生物技术在农业方面的应用

生物技术在农业方面的应用

【摘要】 生物技术是指以利用生物体或其体系或它们的衍生物来制造人类所需要的各种产品或达到某种目的的技术手段。分别从植物保护、育种、提高土壤肥力和畜牧业等几个方面介绍了生物技术在农业上的应用情况。

关键词 现代生物技术 植物保护 反义技术 组织培养 转基因

中国是一个人口大国，民以食为天，人口多了，对农业方面的要求也提高了，同时，这对现代生物技术科技也是一项挑战。

1. 现代生物技术已经广泛的被应用在提高农作物产量及其品质上。

(1)培育抗逆的作物优良品系

环境给植物提供了一些生长、发育、繁殖必不可少的物质，如阳光、水分、土壤、空气等，但是环境又给植物带来了很多不利的因素，如寒冷、酷热、病害、害虫等等。这些不利的因素导致很多植物死亡，但同时也有一些植物发生了变异，并能够适应恶劣的环境条件，表达出一种抗逆性如抗旱、抗寒、抗虫害等，这种变异能够很好的遗传下去，使后代都能表现出此类性状。但是，植物通过自发的变异以达到抗逆性的过程，是一个很漫长的且几率比较低的过程。但是生物技术却能大大的缩短这中间的过程。目前发展起来的植物基因工程技术能有效的客服传统方法的缺点，如盲目性大，效率低等。

植物的转基因工程技术目前已成为一种广泛且有效的培养植物抗逆性的方法。通过转移进工程技术获得的植物称为转基因植物。目前已成功应用于农业的主要有抗除草剂作物（草甘膦）、抗昆虫作物（转Bt基因的棉花、水稻）、抗真菌作物（转基因番茄、马铃薯、莴苣和甜菜）、抗金属镉的作物、抗病毒作物（转基因烟草）等。这些研究的成功已从分显示了作为现代农业生物技术重要组成部分的植物基因工程技术的强大威力。

(2)植物种苗的工厂化生产

在自然界中，有很多植物的繁殖速度很慢，有的半年、有的一年、甚至有的更长。有一些人就想在很短的时间内就得到大量的植株，这样产生了工业化的大量组织培养。

取得一株想要大量生产的植株，将其切成碎片，制备一些包含任何此植株所需要的营养物质，如碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐、水等，放在适合植株生长的温度内，一般是室温左右，在培养基上放上一些植株的碎片，细胞就开始大量的生殖，要不断的更新培养基，这样碎片就在很短的时间内就生成了完整的植株，这样就实现了预期的目标。

(3)利用植物雄性不育及杂种优势来提高粮食品质

植物雄性不育是自然界的普遍现象，从基因控制水平可分为细胞质雄性不育和核雄性不育。细胞质雄性不育既有核基因控制又有核外细胞质基因控制，表现为核质相互作用的遗传现象，植物细胞质雄性不育是研究植物线粒体遗传、叶绿体体遗传和核遗传的极好材料，可结合性状遗传、细胞遗传、分子遗传研究。因此，植物细胞质雄性不育的研究，成为近年来植物遗传学研究十分活跃的领域。随雄性不育研究的不断深入，研究技术也在不断改进，产生可遗传的不育性状的技术方法很多，主要有基因工程技术、远缘杂交核置换、辐射诱变、体细胞诱变、组织培养、原生质体融合、体细胞杂交和反义技术等。

目前利用植物基因工程的原理和方法，已人工创造了一批不育系，并在生产上得以运用，同时获得了可喜的成果，其中最典型的例子是在油菜和烟草上的应用。基因工程方法人工创造雄性不育植株的一个重要方法是反义技术。反义技术是根据植物生殖必需基因，设计反义DNA，转基因后产生反义RNA链。与生殖必需基因mRNA结合，阻止翻译，造成雄性不育。在植物体生殖生长阶段花粉的正常发育同多种因素相关，其中包括一些必不可少的蛋白质，而其基础是建立在编码这些蛋白质的基因能正常表达。目前国内外已在拟南芥、玉米、油菜等植物上创造出相应的不育系。

植物雄性不育及杂种优势利用，已成为粮食作物和经济作物提高产量、改良品质的一条重要的途径，无论其原理研究或实践应用，都日益受到各国科学界和政府的广泛重视。我国是一个农业大国，这方面的研究和应用显得更加重要，杂交水稻的大面积推广和杂种优势的理论研究均被列为国家863计划和攀登计划等重大研究计划中，并已取得令世界瞩目的巨大成就。

(4)生物固氮，减少化肥使用量

生物固氮在农业生产中具有十分重要的作用。氮素是农作物从土壤中吸收的一种大量元素，土壤每年因此要失去大量的氮素。如果土壤每年得不到足够的氮素以弥补损失，土壤的含氮量就会下降。土壤可以通过两条途径获得氮素：一条是含氮肥料的施用；另一条是生物固氮。

对豆科作物进行根瘤菌拌种，是提高豆科作物产量的一项有效措施。播种前，将豆科作物的种子沾上与该种豆科作物相适应的根瘤菌，这显然有利于该种豆科作物结瘤固氮。特别是新开垦的农田和未种植过豆科作物的土壤中，根瘤菌很少，并且常常不能使豆科作物结瘤固氮，更需要进行根瘤菌拌种。对比实验表明，在其他条件相同的情况下，经过根瘤菌拌种的豆科作物，可以增产10%～20%。还有一些可以用豆科植物做绿肥，例如将田箐、苜蓿或紫云英等的新鲜植物直接耕埋或堆沤后施用到农田中，可以明显增加土壤中氮的含量。

(5)生物农药的制备及其优势

生物农药是指利用生物活体（真菌，细菌，昆虫病毒，转基因生物，天敌等）或其代谢产物（信息素，生长素，萘乙酸，2，4-D等）针对农业有害生物进行杀灭或抑制的制剂。生物农药的优势：生物农药的毒性通常比传统农药低；选择性强，它们只对目的病虫和与其紧密相关的少数有机体起作用．而对人类、鸟类、其他昆虫和哺乳动物无害；低残留、高效。很少量的生物农药即能发挥高效能作用．而且它通常能迅速分解．从总体上避免了由传统农药带来的环境污染问题；

不易产生抗药性；作为病虫综合防治项目IPMP的一个组成成分，能极大地降低传统农药的使用，而不影响作物产量。生物农药的不可替代的使用价值以及巨大的潜力主要包括以下四个方面：1、生物农药有着传统农药不可比拟的作用，传统农药用的过多，许多害虫产生了抗药性，害虫抗药性越来越强，对于常规农药很难把害虫杀死。而生物农药的特性是指药剂的适用范围、作用途径、成效成份和作用机理等等，例如苏利菌、菌杀敌、敌宝等，它们的有效成份都是苏云金杆菌，应用范围都是对鳞翅目幼虫有毒杀作用，对蚜类、螨类、蚧类害虫无效；作用途径均是胃毒杀；作用机理是死亡后的虫体还可感染其他未接触过农药的同类害虫。2、生物农药还可以和生物杀虫剂的混配，生物杀菌剂的混配使用，化学杀虫剂大多数呈现酸性，生理中性，对细菌、真菌没有抑杀作用和中合反应，因此可以充分混配。生物杀菌剂可以和多数化学药剂、生物药剂混配，但不可与碱性药物混配，只有少数药种不可与酸性药剂混配，如木霉菌类药剂可以与多数生物杀虫剂和化学杀虫剂同时混用。3、生物农药特点低毒、无残留、作用迟缓、持效期长为主要特征。对人、动物，以及植物无害。也不会对环境造成污染。 4、生物药种的使用条件和事项使用生物农药，提倡用两种或两种以上药物配合使用，预防期和持续用药情况下完全可以单独使用一个药种，但在病虫害高发期不宜单独使用。用药前应把施药器具清洗干净方可配制和使用，施药时应尽量避免强光高温才不至影响作用效果。

2. 现代生物技术在畜牧业上也得到了很广泛的应用。

生物技术在畜牧业上用的最多的就是转基因技术。转基因动物是将外源重组基因转染并整合到动物受体细胞基因组中，从而形成在体表达外源基因的动物，称为转基因动物。转基因动物表达系统，包括外源基因、表达载体和受体细胞等，基因组的转移则是细胞核移植和动物克隆技术，人工合成与设计基因、全基因乃至基因组的转基因技术是合成生物学。

转基因的方法主要有以下几种：1、显微注射法：用显微注射器直接把外源DNA注射到受精卵细胞中。2、病毒载体法。动物病毒在感染宿主细胞后会重组到宿主的基因组中——天然转基因过程。最常用的病毒载体是逆转录病毒。3、脂质体介导法。用脂质体作为人工膜包裹DNA，以此作为载体将外源DNA导入细胞。转基因鱼,鱼类因其产卵量大，体外受精等特点，易于转基因，提高生长速度和抗逆性，以及发育生物学和插入突变的研究。转基因家禽:提高抗病性和改良生产性状。转基因鸡获得成功。转基因家畜：提高抗病性和生产性能

在器官移植、药物生产和特殊疾病模型等方面显示出特殊的价值。转基因猪、牛、马、羊、兔等家畜纷纷出现，并逐步走出实验室进入实用阶段。

经典的遗传育种方法要在同种或亲源关系很近的种间才能进行，并且受到变异或突变的限制，而使用重组DNA技术在短时间内就可使亲缘关系很远的种间遗传信息进行交换和重组。另外由于转基因动物可以稳定地整合外源基因，并在合适的组织表达，还能将这种性状遗传给后代，这样就可以生产出生长快、产肉、产毛、产奶更多而耗料极少的转基因家畜，为家畜改良提供一条重要的途径。

参考文献：

赵苏海,周瑾,李桂祥.上海农业科技.2008:23—24.

马越,廖俊杰.现代生物技术概论.北京:中国轻工业出版社,2007:56—76.