植物基因工程技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用研究

陳艷榮

(黃山學(xué)院生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,安徽黃山 245021)

植物基因工程技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用研究

陳艷榮

(黃山學(xué)院生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,安徽黃山 245021)

隨著農(nóng)業(yè)技術(shù)的改革,植物基因工程在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用越來越受到人們的重視。本文對植物基因工程在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的抗蟲、抗病、抗除草劑等應(yīng)用方面進(jìn)行探討,并展望了基因工程在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用前景,以期對農(nóng)業(yè)基因工程的應(yīng)用提供參考。

植物基因工程 農(nóng)業(yè) 應(yīng)用

當(dāng)前，生物技術(shù)發(fā)展越來越快。自從1983年獲得轉(zhuǎn)基因植物以來，有關(guān)植物基因工程的研究便迅速發(fā)展起來。農(nóng)業(yè)作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)型產(chǎn)業(yè)，一直以來備受重視。而植物基因工程在農(nóng)業(yè)發(fā)展上的應(yīng)用，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式、生產(chǎn)效益發(fā)生了深刻改變，給農(nóng)業(yè)發(fā)展帶來了廣闊前景，對解決人類面臨的資源匱乏、環(huán)境惡化等問題具有重要作用。

1 植物基因工程技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用

1.1 抗病

長期以來，病毒是農(nóng)作物生長的巨大天敵。傳統(tǒng)的植物病害的防治措施是采用合理栽培和抗病育種的方式。使用有性雜交的方式來培育抗病品種有很多局限性，而且抗病品種的育種時間長、抗性容易衰退。而植物基因工程具有定向性和快速性的特點(diǎn)，可有效控制農(nóng)作物發(fā)病的概率。

1986年美國科學(xué)家Beachy把煙草花病毒外殼蛋白基因成功導(dǎo)入煙草獲得了第一株抗病毒轉(zhuǎn)基因煙草。農(nóng)田試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因植物在接種煙草花病毒后95%的植株都獲得了抗病能力，只有5%的植株不同程度的得病，而對照組發(fā)病率高達(dá)98%。在目前的植物抗病基因工程中，應(yīng)用最多的是把病毒的外殼蛋白基因?qū)胫参?，使黃瓜、西紅柿、南瓜等具有抗病能力。我國在植物抗病基因工程中也做了大量研究，成功培育出多種轉(zhuǎn)基因抗病植物。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院的轉(zhuǎn)基因抗病毒馬鈴薯，不僅從根本上解決了病毒種性退化問題，而且具有產(chǎn)量高、易成活的特點(diǎn)。[1]

1.2 抗蟲

據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界每年因蟲害造成的農(nóng)作物損失高達(dá)15%左右。植物蟲害不僅影響農(nóng)作物的品質(zhì)和產(chǎn)量，還制約著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)定。傳統(tǒng)的植物蟲害的防治措施主要是依賴化學(xué)制劑。使用化學(xué)制劑的方式雖然在一定程度上可以起到防治害蟲的作用，但也存在著生產(chǎn)成本高、污染環(huán)境、易殘留等問題。

而植物基因工程的使用給培育抗蟲害的植物提供了新的技術(shù)手段。它在培育抗蟲害植物方面具有以下優(yōu)點(diǎn)：培育的抗蟲害農(nóng)作物可以控制農(nóng)作物任意生長階段和生長部位的病蟲害；基因資源豐富，不僅可以利用植物的抗蟲害基因，還可以利用動物、微生物的抗蟲害基因；育種周期短，成效快，且成本較低；不會造成環(huán)境污染，無毒害，并且抗性基因不易發(fā)生改變?，F(xiàn)已成功克隆的抗蟲基因主要來自于細(xì)菌、植物組織、動物體內(nèi)等，獲得的轉(zhuǎn)基因植物已被廣泛應(yīng)用與農(nóng)田試驗(yàn)。[2]

1.3 抗除草劑

20世紀(jì)40年代以來，農(nóng)作物因雜草危害造成的減產(chǎn)越來越高。采用化學(xué)制劑除草一直以來都是農(nóng)業(yè)除草的主要辦法。而除草劑的應(yīng)用在殺除部分對農(nóng)作物具有嚴(yán)重危害的雜草的同時也在危害著農(nóng)作物的生長。當(dāng)前世界上除草劑的作用原理主要有兩種：一種是通過破壞雜草光合作用中電子傳遞鏈的蛋白來除草，另一種是通過破壞雜草氨基酸的合成途徑來除草。因此，基因工程根據(jù)除草劑的作用原理，使植物具有抗除草劑的策略有：一種是在農(nóng)作物內(nèi)引入酶，使農(nóng)作物在遇到除草劑后能將其降解或解毒；另一種是修復(fù)除草劑作用的靶蛋白，使農(nóng)作物對除草劑不敏感或在植物吸收后仍能正常代謝。使用植物基因工程不僅可以培育具有抗除草劑作用的農(nóng)作物，還能減少除草劑的使用，保護(hù)環(huán)境。目前已獲得的抗除草劑的作物有棉花、大豆、水稻等20多種。

1.4 優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)

農(nóng)作物的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)一直以來都是人們追求的目標(biāo)。20世紀(jì)90年代前人們主要關(guān)注農(nóng)作物的產(chǎn)量，近年來則越來越關(guān)注農(nóng)作物的品質(zhì)。目前，采用基因轉(zhuǎn)移來改善植物脂肪、種子油或氨基酸的含量及成分等品質(zhì)特性取得了良好的實(shí)驗(yàn)效果。已獲得的農(nóng)作物改良品種有馬鈴薯、水稻、煙草等40多種。我國在利用植物基因工程改良農(nóng)作物品質(zhì)方面也取得了較大進(jìn)展，如北京農(nóng)林科學(xué)院把美國優(yōu)質(zhì)面包小麥品種的谷蛋白基因?qū)胛覈←湯@得的改良品種具有高蛋白、高產(chǎn)量、抗病等優(yōu)良特點(diǎn)。[3]

1.5 抗寒

科學(xué)家們將CBF1基因成功導(dǎo)入擬南芥，使其植株內(nèi)低溫調(diào)節(jié)蛋白得到表達(dá)，從而使未經(jīng)低溫馴化的植物具有了較強(qiáng)的抗寒能力。科學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)在極地的魚體內(nèi)有一種特殊蛋白可以阻止冰晶的增長，若將此基因從魚體內(nèi)分離出來導(dǎo)入植物體內(nèi)可使植物具有抗寒能力。目前，獲得抗旱能力的轉(zhuǎn)基因植物有番茄、黃瓜兩種。隨著植物基因工程的快速發(fā)展，將會有更多的轉(zhuǎn)基因植物獲得這種抗寒能力，使其能夠在低溫氣候條件下可照常生存。

2 植物基因工程在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用前景

隨著經(jīng)濟(jì)社會的不斷發(fā)展，植物基因工程技術(shù)能力將日趨完善，而由基因工程這種高新技術(shù)所帶來的農(nóng)業(yè)變革也將越來越深入。其發(fā)展前景主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

(1)相對于動物基因工程，植物基因工程具有非常顯著的優(yōu)勢。不僅因?yàn)橹参锛?xì)胞具有全能性，更重要的是植物基因工程不會像動物基因工程那樣面對倫理、道德等眾多社會問題。因此要針對不同的具體情況對植物基因工程采取不同的方法和態(tài)度。(2)隨著基因組計(jì)劃在水稻等農(nóng)作物上的實(shí)現(xiàn)，將會加大對多基因性狀的控制，從而引發(fā)新的農(nóng)業(yè)技術(shù)改革。(3)新的基因?qū)爰夹g(shù)的出現(xiàn)，將會培育更多的農(nóng)作物轉(zhuǎn)基因品種，而培育優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的農(nóng)作物作為基因工程的重點(diǎn)也將會得到重大突破。(4)植物基因工程在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)變革中的技術(shù)目標(biāo)明確，很少受到環(huán)境因素的影響，并且效益可觀、便于推廣，因此將會有更多有潛力的公司加大對該技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化研究。(5)符合人類需要的轉(zhuǎn)基因食品將會變得更加可操作和明朗，其安全性問題也將會隨著基因工程技術(shù)的不斷拓展而逐漸解決。

3 結(jié)語

在培育現(xiàn)代社會所需要的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)、抗病、抗寒等優(yōu)良特性的農(nóng)作物新品種方面，植物基因工程表現(xiàn)出了巨大的優(yōu)越性和技術(shù)優(yōu)勢，轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物的商業(yè)化種植將會日趨廣泛。但隨著轉(zhuǎn)基因食品的大量出現(xiàn)，人們也在考慮轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物潛在的安全性和其他不利影響?？傊参锘蚬こ淘谵r(nóng)業(yè)上的應(yīng)用將會越來越廣泛，而其安全性等問題也會隨著基因工程技術(shù)的發(fā)展而得到解決。

[1]汪其懷,李寧.轉(zhuǎn)基因生物技術(shù)的研究、應(yīng)用與管理——中國農(nóng)業(yè)與食品生物技術(shù)國際研討會綜述[J].世界農(nóng)業(yè),2010,06(10):61-62.

[2]李玲,孫文松.基因工程在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用[J]. 河北農(nóng)業(yè)科學(xué),2011,13(14):74-75.

[3]趙小平.淺析基因工程技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用[J].科學(xué)咨詢(決策管理),2010,05(35):57-58.