玉米遺傳育種技術類型及發展前景

郭峰 吳建萍 郭瑜 段運平 劉守渠

[摘 要] 現代科技在農業生產中發揮著重要作用，是提高作物產量及品質的基石。玉米是繼水稻之后的第二大農作物，其育種相關技術發展至關重要?；诖?，本文主要對玉米遺傳育種技術發展背景、類型進行分析，并展望玉米遺傳育種技術發展前景。

[關鍵詞] 玉米遺傳育種技術;類型;發展前景

[中圖分類號] S513 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-7909（2020）20-66-2

對于玉米種植而言，育種始終是影響其產量及品質的關鍵因素，因此遺傳育種技術的發展備受學術界關注。

1 玉米遺傳育種技術發展背景

正所謂，民以食為天。在人類生命存續的整個周期，出于健康方面的需求，需要攝入各種各樣的營養元素。玉米是人們最常見的食用食材之一，含有人體必需的多種氨基酸，而且維生素E、B1、B2、B6等含量豐富，在延緩衰老、抗擊皺紋、明目等方面具有重要的營養價值。同時，玉米是重要的牲畜飼料、醫用化工原料，有著較大的需求空間。我國是世界上最大的玉米生產國之一，玉米種植地主要分布在東北、華北和西南地區，形成了一個東北到西南的狹長玉米種植帶，對先進科技的發展與應用是提升玉米產出效率的關鍵一環。并且據科學研究表明，相較于小麥、水稻等其他傳統作物，玉米通過C4循環進行光合作用，有著更大的增產空間，因而成為遺傳育種技術研究的重點領域。另外，隨著社會經濟的發展，人們的生活品質大幅提升，加之“健康中國”的戰略導引作用，使人們對商品的營養價值要求越來越高，高度關注農產品的品質，玉米的高產、優質種植顯得至關重要。正是基于玉米豐富的營養價值及巨大的需求空間，為玉米遺傳育種技術的發展奠定了基礎，事實上也取得了斐然成就，如SSR標記技術、染色體工程及轉基因培育技術等實際應用愈加廣泛。

2 玉米遺傳育種技術類型

時至今日，隨著科學技術的不斷發展，玉米遺傳育種技術研究取得了巨大成就，技術類型越來越多樣，應用愈加廣泛，如SSR標記技術、染色體工程、轉基因技術等。

2.1 SSR標記技術

SSR標記也被稱為微衛星DNA，作為近年發展起來的一種以特異引物PCR為基礎的分子標記技術，是由幾個核苷酸為重復單位組成的長達幾十個核苷酸的串聯重復序列，現已被廣泛應用于遺傳圖譜的構建、目標基因的標定、指紋圖的繪制等研究領域。相較于其他分子標記技術，SSR標記的等位基因數量更多，而所需的DNA數量和質量要求并不高，呈現出共顯性遺傳特性，因而不易被自然選擇或人工選擇所淘汰，優勢表現十分多樣，是解析種質資源遺傳多樣性及其群體結構特征的關鍵技術手段，為種質資源創新奠定了基礎?，F階段，基于SSR標記技術應用構建的遺傳圖譜已然獲得了較大的發展，明顯改善了遺傳圖譜的分辨率飽和度，同時可應用于玉米單倍體加倍獲得雙單倍體的鑒定，提高準確性的同時相關成本消耗有所降低。事實上，王鳳格等曾通過36個SSR引物對418個單倍體加倍獲得雙單倍體的DH系進行分析鑒定，并通過與田間形態性狀的調查比對，證明了SSR分子標記技術的應用可行性及價值[1]。在具體的操作實踐中，充分利用品種DNA差異化的組成，并標記上相應的可見式條碼，可由此獲得豐富的遺傳信息[2]，對玉米品種獨特性的把握更為精準。如此，在全面依法治國戰略部署下，更有利于對玉米品種開發者的知識產權保護。同時，基于SSR分子標記技術應用建構的DNA指紋圖譜，可通過計算機管理維系DNA條帶的穩定性，可對玉米種質資源的純度進行精準、快速測量。未來，應更加關注SSR標記技術與性狀關聯性分析的結合應用，進一步拓展其功能負載，對提升玉米育種效率產生更大的積極影響。

2.2 染色體工程

最早由里克和庫升提出的染色體工程，至今已有50多年的發展歷程，并引起了各領域學者的關注和熱議。染色體工程技術是借助細胞遺傳學原理，通過遠緣雜交、轉基因技術、分子標記以及細胞工程與常規育種緊密結合起來的生物技術，其是按照人們的育種思路，預定目標，有計劃、按步驟地利用基礎材料，通過染色體的“添加、削減、代換、異位”等方法，進行分離、導入、重組等染色體操作以及改變染色體組成、結構，達到定向改良遺傳特性的一項技術[3]。染色體工程的發展對抗病新品種的培育有著超凡的價值意義，而且是基因定位、染色體轉移等基礎研究的重要手段?；谌旧w工程的玉米遺傳育種操作包括三方面內容，即染色體操作、染色體組操作和染色體片段操作。其中，染色體操作中需要整條染色體的附加、消除和代換，確保染色體有完整的著絲粒和端粒，以維系其結構穩定性，從而進行正常的復制分裂;染色體組操作中則要求添加或消減同種或異種染色體組，合成雙二倍體或創造單倍體;染色體片段操作則需要經過染色體斷裂和重接，繼而形成有且只具有一個著絲粒的染色體，確保兩端形成完好的端粒。除了上述成功操作之外，還要求生成個體在細胞遺傳學上的穩定性，較之原有親本在遺傳組成和形態特性上的表現更加優良。染色體工程在單倍體種質資源的培育應用中，周期短、純合度高等優勢明顯，但由于該類技術發展尚未完全醇熟，受不良基因連鎖反應的影響，重組率較低，而且面臨著染色體加倍困難的問題，而育種材料改良、種質擴增等技術的應用可進一步釋放其特性優勢，有著巨大的研究發展空間。

2.3 轉基因技術

轉基因技術的理論基礎來源于進化論衍生來的分子生物學。該技術體系越來越成熟，可使重組生物增加人們所期望的新性狀，培育出新品種。自1996年首個作物上市以來，轉基因育種應用愈加廣泛。據相關統計數據顯示，截至2017年，全球轉基因玉米栽培面積達到了6.4億hm2，在農業、經濟、環境、健康等方面創造了巨大的效益。同時，對比試驗表明，轉基因技術培育的作物抗蟲、耐除草劑等性狀表現更佳。現階段，基于轉基因技術應用的玉米遺傳育種方法越來越多，包括基因槍介導法、農桿菌介導法等。其中，基因槍介導法將基因包裹在微小的金粒或鎢粒中，繼而將之攝入作物組織中，最終通過染色體性狀的有效表達實現轉基因目標。該方法處理下的玉米遺傳育種，可進行循環的原生質體培養，并且可用載體多樣化證明了其應用可行性[4]。所謂農桿菌，即是指生活在植物根表面依靠由根組織滲透出來的營養物質生存的一類革蘭氏陰性細菌，大體包括根癌農桿菌和發根農桿菌2種。在農桿菌介導法的應用中，可通過浸染作物受傷部位，實現Ti質粒上T-DNA區的轉移整合，進而生成了新的作物基因組，大大提升了玉米育種效率，是人類科學家研究的重點領域，并取得了顯著的發展成效[5]?，F實中，人們對轉基因的看法不同。對此，習近平發表了重要講話，指出：“轉基因是一項新技術，也是一個新產業，具有廣闊發展前景……我強調兩點：一是確保安全，二是要自主創新?！?/p>

3 玉米遺傳育種技術發展展望

玉米遺傳育種技術在改良作物性狀方面的價值毋庸置疑，源于人們更高的需求，其發展前景不可估量。對此，品種遺傳改良、生產和利用應與市場調研相結合，種質資源選系小群體、素材、自交系、雜交種等都要關注全局，從細微處入手，對材料精雕細刻，形成抗或耐性較強的新品種。同時，在未來的玉米遺傳育種技術發展中，需注重與數字化技術的應用耦合，提高工作效率的同時節約育種成本。因為玉米遺傳育種實踐涉及大量的自交系、雜交組合及品比試驗等，并且需要通過田間調查了解玉米的遺傳性狀，是一項相當繁雜的工作，對其性狀的描述多用文字，通常比較模糊。而基于數字化處理，可對所有玉米遺傳育種的材料進行自動化管理，并建立相關數據模型，對不同性狀進行統一編碼，實現了更為精準的比對。另外，正是基于對玉米遺傳育種技術的現實應用價值考量，應進一步加大對其的發展支持，依托國家的改革開放政策，加強與國外先進技術的動態交互，汲取其中有效經驗，進行自主創新，滿足我國農業發展需求。而且在知識經濟時代，創新是引領發展的第一驅動力，而其實現又有賴于人才的智力保障，其核心戰略地位愈加突出。因此，政府及社會高度關注科學團隊的發展，緊跟玉米遺傳育種技術發展潮流，培育高素質人才，推動其實用價值的再釋放。

4 結語

當前，玉米遺傳育種技術的發展已取得顯著成就，如SSR標記技術、染色體工程、轉基因技術等在改良作物性狀上有著重要的應用價值，對推動我國農業經濟發展發揮著至關重要的作用。

參考文獻

[1]王鳳格，許理文，趙久然，等.玉米單倍體誘導DH系的分子鑒定研究[J].玉米科學，2011（1）：35-38.

[2]寧立志，鄭根昌，李志剛.玉米的遺傳育種淺析[J].南方農業，2016（21）：234-235.

[3]丁志遠，任根深，續創業，等.利用染色體工程技術改良小麥品種20年總結[J].甘肅農業科技，2011（8）：34-36.

[4]郭峰，郭瑜，劉守渠.玉米遺傳育種技術探究[J].江西農業，2019（20）：28.

[5]陶蕊.轉基因技術在玉米遺傳育種中的應用[J].北京農業，2015（25）：35-36.