浅析生物技术在玉米育种中的应用
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摘 要 玉米是我国农业生产中不可缺少的农作物，为有效提高玉米种植质量以及经济效益，要使用生物技术来改进育种方式，提高育种质量。基于此，以玉米育种中的生物技术应用为研究主题，在阐述生物技术应用意义的基础上，介绍说明玉米育种中经常使用的生物技术，以发挥生物技术在玉米育种中的应用效果。
关键词 生物技术;玉米育种;应用
玉米是我国重要的粮食作物和经济作物，农业市场的玉米需求量较高。然而，在我国耕地面积不断减少的背景下，通过扩大种植面积来提高玉米产量的方法存在诸多问题。因此，要借助科学技术来提高单位面积玉米产量，以技术来推动玉米产量提高。近年来，随着生物技术在农业领域的逐步推广应用，越来越多的地区开始尝试借助生物技术来改变育种方式，以提高玉米品种的质量，增加单位面积玉米产量。相较于以扩大种植面积来提高玉米产量的方式，通过生物技术来改善玉米品种，使玉米品种更好地匹配种植地区玉米种植的自然环境，是提高玉米產量的有效方法[1]。
1 生物技术应用于玉米育种中的意义
生物技术在玉米育种中的应用不仅能够改善玉米品种的质量，提高玉米种植的产量，而且能增强玉米品种的综合影响力，实现我国玉米品种的持续改良与优化。就玉米育种而言，应用生物技术的意义主要体现在以下3方面。
1.1 提高玉米种植产量
生物技术在玉米育种中的应用可以改变玉米品种的质量，使玉米品种的生命周期、生长状况更好地适应种植地区的生长环境，进而保证玉米植株后期能够茁壮生长。例如在转基因技术支持下培育的玉米品种具备良好的抗除草剂、抗病虫害能力，在后期生长过程中不易遭受典型病虫害的影响[2]。
1.2 优化玉米品种
生物技术随着农业发展需求而不断改良和创新，可使玉米品种得到持续优化。例如，基于生物技术基础上培育出的抗虫、抗病毒类转基因玉米品种在抗虫、抗病毒能力方面具有明显的优势，可以有效抵御一般性昆虫和病毒的侵袭;培育出的抗除草剂转基因玉米品种将从其他生物中分离出的抗除草剂基因转移到玉米植株上，使玉米植株具有抵抗除草剂的作用[3]。
1.3 实现玉米规模化种植
与传统的玉米育种技术相比，生物技术具有良好的稳定性，可以保证玉米育种的全面性和优质性，使玉米品种适应诸多环境因素，为规模化玉米种植提供技术支持。例如一些农场借助生物技术提高玉米的抗旱能力，使玉米能够在干旱的环境下良好生长，从而降低规模化经营的成本投入。
2 生物技术在玉米育种中的应用
借助生物技术来改良玉米品种，可实现玉米种植产量持续增加。就目前玉米育种的实际情况来看，应用较为普遍的技术及其具体应用方法可以概括为以下3方面。
2.1 基因工程在玉米育种中的应用
基因工程是在分子遗传学理论的指导下，以分子生物学和微生物学的现代方法为手段，将不同来源的基因按照预先设计的蓝图，在体外构建杂种DNA分子，然后导入活细胞，以改变玉米原有的遗传特性，获得新品种的生物技术类型。
目前玉米育种中应用较多的基因工程主要有基因枪法、农杆菌介导法和花粉管通道法等。其中，基因枪法是将外援DNA包被在微小的金粒或钨粒表面，在高压的作用下被高速射入受体细胞或组织，微粒上的DNA在进入细胞后，被整合到植物的染色体上，得到表达，进而实现基因的转化。该方法可以同时转化多种基因。农杆菌介导法是将目的基因插入到经过改造的T-DNA区，借助农杆菌的感染实现外源基因向植物细胞的转移与整合，然后通过细胞和组织培养技术，再生出转基因植株。农杆菌介导法在玉米育种中的应用优势主要是操作方法简单、成功率高、育种成本低以及品种的遗传性能较为稳定。花粉管通道法是在玉米授粉后，向子房内直接注射含有目的基因的DNA溶液，借助玉米授粉时的花粉通道向受精卵细胞内导入外源DNA。在玉米育种中使用农杆菌介导法的优势在于育种成本低、重复性好、转育周期短、能进行大面积转化等[4]。
在基因工程技术的支持下，我国培育出了诸如抗草甘膦等转基因玉米品种，并结合各地区玉米种植的实际情况和需求，培育出了抗旱、抗涝、抗倒伏、抗病虫害的优良玉米品种，保障了玉米种植的产量和效益。
2.2 细胞技术在玉米育种中的应用
细胞技术是在结合遗传学、生物学的基础上，通过把握或者创造适宜细胞培养与繁殖的外部环境条件来对细胞的结构进行重新组合，优化生物功能与结构，进而培育出新的品种。
目前，细胞技术在玉米育种方面的应用主要体现在单倍体培养、细胞变异体培养和诸如幼胚、幼穗等其他外植体的培养方面。虽然细胞技术在改良玉米抗虫、抗涝、抗旱、抗除草剂等方面具有积极作用，但该技术在育种中的应用仍然面临较多的难题。例如，相关研究与育种实践表明，玉米育种中使用细胞技术获取再生植株的频率较低，并且只有选择合适的培养基与生长调节剂增强诱导率，才能够促使新的玉米品种形成。同时，也有研究表明，虽然可以将细胞技术中的诸如Stock 6单倍技术、花药培养等单倍体技术应用到育种中，但此方式中，单倍体的诱导率和基因重组率均偏低，且无法有效改善不良基因，无法满足高效率育种的需要[5]。
2.3 分子标记技术在玉米育种中的应用
分子标记技术的出现弥补了以往玉米育种技术中存在的标记数量少、易受环境和基因表达影响的不足，使玉米的育种效果有了明显提升。分子标记技术在玉米育种中的应用主要是通过对数量性状基因座（QTL）进行定位、多样性遗传划分、预测杂种优势、划分群体、构建遗传图谱等，提高玉米育种的有效性。在分子标记技术应用中，玉米遗传连锁图谱和数量性状基因座是基础，其中玉米遗传连锁图谱表示的是位于同一染色体基因的相对位置和距离。在多样性遗传划分中，遗传多样性分析是关键，遗传多样性的丰富性决定玉米品种对外界环境的适应能力。丰富的遗传多样性可以增强玉米植株对生长环境的适应能力。同时，在玉米育种中使用遗传多样性分析方法可以保护玉米种质资源，并为玉米自交系优势类群的划分、玉米杂交育种亲本选配提供遗传方面的背景资料[6]。 当前，分子标记技术是玉米育种中的重要技术内容，其中RFLP、SSR、SNP等技术是当前应用相对较多的分子标记技术，这些技术可以用于种质亲缘鉴定、资源种群划分、杂交和纯度检测以及目的基因的识别和分离等。分子标记技术在玉米育种中应用的优越性主要体现在4方面：1）直接以DNA形式出现，生物体的各个组织、各发育阶段均可检测到，不受季节、环境影响;2）数量极多，遍及整个基因组;3）多态性高，利用大量引物、探針可以完成覆盖基因组的分析;4）表现为中性，与不良性状没有必然联系。当然，分子标记技术在玉米育种中的应用也存在一定的劣势和不足，即分子标记技术与常规玉米育种的结合不够紧密，影响了分子标记技术在玉米育种中的应用[7-8]。
3 结语
随着我国玉米需求量的持续增加，我国玉米种植产量提高的任务越来越艰巨。同时，玉米种植活动所受的自然环境因素的影响使得玉米种植预期产量目标实现面临不小的阻力。在这样的情况下，有必要借助技术手段来提高玉米品种的性能，保证玉米种植的效益。生物技术作为改善玉米品种质量、提高玉米种植产量的重要手段，在玉米育种中的应用空间非常大，一些优势突出的生物技术在玉米育种中应用取得的良好效果也充分印证了生物技术在玉米育种中应用的优越性。然而，通过对生物技术在玉米育种中应用的研究也发现，部分技术在育种中的应用效果仍然受到较多不确定性因素的影响，难以完全保证育种活动的实效性。基于此，在生物技术应用过程中，要结合玉米育种的实际情况，科学、合理地选择应用相应的生物技术，以确保生物技术在玉米育种中的应用效果。
参考文献：
[1] 夏海丰，高玮，赵长春，等.生物技术在玉米育种中的运用探析[J].农业开发与装备，2019（10）：39-40.
[2] 关淑艳，董昭旭，李晖，等.生物技术在玉米育种中的应用[J].吉林农业大学学报，2016，38（2）：127-137.
[3] 张正，连灵燕，王高鸿，等.分子标记技术在玉米育种中的应用[J].生物技术进展，2015，5（4）：259-264.
[4] 孙俊荣.高产多抗玉米及其相关育种技术专利检索情况分析[J].中国农学通报，2011，27（1）：471-474.
[5] 王亚黎.河北省玉米穗虫的发生动态及其生物防治技术研究[D].保定：河北农业大学，2019.
[6] 张小娟，郭凤琴，郭庆瑞，等.生物技术在玉米育种中应用研究的初探[J].农业科技通讯，2018（10）：4-6.
[7] 闻占飞，辛志军，黄振刚.生物技术在玉米育种中的应用研究[J].种子科技，2018，36（3）：61.
[8] 郭怀志，任炳正，闻占飞.论单倍体技术在玉米育种上的应用[J].种子科技，2018，36（3）：62.
（责任编辑：赵中正）
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