生物技术在农业的应用论文

简析生物技术与农牧业个体创新

【摘要】:现今由于科学技术的迅速发展,生物技术也随之突飞猛进的前进｡克隆技术､发酵工程､酶工程､蛋白质工程等崛地而起,给人们的生活带来巨大改变｡而农业作为关系与民生的重要产业,也在生物技术的变革中得到了推进,作物新品种的培育,改良,一次次提高着粮食产量｡而另一方面畜牧业作为另一重要基础产业,也需要大量的牧草及饲料的供应,所以农牧业品种的创新不得不被重视｡

【关键字】:生物技术,农业,牧业,创新,培育

生物技术用我个人观点解释就是利用现代各种先进技术对对生命､生物结构深入的研究,其目的就是为人类服务｡

生物技术(biotechnology)的科学阐述是:应用生命科学研究成果,以人们意志设计,对生物或生物的成分进行改造和利用的技术｡现代生物技术综合分子生物学､生物化学､遗传学､细胞生物学､胚胎学､免疫学､化学､物理学､信息学､计算机等多学科技术,可用于研究生命活动的规律和提供产品为社会服务等｡

1.生物技术发展史

1.1 传统生物技术

传统生物技术主要是通过微生物的初级发酵来生产品,例如早期的酱､醋､酒､面包､奶酪､及其他视频的传统工艺｡

最早的生物技术据记载为公元前8000 人类驯化种植谷物和饲养家畜, 土豆首次培养成食物｡而生物技术最早的应用为4000-2000 B.C. 【1】

• 生物技术首次被人类利用:埃及人用酵母发酵制作面包和啤酒｡

• 中国､埃及和闪族人生产奶酪发酵葡萄酒｡

• 巴比伦人选择性地将某些雄性树的花粉授予雌性树来培育棕榈树

• 中国在石器时代的早期已能种植谷物, 并实行轮作制度;石器时代的后期能进行酒精发酵

1.2近代生物技术

直到1590年Janssen 发明显微镜｡人类可以进一步观察细胞等微小组织｡到1663年Hooke发现细胞的存在,人类才可以真正发现了细胞组织,生物技术得以促进,进入细胞水平｡近代生物技术开始｡从此,人类便不断的发现各种生命组织｡1830年发现蛋白质､1833年首次发现酶,并分离成功､1870-1890年采用 Darwin的理论,植物育种者培育出杂交棉花,开发出数百种优良形状､William James Beal在实验室首次生产出杂交玉米

1919在出版物中首次应用生物技术(biotechnology)这一术语｡

2.生物技术与农牧业

2.1 我国现今农业发展

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,在国家政策的扶植下,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,第二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｡ 我国在组织培养的应用与开发方面一直处于国际领先地位,【2】

2.1.1 基因工程的应用

抗病基因工程｡ 植物病毒常常造成农作物大幅度减产,1986 年,首次将烟草花叶病毒(TMV)外壳蛋白(CP)基因导入烟草,培育出抗 TMV 的工程植株,开辟了植物抗病毒素基因工程的新纪元｡

品质改良基因工程｡ 目前利用转基因植物可以有效地改良植物的品质特性｡ 北京大学已将编码必需氨基酸的基因转入马铃薯,获得含高必需氨基酸的马铃薯品系｡ 中国农业大学成功地将高赖氨酸基因导入玉米,获得的转基因玉米中赖氨酸含量比对照提高 10%｡华中农业大学和中国科学院植物研究所分别获得了延迟成熟的转基因番茄,这是控制植物发育的基因工程中较为成熟的技术

2.2.2 细胞工程的应用

花药培养｡ 花药培养通过单倍体育种容易获得纯合体及纯合隐性基因的`表达, 大大缩短了育种周期, 提高了选择效率｡ 我国 20 世纪 70 年代以来获得的花药再生植株达 40 多种(全世界约 20余种),其中小麦､水稻､烟草等主要农作物花培新品种种植面积达 10 万公顷居世界领先水平｡细胞融合技术｡ 植物体细胞融合的基础是原生质体的培养及从原生质体再生完整植株｡ 据统计,世界上已有 120 多种原生质体再生植株;我国已在水稻､小麦､玉米等作物上获得原生质体再生植株,并成功地进行了小麦与黑麦草､柑桔等｡

3. 农牧业新品种的创造

农业作为重要的产业,当今世界人口数量庞大,为满足人类的需求,提高粮食产量迫在眉睫,所以转基因高产品种便应运而生｡

3.1水稻新品种

转 PEPC 和 PPDK 双基因水稻随高温高光逆境的加剧,SOD､POD､CAT 诱导活性逐步增强且维持较高水平,O2-的产生速率较低,MDA 积累较少,维持较稳定的光系统Ⅱ活性和较高光合能力,比原种水稻更具耐光优势 ｡

20 世纪 90 年代以来,随着转基因技术和分子生物技术的发展,人们尝试用基因工程技术将玉米 C4光合酶基因导入 C3植物水稻中,从而获得不同高表达的转C4光合基因水稻[3]｡近年来,关于玉米 C4光合途径关键酶PEPC､PPDK､NADP - ME等基因被成功转入水稻的研究备受关注[4]

水稻抽穗期的长短主要由品种的感光性､感温性和基本营养生长性决定,不同品种的抽穗期有明显差异｡近年来,随着DNA分子标记技术的建立与发展,研究者利用各种作图群体对水稻 抽穗期基因进行分子定位｡目前,在Gramene网站公布了732个抽穗期QTL,分布于12条染色体上,其中第3染色体上定位的QTL较多,而第10染色体上最少｡日本科学家利用日本晴/Kasalath衍生的

F2群体､回交群体和在初步定位的近等基因系,定 位 了14个水稻抽穗期QTL(Hd1 ~Hd14)[5-9]｡随着越来越多的抽穗期基因在分子水平的解析,结合互作和表达分析等手段,水稻抽穗开花的分子调控网络已经初见端倪｡

3.2玉米及大豆新品种

玉米是重要的粮食作物和饲料原料,我国约有 4 亿多农民种植着约3000万hm2的玉米[10]｡玉米螟为害是制约玉米生产的重要因素之一,每年造成的玉米减产严重时高达30%[11]｡常规育种途径因抗性种质资源匮乏难以解决此问题,通过基因工程手段将抗虫基因导入玉米,培育转基因抗虫玉米新品种,不仅可以显著降低虫害对玉米生产的影响,增加农民收入,还避免了大量使用化学农药带来的残留､环境污染､毒害有益昆虫等种种弊端｡

一年前,通过TAIL-PCR方法,李飞武等[12]获得了转基因大豆MON89788的3′端旁侧序列,郭娜娜等[13]获得了转基因大豆LEC1旁侧序列;通过接头连接介导染色体步行技术,霍楠等[14]获得了转基因小麦B73-6-1上pAHC25质粒外源基因插入位点的3′端旁侧序列,并据此建立了相应转基因植物品系特异性检测方法｡

3.3新品种牧草

牧草品质在很大程度上决定和影响着动物的生产性能,表现在影响乳品､肉品和毛的质量与产量方面｡饲料中含硫氨基酸(SAA)增加,可使羊毛产量增加20%左右,含硫氨基酸与其他氨基酸配合使用,羊的生长量显著提高,并且含硫氨基酸的作用是其他氨基酸不可替代的｡Molving等将向日葵种子中富含SAA的白蛋白基因转入羽扇豆,转基因植株蛋氨酸含量增加1倍,而且蛋白质消化率提高,羊毛产量和羊体增重有所改善｡苜蓿叶片中不含浓缩单宁,1997年,Morris等将参与缩合单宁生物合成的关键酶基因转入苜蓿,增加了转基因植株的单宁｡以及抗除草剂转基因牧草､抗病转基因牧草､抗虫转基因牧草一一被提出和研究推广｡【15】

生物技术的发展,为农牧业发展奠定了理论和科学基础,使得农牧业新品种得到使用,为人类带来了利益,生物技术是伴随人类发展而产生的,也将一直发展下去｡

参考文献:

【1】侯云德--------《从美国看全球生物经济的形成和发展》

【2】 阮爱玲-------《现代生物技术在农业上的应用》

【3】Ku M S B,Kano - Murakami Y,Matsuoka M . Evolution and expres-

sion of C4photosynthesis genes[J]. Plant Physiol,1996,111: 949-957

【4】Ku M S B,Agarie S,Nomura M,et al. High - level expression of

maize phosphoenopyruvate carboxylase in transgenic rice plants[J].

Natural Biotechnology,1999,17: 76 - 80.

【5】Yano M,Harushima Y,Nagamura Y,et al.Identification ofquantitative trait locicontrolling heading date in rice using ahigh-density linkage map.Theor Appl Genet,1997,95:1025-1032.

【6】Yano M,Katayose Y,Ashikari M,et al. Hd1,a majorphotoperiod sensitivity quantitative trait locus in rice,is close-ly related to the Arabidopsisflowering time gene CONTANS.Plant Cell,2000,12:2473-2484.

【7】Yano M,Kojima S,Takahashi Y,Lin H X,et al.Geneticcontrol of flowering time inrice,a short-day plant.PlantPhysiol

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【8】Yamamoto T,Kuboki Y,Lin S Y,et al.Fine mapping ofquantitative trait loci Hd1,Hd2,and Hd3,controllingheading date of rice,as single Mendelian factors.Theor ApplGenet,1998,97:37-44.

【9】Lin H X,Ashikari M,Yamanouchi U,et al.Identication andcharacterization of a quantitative trait locus,Hd9,controllingheading date in rice.Breed Sci,2002,52:35-41

【10】James C. Global status of commercialized biotech/GM crops: 2009[R]. ISAAA Brief No. 41,ISAAA: Ithaca. 2009

【11】王振营,鲁 新,何康来,等. 中国亚洲玉米螟的研究历史､现状和展望[J]. 沈阳农业大学学报,2000,31( 5) : 402- 412.

【12】李飞武,李葱葱,董立明,等.转基因大豆MON89788转化体特异性定性PCR检测[J].安徽农业科学,2010,38(13):6679-6682

【13】郭娜娜,吴辉,于晓惠,等.转基因大豆插入位点分析及特异性PCR检测方法的建立[J].热带作物学报,2011,32(8):1527-153

【14】霍楠,张明辉,刘营,等.转基因小麦B73-6-1品系特异性定性PCR检测方法的建立[J].中国生物工程杂志,2011,31(10):100-105

【15】王啸1, 2,邱树毅1,王嘉福,《转基因牧草作为生物源农药的研究进展》

生物技术在农业种植中的应用具有提高农作物产量、质量,提高农作物抗虫、抗病性的优势。生物技术在农业种植中的实际应用主要有转基因技术、杂交育种技术、组织培养技术、生物农药技术。