转基因技术在玉米育种中的应用研究

姬长媛

（吉林市农业科学院，吉林 吉林 132000）

转基因玉米是使用DNA 重组技术，通过克隆的方式把外源基因转移到玉米受体之中产生定向稳定的遗传，使其后代变成具有稳定遗传性状的玉米。

1 转基因玉米种类

1.1 抗虫转基因玉米

据不完全统计，因病虫害造成的全球农作物损失高达37%，其中13% 是由虫害引起的。我国作为玉米种植大国是玉米螟的多发重发区，几乎每两年就会发生一次大型虫灾，其中玉米螟造成的损失达5% 左右。抗虫转基因玉米主要是将BT 毒蛋白和抗虫基因导入玉米基因中。BT 毒蛋白作为一种原病毒存在于孢晶体内，芽孢在成型的过程中会产生一种杀虫晶体蛋白(ICP)，此蛋白被昆虫摄取后，昆虫幼虫的肠道环境会与其发生反应产生毒性多肽分子，致使幼虫停止进食而死亡。抗虫转基因玉米投入使用后会大幅度降低虫害，提高玉米产量。BT毒蛋白已在美国等国家广泛应用。

1.2 抗除草剂转基因玉米

大多玉米种植的除草方式是使用除草剂，除草剂虽然使用方便快捷、省时省力，但在杀死杂草的同时会误杀玉米，还会污染环境。抗除草剂转基因玉米是将除草剂的耐性基因转移到玉米上，使玉米具有较强的耐受性，喷洒除草剂时将不会受到伤害，以此来提高玉米产量。

1.3 改良蛋白质的转基因玉米

目前，我国玉米的产量较高，但品质相对较差，蛋白质和赖氨酸含量低，赖氨酸只占干重的0.27%。改良蛋白质的转基因玉米是通过克隆外源蛋白基因来提高玉米品质，把普通的玉米变成具有优良性状的玉米。研究发现，在玉米种子中转入富含赖氨酸的马铃薯花粉特异水溶性蛋白，可以将赖氨酸含量提高到10% 以上。

2 目前应用的转基因技术

2.1 农杆菌介导法

农杆菌是一种天然的植物基因转化系统，其含有的Ti 或 Ri 质粒具有携带外源基因的功能，经过遗传工程的方法对农杆菌及质粒加以改造，并导入外源基因，借助农杆菌对植物的感染特性将外源基因带入植物细胞内，从而完成转化过程。应用最多的是农秆菌Ti 质粒介导的转化系统，该转化系统是目前研究最多、理论机理最清楚、技术方法最成熟的基因转化途径。

2.2 基因枪法

基因枪法是将 DNA 包裹于微小的金属钨或金粒的表面，在高压下使金属颗粒喷射高速穿透受体细胞或组织，使外源基因进入受体细胞核并整合表达的过程。基因枪目前主要有3 种：火药枪基因枪、气动式基因枪和放电式基因枪。基因枪转化的优点是无宿主限制、靶体类型广泛、操作简便，但转化频率低、插入位点、插入拷贝数不定。

2.3 锌指核酸酶

锌指核酸酶是人工改造的限制酶，由锌指结构的DNA 结合结构域和DNA 切割结构域融合而成。它们能够识别并结合指定的位点，高效且精确地切断靶DNA。随后细胞利用天然的DNA 修复过程——“同源定向修复” 或 “非同源末端连接” 来治愈靶的断裂。研究人员可以随心所欲地进行基因组编辑，包括基因修复、基因删除和定向的基因添加。

2.4 花粉管通道法

花粉管通道法是在花粉授粉之后，将外源基因溶液注射到子房，使其沿花粉管通道渗入，通过珠心后进入胚囊整合受体细胞基因组。该技术与其他转基因方法相比，具有操作简单、方便、育种时间短等优点，并且这种方法对任何基因源都适用。

3 转基因技术在玉米育种中的应用

3.1 转基因技术在改良玉米品质中的应用

玉米品质和产量直接关系到玉米种植者的经济利益，如何改善玉米品质，并提高玉米产量是玉米育种的重要目标之一。采用转基因技术改良玉米品质过程中，可以对玉米的单一品质，比如淀粉含量、纤维素含量和蛋白质含量等进行定量改良，从而有效改善玉米口感，提高玉米营养价值。同时，通过转基因技术还可以对玉米产量和大小等进行精确调控，使玉米提高产量。

3.2 转基因技术在提高玉米抗病性中的应用

在玉米苗期，一些病害容易发生，造成玉米减产严重，而培育抗病性强的品种有利于减少病害对玉米种植者造成的损失。通过分子生物学手段找出其他植物对某种病害具有很强抗性的相关基因，然后通过转基因技术将其导入玉米中，从而可以有效提高玉米对该种病害的抗性。

3.3 转基因技术在提高玉米抗除草剂中的应用

草害是玉米种植过程中遇到的常见问题之一，尤其是在玉米苗期，杂草生长速度快，容易争夺玉米的养分，并对玉米造成遮挡，使玉米缺乏光照，严重影响了玉米的生产。对于草害，人工除草费时费工，而且效果不够理想，而药剂除草高效快捷，深受玉米种植者的喜爱。然而在喷洒除草剂的过程中，玉米容易遭受药害而死亡，因此提高玉米对除草剂的抗性也是玉米育种的重要目标之一。通过转基因技术可以将抗除草剂基因直接转入玉米细胞中，从而提高玉米对除草剂的抗性，从根本上解决玉米产生药害的问题，有助于玉米田间高效除草，促进玉米安全生产。

3.4 转基因技术在提高玉米抗虫性中的应用

玉米钻心虫是玉米的主要害虫之一，不仅可以危害玉米茎叶，还会直接危害玉米果实，给玉米种植者带来巨大经济损失。通过转基因技术将抗虫蛋白基因转入玉米细胞中，可以培育出抗虫玉米。这不仅可以减少玉米种植过程中农药的使用，而且还可以保证玉米不受玉米钻心虫危害，从而促进玉米安全生产，提高玉米种植者的经济效益。

4 未来转基因技术在玉米育种中的发展展望

转基因玉米育种具有很大潜力，是育种工作取得新突破的希望所在，我国作物育种方向长期以来以高产为主，但今后为实现大范围的持续均衡增产还必须以抗逆、广适应为新的育种目标，通过转基因途径培育抗旱节水新品种大有希望，但实际上困难很多。

未来的玉米育种，应切实加强转基因育种的系统性研究和有针对性开发，在继续重视高产与超高产性状的同时，重点研究如何提高玉米抗逆与广适应上，特别是抗干旱与水土资源高效利用上，切实加强抗旱转基因育种的基础理论研究，培育出抗病虫害、耐高盐碱并且具有更高产量和品质的新品种。