浅谈生物技术与现代农业的发展

北京农学院课程论文课程名称:生命科学发展简史论文题目:浅谈生物技术与现代农业的发展授课教师：韩俊姓名：丁蒙学号:200920442152系别:经管日期:2011.12.12成绩:浅谈生物技术与现代农业的发展丁蒙（北京农学院经管管理学院200920442152）摘要：科学技术是第一生产力，大批农作物种植离不开生物生物技术的推动作用。本文综述了生物技术在农业方面的广泛应用，生物技术及农业发展的展望；同时还介绍了生物技术在国外对于农业的可持续发展之粮食危机的重要贡献，及最新发现。关键词:生物技术农业作用发展一、生物技术在农业方面的广泛应用生物技术根据“生物多样性公约”的规定，生物技术是指利用生物系统、或生物体或者其衍生物为特定用途而生产或改变产品或过程的任何技术应用”。按照国际上现行的划分，现代生物技术主要包括基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程四个方面。与农业生产有关的生物工程技术主要包括基因工程和细胞工程。1.1植物基因工程植物基因工程是指植物学领域的基因工程，其研究对象是植物。利用植物基因工程技术，改良作物蛋白质成分，提高作物中必需的氨基酸含量，培育抗病毒、抗虫害、抗除草剂的工程植株以及抗盐、抗旱等逆境植株，在当前农业生产中已显示出巨大的经济效益，并展示了植物基因工程在未来农业生产中的广阔前景。1.1．1利用转基因工程技术提高农作物的抗逆能力（如抗除草剂、抗虫、抗病、抗旱和抗盐碱等）以及改良生物的盐碱品质等方面。1.1.1.1抗病转基因植物。将病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因以及几丁质酶基因和抗毒素合成基因导入植物中，成果：烟草、小麦、甜椒、番茄等.1.1.1.2抗逆转基因植物。将鱼的抗冻蛋白基因以及抗除草剂基因导入植物中，成果：烟草、大豆、番茄、玉米等；1.1.1.3抗除草剂作物，如草甘膦除草剂，，它无毒、易分解、无残留和不污染环境等特点，因而被普遍应用。他的靶位是植物叶绿体中的一个重要酶—内丙酮莽草磷酸合成酶。草磷酸通过抑制EPSP活性而阻断了芳香氨基酸的合成，最终导致。把它引入植物受试植株的死亡。目前从细菌分离出一个突变株，它含有抗草甘膦的EPSP合成酶突变基因，可使这种植物获得看草甘膦的能力。此时草甘膦除草剂可续昂则性的除草，使作物不会受到伤害.1.1.1.4抗病毒作物烟草花叶病毒是一种RNA病毒，有单链RNA及外壳蛋白所组成，它主要感染烟草等植物。受感染的植物组织具有抵抗TMV再感染的能力。据认为，这种免疫力是因为感染病毒后的细胞可以抑制新侵入病毒释放mRNA所致，TMV的外壳蛋白在次起主要作用。最近已成功将TMV外壳蛋白基因引入到烟草细胞中，转化为植株细胞中可以这种外壳蛋白，并对TMV感染表现出一定的抗性。1.12利用转因技术可以改良植物的品质包括增加食物的营养、延长食品储存时间、增加花卉的观赏性。成果：转基因玉米、转基因延熟番茄和转基因矮牵牛。1.13转基因抗性植物存在的问题综上所述生物技术在农业方面起了强大的威力。但是作为转基因抗性植物由于各方面的条件限制，还存在很多问题，其中主要包括两个问题。一是这种植物的安全性问题。二是耐受性问题。1.131安全性问题：1环境安全性2食品安全性。环境安全风险：转基因植物大规模释放到环境中，由于基因漂流、自然选择和人为因素，造成生长失控、危及其他生物、物种异化和生态失衡等后果。食品安全风险：转基因活生物体及其产品作为食品，可能对人体产生某些毒理作用和过敏反应。例如转入的生长激素类基因就有可能对人体生长发育产生重大影响。由于人体内生物化学变化的复杂性，有些影响还需要经过长时间才能表现和检测出来。1.132耐受性问题例如转入了抗虫基因的棉花，稳定遗传后，在初期昆虫吞食叶片后引起死亡从而达到抗虫作用，但一段时期过后昆虫面对这种植物所带来的压力会发生遗传变异，出现耐受性，导致抗虫棉无效。1.2细胞工程通过细胞融合、核移植、细胞器移植或染色体操作，产生杂种细胞并发育成个体的技术。1.2.1.粮食与蔬菜生产利用细胞工程技术进行作物育种，是迄今人类受益最多的一个方面。我国在这一领域已达到世界先进水平，以花药单倍体育种途径，培育出的水稻品种或品系有近百个，小麦有30个左右。其中河南省农科院培育的小麦新品种，具有抗倒伏、抗锈病、抗白粉病等优良性状。1.2.1.1离体培养。在常规的杂交育种中，育成一个新品种一般需要8～10年，而用细胞工程技术对杂种的花药进行离体培养，可大大缩短育种周期，一般提前2～3年，而且有利优良性状的筛选。1.2.1.2微繁殖技术。微繁殖技术在农业生产上也有广泛的用途，其技术比较成熟，并已取得较大的经济效益。例如，我国已解决了马铃薯的退化问题，日本麒麟公司已能在1000升容器中大量培养无病毒微型马铃薯块茎作为种薯，实现种薯生产的自动化。通过植物体细胞的遗传变异，筛选各种有经济意义的突变体蔬菜是人类膳食中不可缺少的成分，它为人体提供必需的维生素、矿物质等。蔬菜通常以种子、块根、块茎、插扦或分根等传统方式进行繁殖，化费成本低。但是，在引种与繁育、品种的种性提纯与复壮、育种过程的某些中间环节，植物细胞工程技术仍大有作为如微繁殖技术。从国外引进蔬菜新品种，最初往往只有几粒种子或很少量的块根、块茎等。要进行大规模的种植，必须先大量增殖，这就可应用微繁殖技术，在较短时间内迅速扩大群体。在常规育种过程中，也可应用原生质体或单倍体培养技术，快速繁殖后代，简化制种程序，另外还可结合植物基因工程技术，改良蔬菜品种。1.2．2园林花卉在果树、林木生产实践中应用细胞工程技术主要是微繁殖和去病毒技术。1.221病毒试管苗技术几乎所有的果树都患有病毒病，而且多是通过营养体繁殖代代相传的。用去病毒试管苗技术，可以有效地防止病毒病的侵害，恢复种性并加速繁殖速度.目前，香蕉、柑橘、山楂、葡萄、桃、梨、荔枝、龙眼、核桃等十余种果树的试管苗去病毒技术，已基本成熟。香蕉去病毒试管苗的微繁殖技术已成为产业化商品化的先例之一。因为香蕉是三倍体植物，必须通过无性繁殖延续后代，传统方法一般采用芽繁殖，感病严重，繁殖率低；而采用去病毒的微繁殖技术不仅改进了品质，亩产量约提高30％～50％，很容易被蕉农接受。1.2.3植物次级代谢产品1939年，人们从特定植物体中奋力一些细胞，他们能在人造环境中生存并合成人类有用的次生代谢产物，如生物碱，黄酮类化合物等。近年来，利用植物细胞培养技术以及各种植物细胞固定化技术，这样就可以像固定化微生物那样，在预先设计的生物反应其中高效地、源源不断地生产出具有商业价值的次生代谢产物。如长春花碱，可治疗白血病、阿玛灵，治疗循环系统障碍、奎宁，可治疗疟疾。二、生物技术及农业发展的展望我国农业生物技术起步晚，与发达国家有一定差距，但发展顺利，进步较快，在国家政策的扶持下，尤其是在国家“863”计划，“973”计划和“国家转基因植物研究与产业化专项”的直接支持下，已取得了很大的成绩，目前，我国农业生物技术的整体水平在发展中国家处于领先地位，一些领域已经进入国际先进行列。我国是世界上继美国之后，第2个拥有自主研制抗虫棉技术的国家；我国转基因水稻的研制处于世界先进水平。到2003年8月止，我国共受理转基因生物安全评价申请1044项，批准777项。国内从事涉及农业生物技术研究的机构已经超过200家，研发队伍1万多人。2003年全国转基因作物种植面积达到280万hm2。目前，我国涉及农业生物技术的各类研究机构已超过200家，初步形成了从基础研究，应用技术研究到产品开发相互衔接，相互促进的创新体系。2．1在植物组织培养、染色体工程育种等方面通过器官发生和体细胞胚再生途径，我国组培成株的经济植物据粗略统计有近400种。其中果树有苹果、梨、草莓、香蕉、柑桔、葡萄、菠罗、荔枝、龙眼、李、桃、甜樱桃、醋栗、无花果、罗汉果、枇杷等27属80多种。苹果、香蕉、草莓、葡萄、甜樱桃、菠萝等主要栽培种已建立了比较完善的快繁体系。蔬菜包括番茄、甘蓝、大蒜、黄瓜、无籽西瓜、石刁柏、马铃薯等24属70多种。由于绝大多数蔬菜生长期短，品种更新快，制种容易，主要应用组培于理论研究，大规模生产还不广泛。但马铃薯、石刁柏和无籽西瓜是个例外，目前我国的马铃薯生产中，以试管脱毒种薯作为原种的种植面积超过50%。2．2在植物基因组研究方面植物功能基因研究完成了模式植物水稻和拟南芥大型突变库的构建，克隆了一批与小麦，水稻，棉纤维等品质与发育密切相关的候选基因。完成了10250份水稻和近200份棉花重要遗传资源的鉴定，完成了籼稻9311全基因组的工作框架图和基因精细图，为我国水稻基因组研究做出了重要贡献。完成了水稻籼稻(9311)的全基因组精细图，目前该基因组精确图的覆盖率已达到98％，并且已经有95％的序列准确定位到染色体上，完成了水稻粳稻4号染色体的精确测序，是世界上第1个完成的禾本科植物全基因组测序。2．3在转基因植物研究方面我国科学家成功地研制出单价Bt抗虫转基因棉花，并获得了国家专利，我国已成为世界上拥有抗虫棉研制开发整套技术的第2个国家；目前已有4个抗虫转基因棉新品种通过审定，累计推广36．7万hm2，产生的社会与经济效益达7．7亿元，7个抗黄矮病，白粉病和赤霉病的小麦新品种通过品种审定，累计推广种植96．5万hm2，大大超额完成了原定的目标。三农业生物技术被占粮食危机自2007年下半年以来，食品原料成本飞涨。根据世界银行报告，截至08年2月世界小麦在过去三年中上涨了181%。这一造成了严重的粮食危机，全球贫困人口无法获得粮食供应。2008年4月22日，联合国世界粮食舒执行干事乔塞特希兰在“粮食峰会”上指出全球正在遭受第二次世界大战以来首次大范围粮食危机。所以我们要采取一些措施，从根本上促进农业发展，缓解粮食供应短缺问题。唯有通过提高农业劳动生产和增加粮食自给等措施。在许多国家，农业技术都已较成熟。比如在我国云南地区，通过推行新的早稻种植技术，水稻产量从过去的每公顷1-1.5吨，农民在两年内就可以脱贫。再如非洲的国际玉米、小麦中心，能够在现有的农业种植生条件下和中等干旱情况下，把当地的玉米产量提高30%，东北非洲已经种植了22万公顷。发展农业生物技术是保障人口食物安全的根本出路。把不同品种的水稻杂交而培育出的杂交水稻，可能是解决日益临近的粮食危机的关键‘袁隆’曾提到‘超级回到进一步从亩产800公斤提高到900公斤，没有生物技术不行。“绿色革命之父”布劳格教授讲到：中国若把转基因水稻推向应用，将是继杂交水稻对世界巨大贡献。四、农业生物技术新发现4.1ISU科学家证实黄玉米富含维生素A爱荷华州立大学（ISU）科学家证实黄玉米是一种优质的维生素A来源。这种玉米油HARVESTPLUS及其研究人员专门针对撒哈拉以南非洲那些无力购买高维生素A食品的人口开发。这种玉米含有大量β胡萝卜素，人使用后可以转化为维生素A。这些科学家通过研究发现，黄玉米的β胡萝卜一直土壤病原菌引起的小麦疾病素的转化率比一般蔬菜高。HARVESTPLUS营养专家说“我们计划于2010年在利比亚进行释放，该国5岁以下儿童有半数面临缺乏维生素A的风险。这一新发现意味着我们能通过黄玉米提供更多膳食维生素。我们计划通过这一作物满足2-6岁儿童的日需求量和育龄妇女40%的需求量”4.2AGRILLIFE研究人员培育出蓝木槿AGRILIFE植物生理学家及农学家DareiuseMalinowski博士成功培育出而开蓝花的耐寒冬木槿品种4.3澳大利亚强化育种公司教育2010年9月14日推出高产豌豆品种，这种作物适合在少雨地区种植。4.4某些假单胞菌属菌株但不前仍不清楚这些有益菌如何影响小麦基因表达。美国农业部的PatriciaOkubara等科学家验证了P.Fluorescens介导的小麦根部基因防御假说。科学家从小麦根部表达系列标签库中选取了其他植物防御/胁迫基因相似的EST或特异DNA片段，用于微阵列实验。结果显示PFLURESCENS的生物控制改变了小麦根部防御/胁迫基因的表达，为进一步研究病害或性抑制和增强根部病原体防御奠定了基础。参考文献[1]张惠展，基因工程[M].