生物技術(shù)在玉米育種中的應(yīng)用研究

秦 潔

（四川省種子站，四川 成都 610041）

玉米是我國主要的糧食作物，培育具有高產(chǎn)量、抗逆性強玉米新品種尤為重要。鑒于玉米育種工作具有育種周期長、選育和選擇效率低等問題，生物技術(shù)為玉米的育種工作開辟了新的途徑。相比較于傳統(tǒng)的玉米育種工作，運用生物技術(shù)進行的玉米育種工作能很大程度上縮短育種周期。因此，加快生物技術(shù)在玉米育種工作中應(yīng)用的相關(guān)研究對于推動農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動的發(fā)展具有相當(dāng)重要的意義。

1 生物技術(shù)在玉米育種中的優(yōu)勢

1.1 能夠培育玉米新品種

生物技術(shù)中的克隆技術(shù)在玉米育種工作中的應(yīng)用，能夠獲取更多具有優(yōu)良性狀的玉米基因，使其成為培養(yǎng)新品種玉米的中間材料，將其植入到玉米種中并使其高效地表達，有助于培養(yǎng)出具有優(yōu)良性狀的玉米新品種。

1.2 加快轉(zhuǎn)基因玉米的選育

在進行抗除草劑和抗病蟲玉米新品種的研究過程中，生物技術(shù)發(fā)揮了不可替代的作用，運用生物技術(shù)中的轉(zhuǎn)基因技術(shù)能夠?qū)τ衩仔缕贩N進行改良。目前，利用生物技術(shù)研發(fā)的抗農(nóng)藥、抗病害的玉米新品種在很多地區(qū)得到了大規(guī)模的推廣種植。

1.3 加快育種進程

隨著分子遺傳圖譜構(gòu)建進程的不斷加快，目標(biāo)玉米性狀都能夠依靠DNA或者RNA水平進行識別，運用分子標(biāo)記進行輔助來進一步明確玉米育種目標(biāo)，對玉米的性狀進行改良，可提高效率，加快育種的進程。

1.4 改變玉米性狀和品種品質(zhì)

作物功能基因組學(xué)理論以及相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展完善，在一定程度上能夠改變玉米的性狀以及育成玉米的品質(zhì)，使得玉米新品種不斷地增多，保證了健康良性發(fā)展。

2 生物技術(shù)在玉米育種過程中的應(yīng)用

2.1 基因工程在玉米育種工作中相關(guān)應(yīng)用

基因工程在玉米育種工作中的應(yīng)用是以分子遺傳學(xué)理論為基礎(chǔ)，將分子通過物理、化學(xué)以及生物的多種方法進行結(jié)合，在原有的玉米基因中引入需要性狀的玉米外源基因，然后進行培養(yǎng)，從而得到具有特定性狀的玉米新品種，這就是基因工程。目前使用比較廣泛的基因工程主要有基因槍法、農(nóng)桿菌介導(dǎo)法、花粉管通道法。

2.1.1 農(nóng)桿菌介導(dǎo)法

農(nóng)桿菌屬于一種革蘭氏陰性菌，是由根癌農(nóng)桿菌、發(fā)狀農(nóng)桿菌共同組成的,它的主要作用機理就是通過對Ti質(zhì)粒上的T-DNA直接遷移到被侵害植物所損傷的細胞中，并將其直接整合到被侵害植物的基因中，從而對玉米的表達性狀進行改良。這種方法在改良玉米的性狀過程中具有相當(dāng)多的優(yōu)點。農(nóng)桿菌是天然的基因轉(zhuǎn)化載體，因此運用農(nóng)桿菌具有很高的成功率且轉(zhuǎn)化效果也比較好。通過農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化完成的目標(biāo)基因遺傳比較穩(wěn)定，能夠很好地契合孟德爾的遺傳定理，運用農(nóng)桿菌也可以直接將轉(zhuǎn)基因的材料作為育種的中間材料，操作比較方便。但這種方法也具有一定的缺點，對受體基因型具有很大的依賴性，由于不同基因型的材料對其敏感度有著較大的差距，運用農(nóng)桿菌技術(shù)進行新的基因研究，轉(zhuǎn)變體系以及物理和可再生的體系都是需要不斷地研究和探索，相比較而言則會更加麻煩。

2.1.2 基因槍法

該方法通常也會被稱為粒子槍法，它的工作原理是利用火藥爆炸或者利用高壓放電等等方法產(chǎn)生的巨大作用力將攜帶外源DNA分子的金屬微粒轟入靶細胞中，使得帶有外源DNA分子的微粒能夠依次通過細胞壁和細胞膜，將攜帶的外源DNA帶入到靶細胞中，然后外源DNA與目標(biāo)作物的基因相結(jié)合，再通過一定的培養(yǎng)，使其表達相關(guān)的性狀。基因槍法的最大優(yōu)點是其既可以運用到雙子葉植物中也可以運用到單子葉的植物中，而且同時也能夠?qū)崿F(xiàn)多個基因的轉(zhuǎn)化。但其缺點是操作比較復(fù)雜且費用很高，在操作的過程中也容易使得相關(guān)的基因片段收到損壞而不能表達。

2.1.3 花粉管通道法

該方法主要是將外源的DNA在植物完成授粉工作后，再選擇合適的時間通過花粉管通道導(dǎo)入胚囊轉(zhuǎn)化而來的合子或者卵細胞。花粉管通道法的最大優(yōu)點是其能夠解決被導(dǎo)入植物再生困難的問題，從而避免了再一次通過組織培養(yǎng)獲得再生苗，很大程度提高了玉米育種的效率。另一方面，該方法一般都會在田間進行，相關(guān)操作比較簡單，對環(huán)境要求不高。但是花粉管通道法也有缺點，由于目前無法明確該方法具體的作用機理，外源基因在表達的過程中往往不符合孟德爾的分離定律，使得相關(guān)的研究人員很難開展后續(xù)的相關(guān)研究。

目前，運用基因工程的相關(guān)技術(shù)，研究人員已經(jīng)研究出了許多的具有優(yōu)良性狀以及抗逆性很強的玉米新品種，很大程度上解決了我國目前玉米相關(guān)生產(chǎn)方面的一些問題，促進了我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動的發(fā)展。

2.2 細胞工程在玉米育種方面的作用

細胞工程是在適宜的生長環(huán)境下運用遺傳學(xué)和生物學(xué)的相關(guān)原理對細胞進行繁殖和培育，在細胞融合、核質(zhì)移植、細胞融合、染色體和基因移植的基礎(chǔ)上按照人們對于植物期望性狀進行植物細胞重新排列組合，得到人們期望的擁有新性狀的新品種的一項工程。目前在農(nóng)業(yè)活動中涉及到的細胞工程主要是應(yīng)用到改良舊的物種和創(chuàng)造新的物種，使得所得植物能夠快速生長和繁殖。在玉米育種工作中，運用細胞工程的關(guān)鍵是對于組織和細胞的培養(yǎng)。在運用細胞工程進行玉米育種的過程中，研究人員需要深入分析細胞工程的理念，根據(jù)其培養(yǎng)條件合理地選擇最為適宜的植物基因原料以及培養(yǎng)基和活化劑，增強其誘導(dǎo)能力,進而培養(yǎng)出新型的具有良好生長性狀的玉米品種。除此之外，細胞工程中的單倍體技術(shù)也在對玉米育種新技術(shù)的研究和應(yīng)用中發(fā)揮著重要而不可替代的作用，但也同時存在著基因誘導(dǎo)率比較高，基因重組率比較低、遺傳中存在著不良的基因很難被有效地改善等問題，一定的程度上也會直接影響到對玉米的育種和相關(guān)工作的展開。

2.3 分子標(biāo)記技術(shù)在玉米育種工作中的應(yīng)用

目前，分子標(biāo)記技術(shù)在人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€方方面面都已經(jīng)有著相當(dāng)廣泛的研究和應(yīng)用。現(xiàn)階段，應(yīng)用頻率最高的分子標(biāo)記技術(shù)主要類型就是先進的RFLP、SSP和SNP技術(shù)，在對玉米進行育種工作中，分子標(biāo)記技術(shù)主要目的就是針對人們所期望的目標(biāo)性狀進行定位，構(gòu)建遺傳圖譜，劃分遺傳多樣性。分子標(biāo)記技術(shù)雖然在玉米的育種工作中發(fā)揮了重要的作用，但人們更應(yīng)該在此基礎(chǔ)上不斷地探索價格更低以及自動化程度更高的分子標(biāo)記技術(shù)。

3 結(jié)語

據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，目前我國玉米的供應(yīng)量和需求量之間還存在著巨大的差距，因此運用相關(guān)的生物技術(shù)手段來提高玉米的產(chǎn)量就顯得尤為重要。將傳統(tǒng)的玉米育種工作與細胞工程、基因工程以及分子標(biāo)記技術(shù)等結(jié)合，打破常規(guī)的育種方式，充分發(fā)揮二者之間的優(yōu)勢，推動玉米育種工作的發(fā)展。