现代生物技术在农业领域中的研究进展

现代生物技术在农业领域中的研究进展

作者：周国菊 王曦 袁小菊 曹平 靳帅霞 来源：《农家科技下旬刊》2017年第05期

生物技术又叫生物工程，是综合运用生物学、细胞生物学、微生物学、生物化学等基础科学和生化工程等原理和技术而形成的一门综合性的科学技术。主要包括：基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程和蛋白质工程，其应用范围遍及医药卫生、农林牧渔、环境保护等各个领域。

一、基因工程在农业领域的应用

在农业领域应用基因工程技术，获得的农作物优质、高产、抗性强，还可获得畜、禽品种及具有特殊作用的动、植物。

1.提高植物固氮能力和光合效率。科学家发现了一种与合成脯氨酸有关的基因，将其转入固氮菌后，后者获得了即固氮又抗盐的能力，从而有助于植物的生长。植物光合作用效率的高低决定了其产量的多少，英国剑桥的植物育种所研究了如何转移叶绿体基因，将其中的高光效基因转移到另一种品种中去，以增强其光和效率，从而能产生更多的粮食。

2.提高粮食蛋白质含量。应用基因工程技术还可以使粮食中的蛋白质含量提高。美国威斯康星大学的研究人员从菜豆中提取了储藏蛋白质基因，并将其转移到向日葵中后，表达了该基因美国明尼苏达大学也进行了类似的研究，他们把玉米醇溶蛋白基因转移到了向日葵根部的细胞中。这些实验取得的进展都表明了通过改良作物品种来增加粮食作物的良好前景。 3.除草剂上的应用。除草剂在农业中的使用较为广泛，但对农作物的产量有很大的影响。美国的研究者利用基因工程技术从能杀死杂草的真菌中分离出毒素，将此毒素喷在大豆田中，可以杀死杂草而不伤害其作物。

4.棉花上的大量应用。在科技部、农业部以及河南省等有关部门的大力支持下，中国农业科学院棉花研究所开展了“棉花工厂化转基因技术体系”的研究，通过几年努力，终于建成了高效、工厂化的棉花转基因技术体系，年产转基因棉花6000株以上，有效降低了棉花转基因运行成本。他们还将植物嫁接技术成功地应用于转基因棉花的快速移栽，其成活率达到90%以上，有效解决了棉花转基因苗移栽成活率低的难题。

5.菠菜中的基因在猪中表达。日本科学家将菠菜基因提取出来后转入猪，以求改善猪肉的脂肪酸组成。该项目的实施，证实了植物的基因可以在动物体内得到正常表达。 二、细胞工程在农业领域中的应用

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细胞工程是指体外人工培养细胞，通过细胞杂交的方法认为改变细胞的某些生物学特性，加速动物火植物个体繁殖，改良种质或创造生物新品种及获得某些有用物质的过程。植物细胞工程是一门以植物组织培养为基础，具有广泛应用前景和实用价值的生物技术。

1.植物细胞工程在脱毒苗生产方面的应用。植物细胞工程一般多采用茎尖脱毒的方法，通过茎尖组织培养可以获得无病毒和类病毒感染的再生苗。近年来，我国相继出现了许多脱毒试管苗生产工厂，脱毒马铃薯已经推广了近30万hm2，平均增产50%以上。目前，在草莓、苹果、柑橘和葡萄等经济植物上都已建立了脱毒苗生产技术。

2.植物细胞工程在经济植物快繁方面的应用。植物快繁是指利用组织培养技术，将来自优良蜘蛛的植物组织或细胞进行离体培养，短期内获得大量遗传性状一致的个体的方法。目前已在木薯、马铃薯、咖啡、橡胶、菠萝和苹果等经济植物上建立了植物快繁技术。

3.植物细胞工程在新品种选育方面的应用。植物细胞工程在新品种选育方面的应用主要有通过单倍体细胞培养获得抗逆作物和二倍体体细胞杂交获得杂交优势种。 三、发酵工程在农业领域中的应用

发酵工程即利用微生物具有的特殊作用生产出对人类生产有用的产品，或直接将微生物应用到工业生产过程的一门新的技术。发酵工程在农业领域的应用主要包括：微生物肥料、微生物农药和微生物饲料。

1.微生物肥料。微生物肥料是指一类含有活性微生物的特定制品，应用于农业生产中，能够获得由制品中活性微生物起关键作用的肥料效应。微生物肥不仅能提高土壤肥料，促进自然生态系统物质循环，还能协助农作物营养吸收，减少或降低植物病虫害，提高作物品质。现代微生物肥料有单一菌种肥料和复合菌种肥料。

2.微生物农药。微生物农药是指利用微生物机器基因产品或表达的各种生物活性成分，制备出用于防治植物病虫害、杂草以及调节植物生长的制剂的总称。可分为细菌杀虫剂、真菌杀虫剂、病毒杀虫剂、农用抗生素和微生物除草剂，较为人熟知的如Bt、阿维菌素、农抗120等。

3.微生物饲料。微生物饲料是指利用微生物的新陈代谢和繁殖的菌体来生产和调制的饲料。主要包括两方面：一是利用微生物的发酵作用来处理饲料原料，二是在饲料中使用微生物菌体或代谢产物等微生物饲料添加剂。 四、酶工程在农业领域中的应用

1.酶工程应用于农产品的深加工。利用α-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶和葡萄糖异构酶的催化功能，以玉米淀粉等为原料生产高果糖浆等。乳制品加工则需要用凝乳酶和乳糖酶。农副产品的

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加工和综合利用需要用纤维素酶、果胶酶和木质素酶。此外，从木瓜中提取的木瓜蛋白酶，提高活性和固定化以后，可以被用来酿制啤酒和制造果汁。

2.酶工程在用农产品开发生物活性肽方面的应用。以前，人们认为氨基酸是人体吸收蛋白质的主要途径，随着研究发现，蛋白质经消化道中的酶水解后，主要以小肽的形式吸收，比完全游离的氨基酸更易吸收利用。这一发现，启发了科研工作者采用酶工程技术用蛋白质生产生物活性肽的新思路。

生物活性肽是蛋白质中20种天然氨基酸以不同排列组合方式构成的从二肽到复杂的线性或环形结构的不同肽类的总称，是源于蛋白质的多功能化合物。

3.酶工程在饲料工业中的应用。动物体由于不能分泌分解纤维素、半纤维素、木质素、果胶等植物细胞壁物质的酶系，因此动物自身不能消化利用这些物质，只能通过瘤胃和大肠微生物利用上述部分物质。植物细胞壁非淀粉多糖降解酶可降解畜禽消化道内的非淀粉多糖，降低肠道内容物的粘性，促进营养物质的消化吸收，减少畜禽下痢，从而促进畜禽生长和提高饲料利用率。

五、蛋白质工程在农业领域的应用

蛋白质工程正在成为改造农业，大幅度提高粮食产量的新途径。如植物光合作用是利用白光能将二氧化碳转化成贮成能量淀粉，在植物叶片中普遍存在着一种重要的起催化作用的酶，它能固定住二氧化碳，这种酶叫核酮糖-1.5-二磷酸羧化酶。而这种酶具有双重性：它既能固定二氧化碳，又会使二氧化碳在光照条件下通过光呼吸作用损失一半，即光合效率只有50%。 六、结语

21世纪是生物科学的世纪，生物技术的发展将在全球经济发展中占据重要位置，尤其是生物技术在农业方面的巨大优势，使人们看到了消除贫困与饥饿的希望，更看到了现代农业发展的经济潜力。