玉米种质资源创新技术应用与科学有效开发利用

玉米种质资源在推进玉米商品化育种方面扮演着重要的角色，起到基础性的支撑作用，加强种质资源的创新和改良研究是现阶段助推杂交玉米品种科学培育以及缩短育种周期，提高育种效率的关键环节。近年来，随着现代分子生物学技术的进一步快速发展和创新应用，一大批分子育种技术应运而生，并在玉米育种领域得以有效的推行和应用，育种效率得到了提升。

当前随着居民饮食水平的进一步提高和膳食结构的变化，玉米成为我国一个时期消费需求增长最快同时也是增产潜力最大的粮食和饲养作物。但随着产业结构调整力度的逐渐加大，适合玉米种植的土地呈现逐渐缩小的趋势，在玉米播种面积不可能大幅度增长的情况下，提高玉米单位面积内的产量已经成为保障玉米科学生产和维持粮食安全的必然选择。近年来，随着我国育种工作的不断向前推进，一大批杂交玉米品种在农业生产领域得以有效地推行，但与西方发达国家相比，我国的玉米单位面积产量仍然较低，究其原因在于缺乏高产、稳产、抗逆性能较好、突破性能较强的优质品种，而品种选育不良归根结底在于玉米种质基础较为狭窄，缺乏玉米种质资源的原始性创新研究。上世纪远缘杂交、回交转育、轮回选择和群体改良等育种技术是玉米种质改良和创新的基础方法，并在玉米遗传育种和杂交育种方面发挥着巨大作用。但进入新世纪以来，随着对优质玉米品种需求量的逐渐增加，传统育种方式已经不能够满足育种需求，急需要转变育种方式，推进玉米种质资源的创新技术应用，由传统的经验育种向着分子育种转变。

一、玉米种质资源创新技术应用的现实意义

1、有利于保障种质资源安全，拓展种质资源基础

玉米种质资源创新技术在现代玉米产业发展中扮演着至关重要的角色，种质资源是玉米品种改良的物质基础，其安全与多样性直接关系到玉米产业的可持续发展，创新技术的应用对种质资源的安全与拓展具有深远的现实意义。通过创新技术能够更有效地保护现有的种质资源，防止由于自然灾害、生物入侵等原因导致的种质资源丢失。例如，利用分子标记技术对玉米种质资源进行鉴定和评估，可以确保种质资源的真实性、完整性和遗传多样性。也可以通过基因编辑、基因合成等前沿技术创造新的、具有特定性状的玉米种质资源，为品种改良提供新的遗传材料，这些新的种质资源不仅能够提高玉米的产量、抗病性和适应性，还能够改善玉米的品质，满足市场和消费者对优质玉米的需求。此外，创新技术还有助于提高种质资源的利用效率。传统的玉米种质资源利用往往依赖于人工杂交和选择，效率较低。而创新技术如基因芯片、生物信息学等可以快速、准确地筛选出具有期望性状的种质资源，极大地提高了种质资源的利用效率。

2、有利于选育出更高产量高适应能力的优质玉米品种

玉米种质资源创新技术在现代玉米产业发展中扮演着至关重要的角色，其主要是指在育种过程中直接或间接利用野生种、原始种以及经过人工选择和改良的品种等各种遗传资源，基因编辑、分子标记辅助选择和基因转录组学等创新技术的应用，极大地推进了玉米种质的改良进程，提升了品种的产量和适应能力。另外利用基因编辑技术，如CRISPR/Cas9系统，能够精确地对玉米基因组进行编辑，去除或插入特定的基因，使得育种专家能够针对性地解决玉米产量低、抗病性差等问题，快速培育出高产、优质、多抗的玉米新品种。而分子标记辅助选择（MAS）技术的深度应用能够检测植物基因组中的特定DNA序列，快速准确地鉴定植物的遗传特征。育种技术人员可以利用这些分子标记来追踪和选择那些与高产、抗逆性等性状相关的基因，从而在早期世代中去除不理想的基因型，提高育种的效率。基因转录组学技术可以帮助科学家们理解玉米在不同环境条件下的基因表达模式，从而揭示玉米产量和适应性的分子机制，育种期间通过比较不同品种或不同环境条件下的转录组差异，研究人员可以发现控制产量和适应性的关键基因，并利用这些信息指导新品种的选育。

3、有利于助推农业现代化

种质资源创新技术能够提高玉米的产量、品质和抗逆性，从而满足现代农业对高产、高效、优质和可持续发展的需求。首先，创新技术的应用可以提高玉米产量。基因编辑、分子标记辅助选择等现代化技术的深度应用可以培育出高产、抗病、抗逆性强的新品种，这些新品种不仅能够适应不同的生态环境，还能在农业生产中实现更高的产出。其次，创新技术有助于提升玉米品质。基因工程技术可以改善玉米的营养成分组成，提高蛋白质、脂肪等营养成分的含量，满足人类对健康食品的需求，创新技术还可以培育出口感好、色泽鲜艳、加工性能优良的玉米品种，提升玉米的市场竞争力。最后，创新技术有助于实现农业可持续发展。在玉米育种工作开展过程中基因编辑等技术可以培育出抗旱、抗盐碱、抗病虫害等抗逆性强的玉米品种，降低农业生产对化学农药和化肥的依赖，减少环境污染，适应气候变化和极端天气，保障玉米生产的稳定性。

二、玉米种质创新新技术

1、分子标记辅助育种技术

在玉米育种过程中，分子标记技术的利用不仅提高了选育效率，而且大幅缩短了育种周期，通过对已知功能基因的定位和标记，可以在早期筛选阶段准确识别出优良的遗传特性，从而在后续的杂交和选择中更有针对性。例如利用与抗病性相关的分子标记，能够在幼苗期就鉴别出对特定病害具有抵抗力的玉米个体，避免了在成熟期才能评估抗病性的传统做法，显著提升了筛选的准确性和速度。此外，分子标记技术在解析玉米的遗传多样性方面也展现出了独特的优势，通过对不同种质资源进行分子标记分析，可以详细揭示玉米种质的遗传背景和亲缘关系，指导育种者进行更有策略的杂交组合设计。这种方法不仅有助于保护和利用玉米的遗传多样性，而且还能促进新品种的创制，加快玉米育种的创新步伐。随着分子生物学技术的不断进步，基因编辑技术，如CRISPR/Cas9系统的出现，为玉米种质创新提供了更为精准的分子育种手段。基因组编辑技术能够在DNA水平上精确地修改特定基因，为培育具有特定农艺性状的玉米品种提供了强有力的工具。通过精确调控玉米植株的生长发育、适应环境、提高产量和品质等方面的基因，可以极大提升育种效率和育种的精准度。未来，分子标记辅助育种技术结合基因编辑手段，将在玉米种质创新中发挥更加重要的作用。

2、转基因育种技术

转基因育种技术在玉米种质创新中的应用，主要集中在提高玉米的产量、改善品质和抗性等方面。育种工作开展期间通过转入Bt基因，可以有效提升玉米对某些害虫的抵抗能力，减少化学农药的使用，从而降低生产成本，增强环境的可持续性。同时，通过转入抗旱基因，玉米在干旱环境下的生存能力得到加强，这对于应对全球气候变化和保障粮食安全具有重要意义。在提高玉米营养价值方面，转基因技术同样展现出巨大潜力，通过转入富含必需氨基酸和微量元素的基因，可以开发出营养更加全面的玉米新品种，对改善人类的营养状况，尤其是在发展中国家具有重要的应用价值。然而，玉米转基因育种技术的应用也面临着一定的挑战和争议。当前公众对转基因产品的安全性持有疑虑，这对转基因玉米的商业化推广造成了阻力。因此，未来的研究需要更加聚焦于转基因技术的安全性评估和社会接受度提升，通过对中心、长期的生态效应和健康风险评估研究，收集更多科学数据以证明其安全性。

3、单倍体育种技术

通过单倍体育种技术能够快速获得含有纯合基因组的单倍体植株，为玉米遗传研究和育种提供了一种极为高效的途径。在应用过程中，首先通过特定的单倍体诱导源与目标玉米杂交诱导产生单倍体胚胎，随后利用特定的培养基和生长调节剂处理，使单倍体胚胎发育成完整植株，这些植株经过染色体倍增处理后，可形成纯合二倍体，为后续的分子标记辅助选择和基因编辑等现代育种技术奠定基础。与传统的育种方式相比，单倍体技术通过快速固定基因型，可在短时间内获得大量纯合材料，显著加快育种进程。此外，该项技术与分子标记技术有效结合可以在单倍体阶段进行有效的基因型筛选，确保所选植株具备所需的农艺性状，这对于精确育种和快速培育新品种具有重要意义。单倍体育种技术在玉米种质创新中的应用，不仅加快了育种节奏，还提高了育种的准确性和效率。未来，结合高通量测序、基因编辑等技术，单倍体育种技术将在精准育种领域发挥更加重要的作用，有助于创造出更多适应性强、产量高、抗性佳的玉米新品种，满足不断增长的农业生产需求。

三、当前玉米种质资源创新面临的问题

1、种质资源收集保存不足

玉米种质资源是玉米育种和生物技术研究的基础，其重要性不言而喻，但是当前我国玉米种质资源收集保存工作仍面临诸多问题，其中最为突出的便是种质资源收集保存不足。虽然近年来我国科研团队已经在玉米种质资源采集方面取得了显著成果，但是与全球玉米种质资源的丰富度相比，我国的采集范围还相对有限，尤其是在一些偏远地区和特殊生态环境下，玉米种质资源的采集和保存工作还远远不够。传统的种子保存方式在保存玉米种质资源时存在一定的局限性，种子寿命短、遗传变异加剧等，新时期探索更为高效、持久的保存方式，对于解决种质资源保存不足问题具有重要意义。

2、种质资源鉴定评价技术落后

当前，我国玉米种质资源的鉴定评价技术相对落后，已成为限制玉米种质资源创新与利用的重要因素。传统的鉴定评价方法往往依赖于人工经验，耗时长、效率低，且结果具有一定的主观性。虽然近年来生物技术的发展，分子标记、基因测序等为种质资源鉴定提供了新的技术手段，但这些技术的应用仍然受到成本高、技术复杂、需要专业人才等种种限制。种质资源鉴定评价技术的落后，使得我国玉米种质资源的挖掘与利用程度远远落后于国际先进水平。一方面，大量的玉米种质资源尚未被充分挖掘，其潜在价值未被充分利用；另一方面，已知的优质种质资源因鉴定评价不充分，其利用效率低下，无法满足玉米产业发展的需求。此外，种质资源鉴定评价技术的落后，也限制了玉米新品种的选育进程。

3、优质种质资源利用效率低下

首先，种质资源分散，缺乏系统整合。我国玉米种质资源丰富，但是高抗高适应能力的种质资源缺乏，再加上缺乏有效的整合与共享机制，导致了资源利用的不充分，许多有价值的种质资源被闲置，无法发挥其应有的作用。其次，传统育种方法的限制。传统的育种方法主要依赖人工筛选和杂交，效率较低，且受限于人力资源和时间，使得种质资源的利用效率难以提升，制约了玉米种质创新的速度和质量。尽管现代生物技术如基因编辑、基因合成等在玉米种质资源创新中有巨大的应用潜力，但在我国这些技术的应用还相对较少，限制了优质种质资源的创新与利用。最后，市场需求与科研脱节。玉米种质资源的创新需要紧密跟随市场需求，但目前我国在科研与市场之间缺乏有效的衔接机制，导致创新资源无法精准对接市场需求，降低了种质资源利用的效率。

四、解决玉米种质资源创新问题的对策

1、加强种质资源的收集与保存

在玉米种植资源创新发展过程中，应该加快建立全国玉米种质资源收集与保存体系，实现种质资源的集中管理和统一利用，明确玉米种质资源的收集、整理、保存、利用等环节，确保种质资源的高效利用。同时，积极开展国际玉米种质资源的合作与交流，引进国外优质、抗逆、特殊性状的玉米种质资源，丰富我国玉米种质资源库。种质资源保存过程中要结合现代科技技术利用低温保存、超低温保存、真空干燥保存等，提高玉米种质资源的保存效果，减少种质资源损失。持续加大对种质资源库基础设施建设的投入，制定种质资源利用政策，鼓励科研机构、企业、农民合作组织等利用种质资源开展新品种选育、种子生产等活动，建立种质资源信息管理系统，实现种质资源信息的集中查询、分析和利用，为科研人员和农业生产提供便捷的服务。

2、强化种质资源鉴定评价技术研究

随着现代生物技术的快速发展，种质资源的鉴定评价技术也在不断进步，在进行种质资源的鉴定评价过程中，可以借助分子标记技术准确鉴定玉米种质资源中的基因型信息，然后通过基因组学和转录组学技术，深入了解玉米种质资源中的基因表达和调控机制，为选择和利用优质种质资源提供了更深入的理解。在此基础上要深入强化对玉米种质资源鉴定评价技术的研究和推广，通过加强技术研究和推广提高玉米种质资源鉴定的准确性和效率，为玉米种质资源创新提供更好的支持。

3、建立完善优质种质资源利用机制，提高利用效率

种植资源创新应用过程中，应建立一套完善的玉米种质资源收集、保存、评价和利用体系，在评价体系当中应该详细的体现出现有种质资源进行全面的收集和保存，以保证资源的可持续利用，然后对种质资源进行科学的评价，筛选出具有创新潜力的资源，为后续的遗传改良提供材料。鼓励和引导科研机构、企业和农民合作，形成种质资源创新与利用的利益共享机制，加强种质资源创新成果的转化与应用，促进新技术、新品种的推广，提高玉米生产的整体水平。

综上所述，在进行玉米种质资源的创新应用过程中，要逐渐转变传统的育种手段，加速高新技术平台的有效建设，积极推广应用新技术、新手段，由传统的种子选育向着分子生物学选育入手，利用现代科学技术对玉米种质资源进行科学有效的开发和利用，确保在短时间内能够选育出一大批适应不同地区气候环境种植要求，以及使用要求的优质玉米品种，为更好地保证国家粮食安全奠定坚实基础。

（作者单位：266600山东省莱西市农业农村局；010010内蒙古自治区乡村振兴促进中心）