第七章 植物与人类的生存和发展

第一节人类利用和改造植物的历史一、栽培作物的起源和农业的发展1、有关化石资料表明植物的驯化起使于地球上不同的地区，并查明已有6500－7000年的历史，这些化石大部分出自半干旱地带，因为易腐烂物质容易保存。无论是从栽培作物的多样性或是发展历史看，中国都在世界上占据重要的地位。第七章植物与人类的生存和发展•2、20世纪60年代中期，世界上多数发展中国家大规模推广矮秆、抗倒伏、产量高、适应性广的小麦和水稻优良作物品种，并配合灌溉、施肥等技术的革新，使农业生产取得了前所未有的发展，因而被誉为“绿色革命”。•3、自1973年成功实现基因的体外重组和克隆以来，以DNA重组技术为核心的现代生物技术已发展成为当今最具有活力的高技术之一，并在农业、食品、医药和环保等领域中被广泛应用，为人类解决资源、环境和健康等重大问题、促进社会进步提供了帮助，同时推动了世界产业结构的重大变化。4、自1983年基因工程Ti质粒用于植物转化，成功产生第一株转基因植物以来，大量转基因植物在世界各地的实验室中诞生，其中包括粮食作物、油料作物、纤维作物、蔬菜以及一些木本树种，通过转基因这些植物获得了人们所需的而原来又不具有的特性，如抗虫性、抗病性、抗衰老、抗除草剂、新的营养或药用价值等。二、植物资源的开发利用（一）、开发利用现况（目前利用的植物约25000种，其中约1500种是栽培植物）包括：1、栽培的食用植物：粮食类、蔬菜类、水果类等2、糖和调料：糖：甘蔗、甜菜调料:香料(起源于亚洲)—肉桂(桂皮),肉豆蔻,西香,胡椒等；香草(起源于温带)—葱属,伞形科茴香,芫荽,当归,香芹菜等3、药材：作为中药的有5000多种，常用的有500余种4、纤维：棉花、大麻等5、燃料和木材：6、观赏类：（二）、开发利用的一般原则1、正确处理开发利用与保护的关系2、经济效益、生态效益和社会效益相统一3、永续利用①根据资源蕴藏量和生长量有计划地开采利用②轮采轮伐，给植物以休生养息的机会③挖大留小，维持一定的种群数量，森林采伐避免皆伐，采伐量不能超过生长量④把分散、面临枯竭的资源集中起来，进行人工驯化和培育，不但能保护稀少的资源，同时又能建成原料种植基地，为市场提供数量稳定的优质产品，实现资源的永续利用（三）、植物资源开发利用的思路1、建立资源数据库2、深度加工和综合利用3、因地制宜，充分发挥当地的优势4、不断从野生植物中研究和寻找新的有用的种类5、重视商品基地建设第二节人类未来的发展与植物一、未来的农业生产1、植物基因工程传统育种基于整体水平上的性状表现而实施改良，故周期长，改良效果和效率均较差分子生物学揭示了性状遗传的机制，找到了控制性状发育的基因把不同植物乃至动物的控制优良性状的基因用“工程”的方法转移到所需的植物中去，实现该植物性状的改良——植物基因工程通过DNA重组技术改良的主要作物及引入的宜农性状作物名称宜农性状苜蓿耐除草剂、抗病毒苹果抗虫油菜耐除草剂、抗虫、油质改良硬皮甜瓜抗病毒玉米耐除草剂、抗虫、抗病毒，麦胚凝集素棉花耐除草剂、抗虫黄瓜抗病毒甜瓜抗病毒番木瓜抗病毒马铃薯耐除草剂、抗虫、抗病毒，提高淀粉含量，许多非马铃薯产物的形成。作物名称宜农性状水稻抗虫、蛋白质含量改良大豆耐除草剂、蛋白质含量改良南瓜抗病毒草莓抗虫向日葵蛋白质含量改良烟草耐除草剂、抗虫、抗病毒番茄抗病毒、耐除草剂、抗虫，熟期改良，高温发育滞后核桃抗虫续上表2、植物细胞融合在细胞水平上对植物进行改良将两个不同生物的细胞以人工方法融合得到杂种细胞程序：①将两种植物（生物）作单细胞处理②用酶除去细胞壁，制成原生质体③利用融合剂(聚乙二醇)使两种原生质体融合产生融合细胞④在试管中培养该融合细胞成愈伤组织⑤继而诱导培养成植株1978年德国首次获得马铃薯和番茄的细胞融合植物—薯番茄已获得的有：大豆×烟草，拟南芥×白菜，烟草×颠茄，番茄×马铃薯，甘蓝×白菜，橙×枳(橙枳)3、向农业中引入野生植物将新的植物从野生状态引入栽培二战期间，美国因得不到橡胶供应而大量种植银胶菊后来由石油制品合成橡胶，停止种植银胶菊随石油短缺，现在银胶菊又一次成为重要的经济作物稗子，杂草，分布广，抗性强，有较好的开发前景4、农业生产新领域21世纪农业一方面生产更多食物和纤维，另一方面为其他行业提供更多原料①生物能生产：把农业变成一个重要的加工太阳能的能源产业（如利用作物秸杆，通过微生物发酵，使其转化为酒精一类的能源物质）②蛋白质生产：目前主要开发利用单细胞蛋白如酵母蛋白质含量占细胞干物质的45～55%，营养十分丰富，成人每天吃10～15g干酵母，蛋白质的需要就足够了③有用次生代谢产物生产：利用细胞培养产生有用代谢产物（如用细胞培养方法生产紫草宁衍生物，其生产率是天然栽培植物的700倍。1982年日本成功的用细胞培养法生产人参）④植物全株利用“植物全身都是宝”的时代已经到来（如美国一教授发明了用玉米杆、麦杆、稻草、木料和废纸生产人造纤维的新工艺）二、未来的森林世界人口剧增，地球森林覆盖率急剧下降，导致环境日益恶化，灾害频繁发生随着对木材和纸张需求的增加，培育快速生长的树木日益紧迫组织培养技术可产生大量无性系树苗，可成为将来标准的商业性操作技术三、未来的生存空间人口增长，环境污染已危机人类的生存和发展，开辟新的生存空间已经成为人类面临的现实问题植物能调节气候，保护农田，保持水土，净化空气，净化污染，减弱噪声，因此用植物监测和净化环境是改善环境质量，创造适宜人类长久生存的良好的环境的重要途径