生物技术在农业生产中的应用

生物 技 术在 农 业 生产 中 的应 用
陈 玉柱 （ 农场） 嘉荫
摘要 ： 生物技术是 当代新技术革命 的三大支柱 之一。 由于其用途非常广 限性 ， 如很多除草剂无法 区别庄稼和杂草 ， 有些 除草剂必须在野草长 泛， 已成为解决 当今世界面 临的许 多重大课题 的关键。近年来 ， 人们 已在 生 起来 பைடு நூலகம்前就施用 ，而且由于抗性草类群落的出现导致使用量增大对 物技术领域取得 了许多突破 性进展 ， 这些成 果不但标志着人类能够从微观上 环境的危害也 日益严重。制造抗除草剂的转基 因作物是克服这些缺 支配和改造生物 ， 而且它的应用将给人类社会和生活带来 巨大变革。 世纪 ２ 点 的理 想途 径 。 采 用 将靶 酶 基 因导 入 作 物 细胞 ，９ ７年 美 国科 学 家 １８ 将是“ 生物世纪 ” 。各国政府和科技界都意识到“ 谁抓住 了生物” 谁将成 为 下 成功从矮牵 牛中克 隆出 Ｅ Ｓ Ｐ Ｐ合酶 基因转入油菜细胞的叶绿体 中 ， 个 世纪 的 “ 主 ” 霸 。 使油菜能有效地抵抗草甘膦的毒杀作用。 另外 ， 有人把降解除草剂 的 关 键 词 ： 物 技 术 农 业 应 用 生 ’
一
蛋 白质 编 码 基 因 导入 宿 主 植 物 ， 而 保 证宿 主 植 物 免 受其 害 ， 方法 从 该 农 业 生 物 技术 不仅 为 农 业研 究提 供 了一种 新 技 术 ，而 且还 赋 予 已成 功 地 用 于 选 育抗 磷 酸 麦 黄酮 的工 程 植 物 。 了农业 生 产 一 种 新 的概 念 。 着 科 学 技术 的迅 速 发 展 ， 业 生产 正 在 随 农 ２３抗 重 金属 由于 人 类活 动 、 山的开 采 ， 业化 进程 的加剧 ， ． 矿 工 空 由资源依赖型 向科技依赖型转化。未来 的 ２ １世纪将是科学技术迅 气、 土壤、 水体面临着越来越严重的重金污染， 不但严重影响作物的产 速 发展 的时 期 ， 物 技术 已 由实 验 技 术走 向 了实 际 应 用 。 生 量和品质 ， 更重要的是通过植物食物链危害人类的健康。 土壤 中的重金 １发 展 农 业 生 物技 术 的 意 义 属主要有 Ｃ 、 ｒＣ 、 ｇ Ｎ、 ｂＺ 、 ｓ ２ ｄＣ 、 ｕ Ｈ 、 ｉ 、 ｎＡ 等。 Ｏ世纪 ８ Ｐ Ｏ年代， 提出植物 农业生物技术是高新技术研究 的重要领域之一 ，它是整个生物 修复、 超富集植物。 但由于自然界中 已发现的绝大多数重金属富集或超 技术及其产业发展的基础 ， 也是生物技术 中应用最广 、 最直接 ， 最具 富集植 物 往往 生 长 周期 长 、 生物 量低 、 株 矮 小 ， 植 因而 限制 了其 对 污 染 现 实 意 义 的领 域 。 生 物 技术 产 业 是 知 识 密集 型 产 业 ， 它具 有 投 资 少、 土壤重金属的移除效率。 通过基因工程技术改 良植物对重金属的抗性 ， 产量高、 回报率高等特点 它可以利用 自然界的再生能源 ， 实现可持 增 加 或减 少重 金 属 在植 物体 内 的累 积 量被 认 为 是 进 行污 染 土壤 的生 续 发 展 。 它 的发 展 对 于 解决 经 济 和 社 会 发展 中所 面 临 的人 口、 资源 、 态 恢复 以及 减 少食 物链 重金 属污 染 的一 条切 实可 行 的有效 途径 。富集 环 境 等 问题 具 有 重 大 作 用 。 力 发展 农 业 生 物 技术 及 其 产 业 ， 于 改 重 金属 的相 关基 因 不断 克 隆 ， 用 转基 因技 术提 高植 物对 重金 属 的 耐 大 对 应 变农业生产现状 ， 大幅度提高农产 品的产量和质量 ， 加快高产、 优质、 性 已取得一些重要进展 ， 一些转基因植物地上部分表现了较高的重金 高效、 可持续农业的发展 ， 提高农业资源利用率 ， 少环境污染， 减 保护 属离子富集量 ， 并在污染土壤的生态恢复中进行了初步应用。 良性生态平衡都具有重要意义。 ２４现代生物农药 随着人们对化学农药危害性、 ． 局限性的逐步 ２ 现 代生 物 技 术在 农 业 生 产 中的应 用 认 识 ， 物 农 药在 植 物 生 产 中地 位 逐 渐 突 现 出来 ， 为绿 色 农业 的重 生 成 ２１ 良种 选 育 ， 质 改 良 随着 生 物 技 术 的 发 展 ， 们 已经 可 以 要组成部分 ， ． 品 人 受到各 国政府的高度重视 ， 了较为广泛的应用。微生 有 把 一 个 品 种 、 系 的 理 想 遗传 性状 转 入 另 一 品 种 、 系 ， 品 品 以提 高 植 物 物农药具有对人畜安全 、不破坏生态平衡 、害虫不易产生抗性 等优 的价值 、 产量和质量。 ａ ｅ ｅ公司的科学家分离到一种控制植 物纤 点 ， Ｃｌ ｎ ｇ 但也存在着 药效速度慢、 专一性强、 自然 条件影响大的缺点。 受 而 维素形成 的酶的基 因，将其转入特定 的树种可培育 出纤维素含量高 利 用基 因工 程 改 造 微 生物 菌 种 ，创造 出 自然 界 不 存在 的新 型菌 种 就 的 对造 纸 业 更 有 利 的植 物 。在 番 茄 中导 入 编 码 Ｅ Ｅ酶 的反 义 基 因 ， 可 以克服 这 些 缺 点 。 Ｆ 可 以 限 制 乙烯 的 生成 ， 活 性 降 至正 常 的 ５ 以下 ， 实 生理 成 熟后 酶 ％ 果 ３ 现代 生物 技 术 的 未来 发 展 长期保持坚硬 ， 仓贮 １个月 以上不软化、 不腐烂 ， 很大程度上提高 了 ３１光合作用机理研 究 提高植物光合作 用效率有助于增加植 ． 番 茄 的耐 贮 藏性 能和 经 济 效 益。 物产 品 的产 量 ， 效 利 用 能源 。 光 合作 用 包 括 光 反 应和 暗 反 应 ， 过 有 通 ２２ 提 高植 物 的 抗 性 － 这一过程将光能转化 为化学能并固定 Ｃ Ｏ 。叶绿体的二磷酸核酮糖 ２２１ 抗 虫 全 世界 粮食 产 量 因虫害 所 造 成 的 损 失 占 １ ％ 左 右 。 羧 化 酶 （ｕ ｉ ｏ既 可 通 过 羧 化 反 应 固定 Ｃ 可 催 化 底 物 加 氧 反 ．． ４ Ｒ ｂｓ ） ｃ ０ 还 长 期 以来 人们 普 遍 采 用 化 学 杀虫 剂 来 控 制 害 虫 ，全 世 界 每 年用 于 化 应 。为提高固定 Ｃ ， Ｏ 的速度 ， 可提高 Ｒ ｂｓ ｏ的羧化酶活性 ， ｕ ｉｃ 降低加 学杀虫剂的总金额在 ２ ０亿美元以上。但化学杀虫剂的长期使用造 氧酶活性。现在许 多科学家对 Ｒ ｂｓ ｏ的大小、 ０ ｕｉ ｃ 结构、 功能及调控做 成 农 药 的残 留、 虫 的耐 受性 、 境 污 染 等 严 重 的 问题 ， 利 用 基 因 了许多工作 ， 害 环 而 为提高植 物光合作用的效果找到 了一些思路。 工程 的手 段 培 育抗 虫 植 物 新 品种 除可 以克服 以上 缺 点 外 ，还 具 有 成 ３２ 生物固氮 氮肥 是肥料的重要部分 ，要维持 全球的粮食产 ． 本低、 保护全、 异性 强等优点 ， 特 从而倍 受关注 ， 为 当前研 究的热 量 ， 成 每年至 少需 要 １０ ０ ｔ ．Ｘ１ ８ 以上 的氮肥 ， 中一半来 自化学肥料 ， 其 点。 目前人们 已获得多种抗虫基 因， 中有蛋 白酶抑制剂基因， 其 淀粉 而另一半则由固氮细菌完成 。随着化学肥料生产成本的逐渐提高及 酶 抑 制 剂 基 因、 物 凝 集 素 基 因、 虫 特 异 性 神 经 毒 素 基 因、 丁质 对土壤的破坏 ， 植 昆 几 越来越多 的科学家将 目光集中在生物固氨。 一方面人 酶基 因等 ， 它们 已被导入烟草、 棉花、 油菜、 水稻、 玉米 、 马铃薯等多种 们 试 图 通 过研 究生 物 固 氦 的 分子 学 基 础 ， 以提 高微 生物 的 固 氨水 平 ； 农作 物 ， 抗 虫 方面 得 到 了广 泛 的应 用 ， 的 已进 入 了 商 品化 生 产 。 另 一 方面 通 过 ＤＮ 重 组 技 术 改 造 共 生 细菌 ， 高 其 竞 争 力 ， 之 能 在 有 Ａ 提 使 ２２２抗病毒 传统的抗 病毒作 物， ＿－ 是将植物天生的抗病毒 基因 超 过 天 然 共 生细 菌 ， 进 根 瘤 的 形成 。 促 从 一 个 植 物 品种 转 移 到 另一 个 植 物 品 种 ，然 而 抗 病植 株 常会 转 变 为 ３３ 植 物 生 物 反 应器 重 组 细菌 、 菌 生 物反 应 器 生 产 过 程 需要 ． 真 感病植株 ， 而且作用范 围较窄。最近 ， 究人 员采用基因工程 的技术 训练有素的专业人员 ， 研 且设备 昂贵 ， 而植物却易于生长且管理方便 ， 培育有别于传统方法的转基 因抗病毒植 物 ，目前最有效的是将病毒 对工人的要求也不是很高。 针对这一特点 ， 人们就是否可用转基 因植 外 壳 蛋 白基 因导 入植 株 获得 抗 病毒 的工 程 植 物 。 物来生产具有商业价值 的蛋 白质及其他特殊化学性质 的物质进行 了 ２２ 抗寒 低温 对细 胞造成 损伤 的主要 原 因是造 成 细胞 内膜 结构 些 尝试 ， －３ ＿ 并取 得 了一 些 进 展 。 中的脂质 双层 流动 性 降低 ， 膜结 构 损伤 ， 响植物 正 常 的生长 。生 导致 影 ３ 基 因组学 基因组研究被认为是 ２ ． ４ Ｏ世纪最重大的科研计划