農(nóng)業(yè)生物技術(shù)(doc10)

1、.：.；農(nóng)業(yè)生物技術(shù)中國人口眾多且還在不斷增長，人均農(nóng)業(yè)用地有限，短少水和其他資源，植物經(jīng)常遇到生物和非生物脅迫。到2030年，糧食產(chǎn)量必需添加3050才干使年產(chǎn)量到達(dá)6.4億t。因此，在未來3040年農(nóng)業(yè)消費(fèi)率的繼續(xù)增長是一個(gè)非常緊迫的頭等大事。有幾個(gè)要素可以影響糧食的單位面積產(chǎn)量?？茖W(xué)和生物技術(shù)可以在以下幾個(gè)方面起作用從而提高消費(fèi)率：改良作物種類、改善采后處置以及減少干旱和病蟲害所呵斥的損失。從1960年到1985年，經(jīng)過植物育種學(xué)家的努力曾經(jīng)培育出得到極大改良的種類。然而在最近10年間，種類改良的速度大大減慢。這是由于可利用的種質(zhì)資源是有限的，且植物育種任務(wù)者在開展無緣雜交育種過程中經(jīng)常

2、會遇到種間不親和的妨礙。僅僅依托傳統(tǒng)育種技術(shù)，在種類改良方面似乎已不能獲得足夠的進(jìn)展，另一方面，農(nóng)業(yè)生物技術(shù)最近已得到極很大的開展，估計(jì)今后30年在種類改良中將會獲得極大的進(jìn)展。在中國消費(fèi)的一切食物中70以上于禾本科糧食作物水稻、小麥、玉米、大麥、燕麥、高梁、黑麥和谷子。因此，本文將簡要綜述在以下幾個(gè)方面添加禾本科糧食作物產(chǎn)量的能夠性。1996年中國的糧食總產(chǎn)據(jù)估計(jì)為4.9億t。其中水稻的產(chǎn)量最多，接近1.6億t。Evenson等1996對世界水稻產(chǎn)量的增出息展了估計(jì).他分根據(jù)現(xiàn)有知識，估計(jì)了水稻產(chǎn)量從1994年到2020年能夠的增長幅度表 4 .11.1。 *venson博士所搜集的數(shù)據(jù)主要

3、是1994年5月之前的。而在19941997年期間在農(nóng)業(yè)生物技術(shù)方面有許多未估計(jì)到的新的發(fā)現(xiàn)和開展，未來的20年中能夠會有更多的發(fā)現(xiàn)。因此，作物產(chǎn)量的實(shí)踐增長率能夠比表中所列的數(shù)據(jù)高得多。*經(jīng)過減少損失來添加產(chǎn)量。從表中可以看出，到2020年估計(jì)全世界水稻產(chǎn)量可增長56。假設(shè)中國可以到達(dá)估計(jì)增長值的2/3,即37，并且其他主要禾谷類作物也能增長同樣的幅度，那么不用添加農(nóng)藥與肥料用量就足以為中國人提供足夠的食物?，F(xiàn)實(shí)上，當(dāng)開場運(yùn)用抗蟲和抗病的轉(zhuǎn)基因植物時(shí)，化學(xué)農(nóng)藥的用量估計(jì)將會減少。因此，生物技術(shù)的運(yùn)用對環(huán)境也是有益的。應(yīng)該指出，Evenwon博士在作這一預(yù)測時(shí)，假設(shè)對水稻生物技術(shù)研討和開發(fā)的資

4、金資助在今后25年內(nèi)將會繼續(xù)，就像過去8年左右那樣。另外，根底設(shè)備和管理也將同時(shí)得到改善。Toenniessin1991和WU1994總結(jié)了在水稻基因工程方面有潛在運(yùn)用價(jià)值的基因和技術(shù)。Toenniessen1991所綜述的具有潛在運(yùn)用價(jià)值的基因包括：利用不同的細(xì)胞質(zhì)雄性不育體系改良雜交水稻；利用編碼殺蟲蛋白的基因如Bt晶體蛋白和蛋白酶抑制劑提供抗蟲性；利用抗真菌、細(xì)菌和病毒病的基因；利用提高抗旱和抗鹽性的基因等?；胁糠职ㄒ蛟谝胨竞?，已表現(xiàn)出有危亡的結(jié)果,Wu(1994)對這些結(jié)果進(jìn)展了綜述。其中包括編碼抗病蛋白如Bt晶體蛋白、蛋白酶抑制劑、雪花蓮凝集素和核糖體去活蛋白的基因和編碼抗病

5、蛋白如幾丁質(zhì)酶、葡聚糖酶的抗真菌多肽的基因。下面就對最近的一些研討進(jìn)展進(jìn)展綜述。添加糧食或種子產(chǎn)量的方法利用雜交水稻 經(jīng)過利用雄性育，袁隆平20年前在中國培育了雜交水稻。雜交稻在中國曾經(jīng)大面積種植，它的產(chǎn)量比常規(guī)稻高出近20。然而，可供田間種植的雜交稻種類很少，因此需求培育更多的種類。此外，其他有用性狀，如抗蟲病性，對干旱、鹽堿和低溫的耐性等，也需求經(jīng)過生物技術(shù)引入雜交稻。定位高產(chǎn)的數(shù)量性狀位點(diǎn) 利用分子生物學(xué)技術(shù)，如限制性片斷長度多態(tài)性和簡單序列長度多態(tài)性，人們可以鑒定與高產(chǎn)性狀共分別的染色體區(qū)域。一個(gè)例子就是野生稻種2個(gè)位點(diǎn)的定位，這2個(gè)位點(diǎn)可使水稻產(chǎn)量提高20Xiao等，1996。一旦這

6、種位點(diǎn)被鑒定出來，人們就可以利用標(biāo)志輔助育種把相應(yīng)的染色體區(qū)域比傳統(tǒng)育種技術(shù)更快地引入水稻優(yōu)良種類。未來還能夠經(jīng)過遺傳圖克隆在位點(diǎn)上的這2 個(gè)基因，最終也能夠把這些與高產(chǎn)相關(guān)的基因經(jīng)過遺傳轉(zhuǎn)化技術(shù)引入水委或其他禾本科作物，獲得得可育的轉(zhuǎn)基因植株。引入外源基因延遲衰老添加產(chǎn)量 在衰老過程中，葉片細(xì)胞經(jīng)過代謝和基因表達(dá)的協(xié)調(diào)變化，導(dǎo)致光合才干的急劇衰減。人們發(fā)現(xiàn)，外用細(xì)胞激動素可以延緩衰老。Gan和Amasino1995的任務(wù)闡明，經(jīng)過將編碼細(xì)胞激動素合成酶的c受自體調(diào)理的啟動子所驅(qū)動導(dǎo)入煙草，轉(zhuǎn)基因煙草植株與非轉(zhuǎn)基因植株相比產(chǎn)生了更多的種子和生物量。假設(shè)這一有利基因在轉(zhuǎn)基因水稻和其他禾本科植物中

7、也有同樣的作用，估計(jì)將會培育出高產(chǎn)的糧食作物。引入抗病基因減少病害所呵斥的產(chǎn)量損失克隆并導(dǎo)入水稻抗白葉枯病基因 Song等1995用位置克隆法曾經(jīng)從水稻中克隆了 a2l抗病基因，它編碼一個(gè)受體激酶類蛋白。將這一基因轉(zhuǎn)入感白葉枯病的水稻種類中，轉(zhuǎn)基植株對這一病菌的許多株系都有高度抗性。導(dǎo)入控制水稻東格魯病的cDNA 知水稻的一種重要病害是由水稻東格魯病毒的浸染引起的。有兩種類型的東格魯病毒，和。編碼和外殼蛋白的基因曾經(jīng)用基因槍轟擊法轉(zhuǎn)入水稻，對第三代轉(zhuǎn)基因植株進(jìn)展了抗性鑒定。初步的實(shí)驗(yàn)結(jié)果闡明，部分轉(zhuǎn)基因植株抗水稻東格魯病毒Faupuet 等，1997。這些研討者還方案把幾個(gè)不同的病毒基因引入水

8、稻以完全控制東格魯病。導(dǎo)入控制水稻黃矮病的cDNA 為了尋覓一種遺傳工程抗水稻黃矮病毒的戰(zhàn)略，表達(dá)核殼蛋白的轉(zhuǎn)基因水稻植株曾經(jīng)被培育出來。23株轉(zhuǎn)基因植株的I代曾經(jīng)進(jìn)展了病毒抗性測定。在8個(gè)株系中有65的后代植株表現(xiàn)了抗性ang等，1997。 導(dǎo)入幾丁質(zhì)酶cDNA控制真菌病害 在aMV35S啟動子控制下的一個(gè)幾丁質(zhì)酶基因經(jīng)過轉(zhuǎn)化被導(dǎo)入水稻。有幾個(gè)第二代轉(zhuǎn)基因水稻植株對hizoctonia solani表現(xiàn)了抗性in等，1995。導(dǎo)入抗蟲基因減少蟲害所呵斥的損失導(dǎo)入晶體蛋白基因控制害蟲 合成蘇云金芽孢桿菌crylA(b)基因曾經(jīng)轉(zhuǎn)入水稻。第二代和第三代轉(zhuǎn)基因植株對幾種鱗翅目害蟲表現(xiàn)了明顯的殺蟲作

9、用unn等，1996。將水稻螟蟲抗性引入育種種質(zhì)資源中，將使一這重要農(nóng)藝性狀可以用于水稻常規(guī)育種工程。導(dǎo)入蛋白酶抑制劑基因控制害蟲 馬鈴薯蛋白酶抑制劑基因pin2已被導(dǎo)入水稻。經(jīng)過雜交分析證明導(dǎo)入的pin2基因已穩(wěn)定地遺傳到第五代。第五代轉(zhuǎn)基因水稻植株的抗蟲性測定闡明，這些轉(zhuǎn)基因植株對水稻的一種重要的害蟲大螟的抗性提高uan等，1996。將兩個(gè)殺蟲基因?qū)胨?經(jīng)過改造的內(nèi)毒素基因crylA( b)和豇豆胰蛋白酶抑制劑基因CpTi,水稻肌動蛋白啟動子actin1分別導(dǎo)入水稻，有幾個(gè)轉(zhuǎn)基因植株對黃螟表現(xiàn)了高度的殺蟲活性u等，1997。導(dǎo)入外源cDNA培育耐旱和耐鹽堿的水稻基因 用基因槍轟擊法未于

10、大麥胚發(fā)育后期的高豐度蛋白基因Hval導(dǎo)入水稻懸浮細(xì)胞，第二代轉(zhuǎn)基因植株對缺水和高鹽的耐性明顯提高XU等1996。經(jīng)過種植帶有抗旱和耐鹽基因的水稻或其他植物，在缺水條件下可以減少產(chǎn)量損失，在高含鹽土壤中也能得到較高的產(chǎn)量。其他基因 可以提供耐缺水和高鹽含量的其他有用基因包括編碼甘露醇Shen等，1997、脯氨酸Kishor等，1995和多氨Masgrau等，1997生物合成的基因，這些基因已被證明可以添加轉(zhuǎn)基因煙草對鹽和干旱脅迫耐性。其他的有用的基因，如編碼谷光甘肽S轉(zhuǎn)移酶或谷光甘肽過氧化物酶Roxas等，1997、鐵氧化物歧化酶Camp等，1996的基因也曾經(jīng)被證明可以添加轉(zhuǎn)基因煙草的脅迫抗

11、性。當(dāng)幾個(gè)或多數(shù)這種基因與適宜的單子葉植物可調(diào)控啟動子連結(jié)，并轉(zhuǎn)入水稻或其他禾本科植物中時(shí)，就能夠培育出可以耐缺水和高鹽的轉(zhuǎn)基因植物。應(yīng)該提到，導(dǎo)入一個(gè)有利c或基因并缺乏提供高度的干旱和鹽堿耐性。人們需求將幾個(gè)有利c或基因?qū)胪粋€(gè)水稻轉(zhuǎn)基因植株，以提供對脅迫的高度耐性。導(dǎo)入外源c培育耐低溫的水稻一種擬南芥47與水稻肌動蛋白基因的啟動子相連結(jié)并導(dǎo)入水稻，得到許多轉(zhuǎn)基因植株Cheng等，1998。當(dāng)把生長60天的水稻植株放在4條件下5天，大多數(shù)非轉(zhuǎn)基因?qū)φ罩仓甑娜~片枯萎變黃，而兩個(gè)轉(zhuǎn)基因系水稻的葉片堅(jiān)持了綠色和相對正常的外表。與對照植株相比轉(zhuǎn)基因植株在20m的鹽溶液中的生長要好得多。因此可以以為

12、47可以使轉(zhuǎn)基因水稻耐低溫暖高鹽Chen等，1998。經(jīng)過種植攜帶這種基因的水稻或其他植物可以延伸冰冷地域的生長季，從而經(jīng)過添加灌漿時(shí)間而增產(chǎn)。其他基因的利用還有其他具有潛在的價(jià)值的基因可以利用，這些基因編碼的蛋白可以使淀粉、脂肪或蛋白質(zhì)的合成更有效。其中有些方面是長期目的，科學(xué)家曾經(jīng)開場進(jìn)展更為廣泛的研討。其中包括改動光合系統(tǒng)使它更有效從而提高產(chǎn)量，向植物中引入固氮基因等。假設(shè)植物可以固氮，就可以減少氮肥用量。這些目的都非常重要，但難度很大，能夠需求20年左右的深化研討才干獲得進(jìn)展。中國農(nóng)業(yè)生物技術(shù)的開展在過去的10多年時(shí)間里，中國曾經(jīng)開場開展農(nóng)業(yè)生物技術(shù)。雖然曾經(jīng)獲得了一些勝利，如培育了多

13、種轉(zhuǎn)基因植物并在田間種植了抗病的煙草和番茄，但禾本科植物的轉(zhuǎn)基因研討才剛剛開場顯出希望。中國在農(nóng)業(yè)科學(xué)和農(nóng)業(yè)生物技術(shù)領(lǐng)域很少有艱苦奉獻(xiàn)。例如，本文所援用的大多數(shù)重要的最新研討進(jìn)展都是在興隆國家所進(jìn)展的研討結(jié)果。我以為，中國的生物學(xué)家之所在植物科學(xué)和農(nóng)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域沒有艱苦奉獻(xiàn)和進(jìn)展較慢是由于他們多項(xiàng)選擇擇短期工程，而不是進(jìn)展長期的發(fā)明性研討。這是由于研討和開發(fā)的資助缺乏，短少嚴(yán)厲的檢查研討進(jìn)展的專家評審體系和繼續(xù)資助。由于年輕的研討人員和研討生缺乏動力和不穩(wěn)定要素由于工資低和想出國等，資深科學(xué)家過多的非科研活動負(fù)擔(dān)，科學(xué)家缺乏和其他研討小組協(xié)作的志愿以及儀器設(shè)備供應(yīng)不及時(shí)等所呵斥的不利任務(wù)環(huán)境也是一個(gè)重要的影響要素。在未來的30年中，中國科學(xué)家在農(nóng)業(yè)科學(xué)以及農(nóng)業(yè)生物技術(shù)方面需求進(jìn)展更多的根底研討。中國也需求吸收和利用國外研討和開發(fā)的新的知識和技術(shù)。為了到達(dá)這些目的，中國的指點(diǎn)人必需大量添加農(nóng)業(yè)研討和開發(fā)的預(yù)算，引入嚴(yán)厲的專家評審系統(tǒng)，以保證研討的質(zhì)量。農(nóng)業(yè)方面的高級官員需求熟習(xí)傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)科學(xué)和新開展的農(nóng)業(yè)生物技術(shù)。非常關(guān)鍵的是他應(yīng)該了解科學(xué)的價(jià)值，并可以促進(jìn)國際間的協(xié)作。小結(jié)利用生物技術(shù)改良植物以提高糧食的產(chǎn)