玉米育種技術的主要發展歷程

雜交育種技術——玉米育種的“基石”

雜交育種技術是在有性雜交基礎上，通過前期的表型選擇和后期的遺傳重組，利用雜種優勢來進行育種。該方法無法直接檢測材料的基因型，而主要是通過對玉米材料的表型性狀來推測基因型。雖然早期的科研工作者利用雜交育種技術培育了一系列高產、優質、抗逆的品種，然而隨著社會的發展，傳統育種技術的缺陷逐漸顯現出來：育種周期太長，如果要定向改良一個農藝性狀，從選擇目標表型性狀進行雜交到培育出新品種一般需要7—8年的時間；育種效率較低，選育?1?個新品種往往需要配制上千個雜交組合；對雜交后代的表型難預測，傳統常規育種工作在很大程度上主要依賴于育種工作者的經驗，對育種材料的遺傳基礎、配合力、環境影響了解較少，因此很難預測雜交后代的表現。此外，玉米自交系材料遺傳基礎狹窄、種間生殖隔離的存在等，在一定程度上限制了人們對特定材料的改良。

分子育種技術——玉米育種的“加速器”

分子育種技術是將生物遺傳學理論與常規育種相結合，通過利用基因型對目標材料進行性狀改良，從而培育符合人們所需的新品種。早期的分子育種技術主要包括分子標記輔助育種和轉基因育種。分子標記輔助育種主要以?DNA?多態性為基礎，通過標記目的基因進行性狀改良，為實現對基因型的直接選擇提供了可能。轉基因技術則是通過分子生物學手段將目的基因轉到受體材料中，在短時間內獲得所需的生物性狀。目前轉基因技術在抗除草劑及抗病蟲害等方面發揮了非常重要的作用，其中抗除草劑基因包括草胺膦乙酰轉移酶（BAR）基因和5-烯醇丙酮莽草酸?-3-?磷酸合成酶（EPSPS）基因，而抗蟲基因主要是?Bt?基因。轉基因技術從1987年開始到現在已獲得了極大的成功，有些抗蟲、抗除草劑品種已進入商業化推廣或生產階段。與傳統雜交育種技術相比，分子標記輔助育種和轉基因育種被認為是定向選擇、改善目標性狀的高效、精準的方法，可以縮短育種時間，在一定程度上提升了我國的玉米育種水平；缺點是涉及到的基因通常為單個或少數基因，只能針對簡單的農藝性狀進行遺傳改良。

分子模塊設計育種——玉米育種的新突破

隨著生物技術的不斷發展，分子設計育種逐步成為了玉米育種中主要的育種方式。該育種理念最早由?Peleman于2003?年提出，我國科學家也先后開展了針對作物重要農藝性狀的分子設計及新品種培育的推廣等重大項目。然而，由于作物大多數重要的農藝性狀都是由多基因控制的復雜性狀，更為重要的是控制這些復雜性狀的基因調控網絡通常呈現“模塊化”的特性，而現有的分子育種技術無法解決復雜農藝性狀的遺傳改良這一難題。因此，分子模塊設計育種這一新型育種理念由此被提出。分子模塊設計育種實際上是分子育種的一個新的類型，主要以基因組學、分子生物學、系統生物學、合成生物學及計算生物學為基礎，將多學科的發展與玉米育種相結合，以培育具有目標性狀的新品種。分子模塊設計育種主要包括?3?個方面：①發掘和解析分子模塊，對控制復雜性狀的重要基因或?QTL（quantitative trait locus）進行功能研究；②對發掘的模塊進行有機耦合，并進行理論模擬和功能預測，提出最佳選配策略；③在全基因組水平上進行多模塊優化組裝，實現復雜性狀的定向改良。無論是從理論上還是技術上都可以說分子模塊設計育種是我國玉米育種事業的一個新突破，是實現玉米復雜性狀分子改良的基礎，也將在今后的實踐過程中成為新品種創制的主力軍。