生物技术在玉米育种中的应用研究

2021-12-06秦洁

农业技术与装备 2021年5期

秦洁

（四川省种子站，四川成都 610041）

玉米是我国主要的粮食作物，培育具有高产量、抗逆性强玉米新品种尤为重要。鉴于玉米育种工作具有育种周期长、选育和选择效率低等问题，生物技术为玉米的育种工作开辟了新的途径。相比较于传统的玉米育种工作，运用生物技术进行的玉米育种工作能很大程度上缩短育种周期。因此，加快生物技术在玉米育种工作中应用的相关研究对于推动农业生产活动的发展具有相当重要的意义。

1 生物技术在玉米育种中的优势

1.1 能够培育玉米新品种

生物技术中的克隆技术在玉米育种工作中的应用，能够获取更多具有优良性状的玉米基因，使其成为培养新品种玉米的中间材料，将其植入到玉米种中并使其高效地表达，有助于培养出具有优良性状的玉米新品种。

1.2 加快转基因玉米的选育

在进行抗除草剂和抗病虫玉米新品种的研究过程中，生物技术发挥了不可替代的作用，运用生物技术中的转基因技术能够对玉米新品种进行改良。目前，利用生物技术研发的抗农药、抗病害的玉米新品种在很多地区得到了大规模的推广种植。

1.3 加快育种进程

随着分子遗传图谱构建进程的不断加快，目标玉米性状都能够依靠DNA或者RNA水平进行识别，运用分子标记进行辅助来进一步明确玉米育种目标，对玉米的性状进行改良，可提高效率，加快育种的进程。

1.4 改变玉米性状和品种品质

作物功能基因组学理论以及相关技术的不断发展完善，在一定程度上能够改变玉米的性状以及育成玉米的品质，使得玉米新品种不断地增多，保证了健康良性发展。

2 生物技术在玉米育种过程中的应用

2.1 基因工程在玉米育种工作中相关应用

基因工程在玉米育种工作中的应用是以分子遗传学理论为基础，将分子通过物理、化学以及生物的多种方法进行结合，在原有的玉米基因中引入需要性状的玉米外源基因，然后进行培养，从而得到具有特定性状的玉米新品种，这就是基因工程。目前使用比较广泛的基因工程主要有基因枪法、农杆菌介导法、花粉管通道法。

2.1.1 农杆菌介导法

农杆菌属于一种革兰氏阴性菌，是由根癌农杆菌、发状农杆菌共同组成的,它的主要作用机理就是通过对Ti质粒上的T-DNA直接迁移到被侵害植物所损伤的细胞中，并将其直接整合到被侵害植物的基因中，从而对玉米的表达性状进行改良。这种方法在改良玉米的性状过程中具有相当多的优点。农杆菌是天然的基因转化载体，因此运用农杆菌具有很高的成功率且转化效果也比较好。通过农杆菌转化完成的目标基因遗传比较稳定，能够很好地契合孟德尔的遗传定理，运用农杆菌也可以直接将转基因的材料作为育种的中间材料，操作比较方便。但这种方法也具有一定的缺点，对受体基因型具有很大的依赖性，由于不同基因型的材料对其敏感度有着较大的差距，运用农杆菌技术进行新的基因研究，转变体系以及物理和可再生的体系都是需要不断地研究和探索，相比较而言则会更加麻烦。

2.1.2 基因枪法

该方法通常也会被称为粒子枪法，它的工作原理是利用火药爆炸或者利用高压放电等等方法产生的巨大作用力将携带外源DNA分子的金属微粒轰入靶细胞中，使得带有外源DNA分子的微粒能够依次通过细胞壁和细胞膜，将携带的外源DNA带入到靶细胞中，然后外源DNA与目标作物的基因相结合，再通过一定的培养，使其表达相关的性状。基因枪法的最大优点是其既可以运用到双子叶植物中也可以运用到单子叶的植物中，而且同时也能够实现多个基因的转化。但其缺点是操作比较复杂且费用很高，在操作的过程中也容易使得相关的基因片段收到损坏而不能表达。

2.1.3 花粉管通道法

该方法主要是将外源的DNA在植物完成授粉工作后，再选择合适的时间通过花粉管通道导入胚囊转化而来的合子或者卵细胞。花粉管通道法的最大优点是其能够解决被导入植物再生困难的问题，从而避免了再一次通过组织培养获得再生苗，很大程度提高了玉米育种的效率。另一方面，该方法一般都会在田间进行，相关操作比较简单，对环境要求不高。但是花粉管通道法也有缺点，由于目前无法明确该方法具体的作用机理，外源基因在表达的过程中往往不符合孟德尔的分离定律，使得相关的研究人员很难开展后续的相关研究。

目前，运用基因工程的相关技术，研究人员已经研究出了许多的具有优良性状以及抗逆性很强的玉米新品种，很大程度上解决了我国目前玉米相关生产方面的一些问题，促进了我国农业生产活动的发展。

2.2 细胞工程在玉米育种方面的作用

细胞工程是在适宜的生长环境下运用遗传学和生物学的相关原理对细胞进行繁殖和培育，在细胞融合、核质移植、细胞融合、染色体和基因移植的基础上按照人们对于植物期望性状进行植物细胞重新排列组合，得到人们期望的拥有新性状的新品种的一项工程。目前在农业活动中涉及到的细胞工程主要是应用到改良旧的物种和创造新的物种，使得所得植物能够快速生长和繁殖。在玉米育种工作中，运用细胞工程的关键是对于组织和细胞的培养。在运用细胞工程进行玉米育种的过程中，研究人员需要深入分析细胞工程的理念，根据其培养条件合理地选择最为适宜的植物基因原料以及培养基和活化剂，增强其诱导能力,进而培养出新型的具有良好生长性状的玉米品种。除此之外，细胞工程中的单倍体技术也在对玉米育种新技术的研究和应用中发挥着重要而不可替代的作用，但也同时存在着基因诱导率比较高，基因重组率比较低、遗传中存在着不良的基因很难被有效地改善等问题，一定的程度上也会直接影响到对玉米的育种和相关工作的展开。

2.3 分子标记技术在玉米育种工作中的应用

目前，分子标记技术在人们日常生活的各个方方面面都已经有着相当广泛的研究和应用。现阶段，应用频率最高的分子标记技术主要类型就是先进的RFLP、SSP和SNP技术，在对玉米进行育种工作中，分子标记技术主要目的就是针对人们所期望的目标性状进行定位，构建遗传图谱，划分遗传多样性。分子标记技术虽然在玉米的育种工作中发挥了重要的作用，但人们更应该在此基础上不断地探索价格更低以及自动化程度更高的分子标记技术。