现代生物技术在农作物育种中的应用研究

高红治

摘要：综述现代生物技术在育种中的意义及相关技术研究进展，介绍我国农业生物技术发展现状，提出发展农作物育种应采取的措施，为提高我国种业发展水平提供参考。

关键词：生物技术；农作物；育种；转基因

中图分类号：S33 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2017）03-0012-02

众多专家预测，只有在2050年前实现粮食产量翻倍，才能满足人口对粮食的需求。而粮食产量翻倍无疑会带来一些新问题，如耕地减少、土壤污染、氣候变化、水资源短缺等。要解决这些全球性问题，需要农业技术发挥重要作用。现代生物技术始于20世纪70年代初，是在重组DNA技术、细胞培养技术、生物反应技术等领域深入发展基础上形成的一项高新技术，并在农作物育种中发挥着越来越重要的作用。

1 现代生物技术对农作物育种的作用

1.1 加快育种进程

RFLP技术、SSR技术及PCR技术的出现，推进了构建分子遗传图谱的进程。在DNA或者RNA水平上可识别更多的育种目标性状；利用分子标记辅助育种技术使育种目标更加明确；在微观水平上可改良作物性状，提高育种效率，进而有效加速育种进程。

1.2 培育植物新品种

通过克隆得到更多的目标基因，为植物新品种的出现创造条件，其中包括一些能高效表达特异性状的育种中间材料。

1.3 改变育种性状和品种品质

随着作物功能基因组学理论与技术体系的建立，育种性状和育成作物的品质得到改良，进而丰富农作物的品种类型。例如，国外研究选育的高油酸含量芥菜型油菜和甘蓝型油菜，以及国内选育的转基因高油含量油菜品种。

1.4 加快转基因作物选育

转基因技术在抗除草剂、抗病虫作物育种中发展迅猛。目前，抗除草剂、抗虫转基因油菜品种，抗草甘膦、抗草丁膦、抗虫等转基因玉米品种，抗虫棉花品种，均已得到广泛生产应用。

2 现代生物技术在农作物育种中的应用

2.1 DNA分子标记技术

分子标记辅助育种起步较晚但发展迅速，已应用到农作物育种的诸多方面。

2.1.1 构建分子遗传图谱 通过分子可将DNA的电泳特异带（标记）定位在该物种的遗传连锁图上，利用图谱对比鉴别与重要农艺性状和抗性等有关的标记。分子标记不受显隐性基因表现型限制，方便育种专家进行更有效地选择，尤其是在选择低代材料方面，可节省时间，加快育种进程。

2.1.2 分析亲缘关系 遗传差异受控于基因差异，即碱基序列的不同排列，因此，利用分子标记可以区别不同物种、不同品种甚至基因系，还可进行种群分类、鉴定遗传变异等。

2.1.3 识别和克隆目的基因 利用分子标记技术可获得与拟分离目的基因紧密连锁的DNA片段，为采用图位克隆（map-based cloning）技术分离和克隆目的基因奠定基础。

2.2 细胞和组织培养技术

近年来，我国在细胞和组织培养技术研究方面一直走在世界前列，细胞和组织培养技术在农作物育种上的应用较为深入。

2.2.1 单倍体培养 单倍体培养即通常所说的单倍体育种，可快速获得纯合二倍体，缩短育种周期。花培育种发展于20世纪60年代，我国已利用此技术培养20多种植物，其中玉米、小麦、高粱、辣椒等作物率先培养成功。

2.2.2 胚培养 胚培养技术育种可有效克服远缘杂交的遗传弊端，且具有拓宽种质范围的作用。目前，在萝卜属、芸薹属等蔬菜作物上开展远缘杂交的研究，已有成功报道。

2.2.3 原质体培养及融合技术 在学术研究中，此技术又称作细胞融合、体细胞杂交、超性杂交、超性融合等。原生质体融合技术打破微生物之间的种界界限，实现远缘菌株的基因重组，有利于遗传物质较完整传递及增加基因重组机会，同时，结合其他育种方法，可获得目标性状的单株。

2.3 转基因育种技术

转基因技术诞生于20世纪80年代，此后发展迅猛，现已成为划时代的革命性技术。它与农作物育种紧密结合，加快农作物更新换代的步伐，带来种植业结构变革。一大批跨国农业公司投入巨资开展水稻、玉米、大豆等主要粮食作物新基因挖掘和转基因技术研发，通过控制基因及相关技术的知识产权来控制粮食生产。与此同时，许多发展中国家也大力研究转基因技术，以此发展壮大本国的农作物育种产业。据统计，到2011年底，全球转基因作物种植面积已超过1.6亿hm2，是1996年的100倍。截至2015年底，全世界已有28个国家批准可以进行转基因作物商业化生产。

3 我国农业生物技术发展进程

我国在利用现代生物技术研究农作物育种方面起步较早，并取得了一定的成就。通过对高产、优质、抗病虫、抗除草剂、抗瘠薄等重要基因的挖掘及相关技术的开发应用，已初步建立起包括基因克隆、功能鉴定、品种选育及品种安全性评价、应用推广等完整生物育种研究和产业化体系。

我国农业生物技术发展大致经历了2个阶段：1986—2000年为早期，主要跟踪国际科技前沿摸索发展；2001年至今为近期，即自主研发期。早期阶段主要以水稻、小麦、大豆、棉花等作物为研究对象，以建立和优化作物组培再生及遗传转化体系为主，对国际上已公开的相关研究进行验证及大田试验，为后期生物技术在农作物育种中的应用发展奠定坚实基础。

进入21世纪，生物技术引领着生物技术产业迅速发展。在我国政府的高度重视下，更多科技人员投入其中，包括一大批在生物技术研究领域学有所成的海归学者，同时生物技术企业迅速扩张。在前期工作积累的基础上，我国农业生物技术研究迅速推进到以重要农艺性状功能基因定位及克隆、鉴定、基因组测序等关键技术为主的自主创新期。

4 生物技术在农作物育种体系中的应用展望

培育具有高产、优质、广适、安全等优点，且符合不断变革的农业生产需求的农作物新品种，是始终摆在育种者面前的难题。以生物技术为核心建立农作物现代育种体系，通过大力发展生物技术提升种业核心竞争力，可有效推动育种产业壮大发展。

目前，生物技术在全世界的发展方兴未艾。在全球经济一体化的进程中，如何将现代生物技术应用到农作物育种上来，提高和改进农作物育种的理论水平和育种技术，加快育种速度和选育效果，对农作物种子产业乃至农作物产品市场竞争至关重要。创建先进的农作物现代育种体系及现代种业发展体系必须依靠现代生物技术，并不断将生物技术的新发现、新成果及时融合到农作物育种领域。另外，世界农作物育种技术发展趋势和我国育种实践表明，传统常规育种技术和现代生物育种技术不应彼此孤立，而应有机融合。现代生物技术及其他高新技术与传统育种技术的紧密结合，是建立农作物现代育种体系的必由之路，也是推动我国种业发展和农作物产品具有国际竞争力的技术保障。

参考文献

[1] 杨雪莲.现代生物技术在育种中的应用[J].西藏科技，2013（12）：6-7.

[2] 储成才.转基因生物技术育种：机遇还是挑战[J].植物学报，2013，48（1）：10-22.

[3] 韩根.生物技术在玉米育种中的应用[J].安徽农业科学，2012，40（15）：8 406-8 407.