玉米是世界上三大作物之一,對于國民經(jīng)濟(jì)和人們生活具有重要的意義。也是我國主要的糧食作物之一，玉米自交系間雜種優(yōu)勢給人們帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益，但是玉米育種中面臨著推廣品種單一化，育種材料遺傳基礎(chǔ)越來越狹窄，基因庫日益貧乏的缺點(diǎn)。至1994年，四大核心種質(zhì)約占86.3%。“八五”期間，我國審定的玉米主要品種的種質(zhì)來源是瑞得和蘭卡斯特各占25.6%，四平頭，旅大紅骨各占17.9%和10.7% 。四大種質(zhì)占到79.9%。種質(zhì)的單一化，必然導(dǎo)致嚴(yán)重的不良后果，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)遭到嚴(yán)重的損失。1970年美國玉米小斑病T小種大流行，而使70%的玉米雜交種嚴(yán)重減產(chǎn)。有利重組體的數(shù)量受到遺傳資源狹窄的限制，將使育種工作進(jìn)展緩慢，甚至停滯不前。種質(zhì)缺乏成為玉米育種的瓶頸，種質(zhì)的創(chuàng)新工作成為急待解決的問題。
近代生物技術(shù)的興起極大地提高了人們創(chuàng)造變異和利用變異的能力。為了更好地使生物技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，就必需了解各種生物技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)和各種生物技術(shù)結(jié)合的途徑，以便更好地應(yīng)用于玉米的種質(zhì)創(chuàng)新和育種中去。
1.種質(zhì)創(chuàng)新的技術(shù)類型
花藥培養(yǎng) 是應(yīng)用于玉米育種較為有效的手段?？梢员瘸Ｒ?guī)的育種方法縮短育種年限2-4年。因?yàn)閱伪扼w植株不存在顯隱性的問題，一旦發(fā)生突變，即可以表達(dá)，有利于性狀的選擇。吳甲林（1983）、母秋華等（1980，1982）等先后培育出多個花培自交系，并用利用其組配了在生產(chǎn)上大面積推廣的優(yōu)良的雜交種。雖然花藥培養(yǎng)具有有利的特點(diǎn)，但同小麥和水稻相比仍然沒有顯著的優(yōu)勢。提高玉米花粉愈傷組織誘導(dǎo)率和綠苗分化率是提高玉米花培能力的重要因素。
孤雌生殖 利用孤雌生殖合成純系，是單倍體育種的另一途徑。應(yīng)用孤雌生殖簡便易行，沒有花培苗越冬的問題。由于直接獲得二倍體的頻率較高，并且逾越了染色體加倍的障礙。玉米孤雌生殖的誘導(dǎo)可以經(jīng)過雜交、溫度處理、射線處理、利用異源的細(xì)胞質(zhì)、授粉前后的藥物處理以及未授粉子房的培養(yǎng)等的方式進(jìn)行，也可以不經(jīng)過授粉直接通過藥物處理獲得。如以MH和DMSO的組合、GA3、NAA-KT、N6培養(yǎng)基、6-BA等方法進(jìn)行誘導(dǎo)。郭樂群等（1997）利用藥物誘導(dǎo)孤雌生殖技術(shù)獲得了玉米純系540，并且組配了優(yōu)良的組合。
幼胚培養(yǎng) 玉米的幼胚被可以用于產(chǎn)生有植株再生能力的愈傷組織。MS培養(yǎng)基應(yīng)用得最為廣泛，2,4-D是誘發(fā)愈傷組織產(chǎn)生的唯一的激素，除去2,4- D的培養(yǎng)基可以再生植株。由于愈傷組織在培養(yǎng)過程中可產(chǎn)生體細(xì)胞無性系變異，因此可作為一種創(chuàng)造玉米新種質(zhì)的方法。張舉仁等（1991）利用這種方法篩選出了多個耐鹽、配合力較高的自交系。
外源DNA導(dǎo)入 外源DNA導(dǎo)入的可以利用整體植株的卵細(xì)胞受精卵或者早期的胚細(xì)胞轉(zhuǎn)化DNA，方法簡便。單胚珠或者多胚珠的單雙子葉植物均可以應(yīng)用，育種時間短，易于穩(wěn)定。可以任意選擇生產(chǎn)上的當(dāng)家的品種進(jìn)行外源DNA的導(dǎo)入，達(dá)到目的性狀的轉(zhuǎn)移。Dewet等利用外源DNA導(dǎo)入實(shí)現(xiàn)了玉米葉斑病抗性的轉(zhuǎn)移，Ohta（1986）等得到了胚乳基因的高頻率的轉(zhuǎn)移。
基因工程 玉米的基因工程研究發(fā)展迅速，已經(jīng)產(chǎn)生了轉(zhuǎn)基因植株，轉(zhuǎn)化方法和目的基因都增多。美國國際作物遺傳公司將一種對于害蟲有殺傷力的細(xì)菌毒蛋白基因拼接到只生活在玉米植株體內(nèi)的某些微生物，伴隨著玉米植株的 生長，微生物也隨之生長，抵御玉米穿孔蟲的侵襲，確保玉米在不施用大量昂貴的殺蟲劑情況下增產(chǎn)。但是目前對于一般的研究單位尚沒有達(dá)到實(shí)用的程度。
物理誘變 電離輻射主要包括γ射線、X射線、中子和β射線等。其中應(yīng)用最多的是γ射線和X射線，由于其穿透力較強(qiáng)，可以激活原子的內(nèi)層的電子，使其離子化可以與其他的原子或者分子相結(jié)合，造成原子結(jié)合方式的轉(zhuǎn)變。山東農(nóng)業(yè)科學(xué)院原子能所利用G060射線處理玉米自交系獲得了具有株型理想、果穗較大、抗病性好等優(yōu)良特點(diǎn)的自交系原武02，這是輻射育種取得的成功例子。
化學(xué)誘變 化學(xué)誘變效率大約是自發(fā)突變的100-1000倍。在玉米上運(yùn)用的誘變劑主要是：甲基磺酸乙酯，N-甲基-N-硝基-N-亞硝基胍（MNNG），疊氮化鈉（NaN3）、硫酸二乙酯（DES）和MNUA等。EMS是目前使用最廣和效果最好的化學(xué)誘變劑，其誘導(dǎo)的突變大多是點(diǎn)突變。化學(xué)誘變的材料主要是種子、花粉等。目前處理是用EMS等與輕質(zhì)的石蠟油混合，制備成濃度為0.1-0.2%的處理液，在適當(dāng)?shù)臅r間，把被處理的花藥涂抹在花絲上即可?；瘜W(xué)誘變可以用來進(jìn)行自交系的性狀改良?；瘜W(xué)誘變的特點(diǎn)是對于供體的損傷較少，誘變的頻率較低，但是有利的突變較多。也可以用來進(jìn)行抗性突變種質(zhì)的篩選，產(chǎn)生新的抗性基因類型。
另外，人們也進(jìn)行了一些玉米上的原生質(zhì)體、體細(xì)胞雜交等方面的研究，但是由于各種原因，目前在玉米種質(zhì)創(chuàng)新方面還沒有得到實(shí)際的應(yīng)用,在此不作討論。
2、種質(zhì)創(chuàng)新技術(shù)的結(jié)合
在現(xiàn)代的育種實(shí)踐中，除了上述的各種手段的單獨(dú)使用以外，還可以將幾種技術(shù)結(jié)合起來使用將更有利于玉米的種質(zhì)的創(chuàng)新。
離體培養(yǎng)結(jié)合化學(xué)誘變技術(shù) 植物組織器官（包括花藥等）在離體培養(yǎng)過程中本身的遺傳性會發(fā)生改變，可以應(yīng)用于植物品種的改良，種質(zhì)的創(chuàng)新，兩者的結(jié)合具有以下的優(yōu)點(diǎn)：培養(yǎng)密度高，極大地提高選擇的頻率，減少土地占用和人力消耗；單細(xì)胞的培養(yǎng)突變幾乎可以立刻表現(xiàn)出來，其表現(xiàn)不受相臨細(xì)胞的干擾沒有嵌和體現(xiàn)象；利用適當(dāng)?shù)倪x擇劑，可以將突變細(xì)胞從混合細(xì)胞中有效地選擇出來。
花藥的誘變處理 γ，X射線輔照以后，剝?nèi)』ㄋ幗臃N于適當(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)基上，誘導(dǎo)愈傷組織，照射到誘導(dǎo)培養(yǎng)之前可以間隔2-3天，以利于花藥恢復(fù)正常生長提高其出愈能力。采用這種方法，能夠避免射線對于培養(yǎng)基的不良的反應(yīng)，但是可能影響培養(yǎng)的效果。先將處于單核靠邊期的花藥接種到培養(yǎng)基上，再進(jìn)行照射，可以在一定程度上提高花粉發(fā)育的整齊度。
愈傷組織的誘變處理 愈傷組織誘變可以明顯增加變異的程度以及離體突變選擇的應(yīng)用，可以作為誘變處理的對象，與常規(guī)的材料的處理不同之處在于，愈傷組織是處于無菌的環(huán)境的條件下，可以直接照射生長于培養(yǎng)皿或者三角瓶中的愈傷組織，避免污染?；瘜W(xué)誘變可以采取直接向愈傷組織添加或者滴加誘變劑的方法。愈傷組織包括各種組織培養(yǎng)方法得到的愈傷組織。例如：胚培養(yǎng)，幼胚培養(yǎng)，花藥培養(yǎng)，子房培養(yǎng)等等。
愈傷組織導(dǎo)入外源DNA 采取向愈傷組織滴加一定量的DNA溶液的方法，促使DNA的導(dǎo)入。因?yàn)槿魏尉哂谢钴S的代謝活動和持續(xù)分裂的地方都具有增加外源DNA導(dǎo)入頻率的作用。例如，在花粉管通道技術(shù)中，在形成受精卵而進(jìn)行的持續(xù)胚的分化的過程中，在植物的分生組織活躍的生長點(diǎn)附近具有吸收外源DNA的可能性。而愈傷組織具有持續(xù)的分裂和增殖的活性，而且愈傷組織吸收外源DNA具有更加可取之處，因?yàn)橛鷤M織的細(xì)胞間隔或者細(xì)胞壁比其活體的細(xì)胞甚至生長點(diǎn)的細(xì)胞具有更高的DNA轉(zhuǎn)化的頻率。
總之，現(xiàn)代生物技術(shù)同玉米育種的結(jié)合趨勢是利用物理化學(xué)或者生物的方法創(chuàng)造變異或者引入外源的基因，然后通過生物技術(shù)的方法固定轉(zhuǎn)移這種變異，實(shí)現(xiàn)優(yōu)良突變基因的重組，再通過常規(guī)育種的方法實(shí)現(xiàn)雜種優(yōu)勢。并且在實(shí)際的育種過程中，單純使用那一種育種技術(shù)都不能達(dá)到體育種的要求，需要將各種生物技術(shù)結(jié)合起來，才能取得較好的育種效果。
近代生物技術(shù)的興起極大地提高了人們創(chuàng)造變異和利用變異的能力。為了更好地使生物技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，就必需了解各種生物技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)和各種生物技術(shù)結(jié)合的途徑，以便更好地應(yīng)用于玉米的種質(zhì)創(chuàng)新和育種中去。
1.種質(zhì)創(chuàng)新的技術(shù)類型
花藥培養(yǎng) 是應(yīng)用于玉米育種較為有效的手段?？梢员瘸Ｒ?guī)的育種方法縮短育種年限2-4年。因?yàn)閱伪扼w植株不存在顯隱性的問題，一旦發(fā)生突變，即可以表達(dá)，有利于性狀的選擇。吳甲林（1983）、母秋華等（1980，1982）等先后培育出多個花培自交系，并用利用其組配了在生產(chǎn)上大面積推廣的優(yōu)良的雜交種。雖然花藥培養(yǎng)具有有利的特點(diǎn)，但同小麥和水稻相比仍然沒有顯著的優(yōu)勢。提高玉米花粉愈傷組織誘導(dǎo)率和綠苗分化率是提高玉米花培能力的重要因素。
孤雌生殖 利用孤雌生殖合成純系，是單倍體育種的另一途徑。應(yīng)用孤雌生殖簡便易行，沒有花培苗越冬的問題。由于直接獲得二倍體的頻率較高，并且逾越了染色體加倍的障礙。玉米孤雌生殖的誘導(dǎo)可以經(jīng)過雜交、溫度處理、射線處理、利用異源的細(xì)胞質(zhì)、授粉前后的藥物處理以及未授粉子房的培養(yǎng)等的方式進(jìn)行，也可以不經(jīng)過授粉直接通過藥物處理獲得。如以MH和DMSO的組合、GA3、NAA-KT、N6培養(yǎng)基、6-BA等方法進(jìn)行誘導(dǎo)。郭樂群等（1997）利用藥物誘導(dǎo)孤雌生殖技術(shù)獲得了玉米純系540，并且組配了優(yōu)良的組合。
幼胚培養(yǎng) 玉米的幼胚被可以用于產(chǎn)生有植株再生能力的愈傷組織。MS培養(yǎng)基應(yīng)用得最為廣泛，2,4-D是誘發(fā)愈傷組織產(chǎn)生的唯一的激素，除去2,4- D的培養(yǎng)基可以再生植株。由于愈傷組織在培養(yǎng)過程中可產(chǎn)生體細(xì)胞無性系變異，因此可作為一種創(chuàng)造玉米新種質(zhì)的方法。張舉仁等（1991）利用這種方法篩選出了多個耐鹽、配合力較高的自交系。
外源DNA導(dǎo)入 外源DNA導(dǎo)入的可以利用整體植株的卵細(xì)胞受精卵或者早期的胚細(xì)胞轉(zhuǎn)化DNA，方法簡便。單胚珠或者多胚珠的單雙子葉植物均可以應(yīng)用，育種時間短，易于穩(wěn)定。可以任意選擇生產(chǎn)上的當(dāng)家的品種進(jìn)行外源DNA的導(dǎo)入，達(dá)到目的性狀的轉(zhuǎn)移。Dewet等利用外源DNA導(dǎo)入實(shí)現(xiàn)了玉米葉斑病抗性的轉(zhuǎn)移，Ohta（1986）等得到了胚乳基因的高頻率的轉(zhuǎn)移。
基因工程 玉米的基因工程研究發(fā)展迅速，已經(jīng)產(chǎn)生了轉(zhuǎn)基因植株，轉(zhuǎn)化方法和目的基因都增多。美國國際作物遺傳公司將一種對于害蟲有殺傷力的細(xì)菌毒蛋白基因拼接到只生活在玉米植株體內(nèi)的某些微生物，伴隨著玉米植株的 生長，微生物也隨之生長，抵御玉米穿孔蟲的侵襲，確保玉米在不施用大量昂貴的殺蟲劑情況下增產(chǎn)。但是目前對于一般的研究單位尚沒有達(dá)到實(shí)用的程度。
物理誘變 電離輻射主要包括γ射線、X射線、中子和β射線等。其中應(yīng)用最多的是γ射線和X射線，由于其穿透力較強(qiáng)，可以激活原子的內(nèi)層的電子，使其離子化可以與其他的原子或者分子相結(jié)合，造成原子結(jié)合方式的轉(zhuǎn)變。山東農(nóng)業(yè)科學(xué)院原子能所利用G060射線處理玉米自交系獲得了具有株型理想、果穗較大、抗病性好等優(yōu)良特點(diǎn)的自交系原武02，這是輻射育種取得的成功例子。
化學(xué)誘變 化學(xué)誘變效率大約是自發(fā)突變的100-1000倍。在玉米上運(yùn)用的誘變劑主要是：甲基磺酸乙酯，N-甲基-N-硝基-N-亞硝基胍（MNNG），疊氮化鈉（NaN3）、硫酸二乙酯（DES）和MNUA等。EMS是目前使用最廣和效果最好的化學(xué)誘變劑，其誘導(dǎo)的突變大多是點(diǎn)突變。化學(xué)誘變的材料主要是種子、花粉等。目前處理是用EMS等與輕質(zhì)的石蠟油混合，制備成濃度為0.1-0.2%的處理液，在適當(dāng)?shù)臅r間，把被處理的花藥涂抹在花絲上即可?；瘜W(xué)誘變可以用來進(jìn)行自交系的性狀改良?；瘜W(xué)誘變的特點(diǎn)是對于供體的損傷較少，誘變的頻率較低，但是有利的突變較多。也可以用來進(jìn)行抗性突變種質(zhì)的篩選，產(chǎn)生新的抗性基因類型。
另外，人們也進(jìn)行了一些玉米上的原生質(zhì)體、體細(xì)胞雜交等方面的研究，但是由于各種原因，目前在玉米種質(zhì)創(chuàng)新方面還沒有得到實(shí)際的應(yīng)用,在此不作討論。
2、種質(zhì)創(chuàng)新技術(shù)的結(jié)合
在現(xiàn)代的育種實(shí)踐中，除了上述的各種手段的單獨(dú)使用以外，還可以將幾種技術(shù)結(jié)合起來使用將更有利于玉米的種質(zhì)的創(chuàng)新。
離體培養(yǎng)結(jié)合化學(xué)誘變技術(shù) 植物組織器官（包括花藥等）在離體培養(yǎng)過程中本身的遺傳性會發(fā)生改變，可以應(yīng)用于植物品種的改良，種質(zhì)的創(chuàng)新，兩者的結(jié)合具有以下的優(yōu)點(diǎn)：培養(yǎng)密度高，極大地提高選擇的頻率，減少土地占用和人力消耗；單細(xì)胞的培養(yǎng)突變幾乎可以立刻表現(xiàn)出來，其表現(xiàn)不受相臨細(xì)胞的干擾沒有嵌和體現(xiàn)象；利用適當(dāng)?shù)倪x擇劑，可以將突變細(xì)胞從混合細(xì)胞中有效地選擇出來。
花藥的誘變處理 γ，X射線輔照以后，剝?nèi)』ㄋ幗臃N于適當(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)基上，誘導(dǎo)愈傷組織，照射到誘導(dǎo)培養(yǎng)之前可以間隔2-3天，以利于花藥恢復(fù)正常生長提高其出愈能力。采用這種方法，能夠避免射線對于培養(yǎng)基的不良的反應(yīng)，但是可能影響培養(yǎng)的效果。先將處于單核靠邊期的花藥接種到培養(yǎng)基上，再進(jìn)行照射，可以在一定程度上提高花粉發(fā)育的整齊度。
愈傷組織的誘變處理 愈傷組織誘變可以明顯增加變異的程度以及離體突變選擇的應(yīng)用，可以作為誘變處理的對象，與常規(guī)的材料的處理不同之處在于，愈傷組織是處于無菌的環(huán)境的條件下，可以直接照射生長于培養(yǎng)皿或者三角瓶中的愈傷組織，避免污染?；瘜W(xué)誘變可以采取直接向愈傷組織添加或者滴加誘變劑的方法。愈傷組織包括各種組織培養(yǎng)方法得到的愈傷組織。例如：胚培養(yǎng)，幼胚培養(yǎng)，花藥培養(yǎng)，子房培養(yǎng)等等。
愈傷組織導(dǎo)入外源DNA 采取向愈傷組織滴加一定量的DNA溶液的方法，促使DNA的導(dǎo)入。因?yàn)槿魏尉哂谢钴S的代謝活動和持續(xù)分裂的地方都具有增加外源DNA導(dǎo)入頻率的作用。例如，在花粉管通道技術(shù)中，在形成受精卵而進(jìn)行的持續(xù)胚的分化的過程中，在植物的分生組織活躍的生長點(diǎn)附近具有吸收外源DNA的可能性。而愈傷組織具有持續(xù)的分裂和增殖的活性，而且愈傷組織吸收外源DNA具有更加可取之處，因?yàn)橛鷤M織的細(xì)胞間隔或者細(xì)胞壁比其活體的細(xì)胞甚至生長點(diǎn)的細(xì)胞具有更高的DNA轉(zhuǎn)化的頻率。
總之，現(xiàn)代生物技術(shù)同玉米育種的結(jié)合趨勢是利用物理化學(xué)或者生物的方法創(chuàng)造變異或者引入外源的基因，然后通過生物技術(shù)的方法固定轉(zhuǎn)移這種變異，實(shí)現(xiàn)優(yōu)良突變基因的重組，再通過常規(guī)育種的方法實(shí)現(xiàn)雜種優(yōu)勢。并且在實(shí)際的育種過程中，單純使用那一種育種技術(shù)都不能達(dá)到體育種的要求，需要將各種生物技術(shù)結(jié)合起來，才能取得較好的育種效果。
