快速發(fā)展，種質(zhì)資源的鑒定評價(jià)技術(shù)也在不斷進(jìn)步，在進(jìn)行種質(zhì)資源的鑒定評價(jià)過程中，可以借助分子標(biāo)記技術(shù)準(zhǔn)確鑒定玉米種質(zhì)資源中的基因型信息，然后通過基因組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)，深入了解玉米種質(zhì)資源中的基因表達(dá)和調(diào)控機(jī)制，為選擇和利用優(yōu)質(zhì)種質(zhì)資源提供了更深入的理解。在此基礎(chǔ)上要深入強(qiáng)化對玉米種質(zhì)資源鑒定評價(jià)技術(shù)的研究和推廣，通過加強(qiáng)技術(shù)研究和推廣提高玉米種質(zhì)資源鑒定的準(zhǔn)確性和效率，為玉米種質(zhì)資源創(chuàng)新提供更好的支持。

3、建立完善優(yōu)質(zhì)種質(zhì)資源利用機(jī)制，提高利用效率

種植資源創(chuàng)新應(yīng)用過程中，應(yīng)建立一套完善的玉米種質(zhì)資源收集、保存、評價(jià)和利用體系，在評價(jià)體系當(dāng)中應(yīng)該詳細(xì)的體現(xiàn)出現(xiàn)有種質(zhì)資源進(jìn)行全面的收集和保存，以保證資源的可持續(xù)利用，然后對種質(zhì)資源進(jìn)行科學(xué)的評價(jià)，篩選出具有創(chuàng)新潛力的資源，為后續(xù)的遺傳改良提供材料。鼓勵(lì)和引導(dǎo)科研機(jī)構(gòu)、企業(yè)和農(nóng)民合作，形成種質(zhì)資源創(chuàng)新與利用的利益共享機(jī)制，加強(qiáng)種質(zhì)資源創(chuàng)新成果的轉(zhuǎn)化與應(yīng)用，促進(jìn)新技術(shù)、新品種的推廣，提高玉米生產(chǎn)的整體水平。

綜上所述，在進(jìn)行玉米種質(zhì)資源的創(chuàng)新應(yīng)用過程中，要逐漸轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的育種手段，加速高新技術(shù)平臺的有效建設(shè)，積極推廣應(yīng)用新技術(shù)、新手段，由傳統(tǒng)的種子選育向著分子生物學(xué)選育入手，利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)對玉米種質(zhì)資源進(jìn)行科學(xué)有效的開發(fā)和利用，確保在短時(shí)間內(nèi)能夠選育出一大批適應(yīng)不同地區(qū)氣候環(huán)境種植要求，以及使用要求的優(yōu)質(zhì)玉米品種，為更好地保證國家糧食安全奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

（作者單位：266600山東省萊西市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局；010010內(nèi)蒙古自治區(qū)鄉(xiāng)村振興促進(jìn)中心）