生物技術在玉米育種中的應用

王成

（山東省鄒平縣黛溪街道辦事處，山東 鄒平 256200）

摘 要：隨著科技水平的發(fā)展，農業(yè)生產也漸漸步入了科學化、技術化的時代。生物技術的迅猛發(fā)展以及廣泛運用給技術化種田提供了技術支持。在玉米育種中，采用生物技術育種與傳統(tǒng)常規(guī)的育種技術相結合的方式，培育出了玉米的新品種，這種新品種高產、抗逆、優(yōu)質、抗病，提高了玉米的育種效率，縮短了育種進程。本文將從玉米生物技術育種的種類以及特點展開論述，分析基因工程技術在玉米抗病、抗蟲、抗藥劑以及品種改良方面的應用，總結我國在轉基因玉米育種的成果。

關鍵詞：生物技術；玉米育種；轉基因技術

中圖分類號：S513 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20170230036

玉米在糧食作物中，是僅次于水稻和小麥的世界第3大糧食作物，我國玉米播種面積高達0.2億hm2左右，僅次于美國。玉米在人們日常生活生產中的地位顯得愈來愈重要。它不僅是一種糧食作物，同時在能源、醫(yī)療、工業(yè)等多方面都發(fā)揮著很重要的作用。隨著社會的進步，人們生活水平的不斷提高，對于玉米的需求量也越來越高，但是近年來，由于耕地面積不斷減少，自然災害、病蟲災害的頻發(fā)，導致玉米產量逐年下降，人們對于高產抗病的玉米新品種的渴望日益強烈，這就對玉米育種有更高的要求。生物技術與傳統(tǒng)常規(guī)技術相結合培育出的新品種滿足了人們這一需求。

1 生物技術在玉米育種中的應用

自20世紀80年代始，科學家以及農業(yè)學家們嘗試利用生物工程技術，把外源或者經(jīng)體外修飾后的內源基因導入到植物當中，改良品種的種植性狀，并且獲得成功。20世紀90年代轉基因玉米的研究取得了突破性進展。玉米的轉基因育種是指通過物理、化學以及分子生物學等多種方法將外源基因整合到玉米基因中，并在玉米中表達目標蛋白，從而使玉米獲得外源基因的所有表達。玉米轉基因育種是通過基因轉移方法創(chuàng)造玉米新種質或新品種。最近這幾年以來，生物工程的興起，特別是基因工程技術在品種改良中的應用，為培育抗性品提供了新的發(fā)展方向以及新的技術手段，其中轉基因技術將玉米基因庫中不具有的抗性基因導入玉米中，實現(xiàn)了傳統(tǒng)常規(guī)育種方式無法達到的基因重組，進而提高了育種的水平。到目前為止，抗蟲的轉基因玉米是研究的最為成熟的，抗除草劑的轉基因玉米也獲得很大進展。轉基因生物工程技術在玉米育種當中的應用，打破了原有的物種間基因交流界限，充分利用了自然界其他物種的優(yōu)秀基因資源，突破了原有的玉米育種的種種局限，實現(xiàn)了對于玉米選種的定向改良。

2 常見的玉米轉基因技術

根據(jù)對于玉米的外源基因遺傳轉化原理 ，可以把玉米轉基因技術大致分為3類：農桿菌介導的基因轉化方法、DNA 直接導入的基因轉化技術以及花粉管通道介導的基因轉化技術。到目前為止，應用最為廣泛的是農桿菌介導法、基因槍法和花粉管通道法。

2.1 農桿菌介導法

通常所說的農桿菌是指在土壤中，生活在植物根的表面，通過根組織滲透出來的營養(yǎng)物質來維系生存的革蘭氏陰性細菌。主要包括2種：根癌農桿菌和發(fā)狀農桿菌，在農桿菌介導植物基因轉化中應用最多的是根癌農桿菌。它可以通過侵染植物的受傷部位將其 Ti質粒上的T-DNA區(qū)轉移到植物受體細胞并整合到植物基因組中，因此利用 Ti質粒介導基因轉化系統(tǒng)的研究引起人們廣泛關注并取得極大成功。

采用農桿菌介導法在玉米遺傳改良中有很多優(yōu)點。這個轉化系統(tǒng)利用的是天然的轉化載體系統(tǒng)，成功率高，效果好。遺傳穩(wěn)定，費用低，操作簡單。近年來，通過科學家的不斷努力，對于農桿菌介導法的不斷優(yōu)化，使得這種方法在玉米轉基因的應用中越來越廣泛，取得了不錯的成果。

2.2 基因槍法

基因槍法又被稱之為粒子轟擊，這種方法是在1987年創(chuàng)立的，它是利用高速運動的金屬微粒將附著于微粒表面的外源 DNA分子帶入到受體細胞中的一種遺傳物質導入技術。

基因槍法不僅適用于單子葉植物，也適用于雙子葉植物，同時可以實現(xiàn)多種基因的同時轉化，獲得再生植株。縱然它的優(yōu)點很多，但是它的缺點也特別突出，費用高，操作過程繁瑣，在轉化DNA片段的時候容易斷裂，外源基因沉默或者拷貝不完整。

2.3 花管粉通道法

花管粉通道法是由我國學者周廣宇在20世紀80年代提出的。花管粉通道法指在授粉之后向子房內注射含有基因的DNA溶液，利用植物開花受精的時候形成的花粉通道，將外源DNA導入受精卵細胞，并進一步地被整合到受體細胞的基因組中，隨著受精卵的發(fā)育而成為帶轉基因的新個體。通過這種方式育種的優(yōu)點有很多。不用組織培養(yǎng)獲得再生苗，克服了受體植株再生難的問題。操作簡單，轉化率高，轉化周期短，受環(huán)境的限制小。但是這種方法也存在一定的缺陷，后代外源基因遺傳穩(wěn)定性較差，且往往不符合孟德爾分離定律，不利于后續(xù)研究的開展。

3 轉基因玉米研究的進展

雖然目前仍然以傳統(tǒng)常規(guī)技術為主，近些年來，由于生物技術的迅猛發(fā)展，在各種農作物上取得的突破性進展，這些技術手段為玉米育種提供了更廣泛的育種方法。其中比較有代表性的抗除草劑轉基因玉米培育，抗蟲基因玉米的培育，抗逆轉基因玉米的培育。

3.1 抗除草劑轉基因玉米培育

雜草是農民種田過程中遇到的比較頭疼的問題，由于雜草處理起來很麻煩，而且除去，不久又會再生。為了解決這一難題，人們通常噴灑除草劑，對于除草劑的使用，不僅減少了農民田間管理的工作量，而且提高了工作效率，但是通常在除草的同時，也會對玉米產生影響，常規(guī)的玉米品種中缺少對抗除草劑的合適基因。2013年余桂容等人通過農桿菌介導法將抗草甘膦雙價基因 G2R79-epsps 轉入玉米幼胚細胞，獲得 7 株轉基因陽性植株，獲得了可耐6%草甘膦的轉基因玉米材料，為抗除草劑玉米新品種選育提供了較好的基礎材料。抗除草劑轉基因玉米的培育，正好解決了這一難題。

3.2 抗蟲基因玉米的培育

病蟲害一直是影響玉米質量與產量的重要因素。為了解決這一難題，自20世紀90年代以來，通過對于轉基因技術的研究，在抗蟲轉基因玉米的品種培育上取得了突破性的進展。目前對于抗蟲轉基因玉米的研究主要集中在多價抗蟲基因的同時轉化以及抗蟲基因優(yōu)化2方面。經(jīng)過多年的努力，具有很好的抗蟲效果的轉基因玉米材料已經(jīng)被研制出來，并且已經(jīng)進入安全證書申請階段。

3.3 抗逆轉基因玉米的培育

近年來，自然災害頻發(fā)，旱澇、鹽堿以及污染等，致使玉米減產。通過科學家和農業(yè)學家的不斷研究與實驗，通過抗逆功能基因的遺傳轉化及抗逆相關轉錄因子的超表達提高玉米的抗逆性，提高玉米對抗自然災害能力，從而保證玉米的產量。

4 結論

文中通過以上論述，簡單闡述了轉基因玉米生物技術育種的應用及其研究成果，可以看出在轉基因玉米培育上已經(jīng)取得很多成果，來提高玉米的產量，同時，展望了基因工程技術和轉基因玉米的研究進展在玉米育種中的應用前景，總結了生物技術與常規(guī)育種相結合的重要性。在國內，對于生物育種也給予了高度重視，生物技術是對常規(guī)育種方法的一種發(fā)展和補充，填補了常規(guī)育種方法的不足，但是在提高玉米的產量的同時也不能忽視玉米的質量，對于轉基因玉米的培育還有很長的路要走。隨著科學技術的發(fā)展，玉米育種一定會更加科學化、高效化。進一步促進我國玉米生產的長期穩(wěn)定發(fā)展和加快經(jīng)濟建設做出了更大的貢獻。

參考文獻

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