生物技術(shù)在玉米育種中的應(yīng)用

黃日放，陸春雄，黃兆福

（1.桂平市厚祿鄉(xiāng)農(nóng)業(yè)農(nóng)村中心，廣西 貴港 537221；2.貴港市覃塘區(qū)石卡鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村中心，廣西 貴港 537116；3.桂平市厚祿鄉(xiāng)綜合行政執(zhí)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(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展具有重要意義。然而，傳統(tǒng)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(xù)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(qū)。除了人類食用外，玉米還可以作為動物飼料和工業(yè)原料，如生產(chǎn)乙醇和淀粉等［1］。

1.2 傳統(tǒng)玉米育種方法

傳統(tǒng)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(chǎn)、抗病等優(yōu)良品種進行雜交，不斷篩選，以獲得更優(yōu)質(zhì)的品種。

1.3 現(xiàn)代玉米育種方法

現(xiàn)代玉米育種方法包括分子標記輔助選擇、基因組學(xué)、基因編輯和轉(zhuǎn)基因技術(shù)等新技術(shù)，可以更快速、準確地篩選優(yōu)良品種，提高玉米產(chǎn)量和質(zhì)量，并且可以對特定的遺傳特征進行精確改良。

2 生物技術(shù)在玉米育種中的優(yōu)勢與挑戰(zhàn)

2.1 生物技術(shù)在玉米育種中的優(yōu)勢

一是提高育種效率。傳統(tǒng)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(shù)可以通過基因編輯和轉(zhuǎn)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(tǒng)的育種方法往往受到雜交組合的限制，而生物技術(shù)可以精準地改變玉米的基因序列，實現(xiàn)對玉米性狀的精確控制和調(diào)節(jié)，提高育種精度。三是提高育種質(zhì)量。生物技術(shù)可以改良玉米的品質(zhì)、抗病性、耐旱性等方面的性狀，提高育種品質(zhì)和市場競爭力。例如，通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)導(dǎo)入Bt 毒素基因，可以提高玉米的抗蟲性，降低農(nóng)藥施用量，減少環(huán)境污染。四是提高育種多樣性，豐富市場供給。傳統(tǒng)的育種方法往往受到雜交組合的限制，而生物技術(shù)可以開發(fā)出適應(yīng)不同生態(tài)環(huán)境和用途的玉米品種，增加育種多樣性。五是增強抗性。轉(zhuǎn)基因技術(shù)可以將特定基因?qū)胗衩谆蚪M中，增強玉米對病害和逆境的抗性［2］。

2.2 生物技術(shù)在玉米育種中的挑戰(zhàn)

一是安全問題。生物技術(shù)應(yīng)用于玉米育種中，需要考慮轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的安全性、可持續(xù)性和社會接受度等問題，以保證產(chǎn)品的安全和可持續(xù)發(fā)展。例如，轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品對生態(tài)環(huán)境和人類健康的影響需要進行充分評估、監(jiān)測。二是費用問題。生物技術(shù)在玉米育種中的應(yīng)用需要大量研發(fā)費用，高昂的費用會增加育種成本，限制技術(shù)的廣泛應(yīng)用。如何降低研發(fā)費用，促進技術(shù)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(shù)應(yīng)用于玉米育種中，需要遵循倫理原則，充分尊重生命和環(huán)境，保護生態(tài)環(huán)境和人類健康。例如，轉(zhuǎn)基因技術(shù)涉及基因污染、生物多樣性保護等問題，需要綜合考慮生態(tài)、社會和經(jīng)濟因素，保障生態(tài)、社會和經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展。四是法律問題。生物技術(shù)在玉米育種中的應(yīng)用需要遵守相關(guān)法律和政策，保障消費者權(quán)益和社會公正性。例如，轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品需要符合國際國內(nèi)標準和規(guī)定，進行嚴格的監(jiān)管和審批，以確保產(chǎn)品的質(zhì)量和安全。五是公眾接受度問題。生物技術(shù)在玉米育種中的應(yīng)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(shù)在玉米育種中的應(yīng)用

3.1 玉米育種應(yīng)用分子標記技術(shù)

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

2）分子標記技術(shù)在玉米育種中的應(yīng)用。種質(zhì)資源鑒定：分子標記技術(shù)可以應(yīng)用于玉米種質(zhì)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(zhì)資源的親緣關(guān)系，篩選出適合育種的材料，促進育種的發(fā)展。基因定位：分子標記技術(shù)可以應(yīng)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(guān)聯(lián)基因和位置，實現(xiàn)玉米育種的目標導(dǎo)向和精準控制。鑒定品種：分子標記技術(shù)可以應(yīng)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(quán)益［3］。基因組選擇：分子標記技術(shù)可以應(yīng)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(guān)聯(lián)模型，實現(xiàn)對玉米性狀的預(yù)測和選擇，提高玉米的產(chǎn)量和品質(zhì)。分析雜交親緣關(guān)系：分子標記技術(shù)可以應(yīng)用于玉米雜交親緣關(guān)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(guān)系。

3.2 基因編輯技術(shù)

1）基因編輯技術(shù)概述。基因編輯技術(shù)是一種利用分子生物學(xué)手段對基因進行精準編輯的技術(shù)，可以精確地改變基因序列，實現(xiàn)對生物性狀的精確控制和調(diào)節(jié)。目前，最常用的基因編輯技術(shù)是CRISPR/Cas9 系統(tǒng)，可以利用RNA 導(dǎo)向Cas9 蛋白對目標基因進行精準切割，實現(xiàn)基因的修飾和改造。

2）基因編輯技術(shù)在玉米育種中的應(yīng)用。改良抗病性：基因編輯技術(shù)可以應(yīng)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(nóng)藥施用量。改良品質(zhì)：基因編輯技術(shù)可以應(yīng)用于玉米品質(zhì)的改良，利用基因編輯技術(shù)調(diào)節(jié)淀粉合成途徑中的關(guān)鍵基因，可以提高玉米淀粉含量和質(zhì)量，改善玉米的口感和加工性質(zhì)。提高產(chǎn)量：應(yīng)用基因編輯技術(shù)改變玉米中有關(guān)根系發(fā)育和汲取營養(yǎng)物質(zhì)的基因，可以增強玉米汲取營養(yǎng)物質(zhì)和水分的能力。改良耐逆性：基因編輯技術(shù)可以應(yīng)用于改良玉米耐逆性。例如，利用基因編輯技術(shù)改變玉米中有關(guān)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(yīng)性和生產(chǎn)力。培育新品種：基因編輯技術(shù)可以應(yīng)用于玉米新品種的培育，通過應(yīng)用基因編輯技術(shù)可對玉米進行多個基因的修改和組合，創(chuàng)造出更適合不同環(huán)境和用途的玉米品種，促進玉米產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

3.3 轉(zhuǎn)基因技術(shù)

1）轉(zhuǎn)基因技術(shù)概述。轉(zhuǎn)基因技術(shù)是一種利用分子生物學(xué)手段將外源基因?qū)胨拗骰蚪M中的技術(shù)，可以實現(xiàn)對生物性狀的精確改良和控制。在玉米中，常用的轉(zhuǎn)基因技術(shù)是將含有抗蟲Bt 毒素基因的轉(zhuǎn)基因DNA 導(dǎo)入玉米基因組中，提高玉米對害蟲的抗性［4］。

2）轉(zhuǎn)基因技術(shù)在玉米育種中的應(yīng)用。改良抗蟲性：將Bt 毒素基因?qū)胗衩字校梢蕴岣哂衩讓οx的抗性，減少農(nóng)藥施用量，降低環(huán)境污染程度。改良抗病性：利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)將外源基因?qū)胗衩字校梢栽鰪娪衩讓Σ≡⑸锏目剐裕档筒『Φ陌l(fā)生概率，提高玉米品質(zhì)。改良品質(zhì)：通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)調(diào)節(jié)淀粉合成途徑中的關(guān)鍵基因，可以提高玉米淀粉含量和質(zhì)量，改善玉米的口感和加工性質(zhì)。提高產(chǎn)量：轉(zhuǎn)基因技術(shù)可提高玉米產(chǎn)量。應(yīng)用該生物技術(shù)能夠改變玉米中有關(guān)根系發(fā)育和汲取營養(yǎng)物質(zhì)的基因，可以提高玉米汲取營養(yǎng)物質(zhì)和水分的能力，提高玉米的產(chǎn)量和品質(zhì)。培育新品種：利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)對玉米進行多個基因的修改和組合，可以創(chuàng)造出更適合不同環(huán)境和用途的玉米品種，促進玉米產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新和發(fā)展。

3.4 基因組學(xué)技術(shù)

1）基因組學(xué)技術(shù)概述。基因組學(xué)技術(shù)是一種綜合利用DNA 測序、比較基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)等方法對生物基因組進行全面、系統(tǒng)、深入研究的技術(shù)，可以發(fā)現(xiàn)、解析和控制基因組中的功能元件和機制。基因組學(xué)技術(shù)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(xué)技術(shù)在玉米育種中的應(yīng)用。基因組測序：基因組學(xué)技術(shù)可以應(yīng)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(jié)構(gòu)和特點，為玉米育種提供準確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和信息。基因注釋：基因組學(xué)技術(shù)可以應(yīng)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(jié)構(gòu)、功能和表達，為玉米基因研究和育種提供詳細的信息和數(shù)據(jù)支持［5］。基因表達分析：基因組學(xué)技術(shù)可以應(yīng)用于玉米基因表達的分析和調(diào)控，通過對玉米基因表達的分析和調(diào)控機制進行研究，可以發(fā)現(xiàn)和利用不同基因在玉米不同發(fā)育階段和環(huán)境條件下的表達差異和調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，為玉米育種提供基因調(diào)控的新思路和方法。基因組選擇：基因組學(xué)技術(shù)可以應(yīng)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(guān)聯(lián)模型，實現(xiàn)對玉米性狀的預(yù)測和選擇，從而提高玉米的產(chǎn)量和品質(zhì)。基因組編輯：基因組學(xué)技術(shù)可以應(yīng)用于玉米基因組的編輯和改良，利用基因組編輯技術(shù)調(diào)節(jié)玉米中有關(guān)產(chǎn)量、品質(zhì)、抗性等方面的關(guān)鍵基因，可以實現(xiàn)玉米基因組的精準調(diào)控和改良，提高玉米的產(chǎn)量和質(zhì)量。

3.5 細胞培養(yǎng)技術(shù)

1）玉米細胞培養(yǎng)技術(shù)概述。玉米細胞培養(yǎng)技術(shù)是指體外培養(yǎng)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(diào)節(jié)玉米生長。玉米細胞培養(yǎng)技術(shù)包括組織培養(yǎng)、愈傷組織培養(yǎng)、植株再生和基因轉(zhuǎn)化等方面。

2）玉米細胞培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用。組織培養(yǎng)：組織培養(yǎng)是利用細胞培養(yǎng)技術(shù)將植物器官和組織切割成小塊，然后在適當?shù)呐囵B(yǎng)基上進行離體培養(yǎng)。組織培養(yǎng)可以應(yīng)用于玉米幼胚、愈傷組織、幼嫩莖尖等組織的培養(yǎng)和繁殖，實現(xiàn)對玉米植株的快速繁殖和改良。愈傷組織培養(yǎng)：通過細胞培養(yǎng)技術(shù)將植物受傷的組織切割成小塊，在適當?shù)呐囵B(yǎng)基上進行離體培養(yǎng)，形成愈傷組織。愈傷組織培養(yǎng)可以應(yīng)用于玉米愈傷組織的誘導(dǎo)和培養(yǎng)，實現(xiàn)對玉米基因和性狀的調(diào)控和改良。植株再生：利用細胞培養(yǎng)技術(shù)將植物組織培養(yǎng)、愈傷組織分化和生長成植株。植株再生可以應(yīng)用于玉米愈傷組織的再生和轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)對玉米基因和性狀的遺傳改良。基因轉(zhuǎn)化：基因轉(zhuǎn)化是利用細胞培養(yǎng)技術(shù)將外源基因?qū)胗衩准毎校⑹蛊湓诩毎斜磉_和發(fā)揮作用的過程。基因轉(zhuǎn)化可以應(yīng)用于導(dǎo)入具有特定功能的外源基因，如抗蟲、抗病、耐逆等基因，實現(xiàn)對玉米基因和性狀的遺傳改良。

4 推廣生物技術(shù)的措施

政府應(yīng)出臺相關(guān)政策，加強對生物技術(shù)在玉米育種中的應(yīng)用和發(fā)展的支持，加大對生物技術(shù)的投入力度，提供必要的資金和技術(shù)支持，鼓勵企業(yè)和科研機構(gòu)加強技術(shù)研發(fā)和創(chuàng)新。同時，政府還應(yīng)加強對生物技術(shù)的監(jiān)管和管理，確保技術(shù)的安全性和可持續(xù)性。建立健全的技術(shù)標準和監(jiān)管體系，對生物技術(shù)的研究和應(yīng)用進行審批和監(jiān)管。此外，鼓勵企業(yè)和科研機構(gòu)加強知識產(chǎn)權(quán)的保護、管理，提高技術(shù)的商業(yè)化和市場化水平。

加強對從事玉米育種和生物技術(shù)研究的科技人員和專業(yè)人員的培訓(xùn)和教育，提高其技術(shù)水平和專業(yè)素養(yǎng)。可以通過加強專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)和研討會，提高科研人員和企業(yè)從業(yè)人員的技能和素質(zhì)，建立科技人才培養(yǎng)和交流機制，鼓勵科研人員和企業(yè)從業(yè)人員之間互動和交流。政府和企業(yè)還應(yīng)加大科技人才的招聘和培養(yǎng)力度，提高生物技術(shù)人才的數(shù)量和質(zhì)量。

建立玉米產(chǎn)業(yè)和生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的聯(lián)盟和合作機制，促進兩個產(chǎn)業(yè)之間的交流與合作，共同推進生物技術(shù)在玉米育種中的應(yīng)用和發(fā)展。通過建立產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟和產(chǎn)業(yè)鏈合作機制，促進玉米產(chǎn)業(yè)和生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的交流和合作，加強產(chǎn)學(xué)研合作，鼓勵企業(yè)和科研機構(gòu)之間的合作和技術(shù)交流。此外，還可以采取建立示范項目、優(yōu)惠政策等方式，鼓勵企業(yè)、科研機構(gòu)開展合作和創(chuàng)新。

5 結(jié)束語

生物技術(shù)在玉米育種中的應(yīng)用，具有廣闊前景和重要意義。雖然這些技術(shù)在應(yīng)用中也存在一些挑戰(zhàn)和困難，但通過政策支持、科技培訓(xùn)、產(chǎn)業(yè)聯(lián)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(shù)的不斷發(fā)展和進步，相信生物技術(shù)在玉米育種中的應(yīng)用將會更加成熟和完善，為玉米產(chǎn)業(yè)的高效、精準和可持續(xù)發(fā)展注入新的動力。