玉米遗传育种技术类型及发展前景

郭峰 吴建萍 郭瑜 段运平 刘守渠

[摘 要] 现代科技在农业生产中发挥着重要作用，是提高作物产量及品质的基石。玉米是继水稻之后的第二大农作物，其育种相关技术发展至关重要。基于此，本文主要对玉米遗传育种技术发展背景、类型进行分析，并展望玉米遗传育种技术发展前景。

[关键词] 玉米遗传育种技术;类型;发展前景

[中图分类号] S513 [文献标识码] A [文章编号] 1674-7909（2020）20-66-2

对于玉米种植而言，育种始终是影响其产量及品质的关键因素，因此遗传育种技术的发展备受学术界关注。

1 玉米遗传育种技术发展背景

正所谓，民以食为天。在人类生命存续的整个周期，出于健康方面的需求，需要摄入各种各样的营养元素。玉米是人们最常见的食用食材之一，含有人体必需的多种氨基酸，而且维生素E、B1、B2、B6等含量丰富，在延缓衰老、抗击皱纹、明目等方面具有重要的营养价值。同时，玉米是重要的牲畜饲料、医用化工原料，有着较大的需求空间。我国是世界上最大的玉米生产国之一，玉米种植地主要分布在东北、华北和西南地区，形成了一个东北到西南的狭长玉米种植带，对先进科技的发展与应用是提升玉米产出效率的关键一环。并且据科学研究表明，相较于小麦、水稻等其他传统作物，玉米通过C4循环进行光合作用，有着更大的增产空间，因而成为遗传育种技术研究的重点领域。另外，随着社会经济的发展，人们的生活品质大幅提升，加之“健康中国”的战略导引作用，使人们对商品的营养价值要求越来越高，高度关注农产品的品质，玉米的高产、优质种植显得至关重要。正是基于玉米丰富的营养价值及巨大的需求空间，为玉米遗传育种技术的发展奠定了基础，事实上也取得了斐然成就，如SSR标记技术、染色体工程及转基因培育技术等实际应用愈加廣泛。

2 玉米遗传育种技术类型

时至今日，随着科学技术的不断发展，玉米遗传育种技术研究取得了巨大成就，技术类型越来越多样，应用愈加广泛，如SSR标记技术、染色体工程、转基因技术等。

2.1 SSR标记技术

SSR标记也被称为微卫星DNA，作为近年发展起来的一种以特异引物PCR为基础的分子标记技术，是由几个核苷酸为重复单位组成的长达几十个核苷酸的串联重复序列，现已被广泛应用于遗传图谱的构建、目标基因的标定、指纹图的绘制等研究领域。相较于其他分子标记技术，SSR标记的等位基因数量更多，而所需的DNA数量和质量要求并不高，呈现出共显性遗传特性，因而不易被自然选择或人工选择所淘汰，优势表现十分多样，是解析种质资源遗传多样性及其群体结构特征的关键技术手段，为种质资源创新奠定了基础。现阶段，基于SSR标记技术应用构建的遗传图谱已然获得了较大的发展，明显改善了遗传图谱的分辨率饱和度，同时可应用于玉米单倍体加倍获得双单倍体的鉴定，提高准确性的同时相关成本消耗有所降低。事实上，王凤格等曾通过36个SSR引物对418个单倍体加倍获得双单倍体的DH系进行分析鉴定，并通过与田间形态性状的调查比对，证明了SSR分子标记技术的应用可行性及价值[1]。在具体的操作实践中，充分利用品种DNA差异化的组成，并标记上相应的可见式条码，可由此获得丰富的遗传信息[2]，对玉米品种独特性的把握更为精准。如此，在全面依法治国战略部署下，更有利于对玉米品种开发者的知识产权保护。同时，基于SSR分子标记技术应用建构的DNA指纹图谱，可通过计算机管理维系DNA条带的稳定性，可对玉米种质资源的纯度进行精准、快速测量。未来，应更加关注SSR标记技术与性状关联性分析的结合应用，进一步拓展其功能负载，对提升玉米育种效率产生更大的积极影响。

2.2 染色体工程

最早由里克和库升提出的染色体工程，至今已有50多年的发展历程，并引起了各领域学者的关注和热议。染色体工程技术是借助细胞遗传学原理，通过远缘杂交、转基因技术、分子标记以及细胞工程与常规育种紧密结合起来的生物技术，其是按照人们的育种思路，预定目标，有计划、按步骤地利用基础材料，通过染色体的“添加、削减、代换、异位”等方法，进行分离、导入、重组等染色体操作以及改变染色体组成、结构，达到定向改良遗传特性的一项技术[3]。染色体工程的发展对抗病新品种的培育有着超凡的价值意义，而且是基因定位、染色体转移等基础研究的重要手段。基于染色体工程的玉米遗传育种操作包括三方面内容，即染色体操作、染色体组操作和染色体片段操作。其中，染色体操作中需要整条染色体的附加、消除和代换，确保染色体有完整的着丝粒和端粒，以维系其结构稳定性，从而进行正常的复制分裂;染色体组操作中则要求添加或消减同种或异种染色体组，合成双二倍体或创造单倍体;染色体片段操作则需要经过染色体断裂和重接，继而形成有且只具有一个着丝粒的染色体，确保两端形成完好的端粒。除了上述成功操作之外，还要求生成个体在细胞遗传学上的稳定性，较之原有亲本在遗传组成和形态特性上的表现更加优良。染色体工程在单倍体种质资源的培育应用中，周期短、纯合度高等优势明显，但由于该类技术发展尚未完全醇熟，受不良基因连锁反应的影响，重组率较低，而且面临着染色体加倍困难的问题，而育种材料改良、种质扩增等技术的应用可进一步释放其特性优势，有着巨大的研究发展空间。

2.3 转基因技术

转基因技术的理论基础来源于进化论衍生来的分子生物学。该技术体系越来越成熟，可使重组生物增加人们所期望的新性状，培育出新品种。自1996年首个作物上市以来，转基因育种应用愈加广泛。据相关统计数据显示，截至2017年，全球转基因玉米栽培面积达到了6.4亿hm2，在农业、经济、环境、健康等方面创造了巨大的效益。同时，对比试验表明，转基因技术培育的作物抗虫、耐除草剂等性状表现更佳。现阶段，基于转基因技术应用的玉米遗传育种方法越来越多，包括基因枪介导法、农杆菌介导法等。其中，基因枪介导法将基因包裹在微小的金粒或钨粒中，继而将之摄入作物组织中，最终通过染色体性状的有效表达实现转基因目标。该方法处理下的玉米遗传育种，可进行循环的原生质体培养，并且可用载体多样化证明了其应用可行性[4]。所谓农杆菌，即是指生活在植物根表面依靠由根组织渗透出来的营养物质生存的一类革兰氏阴性细菌，大体包括根癌农杆菌和发根农杆菌2种。在农杆菌介导法的应用中，可通过浸染作物受伤部位，实现Ti质粒上T-DNA区的转移整合，进而生成了新的作物基因组，大大提升了玉米育种效率，是人类科学家研究的重点领域，并取得了显著的发展成效[5]。现实中，人们对转基因的看法不同。对此，习近平发表了重要讲话，指出：“转基因是一项新技术，也是一个新产业，具有广阔发展前景……我强调两点：一是确保安全，二是要自主创新。”

3 玉米遗传育种技术发展展望

玉米遗传育种技术在改良作物性状方面的价值毋庸置疑，源于人们更高的需求，其发展前景不可估量。对此，品种遗传改良、生产和利用应与市场调研相结合，种质资源选系小群体、素材、自交系、杂交种等都要关注全局，从细微处入手，对材料精雕细刻，形成抗或耐性较强的新品种。同时，在未来的玉米遗传育种技术发展中，需注重与数字化技术的应用耦合，提高工作效率的同时节约育种成本。因为玉米遗传育种实践涉及大量的自交系、杂交组合及品比试验等，并且需要通过田间调查了解玉米的遗传性状，是一项相当繁杂的工作，对其性状的描述多用文字，通常比较模糊。而基于数字化处理，可对所有玉米遗传育种的材料进行自动化管理，并建立相关数据模型，对不同性状进行统一编码，实现了更为精准的比对。另外，正是基于对玉米遗传育种技术的现实应用价值考量，应进一步加大对其的发展支持，依托国家的改革开放政策，加强与国外先进技术的动态交互，汲取其中有效经验，进行自主创新，满足我国农业发展需求。而且在知识经济时代，创新是引领发展的第一驱动力，而其实现又有赖于人才的智力保障，其核心战略地位愈加突出。因此，政府及社会高度关注科学团队的发展，紧跟玉米遗传育种技术发展潮流，培育高素质人才，推动其实用价值的再释放。

4 结语

当前，玉米遗传育种技术的发展已取得显著成就，如SSR标记技术、染色体工程、转基因技术等在改良作物性状上有着重要的应用价值，对推动我国农业经济发展发挥着至关重要的作用。

参考文献

[1]王凤格，许理文，赵久然，等.玉米单倍体诱导DH系的分子鉴定研究[J].玉米科学，2011（1）：35-38.

[2]宁立志，郑根昌，李志刚.玉米的遗传育种浅析[J].南方农业，2016（21）：234-235.

[3]丁志远，任根深，续创业，等.利用染色体工程技术改良小麦品种20年总结[J].甘肃农业科技，2011（8）：34-36.

[4]郭峰，郭瑜，刘守渠.玉米遗传育种技术探究[J].江西农业，2019（20）：28.

[5]陶蕊.转基因技术在玉米遗传育种中的应用[J].北京农业，2015（25）：35-36.