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生物技术在玉米育种中的应用
孔庆法1 李桂鸿2
玉米与小麦和水稻被称为世界三大粮食作物.玉米不仅可以作为粮食供人们使用,还可以被应用于很多行业中.随着国民经济的发展,人们对玉米的需求量和质量都监护提出了更高的要求.玉米育种中,通过生物技术的应用,提高了育种的进度,缩短了育种的进程,培育出了抗病、优质、高产的玉米新品种.基于此,本文分别从细胞工程、基因工程和分子标记技术三个方面探讨了生物技术在玉米育种中的实际应用,希望能够得到广大读者的认可.
生物技术在玉米育种中的应用,开辟了见玉米育种的新途径.相较于常规玉米育种技术,生物育种技术具有选择效率高、生长周期短的优点,可以帮助人们在短时间内选择出优质、高产、抗病性和抗逆性强的玉米品种.因此,对玉米育种中生物技术的具体应用进行研究具有非常重要的意义.
1 细胞工程的应用
细胞工程是指结合遗传学和生物学对细胞展开研究,在外界适宜环境下对组织细胞进行培养、繁殖,并按照人们的意愿实现细胞结构的重新排列组合,使生物功能和结构加以改进,进而得到人们理想中的新品种.细胞工程在农业种植中主要被应用对新物种的改良和创新,促进植物体的繁殖.细胞或组织培养是细胞工程在玉米育种应用中的关键.早在1979年就有外国研究人员利用玉米幼胚为外体,诱导愈伤组织获得了再生植株.然而,受培养基、取材部位、植株基因型、发育阶段及组培环境等多种因素的影响,利用细胞工程进行玉米育种,其获得玉米再生植株的概率很小.多次研究表明,在利用细胞工程进行玉米育种时,结合细胞工程的相关理念,选择合适的基因材料、培养基和激素,提高诱导率,培育出新的玉米品种.此外,细胞工程中的单倍体技术在玉米育种中得到了一定的突破和研究,其中化学诱导孤雌生殖、Stock6单倍体技术、花药培养技术等是目前常见的玉米单倍体育种技术.单倍体技术在玉米育种中,虽取得了良好的效果,但仍存在一些缺陷,比如单倍体的诱导率不能提高、不良基因无法得到改善、基因间重组率较低等等,然而,该技术在玉米育种中的应用仍然应该受到充分重视.
2 基因工程的应用
基因工程是指结合分子遗传学理论,利用分子生物、化学和物理等方法,为不同出处的基因制作路径,将外源基因整合到玉米基因组中,改变玉米品种的种植性状,创造出新品种.截止到目前为止,农杆菌介导法、基因法和花粉管通道法是应用最为广泛的转基因技术手段.（1）农杆菌介导法.农杆菌介导法主要是利用农杆菌Ti质粒作为介导载体,Ti质粒上的T-DNA（转移DNA）可以将目的基因转移到植物受体细胞上并整合到植物基因组中,然后,再利用组织和细胞培养技术与转化技术培育出完整的转基因植株.比如,余桂荣等人于2013年利用农杆菌介导法成功将抗草甘膦双价基因转入到玉米幼胚细胞中.农杆菌介导法在玉米育种应用中表现出成功率高、操作简单、遗传稳定、效果好、费用低的优点.（2）基因法.基因法指的是一种利用载有外源DNA的金属微粒,加速后射入细胞中将外源DNA分子带到受体细胞中的遗传物质导入技术.早在1989年,Klein等人利用基因法将pat和gus基因成功导入到玉米悬浮细胞中,首次实现了基因法在玉米育种中的应用.基因法的优点是同时适用于双子叶和单子叶植物,同时还可以实现多种基因的同时转化.（3）花管粉通道法.花管粉通道间法是在植物授粉后,将含有目的基因的DNA溶液注射到子房内,借助植物受精时形成的花粉通道将目的基因导入受精卵细胞中,从而培育出新品种.李茫雪等人于2010年利用花粉管通道将Bt-CPTI双价抗虫基因导入玉米自交系,成功获得了抗虫玉米材料.
3 分子标记技术的应用
目前,分子标记技术已经被广泛地应用于诸多领域,其中,应用频率最高的分子标记技术包括RFLP、SSP和SNP等技术.分子标记技术是以DNA多态性为基础的遗传标记,具有遗传稳定、无组织特异性、多态性高、环境影响小以及覆盖整个基因组等优点.分子标记技术在玉米育种中主要被应用于定位目标性状基因、预测优势、划分群体、遗传多样性划分、遗传图谱构建等方面,有效地推动了玉米育种工作的发展.分子标记技术已经成为了玉米育种技术中的重要组成部分,但有些方面仍需要进行不断完善,比如探索低、自动化程度高的分子标记,如何实现常规育种与分子标记的有效结合,进一步研究表现型与基因型之间的关系,探索饱和玉米分子遗传图谱的构建等等.
总而言之, 生物技术虽然在玉米育种中获得了一定的成功,然而,该技术在玉米育种中的应用研究仍处于初级阶段,面临和需要解决问题还很多.随着科学技术和生物技术的不断发展,玉米育种必将更加高效、科学、合理,为我国玉米可持续生产的实现提供保障.
（作者单位：1.276300山东省临沂市沂南县农业局能源办公室；
2.273300山东省临沂市平邑县平邑街道办事处农业综合服务中心）
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