生物技术在农业上的应用

生物技术在农业上的应用

生物技术又称为生物工程，或称为生物工程技术，是指利用生物的特定功能，通过现代工程技术的设计方法和手段来生产人类需要的各种物质，或直接应用于工业、农业、医药卫生等领域改造生物，赋予生物以新的功能和培育出生物新品种等的工艺性综合技术体系。生物技术包括传统生物技术和现代生物技术两部分，现代生物技术是从传统生物技术发展而来的。经过二十多年的发展，其应用范围迅速遍及医药卫生、农林牧渔、环境保护等各个领域。现代生物技术为人类解决当进世界所面临的健康、食物、能源、资源和环境等诸多重大问题提供了有利手段。

1.目前世界上正面临着人口激增、耕地锐减、环境恶化、粮食短缺和社会危机，农业生产已成为国民经济建设中非常突出的问题,现代生物技术越来越多地运用于农业中，它可以解决当前世界所面临的粮食、人口、污染等重大问题。

2. 农业是世界上规模最大和最重要的产业，在发达国家( 如美国) ，其农业总产值占国民生产总值的2 0 ％以上，而发达的农业经济在很大程度上依赖于科学技术的进步，以达到高产和高效的目的。

3、应用生物技术可以培育出优质、高产、抗病虫、抗逆的农作物以及畜禽、林木、鱼类等新品种；可以进行再生能源的利用解决能源短缺问题；可以扩大食饲料、药品等来源，满足人类日益增长的需要；可以进行无废物的良性循环，减少环境污染，充分利用各种资源等。因而，生物技术在农业中的应用日益发展。

（一）基因工程在农业中的应用

1.植物育种。

1.1 抗虫基因工程。据不完全统计，全世界作物每年因病虫害造成的损失约占其总产量的37％，其中13％是由虫害引起的目前，基凶工程技术的发展为培育抗虫作物提供了有力手段，主要途径是利用苏云金杆菌产生的一类蛋白酶抑制剂——Bt杀虫晶体蛋白基冈导入到植物体中来获得抗虫植物。自1981年第1个杀虫晶体蛋白基因被克隆和测序以来，至今已有180个不同的Bt杀虫晶体蛋白基因被开发和分析。由于最初获得转基因植株中杀虫晶体的表达只占可溶性蛋白总量的0．001％，或几乎检测不到基因的表达，抗虫性也很弱，所以国内外很多实验室对Bt杀虫晶体蛋白进行了部分和全部人工合成，将经过改造或重新合成的Bl杀虫晶体蛋白基因转化植物，它在植物中的表达量显著提高，获得了一批具有良好抗虫性的转基因作物。还发现了批新的具有杀虫性的基因，其中包括有植物来源的抗虫基因、几丁质酶基因和过氧化物酶基因，动物来源的主要有蝎、蜘蛛等一些昆虫毒素基因。这些新基因对农作物持久性抗虫育种具有很大的应用潜力。

1．2抗病基因工程。植物病毒常常造成农作物大幅度减产，1986年，首次将烟草花叶病毒( v)外壳蛋白(cP)基因导人烟草，培育出抗TMV的工程植株，开创了植物抗病毒素基因工程的新纪元。自此以后，发现了许多来源于病毒的抗病毒基因，如病毒的复制酶基因，缺陷性干扰因子RNAs或DNAs，它们在最初抗病毒转基因植物中起到重要作用，但各有优缺点。比如，病毒的复制酶基因，其抗

病时间长，但作用范围相对窄。通常情况下，植物主要通过抗性基因(R)和病毒的无毒基因(aw)之间的相互作用，诱发过敏反应，并进一步激活防卫基因的表达，从而表现抗病性，实际上真正发挥抗病功能的是防卫基因的产物，所以，通过直接导人防卫基因可以提高植物的抗病性。目前采用的防卫基因主要有植物抗毒素(PA)基因、病毒相关蛋白(PRP)基因、钝化病原物致病酶的蛋白质基因、抗菌肽基因等几类。

1.3 抗除草剂基因工程。迄今，抗除草剂转基因作物发展最快，1998年全球种植面积为1．98×lo7 hm2，2001年猛增至4．06×lo7 hm2，占所有转基因作物种植面积的77％。在种植抗除草剂作物的田问，除草剂的用量平均减少了30％～40％，因为农民可以用广谱性除草剂来对付多种杂草，而且可以在较晚一些的时候应用较大剂量的除草剂，从而减少用药次数。抗除草剂转基因植物主要有2种类型：一是修饰除草剂作用的靶蛋白，使其对除草剂不敏感，或使其过量表达以使植株受到除草剂作用后仍能进行正常代谢；二是引入酶或酶系统，在除草剂发生作用前将其降解或解毒。

1.4 抗逆基因工程。旱涝、盐碱、强光、高温、低温等不良环境条件，限制了植物的产量，我国在抗盐基因工程研究方面已取得了一些进展，克隆了脯氨酸合成酶、山菠菜碱脱氢酶、磷酸甘露醇脱氢酶等与耐盐相关的基因，通过遗传转化获得了耐盐的转基因苜蓿、草莓和烟草，这些转基因植物已进入田间试验阶段。

1.5 品质改良基因工程。目前利用转基因植物可以有效地改良植物的品质特性。北京大学已将编码必需氨基酸的基因转入马铃薯，获得含高必需氨基酸的马铃薯品系且在内蒙古试种，准备进入中试开发。中国农业大学成功地将高赖氨酸基因导入玉米，获得的转基因玉米中赖氨酸含量比对照提高10％。在控制植物发育的基因工程中，较为成熟的技术是延迟番茄成熟的研究，华中农业大学和中国科学院植物研究所分别获得了这种转基因番茄，储藏时间可延长1～2个月，有的可达8O多天。

1.6核酸探针及PCR技术的应用。DNA探针是一段能识别特定基因的DNA片断，用它可以进行动植物疾病的探查，比常规的诊断快速、简便而廉价，国外已研制成功并用于检测动物传染病的核酸探针，有口蹄疫、狂犬病等数十种之多。PCR技术又称多聚酶链式反应技术，可以对人、畜及植物的各种疾病及微生物进行微量诊断，同时也可以进行生物性别及分类上的鉴定等。目前在医学和动物医学上已开发出多种疾病的PCR诊断试剂盒，国内外都相继将PER技术应用于病毒学的检验和研究。

2细胞工程在农业中的应用

2.1 花药培养。花药培养是单倍体育种的重要方法。由于常规育种杂交后代的优良特性的表达和保持需多次杂交和回交，而单倍体育种容易获得纯合体及纯合隐性基因的表达，大大缩短了育种周期，提高了选择效率。我国20世纪70

年代以来获得的花药再生植株达40多种(全世界约200余种)，其中小麦、水稻、烟草等主要农作物花培新品种种植面积达数十万公顷居世界领先水平。

2.2 植物种苗的工厂化生产。利用细胞工程技术对优良品种进行大量的快速无性繁殖，实现工厂化生产，可大大提高农作物产量。我国已获多种植物“试管苗”，其中经过茎尖脱毒进行组织培养的脱毒苗，世界已有70多种；我国的马