玉米育种_玉米育种技术
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北京市海淀区中关村南大街12号中国农业科学院，重大科学工程楼416会议室。玉米有10对染色体，属于天然异花授粉植物（对自身花粉亲和力低）玉米育种方法 自交系育种
二环系育种
轮回选择育种
回交育种
诱变育种
单倍体育种
转基因育种
分子标记辅助育种
在人工控制自花授粉情况下，经若干代，不断淘汰不良的穗行，选择农艺性状较好的单株进行自交，从而获得农艺性状较整齐一致、遗传基础较单纯的系，称为自交系。
优良自交系间杂交所产生的生活力强、产量高的杂种后代，称为自交系间杂交种。其农艺性状优于品种或品种间杂交种。一般增产20～30％。目前在玉米上应用较多。
基因工程是指在体外将核酸分子插入病毒、质粒或其它载体分子，构成遗传物质的新组合，并使之渗入到原先没有这类分子的寄主细胞内，而能持续稳定地繁殖。利用基因工程技术可以使育种工作的方向性更加明确，可以对有益的基因进行有目的的操作，并且可以跨越天然物种屏障来把其他生物的基因放臵在与其毫无亲缘关系的新的寄主生物细胞中，以获得所需要的理想性状，从而培育出高产、优质、多抗的作物新品种。
2玉米应用转基因技术的方法
2．1 PEG法
PEG法建立较早，原生质体作为转化受体，具有转化效率高、嵌合体少等优点，但由于原生质体培养周期长，再生频率低，技术复杂，再生出的植株变异大，而且再生植株受基因型限制，使得以原生质体作为转化受体的转化体系应用范围存在很大的局限性。
2．3基因枪法
基因枪法是通过基因枪击发火药爆炸、高压气体释放或高压放电所产生的推力使携带了外源基因的金属微弹穿透植物的组织、细胞壁和膜结构，将外源基因送入细胞核，进而整合到植物基因组中，实现遗传转化。
2．4农杆茵介导法
玉米主要是农杆菌Ti质粒介导的转化系统，农杆菌介导转化植物时的影响因素很多，包括基因型、菌株、外植体、载体质粒、V'tr区的活化、共培养基的组成成分等，除此之外还有外植体的渗透处理、预培养及共培养时间、农杆菌浓度、接种以及抗生素的使用等方面。
2．5花粉管通道法
花粉管通道法是授粉后使外源基因能沿花粉管渗入，经过珠心通道进入胚囊，转化尚不具备正常细胞壁的卵、合子或早期胚胎细胞。以生殖细胞直接作为授体细胞，外源基因导入后会随着正常的授精过程而得到稳定转化，为植物基因
转化避开组织培养提供了可能。影响花粉管通道法转化频率的因素包括质粒载体、DNA浓度、转化授体的雌蕊器官结构等。
3玉米转基因分子育种
3．1抗虫性育种
抗虫转基因玉米主要应用的是苏云金杆菌分离苏云金杆菌杀虫结晶蛋白基因和从植物中分离出的昆虫蛋白酶抑制基因。目前所发现的Bt基因，可以毒杀鳞翅目、双翅目、鞘翅目的昆虫。
3．2抗除草剂育种
通过转基因把其他生物中的抗除草剂基因转移到玉米中，使玉米具有对除草剂的抗性而发挥化学除草的作用，而且带有除草剂抗性的转基因玉米不受除草剂伤害而显著提高产量。截止目前，已培育出抗草甘磷、草铵磷、咪唑啉酮、稀禾定、Poast和绿黄隆等抗除草剂转基因玉米。
3．3改良品质育种
利用转基因技术可以将外源种子蛋白质基因或人工合成基因导入玉米来改良玉米的营养品质。柴晓杰等通过花粉管通道法将玉米淀粉分支酶基因导入玉米自交系，提高直链淀粉的含量。赵倩等胆，把高赖氨酸基因导入玉米自交系选育出赖氨酸含量明显提高的转基因玉米。To玎ent等将富含赖氨酸基因转入玉米改良醇溶蛋白。张秀君等将富含赖氨酸的马铃薯花粉特异水溶性蛋白的cDNA转入玉米，种子干重中赖氨酸含量可提高到10％以上。
3．4雄性不育性育种
利用基因工程创造雄性不育有可能从根本上解决天然雄性不育性利用的弊端，大量转基因雄性不育的研究工作已取得了初步的成效。Mariani等唧将来自烟草花药绒毡层特异启动子TA29与核酸酶基因Barnase融合后转化玉米已成功获得雄性不育植株。刘大文等利用玉米花粉特异启动子ZMl3启动核酸酶基因Bamase在玉米花粉中表达产生了部分不育的植株。
3．5抗逆性育种
利用基因工程技术进行分子育种，国内外还在耐旱、耐盐、抗病等方面进行了探索，将自然界中多种适应性基因转入玉米使其获得抗逆性基因，提高植株在逆境中的适应能力。刘岩等将大肠杆菌
4玉米育种中基因工程的应用展望
基因工程在玉米育种的应用对于解决土地面积缩小，粮食需求猛增的现实矛盾问题提供了有力的技术支持。在未来的研究中，转基因玉米的理论体系将更加完善，更多的优良基因将被发掘，并被准确定位提取。玉米的遗传转化将逐步实现从单一基因、单一性状的转化向多基因、多性状的转化发展，从而有效降低转化的成本，提高经济效率。加强特种玉米的转基因研究，加强国际间合作，充分利用中国的资源优势和现有成果，用不同的分子标记来实现自己的研究目的。加强基因工程在杂种优势预测方面的研究，使基因工程更好地服务于玉米遗传育种工作，将基因工程与常规育种方法结合起来，可以准确地鉴定基因型。
基因工程在玉米育种中应用的限制因素
4．1 基因转化率低。
转化体系不稳定转化效率低是转基因玉米工作面临的瓶颈问题，以目前的转化技术，基因平均的转化率不足1％，并且还存在着转化体系不稳定的问题。因转化的基因在受体内受到一系列调控因子的影响。因此外源基因在表达过程中可
能要经历一个复杂的表达调控、沉默、丢失、基因分离、重组等过程，导致目的基因在大田应用中有可能丢失，造成产量及安全的潜在危险。
4．2基因沉默
所谓的基因沉默现象，即新的基因常常是关闭的。1986年Peerbolte首次报道了转基因烟草中转基因发生沉默。它是限制转基因植物向实用化、商品化
发展的一个重要因素。目前的研究表明，转基因沉默受诸多因素影响嗍，如转录前外源基因和内源基因的结构特性、伴臵效应以及宿主植物的遗传调控、甲基化状况、拷贝数多少、插入位点以及后成修饰作用等。
4．3安全性问题．
转基因玉米的安全性一直以来都是人们关注的核心问题，一些不可忽视的潜在危险必须引起重视，这是转基因产品能否顺利进入市场的关键所在。一是抗性基因扩散问题，抗性转基因玉米有可能将抗性基因转至环境中的野生植物群中，增加其抗虫、抗病毒、抗逆性，使其成为难以控制的杂草，甚至由于超强的适应性，有可能造成生态平衡的破坏。1999年Loseyt：嘲报道的大斑蝶幼虫食用涂有转＆基因玉米花粉的叶片后44％死亡，这一事件引起了关于基因安全的国际性争论。二是标记基因(尤其是用抗生素基因作标记)可能会发生基因的“水平转移”，从而产生负面影响，如抗生素抗性基因与人体内病原物发生“异源重组”，则会降低抗生素在临床医疗过程中的有效程度。
分子标记
构建遗传图谱，特别是覆盖整个基因组的框架图是对基因组进行系统研究的基础。很久以来，科学家一直希望利用遗传图和遗传标记来加速植物育种进程。根据构建图谱所利用的分子标记的不同，可分为RFLP连锁图谱、RAPD图谱、SSR图谱及AFLP图谱等。
选择是育种的重要环节，传统育种对目标性状多采用直接选择的方法，但作物的许多农艺性状不容易观测或易受环境影响、表现不稳定，直接选择比较困难。而在完成基因的分子标记定位后，就可以通过连锁标记对这些性状进行间接选择，从而提高它们的选择效率。
分子标记辅助选择(marker aisted selection,MAS)是通过在分子水平上分析与目标基因紧密连锁的分子标记的基因型来判别目标基因是否存在，并对目标基因进行间接选择的一种植物选择育种方法。在不同的育种程序中DNA分子标记辅助选择育种的具体方法和原理有所不同。然而，无论何种方法，都必须构建完整的分子标记连锁图谱，即遗传连锁图谱。MAS可用于以下一些方面：①利用根据分子标记获得的信息(如遗传多样性评价和杂种优势预测等)来帮助选择育种亲本；②提高回交育种效率；③利用基于标记的种系检验加速超级家系和种群的发展；④通过替代昂贵、收效缓慢而且困难的性状检测来提高选择效率。MAS可用于鉴定外来种质中是否存在有益的等位基因及协助人工选择改良经基因工程改造的主效基因产生的有害效应。
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