現代生物技術在農業領域中的研究進展

周國菊?王曦?袁小菊?曹平?靳帥霞

生物技術又叫生物工程，是綜合運用生物學、細胞生物學、微生物學、生物化學等基礎科學和生化工程等原理和技術而形成的一門綜合性的科學技術。主要包括：基因工程、細胞工程、發酵工程、酶工程和蛋白質工程，其應用范圍遍及醫藥衛生、農林牧漁、環境保護等各個領域。

一、基因工程在農業領域的應用

在農業領域應用基因工程技術，獲得的農作物優質、高產、抗性強，還可獲得畜、禽品種及具有特殊作用的動、植物。

1.提高植物固氮能力和光合效率。科學家發現了一種與合成脯氨酸有關的基因，將其轉入固氮菌后，后者獲得了即固氮又抗鹽的能力，從而有助于植物的生長。植物光合作用效率的高低決定了其產量的多少，英國劍橋的植物育種所研究了如何轉移葉綠體基因，將其中的高光效基因轉移到另一種品種中去，以增強其光和效率，從而能產生更多的糧食。

2.提高糧食蛋白質含量。應用基因工程技術還可以使糧食中的蛋白質含量提高。美國威斯康星大學的研究人員從菜豆中提取了儲藏蛋白質基因，并將其轉移到向日葵中后，表達了該基因美國明尼蘇達大學也進行了類似的研究，他們把玉米醇溶蛋白基因轉移到了向日葵根部的細胞中。這些實驗取得的進展都表明了通過改良作物品種來增加糧食作物的良好前景。

3.除草劑上的應用。除草劑在農業中的使用較為廣泛，但對農作物的產量有很大的影響。美國的研究者利用基因工程技術從能殺死雜草的真菌中分離出毒素，將此毒素噴在大豆田中，可以殺死雜草而不傷害其作物。

4.棉花上的大量應用。在科技部、農業部以及河南省等有關部門的大力支持下，中國農業科學院棉花研究所開展了“棉花工廠化轉基因技術體系”的研究，通過幾年努力，終于建成了高效、工廠化的棉花轉基因技術體系，年產轉基因棉花6000株以上，有效降低了棉花轉基因運行成本。他們還將植物嫁接技術成功地應用于轉基因棉花的快速移栽，其成活率達到90%以上，有效解決了棉花轉基因苗移栽成活率低的難題。

5.菠菜中的基因在豬中表達。日本科學家將菠菜基因提取出來后轉入豬，以求改善豬肉的脂肪酸組成。該項目的實施，證實了植物的基因可以在動物體內得到正常表達。

二、細胞工程在農業領域中的應用

細胞工程是指體外人工培養細胞，通過細胞雜交的方法認為改變細胞的某些生物學特性，加速動物火植物個體繁殖，改良種質或創造生物新品種及獲得某些有用物質的過程。植物細胞工程是一門以植物組織培養為基礎，具有廣泛應用前景和實用價值的生物技術。

1.植物細胞工程在脫毒苗生產方面的應用。植物細胞工程一般多采用莖尖脫毒的方法，通過莖尖組織培養可以獲得無病毒和類病毒感染的再生苗。近年來，我國相繼出現了許多脫毒試管苗生產工廠，脫毒馬鈴薯已經推廣了近30萬hm2，平均增產50%以上。目前，在草莓、蘋果、柑橘和葡萄等經濟植物上都已建立了脫毒苗生產技術。

2.植物細胞工程在經濟植物快繁方面的應用。植物快繁是指利用組織培養技術，將來自優良蜘蛛的植物組織或細胞進行離體培養，短期內獲得大量遺傳性狀一致的個體的方法。目前已在木薯、馬鈴薯、咖啡、橡膠、菠蘿和蘋果等經濟植物上建立了植物快繁技術。

3.植物細胞工程在新品種選育方面的應用。植物細胞工程在新品種選育方面的應用主要有通過單倍體細胞培養獲得抗逆作物和二倍體體細胞雜交獲得雜交優勢種。

三、發酵工程在農業領域中的應用

發酵工程即利用微生物具有的特殊作用生產出對人類生產有用的產品，或直接將微生物應用到工業生產過程的一門新的技術。發酵工程在農業領域的應用主要包括：微生物肥料、微生物農藥和微生物飼料。

1.微生物肥料。微生物肥料是指一類含有活性微生物的特定制品，應用于農業生產中，能夠獲得由制品中活性微生物起關鍵作用的肥料效應。微生物肥不僅能提高土壤肥料，促進自然生態系統物質循環，還能協助農作物營養吸收，減少或降低植物病蟲害，提高作物品質?，F代微生物肥料有單一菌種肥料和復合菌種肥料。

2.微生物農藥。微生物農藥是指利用微生物機器基因產品或表達的各種生物活性成分，制備出用于防治植物病蟲害、雜草以及調節植物生長的制劑的總稱?？煞譃榧毦鷼⑾x劑、真菌殺蟲劑、病毒殺蟲劑、農用抗生素和微生物除草劑，較為人熟知的如Bt、阿維菌素、農抗120等。

3.微生物飼料。微生物飼料是指利用微生物的新陳代謝和繁殖的菌體來生產和調制的飼料。主要包括兩方面：一是利用微生物的發酵作用來處理飼料原料，二是在飼料中使用微生物菌體或代謝產物等微生物飼料添加劑。

四、酶工程在農業領域中的應用

1.酶工程應用于農產品的深加工。利用α-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶和葡萄糖異構酶的催化功能，以玉米淀粉等為原料生產高果糖漿等。乳制品加工則需要用凝乳酶和乳糖酶。農副產品的加工和綜合利用需要用纖維素酶、果膠酶和木質素酶。此外，從木瓜中提取的木瓜蛋白酶，提高活性和固定化以后，可以被用來釀制啤酒和制造果汁。

2.酶工程在用農產品開發生物活性肽方面的應用。以前，人們認為氨基酸是人體吸收蛋白質的主要途徑，隨著研究發現，蛋白質經消化道中的酶水解后，主要以小肽的形式吸收，比完全游離的氨基酸更易吸收利用。這一發現，啟發了科研工作者采用酶工程技術用蛋白質生產生物活性肽的新思路。

生物活性肽是蛋白質中20種天然氨基酸以不同排列組合方式構成的從二肽到復雜的線性或環形結構的不同肽類的總稱，是源于蛋白質的多功能化合物。

3.酶工程在飼料工業中的應用。動物體由于不能分泌分解纖維素、半纖維素、木質素、果膠等植物細胞壁物質的酶系，因此動物自身不能消化利用這些物質，只能通過瘤胃和大腸微生物利用上述部分物質。植物細胞壁非淀粉多糖降解酶可降解畜禽消化道內的非淀粉多糖，降低腸道內容物的粘性，促進營養物質的消化吸收，減少畜禽下痢，從而促進畜禽生長和提高飼料利用率。

五、蛋白質工程在農業領域的應用

蛋白質工程正在成為改造農業，大幅度提高糧食產量的新途徑。如植物光合作用是利用白光能將二氧化碳轉化成貯成能量淀粉，在植物葉片中普遍存在著一種重要的起催化作用的酶，它能固定住二氧化碳，這種酶叫核酮糖-1.5-二磷酸羧化酶。而這種酶具有雙重性：它既能固定二氧化碳，又會使二氧化碳在光照條件下通過光呼吸作用損失一半，即光合效率只有50%。

六、結語

21世紀是生物科學的世紀，生物技術的發展將在全球經濟發展中占據重要位置，尤其是生物技術在農業方面的巨大優勢，使人們看到了消除貧困與饑餓的希望，更看到了現代農業發展的經濟潛力。