現代生物技術在農作物育種中的應用研究

高紅治

摘要：綜述現代生物技術在育種中的意義及相關技術研究進展，介紹我國農業生物技術發展現狀，提出發展農作物育種應采取的措施，為提高我國種業發展水平提供參考。

關鍵詞：生物技術；農作物；育種；轉基因

中圖分類號：S33 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2017）03-0012-02

眾多專家預測，只有在2050年前實現糧食產量翻倍，才能滿足人口對糧食的需求。而糧食產量翻倍無疑會帶來一些新問題，如耕地減少、土壤污染、氣候變化、水資源短缺等。要解決這些全球性問題，需要農業技術發揮重要作用。現代生物技術始于20世紀70年代初，是在重組DNA技術、細胞培養技術、生物反應技術等領域深入發展基礎上形成的一項高新技術，并在農作物育種中發揮著越來越重要的作用。

1 現代生物技術對農作物育種的作用

1.1 加快育種進程

RFLP技術、SSR技術及PCR技術的出現，推進了構建分子遺傳圖譜的進程。在DNA或者RNA水平上可識別更多的育種目標性狀；利用分子標記輔助育種技術使育種目標更加明確；在微觀水平上可改良作物性狀，提高育種效率，進而有效加速育種進程。

1.2 培育植物新品種

通過克隆得到更多的目標基因，為植物新品種的出現創造條件，其中包括一些能高效表達特異性狀的育種中間材料。

1.3 改變育種性狀和品種品質

隨著作物功能基因組學理論與技術體系的建立，育種性狀和育成作物的品質得到改良，進而豐富農作物的品種類型。例如，國外研究選育的高油酸含量芥菜型油菜和甘藍型油菜，以及國內選育的轉基因高油含量油菜品種。

1.4 加快轉基因作物選育

轉基因技術在抗除草劑、抗病蟲作物育種中發展迅猛。目前，抗除草劑、抗蟲轉基因油菜品種，抗草甘膦、抗草丁膦、抗蟲等轉基因玉米品種，抗蟲棉花品種，均已得到廣泛生產應用。

2 現代生物技術在農作物育種中的應用

2.1 DNA分子標記技術

分子標記輔助育種起步較晚但發展迅速，已應用到農作物育種的諸多方面。

2.1.1 構建分子遺傳圖譜 通過分子可將DNA的電泳特異帶（標記）定位在該物種的遺傳連鎖圖上，利用圖譜對比鑒別與重要農藝性狀和抗性等有關的標記。分子標記不受顯隱性基因表現型限制，方便育種專家進行更有效地選擇，尤其是在選擇低代材料方面，可節省時間，加快育種進程。

2.1.2 分析親緣關系 遺傳差異受控于基因差異，即堿基序列的不同排列，因此，利用分子標記可以區別不同物種、不同品種甚至基因系，還可進行種群分類、鑒定遺傳變異等。

2.1.3 識別和克隆目的基因 利用分子標記技術可獲得與擬分離目的基因緊密連鎖的DNA片段，為采用圖位克隆（map-based cloning）技術分離和克隆目的基因奠定基礎。

2.2 細胞和組織培養技術

近年來，我國在細胞和組織培養技術研究方面一直走在世界前列，細胞和組織培養技術在農作物育種上的應用較為深入。

2.2.1 單倍體培養 單倍體培養即通常所說的單倍體育種，可快速獲得純合二倍體，縮短育種周期。花培育種發展于20世紀60年代，我國已利用此技術培養20多種植物，其中玉米、小麥、高粱、辣椒等作物率先培養成功。

2.2.2 胚培養 胚培養技術育種可有效克服遠緣雜交的遺傳弊端，且具有拓寬種質范圍的作用。目前，在蘿卜屬、蕓薹屬等蔬菜作物上開展遠緣雜交的研究，已有成功報道。

2.2.3 原質體培養及融合技術 在學術研究中，此技術又稱作細胞融合、體細胞雜交、超性雜交、超性融合等。原生質體融合技術打破微生物之間的種界界限，實現遠緣菌株的基因重組，有利于遺傳物質較完整傳遞及增加基因重組機會，同時，結合其他育種方法，可獲得目標性狀的單株。

2.3 轉基因育種技術

轉基因技術誕生于20世紀80年代，此后發展迅猛，現已成為劃時代的革命性技術。它與農作物育種緊密結合，加快農作物更新換代的步伐，帶來種植業結構變革。一大批跨國農業公司投入巨資開展水稻、玉米、大豆等主要糧食作物新基因挖掘和轉基因技術研發，通過控制基因及相關技術的知識產權來控制糧食生產。與此同時，許多發展中國家也大力研究轉基因技術，以此發展壯大本國的農作物育種產業。據統計，到2011年底，全球轉基因作物種植面積已超過1.6億hm2，是1996年的100倍。截至2015年底，全世界已有28個國家批準可以進行轉基因作物商業化生產。

3 我國農業生物技術發展進程

我國在利用現代生物技術研究農作物育種方面起步較早，并取得了一定的成就。通過對高產、優質、抗病蟲、抗除草劑、抗瘠薄等重要基因的挖掘及相關技術的開發應用，已初步建立起包括基因克隆、功能鑒定、品種選育及品種安全性評價、應用推廣等完整生物育種研究和產業化體系。

我國農業生物技術發展大致經歷了2個階段：1986—2000年為早期，主要跟蹤國際科技前沿摸索發展；2001年至今為近期，即自主研發期。早期階段主要以水稻、小麥、大豆、棉花等作物為研究對象，以建立和優化作物組培再生及遺傳轉化體系為主，對國際上已公開的相關研究進行驗證及大田試驗，為后期生物技術在農作物育種中的應用發展奠定堅實基礎。

進入21世紀，生物技術引領著生物技術產業迅速發展。在我國政府的高度重視下，更多科技人員投入其中，包括一大批在生物技術研究領域學有所成的海歸學者，同時生物技術企業迅速擴張。在前期工作積累的基礎上，我國農業生物技術研究迅速推進到以重要農藝性狀功能基因定位及克隆、鑒定、基因組測序等關鍵技術為主的自主創新期。

4 生物技術在農作物育種體系中的應用展望

培育具有高產、優質、廣適、安全等優點，且符合不斷變革的農業生產需求的農作物新品種，是始終擺在育種者面前的難題。以生物技術為核心建立農作物現代育種體系，通過大力發展生物技術提升種業核心競爭力，可有效推動育種產業壯大發展。

目前，生物技術在全世界的發展方興未艾。在全球經濟一體化的進程中，如何將現代生物技術應用到農作物育種上來，提高和改進農作物育種的理論水平和育種技術，加快育種速度和選育效果，對農作物種子產業乃至農作物產品市場競爭至關重要。創建先進的農作物現代育種體系及現代種業發展體系必須依靠現代生物技術，并不斷將生物技術的新發現、新成果及時融合到農作物育種領域。另外，世界農作物育種技術發展趨勢和我國育種實踐表明，傳統常規育種技術和現代生物育種技術不應彼此孤立，而應有機融合。現代生物技術及其他高新技術與傳統育種技術的緊密結合，是建立農作物現代育種體系的必由之路，也是推動我國種業發展和農作物產品具有國際競爭力的技術保障。

參考文獻

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