□ 周恪馳 何長安 紀(jì)春學(xué) 王 輝 張 恒

（黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院克山分院，黑龍江 克山 161005）

引 言

玉米是我國非常重要的農(nóng)產(chǎn)品，是人們非常喜愛的糧食作物。要想提升玉米的產(chǎn)量和質(zhì)量，增加玉米的相關(guān)性能，將生物技術(shù)應(yīng)用在玉米育種當(dāng)中可以發(fā)揮相應(yīng)效果。我國常規(guī)玉米育種技術(shù)有著較長的發(fā)展時(shí)間，但是常規(guī)玉米育種技術(shù)導(dǎo)致玉米育種的時(shí)間較長，效率無法提升，并且在玉米目標(biāo)品種選擇方面需要消耗較長的時(shí)間。因此，在現(xiàn)代社會中需要使用更加先進(jìn)的技術(shù)，比如生物技術(shù)，將其與常規(guī)育種技術(shù)相互結(jié)合，能夠有效提升育種的效果，獲得高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的玉米品種。

一、生物技術(shù)的發(fā)展歷程

在研究生物技術(shù)時(shí)，主要依靠的是生命科學(xué)相關(guān)原理，生產(chǎn)的生物制品所使用的是生物體系和工程原理。利用生物技術(shù)可以制造出新的物種，屬于非常先進(jìn)并且現(xiàn)代化的學(xué)科技術(shù)。隨著生物技術(shù)的不斷發(fā)展，其發(fā)展歷程可以分為三個(gè)階段。

（一）傳統(tǒng)生物技術(shù)階段

進(jìn)入20世紀(jì)之后，科學(xué)技術(shù)有了明顯的提升，人們開始研究生物技術(shù)。當(dāng)時(shí)的生物技術(shù)所使用的是微生物發(fā)酵方式，從而形成新的產(chǎn)品。而隨著生物技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，生物技術(shù)不僅僅是在化學(xué)和微生物領(lǐng)域中進(jìn)行應(yīng)用，已經(jīng)開始向其他產(chǎn)品方向轉(zhuǎn)變，比如糧食領(lǐng)域中，利用生物技術(shù)可以生產(chǎn)很多人們?nèi)粘Ｉ钪兴枰漠a(chǎn)品包括酒精、檸檬酸等，這進(jìn)一步推動了生物技術(shù)的更好發(fā)展。

（二）近代生物技術(shù)發(fā)展過程

在20世紀(jì)30年代至70年代這一階段，生物技術(shù)不斷發(fā)展，取得了顯著的成果。比如在抗生素工業(yè)、氨基酸發(fā)酵以及酶制劑工程等方面都有突出的成就，說明生物技術(shù)的發(fā)展速度越來越快。其中最先進(jìn)的就是植物組織培養(yǎng)技術(shù)，主要是使用人工培養(yǎng)基的方法對植物組織進(jìn)行培養(yǎng)，并且在此基礎(chǔ)之上完成了細(xì)胞工程研究工作。利用生物技術(shù)可以將植物原生質(zhì)體、懸浮細(xì)胞以及植物的根、莖、葉等器官培育成另一種植物，能夠加快植物繁殖速度。在60年代，原生質(zhì)體培養(yǎng)技術(shù)就已經(jīng)取得了明顯的效果，充分利用合質(zhì)體細(xì)胞技術(shù)獲得了巨大的成功。

（三）現(xiàn)代生物技術(shù)階段

1.基因工程

生物的主要遺傳物質(zhì)是DNA，生物技術(shù)利用DNA組合進(jìn)行實(shí)驗(yàn)已經(jīng)取得成功，并建立起基因工程。基因工程主要運(yùn)用的是植物基因分離、載體構(gòu)建、受體導(dǎo)入、篩選培養(yǎng)、鑒定這五個(gè)步驟來實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。在受體細(xì)胞當(dāng)中融入天然的或外源基因，并進(jìn)行基因組整合，這樣能夠?qū)⑼庠椿虻谋磉_(dá)在植物個(gè)體中呈現(xiàn)。

2.細(xì)胞工程

細(xì)胞工程主要是在離體組織或細(xì)胞水平上對植物進(jìn)行培養(yǎng)和增殖，這樣能夠增加具有優(yōu)良性狀植株的繁殖量，研發(fā)植物新品種。細(xì)胞工程包括植物原生質(zhì)體培養(yǎng)、體細(xì)胞和器官培養(yǎng)、體細(xì)胞無性系變異體的篩選和人工種子等內(nèi)容。其中體細(xì)胞雜交是對植物的細(xì)胞進(jìn)行融合，從而研發(fā)出全新的植物品種。在植物當(dāng)中的每一個(gè)體細(xì)胞都具有誘導(dǎo)成胚的可能性，并且優(yōu)點(diǎn)較多，包括繁殖速度快，不受地區(qū)、季節(jié)和氣候等自然條件的限制等。人工種子技術(shù)所利用的是胚狀體發(fā)生體系促進(jìn)植物的繁殖，將種子功能在體胚中體現(xiàn)。當(dāng)前，人工種子主要是由體細(xì)胞胚（胚狀體）加上保護(hù)性外殼（人工種皮）及提供胚發(fā)育的營養(yǎng)（人工胚乳）三部分組成，但是受到其他因素的限制，人工種子技術(shù)并沒有取得十分顯著的成果。

二、生物技術(shù)在農(nóng)作物育種中的應(yīng)用

通過對生物技術(shù)的不斷研究，人們發(fā)現(xiàn)將生物技術(shù)應(yīng)用在農(nóng)作物育種當(dāng)中可以起到很好的效果，并且所形成的育種方式也非常的多樣化，有很多的培養(yǎng)方式。

（一）作物組織培養(yǎng)

將生物技術(shù)用在農(nóng)作物組織培養(yǎng)當(dāng)中的主要目的是進(jìn)行優(yōu)良品種的培育。對于無性繁殖作物進(jìn)行脫毒和快速繁殖時(shí)，可以使用農(nóng)作物組織培養(yǎng)技術(shù)，這和種質(zhì)資源保存之間有密切聯(lián)系。在20世紀(jì)60年代時(shí)，就已經(jīng)成功研發(fā)出莖尖培養(yǎng)方法，應(yīng)用在蘭花培育方面獲得了大量的繁殖效果，自此之后開始將農(nóng)作物組織培養(yǎng)技術(shù)應(yīng)用在農(nóng)作物快速繁殖和脫毒種苗研究中。一直發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)有超過100多種的植物實(shí)現(xiàn)快速繁殖的目標(biāo)，能夠獲得很好的小植株，然后在工業(yè)化生產(chǎn)當(dāng)中作為商品存在。對于農(nóng)作物組織培養(yǎng)工作進(jìn)行細(xì)致的分析之后，我們可以發(fā)現(xiàn)雜種胚敗育的問題普遍存在于胚胎培養(yǎng)、雜交育種工作當(dāng)中，可以取出早期生長胚利用組織培養(yǎng)方法來培育雜種植物。在農(nóng)作物選育優(yōu)良品種當(dāng)中，胚胎培養(yǎng)可以說是提供一個(gè)全新的發(fā)展途徑。

（二）體細(xì)胞雜交體

這種技術(shù)能夠創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，并且獲得的新品種擁有很強(qiáng)的適應(yīng)性。隨著體細(xì)胞雜交技術(shù)的不斷發(fā)展，所獲得的成果非常顯著。其中受到人們廣泛關(guān)注的是原西德、美國和日本等國的專家，將番茄的葉肉細(xì)胞與馬鈴薯的塊莖細(xì)胞相融合，成功選育了番茄薯和薯番茄新品種，這種品種的特點(diǎn)是能夠在地面上的區(qū)域種植番茄，而地下部分能夠獲得馬鈴薯。

（三）人工種子

當(dāng)前，一些種子具有不結(jié)實(shí)的特點(diǎn)，并且售價(jià)非常昂貴。因此，我們可以利用人工種子技術(shù)，對這些種子進(jìn)行繁殖培養(yǎng)。這種技術(shù)可以有效地縮短育種時(shí)間，并且進(jìn)行人為控制，使農(nóng)作物的生長發(fā)育和抗性都能滿足需求，能夠預(yù)防種性退化問題。人工種子可以更好地進(jìn)行生產(chǎn)、運(yùn)輸和播種，并且能夠方便發(fā)芽和出苗?，F(xiàn)代社會中一部分蔬菜人工種子已經(jīng)在工廠中進(jìn)行生產(chǎn)，并取得很明顯的效果。

（四）轉(zhuǎn)基因育種

對農(nóng)作物中的基因進(jìn)行轉(zhuǎn)移，從而獲得新的優(yōu)良品種是轉(zhuǎn)基因育種技術(shù)的主要原理。利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)可以培育出更加優(yōu)良的農(nóng)作物品種，比如可以增加農(nóng)作物的抗寒、抗旱、抗鹽、抗病蟲害等抗逆特性及品質(zhì)。

（五）分子標(biāo)記輔助育種

分子標(biāo)記輔助育種技術(shù)是利用分子標(biāo)記基因的方法，將分子與目標(biāo)形狀基因進(jìn)行緊密的連接。這樣可以方便我們對種質(zhì)資源進(jìn)行鑒定和篩選，更加具有針對性，能夠更好地對后代進(jìn)行育種。并且分子標(biāo)記輔助育種技術(shù)能夠分析和評價(jià)種質(zhì)資源和親本之間的關(guān)系，具有很多的用途。這種技術(shù)的特點(diǎn)在于選擇效率更高、更加準(zhǔn)確，尤其是進(jìn)行隱性基因控制性狀選擇時(shí)有著突出效果。

三、玉米育種應(yīng)用分子標(biāo)記技術(shù)

將生物技術(shù)應(yīng)用在玉米育種當(dāng)中已經(jīng)擁有很多年的歷程，并且獲得了顯著的成績。常規(guī)的玉米育種方法主要是利用形態(tài)學(xué)和生化標(biāo)記的方式開展相關(guān)工作。但是這一過程受到標(biāo)記數(shù)量少的限制，以及環(huán)境影響嚴(yán)重的限制，導(dǎo)致玉米育種的質(zhì)量一直無法滿足需求。而使用DNA分子標(biāo)記技術(shù)之后進(jìn)行玉米育種可以擁有很好的效果，并且已經(jīng)發(fā)展了很多年，技術(shù)相對成熟，因此是當(dāng)前玉米育種技術(shù)中非常重要的技術(shù)之一，能夠促進(jìn)玉米種植行業(yè)的更好發(fā)展。

（一）連鎖圖譜的構(gòu)建及基因定位

連鎖圖譜的構(gòu)建及基因定位技術(shù)，主要是將玉米內(nèi)部的基因與遺傳標(biāo)記現(xiàn)象對位置的連鎖圖譜表示出來，充分利用遺傳因素圖譜的創(chuàng)建功能，能夠進(jìn)一步滿足克隆、重組和定位功能的實(shí)現(xiàn)，技術(shù)應(yīng)用在玉米分子遺傳學(xué)定位中擁有重要的作用。在實(shí)際進(jìn)行玉米育種的過程中，利用分子標(biāo)記技術(shù)能夠充分的實(shí)現(xiàn)玉米遺傳因素圖譜應(yīng)用的效果，能夠?yàn)榛蚨ㄎ还ぷ鞯於ɑA(chǔ)。進(jìn)入20世紀(jì)80年代之后，我國在分子標(biāo)記技術(shù)方面不斷研究，并取得了相應(yīng)的成績，有效地拓寬了遺傳連鎖圖譜技術(shù)的應(yīng)用范圍。在當(dāng)前的玉米育種工作中，使用分子標(biāo)記技術(shù)，可以產(chǎn)生很好的效果，提升玉米品種的抗逆、產(chǎn)量、株行等性能，可以使相關(guān)工作開展得更加順利。

（二）遺傳多樣性的分析

在玉米的基因當(dāng)中所表現(xiàn)出的基因特點(diǎn)很多，多樣性是其中的一個(gè)特點(diǎn)，主要體現(xiàn)在遺傳多樣性方面。正是因?yàn)橛衩椎倪z傳具有多樣性的特點(diǎn)，所以能夠證明玉米的外界逆境緩沖能力很好，而且對于不同的環(huán)境有著很強(qiáng)的適應(yīng)能力，在不同的環(huán)境下也能穩(wěn)定生長。對玉米的遺傳多樣性特點(diǎn)進(jìn)行研究和分析，可以幫助我們更好地對玉米資源進(jìn)行保護(hù)，而且能夠劃分玉米優(yōu)勢種群、雜交育種權(quán)責(zé)，給它們提供一定的基礎(chǔ)。對基因進(jìn)行識別和利用時(shí)主要應(yīng)用的是分子標(biāo)記技術(shù)，擁有非常明顯的特點(diǎn)，比如價(jià)值更高效果更好，可以對玉米種子進(jìn)行優(yōu)選，提高玉米的種植效果。

四、染色體工程的主要應(yīng)用

染色體工程在具體的應(yīng)用中主要有染色體操作、染色體組操作等方面，這是利用染色體的排列順序、結(jié)構(gòu)方面來改變生物遺傳的特性。從玉米育種的染色體工程實(shí)際情況出發(fā)分析，主要是進(jìn)行單倍體工程，其育種通過下述方式進(jìn)行：孤雄生殖（花粉培養(yǎng)）、孤雌生殖（子房培養(yǎng)）、stock6單倍體技術(shù)。上述幾種技術(shù)是利用單倍體直接培養(yǎng)出純合二倍體，可以順利地培養(yǎng)出整株植株，促進(jìn)育種效率的提升。Stock6屬于玉米自交體系的形式，根據(jù)使用的需要獲取更多單倍體，該方式被大量地應(yīng)用到玉米育種中。

單倍體育種可以提高玉米自交系培育的速度，可以短時(shí)間內(nèi)完成育種，目前有95%以上的育種應(yīng)用系譜法、回交法等進(jìn)行，但是單體培育周期短、純合度高等優(yōu)勢被大量的應(yīng)用。玉米單倍體可以自然發(fā)生，也可以采取干預(yù)措施發(fā)生，自然發(fā)生率較低，在0.1%左右。單倍體育種在作物育種方面可以產(chǎn)生非常好的效果，但是依然有明顯的不足，比如無法突破不良基因連鎖、基因間重組概率低、誘導(dǎo)頻率低等。此外，重組二倍體時(shí)，染色體加倍的難度較高。即使這樣，單倍體育種技術(shù)在玉米育種方面依然可以產(chǎn)生非常好的效果，如果將種質(zhì)擴(kuò)增和育種改良融合到一起，能夠有效地提升單倍體育種效果和質(zhì)量。

五、基因工程在玉米育種中的應(yīng)用

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，基因工程技術(shù)越來越成熟，通過對DNA進(jìn)行重組或拼接能夠與生物學(xué)技術(shù)相配合，應(yīng)用在玉米育種研究當(dāng)中。所獲得的基因來源不同按照預(yù)先設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行拼接和重組，能夠形成新的DNA分子，將其應(yīng)用到細(xì)胞當(dāng)中，能夠改變物質(zhì)的遺傳特性，從而形成新的產(chǎn)品。

六、生物技術(shù)在玉米育種工作中的展望

自從進(jìn)入21世紀(jì)之后，科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，促進(jìn)生物技術(shù)的發(fā)展速度不斷加快。盡管常規(guī)技術(shù)有著非常明顯的應(yīng)用優(yōu)勢，并且是當(dāng)前玉米育種中的主要技術(shù)，但是隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，生物技術(shù)的出現(xiàn)已經(jīng)成為未來玉米育種工作中的主要趨勢。當(dāng)前在農(nóng)業(yè)育種行業(yè)當(dāng)中開始廣泛應(yīng)用生物育種技術(shù)，盡管起步時(shí)間較晚，有些技術(shù)并不成熟，還有很多問題沒有得到解決，但是相信我們不斷地研究和應(yīng)用會總結(jié)出更好的解決方法，從而有效地提升玉米育種的質(zhì)量和效率，因此我們必須對生物技術(shù)給予足夠的重視，使其能夠在玉米育種當(dāng)中發(fā)揮應(yīng)有的作用和價(jià)值。

七、推廣生物技術(shù)的措施

（一）加大宣傳力度

當(dāng)前一些農(nóng)戶對于生物技術(shù)缺乏全面的了解，從而限制了生物技術(shù)的使用，因此我們需要增強(qiáng)對生物技術(shù)的宣傳力度，比如利用廣播、電視、手機(jī)、宣傳單等增加宣傳的渠道，能夠擴(kuò)大生物技術(shù)的宣傳范圍，強(qiáng)化農(nóng)戶的認(rèn)知。并且當(dāng)?shù)氐恼块T應(yīng)當(dāng)在宣傳過程中發(fā)揮主導(dǎo)作用，根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，制定科學(xué)合理的宣傳方式和宣傳內(nèi)容，從而進(jìn)一步增強(qiáng)生物技術(shù)的推廣效果。

（二）開展培訓(xùn)活動

要想充分發(fā)揮出生物技術(shù)的作用，就需要有足夠強(qiáng)的專業(yè)性技術(shù)人員，因?yàn)樯锛夹g(shù)的操作難度相對來說比較高，所以政府應(yīng)當(dāng)在進(jìn)行生物技術(shù)宣傳講解的過程中，配備專業(yè)的技術(shù)人員進(jìn)行集中的培訓(xùn)。在培訓(xùn)活動當(dāng)中，讓農(nóng)戶充分了解生物技術(shù)的操作方法和步驟，并且保證生物技術(shù)可以真正的應(yīng)用到農(nóng)業(yè)種植當(dāng)中，從而增加農(nóng)業(yè)種植的效果獲得更多的經(jīng)濟(jì)效益。

結(jié) 語

在農(nóng)業(yè)種植過程中生物技術(shù)已經(jīng)成為必然的發(fā)展趨勢。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，研究人員在生物技術(shù)方面的研究深度也在不斷地增加，技術(shù)運(yùn)用得更加合理和成熟會有更加顯著的應(yīng)用效果。而且當(dāng)前生物技術(shù)應(yīng)用在玉米育種當(dāng)中已經(jīng)獲得顯著的成績，可以有效地提升玉米的各項(xiàng)性能，充分地展現(xiàn)出生物技術(shù)的重要性和價(jià)值。所以我們需要重視生物技術(shù)分析當(dāng)前的發(fā)展現(xiàn)狀，并且制定科學(xué)合理的研究策略和推廣策略，使得農(nóng)業(yè)種植中可以與生物技術(shù)充分融合，為我國農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展作出貢獻(xiàn)。