生物技術在玉米育種中的應用

黃日放，陸春雄，黃兆福

（1.桂平市厚祿鄉農業農村中心，廣西 貴港 537221；2.貴港市覃塘區石卡鎮農業農村中心，廣西 貴港 537116；3.桂平市厚祿鄉綜合行政執法大隊，廣西 貴港 537221）

玉米是全球主要的糧食作物之一，對全球糧食安全和農業經濟發展具有重要意義。然而，傳統的玉米育種方法存在一定限制，如耗時、費力、低效等，因此尋求一種更加高效、精準和可持續的玉米育種方法顯得尤為重要。

1 玉米育種概述

1.1 玉米的重要性

玉米是全球主要的糧食作物之一，也是人類重要的食物來源。玉米種植廣泛分布于世界各地，尤其是在美洲、非洲和亞洲的許多國家和地區。除了人類食用外，玉米還可以作為動物飼料和工業原料，如生產乙醇和淀粉等［1］。

1.2 傳統玉米育種方法

傳統的玉米育種方法主要是選擇法和人工雜交。通過選擇耐旱、耐寒、高產、抗病等優良品種進行雜交，不斷篩選，以獲得更優質的品種。

1.3 現代玉米育種方法

現代玉米育種方法包括分子標記輔助選擇、基因組學、基因編輯和轉基因技術等新技術，可以更快速、準確地篩選優良品種，提高玉米產量和質量，并且可以對特定的遺傳特征進行精確改良。

2 生物技術在玉米育種中的優勢與挑戰

2.1 生物技術在玉米育種中的優勢

一是提高育種效率。傳統的玉米育種方法往往需要耗費大量時間和精力，而生物技術可以通過基因編輯和轉基因等手段精確、快速地改良玉米遺傳特征，加快育種進程。二是提高育種精度。傳統的育種方法往往受到雜交組合的限制，而生物技術可以精準地改變玉米的基因序列，實現對玉米性狀的精確控制和調節，提高育種精度。三是提高育種質量。生物技術可以改良玉米的品質、抗病性、耐旱性等方面的性狀，提高育種品質和市場競爭力。例如，通過轉基因技術導入Bt 毒素基因，可以提高玉米的抗蟲性，降低農藥施用量，減少環境污染。四是提高育種多樣性，豐富市場供給。傳統的育種方法往往受到雜交組合的限制，而生物技術可以開發出適應不同生態環境和用途的玉米品種，增加育種多樣性。五是增強抗性。轉基因技術可以將特定基因導入玉米基因組中，增強玉米對病害和逆境的抗性［2］。

2.2 生物技術在玉米育種中的挑戰

一是安全問題。生物技術應用于玉米育種中，需要考慮轉基因產品的安全性、可持續性和社會接受度等問題，以保證產品的安全和可持續發展。例如，轉基因產品對生態環境和人類健康的影響需要進行充分評估、監測。二是費用問題。生物技術在玉米育種中的應用需要大量研發費用，高昂的費用會增加育種成本，限制技術的廣泛應用。如何降低研發費用，促進技術的普及和推廣是當前亟待解決的問題。三是倫理問題。生物技術應用于玉米育種中，需要遵循倫理原則，充分尊重生命和環境，保護生態環境和人類健康。例如，轉基因技術涉及基因污染、生物多樣性保護等問題，需要綜合考慮生態、社會和經濟因素，保障生態、社會和經濟可持續發展。四是法律問題。生物技術在玉米育種中的應用需要遵守相關法律和政策，保障消費者權益和社會公正性。例如，轉基因產品需要符合國際國內標準和規定，進行嚴格的監管和審批，以確保產品的質量和安全。五是公眾接受度問題。生物技術在玉米育種中的應用需要得到公眾的理解和支持，建立透明、開放、公正的信息共享機制，加強與公眾的溝通和合作。

3 生物技術在玉米育種中的應用

3.1 玉米育種應用分子標記技術

1）分子標記技術概述。分子標記技術是一種利用DNA 序列差異作為遺傳標記的技術，可以精確地鑒定、區分和分析不同個體或種群之間的遺傳差異，為種質資源鑒定、基因定位、品種鑒定和親緣關系分析等提供有效的工具和方法。分子標記技術包括限制性片段長度多態性（RFLP）、隨機擴增多態性（RAPD）、序列標記等。

2）分子標記技術在玉米育種中的應用。種質資源鑒定：分子標記技術可以應用于玉米種質資源的鑒定和分類。通過分析不同基因組的DNA 序列差異，確定玉米種質資源的親緣關系，篩選出適合育種的材料，促進育種的發展。基因定位：分子標記技術可以應用于玉米重要性狀的基因定位。通過建立遺傳圖譜，確定重要性狀的關聯基因和位置，實現玉米育種的目標導向和精準控制。鑒定品種：分子標記技術可以應用于玉米品種的鑒定和保護。通過建立品種DNA 指紋庫，確定不同品種的DNA 序列差異，鑒定和保護玉米品種的合法權益［3］。基因組選擇：分子標記技術可以應用于玉米的基因組選擇。通過建立分子標記與重要性狀的關聯模型，實現對玉米性狀的預測和選擇，提高玉米的產量和品質。分析雜交親緣關系：分子標記技術可以應用于玉米雜交親緣關系的分析。通過分析親本間的分子標記遺傳多樣性，確定不同親本之間的親緣關系。

3.2 基因編輯技術

1）基因編輯技術概述。基因編輯技術是一種利用分子生物學手段對基因進行精準編輯的技術，可以精確地改變基因序列，實現對生物性狀的精確控制和調節。目前，最常用的基因編輯技術是CRISPR/Cas9 系統，可以利用RNA 導向Cas9 蛋白對目標基因進行精準切割，實現基因的修飾和改造。

2）基因編輯技術在玉米育種中的應用。改良抗病性：基因編輯技術可以應用于玉米抗病性的改良。例如，將Bt 毒素基因引入玉米中，可以提高玉米對害蟲的抵抗力，減少農藥施用量。改良品質：基因編輯技術可以應用于玉米品質的改良，利用基因編輯技術調節淀粉合成途徑中的關鍵基因，可以提高玉米淀粉含量和質量，改善玉米的口感和加工性質。提高產量：應用基因編輯技術改變玉米中有關根系發育和汲取營養物質的基因，可以增強玉米汲取營養物質和水分的能力。改良耐逆性：基因編輯技術可以應用于改良玉米耐逆性。例如，利用基因編輯技術改變玉米中有關干旱、高溫、低溫等基因，可以增強玉米對逆境的耐受能力，有效提高玉米的適應性和生產力。培育新品種：基因編輯技術可以應用于玉米新品種的培育，通過應用基因編輯技術可對玉米進行多個基因的修改和組合，創造出更適合不同環境和用途的玉米品種，促進玉米產業的發展。

3.3 轉基因技術

1）轉基因技術概述。轉基因技術是一種利用分子生物學手段將外源基因導入宿主基因組中的技術，可以實現對生物性狀的精確改良和控制。在玉米中，常用的轉基因技術是將含有抗蟲Bt 毒素基因的轉基因DNA 導入玉米基因組中，提高玉米對害蟲的抗性［4］。

2）轉基因技術在玉米育種中的應用。改良抗蟲性：將Bt 毒素基因導入玉米中，可以提高玉米對害蟲的抗性，減少農藥施用量，降低環境污染程度。改良抗病性：利用轉基因技術將外源基因導入玉米中，可以增強玉米對病原微生物的抗性，降低病害的發生概率，提高玉米品質。改良品質：通過轉基因技術調節淀粉合成途徑中的關鍵基因，可以提高玉米淀粉含量和質量，改善玉米的口感和加工性質。提高產量：轉基因技術可提高玉米產量。應用該生物技術能夠改變玉米中有關根系發育和汲取營養物質的基因，可以提高玉米汲取營養物質和水分的能力，提高玉米的產量和品質。培育新品種：利用轉基因技術對玉米進行多個基因的修改和組合，可以創造出更適合不同環境和用途的玉米品種，促進玉米產業的創新和發展。

3.4 基因組學技術

1）基因組學技術概述。基因組學技術是一種綜合利用DNA 測序、比較基因組學、轉錄組學等方法對生物基因組進行全面、系統、深入研究的技術，可以發現、解析和控制基因組中的功能元件和機制。基因組學技術主要包括基因組測序、基因注釋、基因表達分析等。

2）基因組學技術在玉米育種中的應用。基因組測序：基因組學技術可以應用于玉米基因組的測序，通過對玉米基因組進行測序和分析，建立玉米的基因組圖譜，明確玉米基因組結構和特點，為玉米育種提供準確的基礎數據和信息。基因注釋：基因組學技術可以應用于玉米基因的注釋和分類，通過對玉米基因的注釋和分類，確定不同基因的結構、功能和表達，為玉米基因研究和育種提供詳細的信息和數據支持［5］。基因表達分析：基因組學技術可以應用于玉米基因表達的分析和調控，通過對玉米基因表達的分析和調控機制進行研究，可以發現和利用不同基因在玉米不同發育階段和環境條件下的表達差異和調控網絡，為玉米育種提供基因調控的新思路和方法。基因組選擇：基因組學技術可以應用于玉米基因組選擇和育種，通過建立分子標記與重要性狀的關聯模型，實現對玉米性狀的預測和選擇，從而提高玉米的產量和品質。基因組編輯：基因組學技術可以應用于玉米基因組的編輯和改良，利用基因組編輯技術調節玉米中有關產量、品質、抗性等方面的關鍵基因，可以實現玉米基因組的精準調控和改良，提高玉米的產量和質量。

3.5 細胞培養技術

1）玉米細胞培養技術概述。玉米細胞培養技術是指體外培養玉米的細胞、組織、器官等，并通過細胞分裂、愈傷組織、植株再生等過程，控制和調節玉米生長。玉米細胞培養技術包括組織培養、愈傷組織培養、植株再生和基因轉化等方面。

2）玉米細胞培養技術的應用。組織培養：組織培養是利用細胞培養技術將植物器官和組織切割成小塊，然后在適當的培養基上進行離體培養。組織培養可以應用于玉米幼胚、愈傷組織、幼嫩莖尖等組織的培養和繁殖，實現對玉米植株的快速繁殖和改良。愈傷組織培養：通過細胞培養技術將植物受傷的組織切割成小塊，在適當的培養基上進行離體培養，形成愈傷組織。愈傷組織培養可以應用于玉米愈傷組織的誘導和培養，實現對玉米基因和性狀的調控和改良。植株再生：利用細胞培養技術將植物組織培養、愈傷組織分化和生長成植株。植株再生可以應用于玉米愈傷組織的再生和轉化，實現對玉米基因和性狀的遺傳改良。基因轉化：基因轉化是利用細胞培養技術將外源基因導入玉米細胞中，并使其在細胞中表達和發揮作用的過程。基因轉化可以應用于導入具有特定功能的外源基因，如抗蟲、抗病、耐逆等基因，實現對玉米基因和性狀的遺傳改良。

4 推廣生物技術的措施

政府應出臺相關政策，加強對生物技術在玉米育種中的應用和發展的支持，加大對生物技術的投入力度，提供必要的資金和技術支持，鼓勵企業和科研機構加強技術研發和創新。同時，政府還應加強對生物技術的監管和管理，確保技術的安全性和可持續性。建立健全的技術標準和監管體系，對生物技術的研究和應用進行審批和監管。此外，鼓勵企業和科研機構加強知識產權的保護、管理，提高技術的商業化和市場化水平。

加強對從事玉米育種和生物技術研究的科技人員和專業人員的培訓和教育，提高其技術水平和專業素養。可以通過加強專業技術培訓和研討會，提高科研人員和企業從業人員的技能和素質，建立科技人才培養和交流機制，鼓勵科研人員和企業從業人員之間互動和交流。政府和企業還應加大科技人才的招聘和培養力度，提高生物技術人才的數量和質量。

建立玉米產業和生物技術產業的聯盟和合作機制，促進兩個產業之間的交流與合作，共同推進生物技術在玉米育種中的應用和發展。通過建立產業聯盟和產業鏈合作機制，促進玉米產業和生物技術產業的交流和合作，加強產學研合作，鼓勵企業和科研機構之間的合作和技術交流。此外，還可以采取建立示范項目、優惠政策等方式，鼓勵企業、科研機構開展合作和創新。

5 結束語

生物技術在玉米育種中的應用，具有廣闊前景和重要意義。雖然這些技術在應用中也存在一些挑戰和困難，但通過政策支持、科技培訓、產業聯盟、合理布局和宣傳教育等一系列措施，相信這些困難將會逐步得到解決。未來，隨著生物技術的不斷發展和進步，相信生物技術在玉米育種中的應用將會更加成熟和完善，為玉米產業的高效、精準和可持續發展注入新的動力。