現(xiàn)代生物技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的研究進(jìn)展

1、    現(xiàn)代生物技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的研究進(jìn)展    周國菊?王曦?袁小菊?曹平?靳帥霞生物技術(shù)又叫生物工程，是綜合運(yùn)用生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、微生物學(xué)、生物化學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)和生化工程等原理和技術(shù)而形成的一門綜合性的科學(xué)技術(shù)。主要包括：基因工程、細(xì)胞工程、發(fā)酵工程、酶工程和蛋白質(zhì)工程，其應(yīng)用范圍遍及醫(yī)藥衛(wèi)生、農(nóng)林牧漁、環(huán)境保護(hù)等各個(gè)領(lǐng)域。一、基因工程在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用基因工程技術(shù)，獲得的農(nóng)作物優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、抗性強(qiáng)，還可獲得畜、禽品種及具有特殊作用的動(dòng)、植物。1.提高植物固氮能力和光合效率?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種與合成脯氨酸有關(guān)的基因，將其轉(zhuǎn)入固氮菌后，后者獲得

2、了即固氮又抗鹽的能力，從而有助于植物的生長。植物光合作用效率的高低決定了其產(chǎn)量的多少，英國劍橋的植物育種所研究了如何轉(zhuǎn)移葉綠體基因，將其中的高光效基因轉(zhuǎn)移到另一種品種中去，以增強(qiáng)其光和效率，從而能產(chǎn)生更多的糧食。2.提高糧食蛋白質(zhì)含量。應(yīng)用基因工程技術(shù)還可以使糧食中的蛋白質(zhì)含量提高。美國威斯康星大學(xué)的研究人員從菜豆中提取了儲藏蛋白質(zhì)基因，并將其轉(zhuǎn)移到向日葵中后，表達(dá)了該基因美國明尼蘇達(dá)大學(xué)也進(jìn)行了類似的研究，他們把玉米醇溶蛋白基因轉(zhuǎn)移到了向日葵根部的細(xì)胞中。這些實(shí)驗(yàn)取得的進(jìn)展都表明了通過改良作物品種來增加糧食作物的良好前景。3.除草劑上的應(yīng)用。除草劑在農(nóng)業(yè)中的使用較為廣泛，但對農(nóng)作物的產(chǎn)量有很

3、大的影響。美國的研究者利用基因工程技術(shù)從能殺死雜草的真菌中分離出毒素，將此毒素噴在大豆田中，可以殺死雜草而不傷害其作物。4.棉花上的大量應(yīng)用。在科技部、農(nóng)業(yè)部以及河南省等有關(guān)部門的大力支持下，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所開展了“棉花工廠化轉(zhuǎn)基因技術(shù)體系”的研究，通過幾年努力，終于建成了高效、工廠化的棉花轉(zhuǎn)基因技術(shù)體系，年產(chǎn)轉(zhuǎn)基因棉花6000株以上，有效降低了棉花轉(zhuǎn)基因運(yùn)行成本。他們還將植物嫁接技術(shù)成功地應(yīng)用于轉(zhuǎn)基因棉花的快速移栽，其成活率達(dá)到90%以上，有效解決了棉花轉(zhuǎn)基因苗移栽成活率低的難題。5.菠菜中的基因在豬中表達(dá)。日本科學(xué)家將菠菜基因提取出來后轉(zhuǎn)入豬，以求改善豬肉的脂肪酸組成。該項(xiàng)目的實(shí)施

4、，證實(shí)了植物的基因可以在動(dòng)物體內(nèi)得到正常表達(dá)。二、細(xì)胞工程在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用細(xì)胞工程是指體外人工培養(yǎng)細(xì)胞，通過細(xì)胞雜交的方法認(rèn)為改變細(xì)胞的某些生物學(xué)特性，加速動(dòng)物火植物個(gè)體繁殖，改良種質(zhì)或創(chuàng)造生物新品種及獲得某些有用物質(zhì)的過程。植物細(xì)胞工程是一門以植物組織培養(yǎng)為基礎(chǔ)，具有廣泛應(yīng)用前景和實(shí)用價(jià)值的生物技術(shù)。1.植物細(xì)胞工程在脫毒苗生產(chǎn)方面的應(yīng)用。植物細(xì)胞工程一般多采用莖尖脫毒的方法，通過莖尖組織培養(yǎng)可以獲得無病毒和類病毒感染的再生苗。近年來，我國相繼出現(xiàn)了許多脫毒試管苗生產(chǎn)工廠，脫毒馬鈴薯已經(jīng)推廣了近30萬hm2，平均增產(chǎn)50%以上。目前，在草莓、蘋果、柑橘和葡萄等經(jīng)濟(jì)植物上都已建立了脫毒苗生產(chǎn)

5、技術(shù)。2.植物細(xì)胞工程在經(jīng)濟(jì)植物快繁方面的應(yīng)用。植物快繁是指利用組織培養(yǎng)技術(shù)，將來自優(yōu)良蜘蛛的植物組織或細(xì)胞進(jìn)行離體培養(yǎng)，短期內(nèi)獲得大量遺傳性狀一致的個(gè)體的方法。目前已在木薯、馬鈴薯、咖啡、橡膠、菠蘿和蘋果等經(jīng)濟(jì)植物上建立了植物快繁技術(shù)。3.植物細(xì)胞工程在新品種選育方面的應(yīng)用。植物細(xì)胞工程在新品種選育方面的應(yīng)用主要有通過單倍體細(xì)胞培養(yǎng)獲得抗逆作物和二倍體體細(xì)胞雜交獲得雜交優(yōu)勢種。三、發(fā)酵工程在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用發(fā)酵工程即利用微生物具有的特殊作用生產(chǎn)出對人類生產(chǎn)有用的產(chǎn)品，或直接將微生物應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)過程的一門新的技術(shù)。發(fā)酵工程在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用主要包括：微生物肥料、微生物農(nóng)藥和微生物飼料。1.微生

6、物肥料。微生物肥料是指一類含有活性微生物的特定制品，應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，能夠獲得由制品中活性微生物起關(guān)鍵作用的肥料效應(yīng)。微生物肥不僅能提高土壤肥料，促進(jìn)自然生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)，還能協(xié)助農(nóng)作物營養(yǎng)吸收，減少或降低植物病蟲害，提高作物品質(zhì)。現(xiàn)代微生物肥料有單一菌種肥料和復(fù)合菌種肥料。2.微生物農(nóng)藥。微生物農(nóng)藥是指利用微生物機(jī)器基因產(chǎn)品或表達(dá)的各種生物活性成分，制備出用于防治植物病蟲害、雜草以及調(diào)節(jié)植物生長的制劑的總稱。可分為細(xì)菌殺蟲劑、真菌殺蟲劑、病毒殺蟲劑、農(nóng)用抗生素和微生物除草劑，較為人熟知的如bt、阿維菌素、農(nóng)抗120等。3.微生物飼料。微生物飼料是指利用微生物的新陳代謝和繁殖的菌體來生產(chǎn)和調(diào)制

7、的飼料。主要包括兩方面：一是利用微生物的發(fā)酵作用來處理飼料原料，二是在飼料中使用微生物菌體或代謝產(chǎn)物等微生物飼料添加劑。四、酶工程在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用1.酶工程應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品的深加工。利用-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶和葡萄糖異構(gòu)酶的催化功能，以玉米淀粉等為原料生產(chǎn)高果糖漿等。乳制品加工則需要用凝乳酶和乳糖酶。農(nóng)副產(chǎn)品的加工和綜合利用需要用纖維素酶、果膠酶和木質(zhì)素酶。此外，從木瓜中提取的木瓜蛋白酶，提高活性和固定化以后，可以被用來釀制啤酒和制造果汁。2.酶工程在用農(nóng)產(chǎn)品開發(fā)生物活性肽方面的應(yīng)用。以前，人們認(rèn)為氨基酸是人體吸收蛋白質(zhì)的主要途徑，隨著研究發(fā)現(xiàn)，蛋白質(zhì)經(jīng)消化道中的酶水解后，主要以小肽的形式吸收，

8、比完全游離的氨基酸更易吸收利用。這一發(fā)現(xiàn)，啟發(fā)了科研工作者采用酶工程技術(shù)用蛋白質(zhì)生產(chǎn)生物活性肽的新思路。生物活性肽是蛋白質(zhì)中20種天然氨基酸以不同排列組合方式構(gòu)成的從二肽到復(fù)雜的線性或環(huán)形結(jié)構(gòu)的不同肽類的總稱，是源于蛋白質(zhì)的多功能化合物。3.酶工程在飼料工業(yè)中的應(yīng)用。動(dòng)物體由于不能分泌分解纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、果膠等植物細(xì)胞壁物質(zhì)的酶系，因此動(dòng)物自身不能消化利用這些物質(zhì)，只能通過瘤胃和大腸微生物利用上述部分物質(zhì)。植物細(xì)胞壁非淀粉多糖降解酶可降解畜禽消化道內(nèi)的非淀粉多糖，降低腸道內(nèi)容物的粘性，促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收，減少畜禽下痢，從而促進(jìn)畜禽生長和提高飼料利用率。五、蛋白質(zhì)工程在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用蛋白質(zhì)工程正在成為改造農(nóng)業(yè)，大幅度提高糧食產(chǎn)量的新途徑。如植物光合作用是利用白光能將二氧化碳轉(zhuǎn)化成貯成能量淀粉，在植物葉片中普遍存在著一種重要的起催化作用的酶，它能固定住二氧化碳，這種酶叫核酮糖-1.5-二磷酸羧化酶。而這種酶具有雙重性：它既能固定二氧化碳，又會使二氧化碳