轉基因技術在玉米育種中的應用研究

姬長媛

（吉林市農業科學院，吉林 吉林 132000）

轉基因玉米是使用DNA 重組技術，通過克隆的方式把外源基因轉移到玉米受體之中產生定向穩定的遺傳，使其后代變成具有穩定遺傳性狀的玉米。

1 轉基因玉米種類

1.1 抗蟲轉基因玉米

據不完全統計，因病蟲害造成的全球農作物損失高達37%，其中13% 是由蟲害引起的。我國作為玉米種植大國是玉米螟的多發重發區，幾乎每兩年就會發生一次大型蟲災，其中玉米螟造成的損失達5% 左右。抗蟲轉基因玉米主要是將BT 毒蛋白和抗蟲基因導入玉米基因中。BT 毒蛋白作為一種原病毒存在于孢晶體內，芽孢在成型的過程中會產生一種殺蟲晶體蛋白(ICP)，此蛋白被昆蟲攝取后，昆蟲幼蟲的腸道環境會與其發生反應產生毒性多肽分子，致使幼蟲停止進食而死亡。抗蟲轉基因玉米投入使用后會大幅度降低蟲害，提高玉米產量。BT毒蛋白已在美國等國家廣泛應用。

1.2 抗除草劑轉基因玉米

大多玉米種植的除草方式是使用除草劑，除草劑雖然使用方便快捷、省時省力，但在殺死雜草的同時會誤殺玉米，還會污染環境。抗除草劑轉基因玉米是將除草劑的耐性基因轉移到玉米上，使玉米具有較強的耐受性，噴灑除草劑時將不會受到傷害，以此來提高玉米產量。

1.3 改良蛋白質的轉基因玉米

目前，我國玉米的產量較高，但品質相對較差，蛋白質和賴氨酸含量低，賴氨酸只占干重的0.27%。改良蛋白質的轉基因玉米是通過克隆外源蛋白基因來提高玉米品質，把普通的玉米變成具有優良性狀的玉米。研究發現，在玉米種子中轉入富含賴氨酸的馬鈴薯花粉特異水溶性蛋白，可以將賴氨酸含量提高到10% 以上。

2 目前應用的轉基因技術

2.1 農桿菌介導法

農桿菌是一種天然的植物基因轉化系統，其含有的Ti 或 Ri 質粒具有攜帶外源基因的功能，經過遺傳工程的方法對農桿菌及質粒加以改造，并導入外源基因，借助農桿菌對植物的感染特性將外源基因帶入植物細胞內，從而完成轉化過程。應用最多的是農稈菌Ti 質粒介導的轉化系統，該轉化系統是目前研究最多、理論機理最清楚、技術方法最成熟的基因轉化途徑。

2.2 基因槍法

基因槍法是將 DNA 包裹于微小的金屬鎢或金粒的表面，在高壓下使金屬顆粒噴射高速穿透受體細胞或組織，使外源基因進入受體細胞核并整合表達的過程。基因槍目前主要有3 種：火藥槍基因槍、氣動式基因槍和放電式基因槍。基因槍轉化的優點是無宿主限制、靶體類型廣泛、操作簡便，但轉化頻率低、插入位點、插入拷貝數不定。

2.3 鋅指核酸酶

鋅指核酸酶是人工改造的限制酶，由鋅指結構的DNA 結合結構域和DNA 切割結構域融合而成。它們能夠識別并結合指定的位點，高效且精確地切斷靶DNA。隨后細胞利用天然的DNA 修復過程——“同源定向修復” 或 “非同源末端連接” 來治愈靶的斷裂。研究人員可以隨心所欲地進行基因組編輯，包括基因修復、基因刪除和定向的基因添加。

2.4 花粉管通道法

花粉管通道法是在花粉授粉之后，將外源基因溶液注射到子房，使其沿花粉管通道滲入，通過珠心后進入胚囊整合受體細胞基因組。該技術與其他轉基因方法相比，具有操作簡單、方便、育種時間短等優點，并且這種方法對任何基因源都適用。

3 轉基因技術在玉米育種中的應用

3.1 轉基因技術在改良玉米品質中的應用

玉米品質和產量直接關系到玉米種植者的經濟利益，如何改善玉米品質，并提高玉米產量是玉米育種的重要目標之一。采用轉基因技術改良玉米品質過程中，可以對玉米的單一品質，比如淀粉含量、纖維素含量和蛋白質含量等進行定量改良，從而有效改善玉米口感，提高玉米營養價值。同時，通過轉基因技術還可以對玉米產量和大小等進行精確調控，使玉米提高產量。

3.2 轉基因技術在提高玉米抗病性中的應用

在玉米苗期，一些病害容易發生，造成玉米減產嚴重，而培育抗病性強的品種有利于減少病害對玉米種植者造成的損失。通過分子生物學手段找出其他植物對某種病害具有很強抗性的相關基因，然后通過轉基因技術將其導入玉米中，從而可以有效提高玉米對該種病害的抗性。

3.3 轉基因技術在提高玉米抗除草劑中的應用

草害是玉米種植過程中遇到的常見問題之一，尤其是在玉米苗期，雜草生長速度快，容易爭奪玉米的養分，并對玉米造成遮擋，使玉米缺乏光照，嚴重影響了玉米的生產。對于草害，人工除草費時費工，而且效果不夠理想，而藥劑除草高效快捷，深受玉米種植者的喜愛。然而在噴灑除草劑的過程中，玉米容易遭受藥害而死亡，因此提高玉米對除草劑的抗性也是玉米育種的重要目標之一。通過轉基因技術可以將抗除草劑基因直接轉入玉米細胞中，從而提高玉米對除草劑的抗性，從根本上解決玉米產生藥害的問題，有助于玉米田間高效除草，促進玉米安全生產。

3.4 轉基因技術在提高玉米抗蟲性中的應用

玉米鉆心蟲是玉米的主要害蟲之一，不僅可以危害玉米莖葉，還會直接危害玉米果實，給玉米種植者帶來巨大經濟損失。通過轉基因技術將抗蟲蛋白基因轉入玉米細胞中，可以培育出抗蟲玉米。這不僅可以減少玉米種植過程中農藥的使用，而且還可以保證玉米不受玉米鉆心蟲危害，從而促進玉米安全生產，提高玉米種植者的經濟效益。

4 未來轉基因技術在玉米育種中的發展展望

轉基因玉米育種具有很大潛力，是育種工作取得新突破的希望所在，我國作物育種方向長期以來以高產為主，但今后為實現大范圍的持續均衡增產還必須以抗逆、廣適應為新的育種目標，通過轉基因途徑培育抗旱節水新品種大有希望，但實際上困難很多。

未來的玉米育種，應切實加強轉基因育種的系統性研究和有針對性開發，在繼續重視高產與超高產性狀的同時，重點研究如何提高玉米抗逆與廣適應上，特別是抗干旱與水土資源高效利用上，切實加強抗旱轉基因育種的基礎理論研究，培育出抗病蟲害、耐高鹽堿并且具有更高產量和品質的新品種。