现代生物技术在农业生产中的应用

第15卷第4期吉林农业科技学院学报V ol. 15,N o. 4

　　　　

2006年12月Journal of Jilin Agricultural Science and T echnology C ollege December ,2006

现代生物技术在农业生产中的应用

庄　云

(吉林农业科技学院　中药科学系, 吉林吉林132109)

摘　要:现代生物技术已在农业生产中被广泛应用, 可用于培育高产、抗病、抗逆的植物新品系, 具有优良生产性能的动物新品系及动物的快速繁殖技术。

关键词:现代生物技术; 种植业; 养殖业; 应用中图分类号:Q81　　文献标识码:A

　　严重危机, 突出的问题, 业中, 它可以解决当前世界所面临的粮食、人口、污染等重大问题, 发展以新兴现代生物技术为基础的农业是一条必由之路。

难题, 雄性不育的植株在杂交育种上有着十分重要的位置, 人们从花药和花粉形成的过程中, 分离到特定的基因启动子与核糖核酸酶基因连接, 导入油菜等植物中, 发现转基因的油菜中花粉形成不正常, 出现败育, 成为不育系。同样的道理, 目前人们还用其他一些毒性基因导入植物中, 使其在花药或花粉发育过程中表达, 从而获得不育株, 这样就为农作物杂交育种提供了新的战略。2. 2　植物抗逆性

2. 2. l 　抗虫　据不完全统计, 全世界农作物每年

1　发展现状

经过十几年的艰苦努力, 农业生物技术的研究开发和产业化取得了显著进展。目前我国正在研究和开发的转基因植物达47种, 涉及各类基因103个(不含标记基因) ; 农业微生物基因工程供试微生物达31种, 涉及的基因约56种; 转基因鱼、畜禽动物及正在研究的已达30余种, 研究成功的两系法杂交水稻已经为粮食增产做出了重大贡献, 累计推广面积已达1000万亩, 创造产值10多亿元。抗黄矮病、白粉病小麦、高油玉米、转基因鱼、畜禽胚胎工程等已达到国际先进水平。我国是世界上第一个商品化种植转基因作物(抗黄瓜花叶病毒和抗烟草花叶病毒双价转基因烟草) 的国家。自1996年11月我国正式公布实施《农业生物基因工程安全管理实施办法》以来, 我国已批准6件转基因植物商品化, 其中4件是我国自主开发的, 即转基因棉花、转基因耐贮番茄、转基因抗黄瓜花叶病毒甜椒、抗病毒番茄等。

因病虫害造成的损失约占其总产量的37%, 其中13%是由虫害引起的。我国因虫害每年造成大田

作物减产水稻达10%, 小麦近20%, 棉花则达30%以上。目前, 对农作物病虫害的防治主要依

赖化学药物, 化学药物成本高、污染环境、易残留, 会毒害有益的昆虫及害虫的天敌等弊端。基因工程的发展为培育抗病虫的作物提供了新的手段。1987年比利时的Vacek 研究小组、美国M onsanto

公司Fischhof 等人报道了首例有关Bt 基因烟草和番茄的研究结果, 此后Bt 基因相继被转入到棉花、水稻、玉米、苹果等农作物中, 是目前世界上应用最为广泛的生物杀虫剂。

2. 2. 2　抗病　长期以来, 植物病害的防治主要靠

2　在种植业中的应用

2. 1　杂交育种

抗病育种和合理栽培管理。基因工程则是在单个目的基因上进行, 具有快速性和定向性。目前主

　　　　　　　　　

收稿日期:2005-11-17

作者简介:庄　云(1972-) , 女, 汉族, 吉林省敦化市人, 讲师, 从事生物技术教学与研究工作。

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2006年12月Journal of Jilin Agricultural Science and T echnology C ollege December ,2006要采用的方法是将病毒的外壳蛋白(CP ) 基因导入植物, 使番茄、黄瓜、南瓜、甜椒等植物具有抗病性。1986年美国科学家Beachy 将烟草花叶病毒(T op 外壳蛋白基因导入烟草获得了首例抗病毒转基因烟草) 。大田实验结果表明, 在接种了T op 以后, 转基因植物只有约5%的植株得病, 而对照植株的发病率为99%。

2. 2. 3　抗除草剂　通过化学方法来控制杂草己

1996年成为我国第一个获准进行商品化生产的农

作物基因工程品种。2. 4　生物固氮

农业生产中常需要施用大量的化学氮肥来调节土壤和作物间的氮素供需矛盾, 化学氮肥的大量生产需要消耗大量能源, 同时会造成严重的环境污染。而生物固氮不仅节约能源并且不会对环境造成严重的污染。但迄今为止所发现的固氮微生物均不可以在粮食作物水稻、小麦、玉米以及多种果树、蔬菜上固氮, 即使少数可以, 其固氮量也很少, 肥, , , , 为实现固氮研究的目标增添了新的动力。2. 5　生物农药

20世纪90年代以来, 生物农药开发利用极为

成为现代化农业不可缺少的一部分, 可在除草的同时也显著地伤害作物, 这就限制了这些除草剂的应用。而基因工程的除草剂主要有两种策略:一是修饰除草剂作用的靶蛋白, 使其对除草剂不敏感, 或促其过量表达以使植物吸收除草剂后仍能进行正常代谢。二是引入酶或酶系统, 成功地应用。有:抗Bsata 水稻、2,4D 棉花、抗阿特拉津大豆、抗澳苯腊油菜和小麦。

2. 2. 4　抗真菌　几丁质是真菌细胞壁的组分之

迅速。尽管长期以来化学农药在农药产业中仍然占据重要地位, 但由于人们对绿色食品的日益青睐以及生物农药本身具有的对人畜毒性小, 只杀害虫, 与环境相容性好, 以及病虫害相对不易产生抗性等优点, 因此生物农药正日益成为农药产业发展的新趋势。近年来, 生物农药在它的主要研究领域—微生物农药、生物化学农药、转基因农药及天敌生物农药等方面都有不同程度的进展, 其中微生物杀虫剂的商业性生产研究最为活跃。用于防治作物害虫的主要微生物制剂包括细菌制剂、真菌制剂及病毒制剂等。苏云金芽孢杆菌是当前国内外研究最多, 应用最广泛的杀虫细菌, 在防治如:玉米螟、水稻螟虫、棉铃虫等方面有了突破性进展。

2. 6　医药工厂化农业

一, 几丁质酶可破坏几丁质。美国科学家已从灵杆菌中分离出几丁质酶基因并导入烟草中。大田试验结果表明, 这种转基因烟草抗真菌感染与施用杀真菌剂同样有效, 而且收成更好。目前, 已将几丁质酶基因导入番茄、莴苣和甜菜。这一技术将对蔬菜和果实类植物抗真菌感染具有重要意义。

2. 2. 5　抗重金属镉　镉对植物的污染会影响固

氮过程, 降低植物体水分和养分的运输能力, 最终抑制植物细胞的光合作用。用哺乳动物基因组编码的金属硫蛋白基因转化植物, 可使受体植株获得抗重金属的能力。加拿大科学家将金属硫蛋白基因插入CaMV 衍生的载体中, 然后用这种重组子感染野生油菜叶片, 受感染的能产生金属硫蛋白, 并能产生对镉的抗性。2. 3　丰产优质

转基因植物是现代生产药用蛋白的一个廉价

表达的系统, 称为分子药田(m oleculamedicine farm 2ing ) 或医药工厂化农业(medicine industrial farm 2ing ) , 它已成为目前植物基因工程的研究热点。转

作物的丰产优质一直是人们所追求的目标。目前改良作物质量的基因工程手段主要有:控制果实成熟的基因; 谷物种子贮藏蛋白基因; 控制脂肪合成基因; 提高作物产量基因等。迄今为止, 世界上己有43种农作物品种得到改良, 如:水稻、番茄、马铃薯、瓜类、烟草等。我国在利用基因工程改良植物品质上也取得了较大的成就, 如:叶志彪等创建的我国转基因耐贮番茄品种-华番1号, ・10・

基因植物作为生物反应器生产医药产品表现出诱人魅力, 如转基因烟草生产抗体, 转基因土豆生产可食性疫苗等, 前景十分广阔。它的主要工作是把重组的编码药用活性多肽和疫苗基因导入植物, 使转基因植物能够大量生产这些活性多肽和疫苗。这种策略不仅可以大大降低这些本来昂贵

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2006年12月Journal of Jilin Agricultural Science and T echnology C ollege December ,2006的药品的生产成本, 而且简化了贮存方式。因此, 在国际上植物基因工程研究的一个新发展趋势就是利用转基因植物生产药物。

物的繁殖、保种进程。3. 3　畜禽基因工程疫苗

常规疫苗制备工艺简单, 价格低廉, 且对大多数畜禽传染病的防治是安全有效的, 但也有一些病毒需要基因工程技术开发新型疫苗, 有的病毒不能或很难以常规方法培养, 有的常规疫苗效果差或反应大, 还有些病毒有潜在致癌性或免疫病理作用的病毒。基因工程可以生产无致病性的、稳定的细菌疫苗或病毒疫苗, 同时还能生产与自然型病原相区分的疫苗, 它提供了一个研制疫苗的更加合理的途径, 。

3. 3　在养殖业中的应用

3. 1　动物分子育种

动物分子育种技术包括动物转基因技术、胚胎工程技术、动物克隆技术及其他以DNA 重组技术为基础的各种技术。按照常规育种方法要改变家养动物的遗传特性, 人们往往需要进行多代杂交, 选优交配, 最后培育出人们期望的高产、优质的品种。传统育种方法所需时间长, 品种育成后引入新的遗传改善困难较大。近年来通过各种现代生物技术的综合运用, 结合传统的育种方法, 科高等生物的基因组中去, 分子生物学技术择。、、马等多种动物。3. 2　动物繁殖新技术

3. 2. 1　人工授精及精液的冷冻保存　人工授精

, 一个完整的基因工程的理论和技术体系己基本建立, 开始走向商业化。新的具有市场潜力的目的基因将不断地被开发出来, 有重大经济价值的转基因植物和动物进入我们的生活, 不久的将来, 有望出现高产优质、集高效、抗病、抗虫和抗逆等特性于一身的作物新品种和在短时间内可大量繁殖的优良动物品种, 并可创造出具有新性状的良种。现代生物技术在农业上的发展前景将是非常美好和令人鼓舞的, 许多科学家甚至预言,21世纪的所有主导农业的产品都将是基因工程产品。当然, 要实现这一目标尚需时间和努力, 但我们深信, 基因工程将在第二阶段“绿色革命”中发挥巨大的作用。

参考文献:

[1]　戴国俊. 现代生物技术与畜牧业可持续发展[J].动物科学与

已成为现代畜牧业的重要技术之一, 近年来已逐步扩展到特种动物、鱼类及昆虫等养殖业中, 充分地显示其发展潜力。它能最大限度地发挥公畜的种用价值, 提高了公畜的配种效能, 加速育种步伐, 降低生产成本, 提高受胎率, 经冷冻保存的精液便于运输、交流和检疫, 可使母畜的配种不受地区的限制, 为开展远缘种间杂交试验研究工作提供了有效的技术手段。

3. 2. 2　胚胎移植及冷冻保存　胚胎移植可以迅

速提高家畜的遗传素质, 提高生产率, 加强防疫和克服不孕。还可在世界范围内运输种质、保种, 同时用运输胚胎代替运输活畜还可以降低成本, 便于国际间的贸易。建立种质库, 避免世代延续可能产生的变异和意外事故产生的破坏, 还可借胚胎冷冻长期保存, 野生动物资源也可利用这种方式长期保存, 以防某些动物灭绝。

3. 2. 3　性别控制技术　性别控制技术主要采用

动物医学,2002,19(4) :1～3.

[2]　刘红梅. 基因工程在作物抗病毒育种上的应用[J].世界农

业,1997, (6) :25～27.

[3]　张春嵋, 吴祖建, 林奇英. 植物抗病基因的研究进展[J].生物

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[4]　梁雪莲, 王引斌, 卫建强, 等. 作物抗除草剂转基因研究进展[J].生物技术通报,2001, (2) :17～21.

[5]　苏少泉. 转基因抗除草剂作物品种的现状与展望[J].世界农

两条途径, 即X 精子和Y 精子的分离和胚胎性别鉴定。通过对家畜的性别进行控制, 可以提高畜牧业的经济效益。人工授精技术的普及, 使公畜的需求量越来越少, 因而不论是奶牛、奶山羊、犬、兔、还是家禽, 均以雌性后代价值较高, 尤其是奶畜, 雌性后代的价值是雄性的数十倍甚至近百倍。同时还可减少性锁遗传病的发病率, 加快珍稀动

业,1998, (8) :21～23.

[6]　苏少泉. 生物工程技术在化学除草中的应用[J].世界农业, 1997, (2) :48～49.

[7]　王慧中. 转m tlD/gutD 双价基因水稻的耐盐性[J].科学通报, 2000,45(7) :724～729.

责任编辑:吴艳玲

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2006年12月Journal of Jilin Agricultural Science and T echnology C ollege December ,2006

Application of modern biotechnology in agriculture production

ZHUAN G Y un

(Jilin Agricultural Science and T echnology C ollege 　Department of Chinese T raditional Medicine Science ,Jilin 132109,P. R. China )

Abstract :M odern biotechnology has been extensively applied in agriculture production , not only applied in cul 2tivating new plant breeds with high -producing , anti -disease and anti -adversity and new animal breeds with g ood produced -function , but als o applied in animal fast breeding.

K ey w ords :m odern biotechnology ; plant products industry ; aquaculture ; application

(上接第8页)

(只) , 畜禽粪、尿产生总量为6533万吨, 同时加强宣传工, 提高公众的环保和健康意识, 以此来促进土壤环境保护工作的深入开展。建立和完善土壤污染防止、控制和治理的有关法规和政策措施。

参考文献:

[1]　鲁如坤. 土壤—植物营养学原理和施肥[M].北京化学工业

场没有污水、, 物污染环境, 、空气污染以及土壤重金属污染等。

4　治理土壤污染的对策

治理土壤污染的主要措施是:控制和治理工业及城市“三废”, 严格按照国家规定的污水排放标准, 农田要科学、合理地利用污水灌溉, 合理使用化肥及农用肥, 合理使用地膜并要及时回收利用, 推广高效、低毒、低残留的农药, 提倡生物防治作物病虫草害, 严格控制大气污染物的排放。

中国要充分利用污染土壤的植物修复技术, 加大开发重金属超富集植物力度, 引进国外耐重金属的草本植物, 注重研究微生物对降低重金属毒性的重要性。

加强宣传、监督和管理工作, 各级部门应加大

出版社,1989,43～77.

[2]　白效明. 吉林省土壤生态环境及生态省建设的研究[M].吉

林大学出版社,2000,107～130.

[3]　章光新. 吉林西部农业生态环境问题及对策[J].生态环境, 2004,13(2) :290～292.

[4]　刘兴士. 松嫩平原退化土地整治与农业发展[M].北京科学

出版社,2001,60～66.

[5]　王焕校. 污染生态学[M].北京高等教育出版社,2002,372～389.

[6]　2002年吉林省环境质量状况公报[DB/O L ].w w w. jLsq. g ov. cn ,2005-07-11.

责任编辑:吴艳玲

The actuality of soil environment pollution and the w ay to deal with it in Jilin province

ZHAN G Chunyan ,YE Fei

(Jilin Agricultural Science and T echnology C ollege 　Department of Bioengineering , Jilin 132101,P. R. China )

Abstract :In the article , introduces the characteristic and s ource of s oil pollution , analyzes the s oil pollution state in Jilin province and provides the way to deal with it.

K ey w ords :Jilin province ; s oil pollution ; state ; prevention

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