生物技术在玉米育种中的应用

黄日放，陆春雄，黄兆福

（1.桂平市厚禄乡农业农村中心，广西 贵港 537221；2.贵港市覃塘区石卡镇农业农村中心，广西 贵港 537116；3.桂平市厚禄乡综合行政执法大队，广西 贵港 537221）

玉米是全球主要的粮食作物之一，对全球粮食安全和农业经济发展具有重要意义。然而，传统的玉米育种方法存在一定限制，如耗时、费力、低效等，因此寻求一种更加高效、精准和可持续的玉米育种方法显得尤为重要。

1 玉米育种概述

1.1 玉米的重要性

玉米是全球主要的粮食作物之一，也是人类重要的食物来源。玉米种植广泛分布于世界各地，尤其是在美洲、非洲和亚洲的许多国家和地区。除了人类食用外，玉米还可以作为动物饲料和工业原料，如生产乙醇和淀粉等［1］。

1.2 传统玉米育种方法

传统的玉米育种方法主要是选择法和人工杂交。通过选择耐旱、耐寒、高产、抗病等优良品种进行杂交，不断筛选，以获得更优质的品种。

1.3 现代玉米育种方法

现代玉米育种方法包括分子标记辅助选择、基因组学、基因编辑和转基因技术等新技术，可以更快速、准确地筛选优良品种，提高玉米产量和质量，并且可以对特定的遗传特征进行精确改良。

2 生物技术在玉米育种中的优势与挑战

2.1 生物技术在玉米育种中的优势

一是提高育种效率。传统的玉米育种方法往往需要耗费大量时间和精力，而生物技术可以通过基因编辑和转基因等手段精确、快速地改良玉米遗传特征，加快育种进程。二是提高育种精度。传统的育种方法往往受到杂交组合的限制，而生物技术可以精准地改变玉米的基因序列，实现对玉米性状的精确控制和调节，提高育种精度。三是提高育种质量。生物技术可以改良玉米的品质、抗病性、耐旱性等方面的性状，提高育种品质和市场竞争力。例如，通过转基因技术导入Bt 毒素基因，可以提高玉米的抗虫性，降低农药施用量，减少环境污染。四是提高育种多样性，丰富市场供给。传统的育种方法往往受到杂交组合的限制，而生物技术可以开发出适应不同生态环境和用途的玉米品种，增加育种多样性。五是增强抗性。转基因技术可以将特定基因导入玉米基因组中，增强玉米对病害和逆境的抗性［2］。

2.2 生物技术在玉米育种中的挑战

一是安全问题。生物技术应用于玉米育种中，需要考虑转基因产品的安全性、可持续性和社会接受度等问题，以保证产品的安全和可持续发展。例如，转基因产品对生态环境和人类健康的影响需要进行充分评估、监测。二是费用问题。生物技术在玉米育种中的应用需要大量研发费用，高昂的费用会增加育种成本，限制技术的广泛应用。如何降低研发费用，促进技术的普及和推广是当前亟待解决的问题。三是伦理问题。生物技术应用于玉米育种中，需要遵循伦理原则，充分尊重生命和环境，保护生态环境和人类健康。例如，转基因技术涉及基因污染、生物多样性保护等问题，需要综合考虑生态、社会和经济因素，保障生态、社会和经济可持续发展。四是法律问题。生物技术在玉米育种中的应用需要遵守相关法律和政策，保障消费者权益和社会公正性。例如，转基因产品需要符合国际国内标准和规定，进行严格的监管和审批，以确保产品的质量和安全。五是公众接受度问题。生物技术在玉米育种中的应用需要得到公众的理解和支持，建立透明、开放、公正的信息共享机制，加强与公众的沟通和合作。

3 生物技术在玉米育种中的应用

3.1 玉米育种应用分子标记技术

1）分子标记技术概述。分子标记技术是一种利用DNA 序列差异作为遗传标记的技术，可以精确地鉴定、区分和分析不同个体或种群之间的遗传差异，为种质资源鉴定、基因定位、品种鉴定和亲缘关系分析等提供有效的工具和方法。分子标记技术包括限制性片段长度多态性（RFLP）、随机扩增多态性（RAPD）、序列标记等。

2）分子标记技术在玉米育种中的应用。种质资源鉴定：分子标记技术可以应用于玉米种质资源的鉴定和分类。通过分析不同基因组的DNA 序列差异，确定玉米种质资源的亲缘关系，筛选出适合育种的材料，促进育种的发展。基因定位：分子标记技术可以应用于玉米重要性状的基因定位。通过建立遗传图谱，确定重要性状的关联基因和位置，实现玉米育种的目标导向和精准控制。鉴定品种：分子标记技术可以应用于玉米品种的鉴定和保护。通过建立品种DNA 指纹库，确定不同品种的DNA 序列差异，鉴定和保护玉米品种的合法权益［3］。基因组选择：分子标记技术可以应用于玉米的基因组选择。通过建立分子标记与重要性状的关联模型，实现对玉米性状的预测和选择，提高玉米的产量和品质。分析杂交亲缘关系：分子标记技术可以应用于玉米杂交亲缘关系的分析。通过分析亲本间的分子标记遗传多样性，确定不同亲本之间的亲缘关系。

3.2 基因编辑技术

1）基因编辑技术概述。基因编辑技术是一种利用分子生物学手段对基因进行精准编辑的技术，可以精确地改变基因序列，实现对生物性状的精确控制和调节。目前，最常用的基因编辑技术是CRISPR/Cas9 系统，可以利用RNA 导向Cas9 蛋白对目标基因进行精准切割，实现基因的修饰和改造。

2）基因编辑技术在玉米育种中的应用。改良抗病性：基因编辑技术可以应用于玉米抗病性的改良。例如，将Bt 毒素基因引入玉米中，可以提高玉米对害虫的抵抗力，减少农药施用量。改良品质：基因编辑技术可以应用于玉米品质的改良，利用基因编辑技术调节淀粉合成途径中的关键基因，可以提高玉米淀粉含量和质量，改善玉米的口感和加工性质。提高产量：应用基因编辑技术改变玉米中有关根系发育和汲取营养物质的基因，可以增强玉米汲取营养物质和水分的能力。改良耐逆性：基因编辑技术可以应用于改良玉米耐逆性。例如，利用基因编辑技术改变玉米中有关干旱、高温、低温等基因，可以增强玉米对逆境的耐受能力，有效提高玉米的适应性和生产力。培育新品种：基因编辑技术可以应用于玉米新品种的培育，通过应用基因编辑技术可对玉米进行多个基因的修改和组合，创造出更适合不同环境和用途的玉米品种，促进玉米产业的发展。

3.3 转基因技术

1）转基因技术概述。转基因技术是一种利用分子生物学手段将外源基因导入宿主基因组中的技术，可以实现对生物性状的精确改良和控制。在玉米中，常用的转基因技术是将含有抗虫Bt 毒素基因的转基因DNA 导入玉米基因组中，提高玉米对害虫的抗性［4］。

2）转基因技术在玉米育种中的应用。改良抗虫性：将Bt 毒素基因导入玉米中，可以提高玉米对害虫的抗性，减少农药施用量，降低环境污染程度。改良抗病性：利用转基因技术将外源基因导入玉米中，可以增强玉米对病原微生物的抗性，降低病害的发生概率，提高玉米品质。改良品质：通过转基因技术调节淀粉合成途径中的关键基因，可以提高玉米淀粉含量和质量，改善玉米的口感和加工性质。提高产量：转基因技术可提高玉米产量。应用该生物技术能够改变玉米中有关根系发育和汲取营养物质的基因，可以提高玉米汲取营养物质和水分的能力，提高玉米的产量和品质。培育新品种：利用转基因技术对玉米进行多个基因的修改和组合，可以创造出更适合不同环境和用途的玉米品种，促进玉米产业的创新和发展。

3.4 基因组学技术

1）基因组学技术概述。基因组学技术是一种综合利用DNA 测序、比较基因组学、转录组学等方法对生物基因组进行全面、系统、深入研究的技术，可以发现、解析和控制基因组中的功能元件和机制。基因组学技术主要包括基因组测序、基因注释、基因表达分析等。

2）基因组学技术在玉米育种中的应用。基因组测序：基因组学技术可以应用于玉米基因组的测序，通过对玉米基因组进行测序和分析，建立玉米的基因组图谱，明确玉米基因组结构和特点，为玉米育种提供准确的基础数据和信息。基因注释：基因组学技术可以应用于玉米基因的注释和分类，通过对玉米基因的注释和分类，确定不同基因的结构、功能和表达，为玉米基因研究和育种提供详细的信息和数据支持［5］。基因表达分析：基因组学技术可以应用于玉米基因表达的分析和调控，通过对玉米基因表达的分析和调控机制进行研究，可以发现和利用不同基因在玉米不同发育阶段和环境条件下的表达差异和调控网络，为玉米育种提供基因调控的新思路和方法。基因组选择：基因组学技术可以应用于玉米基因组选择和育种，通过建立分子标记与重要性状的关联模型，实现对玉米性状的预测和选择，从而提高玉米的产量和品质。基因组编辑：基因组学技术可以应用于玉米基因组的编辑和改良，利用基因组编辑技术调节玉米中有关产量、品质、抗性等方面的关键基因，可以实现玉米基因组的精准调控和改良，提高玉米的产量和质量。

3.5 细胞培养技术

1）玉米细胞培养技术概述。玉米细胞培养技术是指体外培养玉米的细胞、组织、器官等，并通过细胞分裂、愈伤组织、植株再生等过程，控制和调节玉米生长。玉米细胞培养技术包括组织培养、愈伤组织培养、植株再生和基因转化等方面。

2）玉米细胞培养技术的应用。组织培养：组织培养是利用细胞培养技术将植物器官和组织切割成小块，然后在适当的培养基上进行离体培养。组织培养可以应用于玉米幼胚、愈伤组织、幼嫩茎尖等组织的培养和繁殖，实现对玉米植株的快速繁殖和改良。愈伤组织培养：通过细胞培养技术将植物受伤的组织切割成小块，在适当的培养基上进行离体培养，形成愈伤组织。愈伤组织培养可以应用于玉米愈伤组织的诱导和培养，实现对玉米基因和性状的调控和改良。植株再生：利用细胞培养技术将植物组织培养、愈伤组织分化和生长成植株。植株再生可以应用于玉米愈伤组织的再生和转化，实现对玉米基因和性状的遗传改良。基因转化：基因转化是利用细胞培养技术将外源基因导入玉米细胞中，并使其在细胞中表达和发挥作用的过程。基因转化可以应用于导入具有特定功能的外源基因，如抗虫、抗病、耐逆等基因，实现对玉米基因和性状的遗传改良。

4 推广生物技术的措施

政府应出台相关政策，加强对生物技术在玉米育种中的应用和发展的支持，加大对生物技术的投入力度，提供必要的资金和技术支持，鼓励企业和科研机构加强技术研发和创新。同时，政府还应加强对生物技术的监管和管理，确保技术的安全性和可持续性。建立健全的技术标准和监管体系，对生物技术的研究和应用进行审批和监管。此外，鼓励企业和科研机构加强知识产权的保护、管理，提高技术的商业化和市场化水平。

加强对从事玉米育种和生物技术研究的科技人员和专业人员的培训和教育，提高其技术水平和专业素养。可以通过加强专业技术培训和研讨会，提高科研人员和企业从业人员的技能和素质，建立科技人才培养和交流机制，鼓励科研人员和企业从业人员之间互动和交流。政府和企业还应加大科技人才的招聘和培养力度，提高生物技术人才的数量和质量。

建立玉米产业和生物技术产业的联盟和合作机制，促进两个产业之间的交流与合作，共同推进生物技术在玉米育种中的应用和发展。通过建立产业联盟和产业链合作机制，促进玉米产业和生物技术产业的交流和合作，加强产学研合作，鼓励企业和科研机构之间的合作和技术交流。此外，还可以采取建立示范项目、优惠政策等方式，鼓励企业、科研机构开展合作和创新。

5 结束语

生物技术在玉米育种中的应用，具有广阔前景和重要意义。虽然这些技术在应用中也存在一些挑战和困难，但通过政策支持、科技培训、产业联盟、合理布局和宣传教育等一系列措施，相信这些困难将会逐步得到解决。未来，随着生物技术的不断发展和进步，相信生物技术在玉米育种中的应用将会更加成熟和完善，为玉米产业的高效、精准和可持续发展注入新的动力。