浅析生物技术在玉米育种中的应用

杨晓培

一、植物细胞工程在玉米育种中的应用

由于植物的细胞具有在发育上的全能性，即植物的细胞有发育成完整生物体的潜能，这是植物细胞工程的理论基础。植物细胞工程是以植物细胞的全能性和体细胞有丝分裂的均等性为理论依据，以细胞为基本单位进行培养，增值或按照人们的意愿改造细胞的某些生物学特性，从而改良和创造新的物种，以获得优质的、符合人民意愿的新品种。细胞工程是一个复杂的工程，涉及到诸多理论与实际操作技术，在玉米的育种过程中，细胞和组织培养是关键，也就是将玉米的器官进行离地的、无菌的培养。然而，在受培养基、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。试验证明，在利用细胞工程进行玉米育种时，选择合适的培养基，材料与激素等可以提高获得再生植珠的比例。20世纪90年代，中科院已經通过细胞工程培育成第三代青饲玉米新品种“科多8号”。该品种具有分枝多穗、根系发达、抗旱、抗倒、持绿度强、适应性强等特点，种植过程中表现出较好的性状与产量。

二、基因工程在玉米育种中的应用

基因工程又称为基因拼接技术和DNA重组技术，将外源基因通过体外重组后导入玉米的受体细胞中，使这个基因能在玉米受体细胞内复制、转录、翻译表达的操作，同时赋予玉米新的农艺性状，如抗虫、抗病、抗逆、高产和优质等。在传统的育种过程中，不同物种受性的制约是不能杂交的，基因工程育种可以打破这种障碍，大大的缩短了育种年限，提高了效率。随着首例转基因植物烟草于1983年培育成功，各国科学家都开始了转基因玉米的研究。我国的转基因玉米也在快速的发展之中，目前，基因枪法、农杆菌介导法、花粉管通道法是比较常用的转基因方法。

虫害一直严重的影响着玉米的产量，传统的治虫方法主要是利用化学试剂，但由于传统的化学试剂没有选择性，对玉米本身与虫子的天敌也会造成严重的损害，长此以往还会造成生态与环境的破坏。利用基因工程培育玉米新品种可以解决这一难题，我国科学家王国英等，成功地利用基因枪法把Bt基因转到玉米幼胚中，并在植株中表达出CryIA（b）基因，从而培育出了具有抗虫基因的玉米。铁双贵等用基因枪介导法将含有CryIAc基因的质粒转入玉米愈伤组织，获得转Bt基因的玉米植株。

除了培育出抗虫基因的玉米品种外，我国还培育出了抗除草剂玉米品种，抗病玉米品种等新品种。如马云霞等通过农杆菌介导法将抗草甘膦基因sxglr-11转化到玉米中，并稳定遗传;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;刘昭军等通过花粉管通道法将葡萄糖氧化酶基因（GO）转入玉米，转化后的植株抗玉米大斑病能力有所提高。

三、单倍体育种在玉米育种中的应用

单倍体育种是玉米的育种手段之一，即利用植物组织培养技术诱导产生玉米单倍体植株，再利用秋水仙素处理使其染色体加倍，从而使植株恢复正常染色体数。

在自然界中，大多数生物是二倍体。单倍体育种的基础是要获得单倍体。由于单倍体高度不育，其生命力比较弱小，因此，在自然界中单倍体的数量很少。我们主要用这几种方法获得单倍体。

（一）孤雌生殖

让经过X射线或者紫外线处理过的玉米花粉粒去给正常植株授粉，让未受精的花粉去刺激未受精的卵细胞单性发育成单倍体的坯，利用异种花粉授粉，刺激未受精卵发育引起孤雌生殖产生单倍体。

（二）花粉花药培养

用花粉、花药组织培养技术获得单倍体。此方法在获得单倍体同时，还常常出现已经自然加倍了的二倍体和双倍体。

（三）远缘杂交单亲染色体消失

在远缘杂交种，可能由于双亲体细胞分裂周期的不同步，导致某一亲本染色体的丢失，从而引起单倍体的发生。

（四）辐射照射法

用射线照射花粉后给雄的母本授粉，从而产生单倍体。单倍体获得后，用人工方法将其加倍从而使植株恢复正常染色体数。目前，常用的方法是在细胞进行有丝分裂时，用秋水仙素阻止已经复制的染色体向两极移动从而实现染色体的加倍。目前，我国的中科院遗传研究所利用单倍体育种已经培育出遗单6号、科玉10号等品种，并且已在生产中进行推广应用。

随着生物技术的发展，生物育种技术在实际生产中得到了越来越多的应用，越来越多的食品（如转基因大豆，转基因玉米）等进入人们的餐桌。但生物技术是一把双刃剑，危害目前尚无定论，对此国家应该建立严格的法律法规，对其实施严密的监控。另外，生物技术育种并不能够完全的取代传统育种方法，两者应优势互补，相辅相成，这样才能培育出最优质的种子。科研人员要利用我国丰富的基因资源，加强研究与管理，使其健康的发展，在世界上占有一席之地。