張媛華

始于20世紀(jì)中葉的新技術(shù)革命，可稱為第三次技術(shù)革命。它是在20世紀(jì)自然科學(xué)理論最新突破的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，包括信息技術(shù)、生物技術(shù)、新材料技術(shù)、新能源技術(shù)、空間技術(shù)和海洋技術(shù)等。近20年現(xiàn)代生物技術(shù)在環(huán)境保護及食品工業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生、農(nóng)林牧漁等領(lǐng)域示了廣闊的發(fā)展前景。植物生物技術(shù)不僅從根本上改變了傳統(tǒng)農(nóng)作物的培育和種植，也為社會生產(chǎn)帶來了新一輪的革命。

1 植物生物技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著植物生物技術(shù)的發(fā)展，轉(zhuǎn)基因作物的種植面積不斷擴大，我國主要是黃豆、玉米、棉花、油菜4種轉(zhuǎn)基因作物，約占全球轉(zhuǎn)基因作物栽培面積的99%，其中抗除草劑黃豆占63%，抗蟲玉米占19%，抗蟲棉花占13%，轉(zhuǎn)基因油菜占5%。其他還有抗病毒南瓜、番木瓜、抗蟲土豆、水稻和甜菜等。各國加大轉(zhuǎn)基因植物研究開發(fā)，取得了重大突破，進入田間試驗的轉(zhuǎn)基因，作物已超過500多種。

中國等發(fā)展中國家是采用轉(zhuǎn)基因作物最迅速的國家，我國于80年代初期后開始啟動，在基因組研究和轉(zhuǎn)基因技術(shù)等重要關(guān)鍵技術(shù)方面取得了一系列重大突破。科學(xué)家創(chuàng)造了一系列新技術(shù)，國家給研究者提供了培育高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的轉(zhuǎn)基因作物的激勵機制，我國政府在植物生物技術(shù)方面投資經(jīng)費的增長速度遠(yuǎn)超過其他發(fā)展中國家。目前，我國正在研究的轉(zhuǎn)基因植物種類達47種，涉及各類基因103個，6種轉(zhuǎn)基因植物被批準(zhǔn)進行商品化生產(chǎn)，特別是Bt抗蟲棉，不僅降低成本，而且改善農(nóng)民的健康狀況。

2 植物生物技術(shù)的應(yīng)用

植物生物技術(shù)主要應(yīng)用于以下幾個方面：

2.1 植物雄性不育及雜種優(yōu)勢

自從孟德爾發(fā)現(xiàn)遺傳規(guī)律，雜交優(yōu)勢被揭示之后，利用植物基因工程的原理和方法，進行栽培作物的遺傳育種和新物種的創(chuàng)造。當(dāng)前，已創(chuàng)造了一批不育系，并生產(chǎn)上得以應(yīng)用，最典型的例子是油菜和煙草不育系培育。

2.2 植物抗逆性研究

①抗除草劑作物。全世界目前約有2000多個品種的除草劑。除草劑的使用有著自身難以克服的局限性，如很多除草劑無法區(qū)別莊稼和雜草，有些除草劑必須在野草生長前就施用，而且由于抗性草類群落的出現(xiàn)導(dǎo)致使用量增大對環(huán)境的危害也日益嚴(yán)重。因此，抗除草劑的轉(zhuǎn)基因作物是最理想的途徑。1987年美國科學(xué)家成功從矮牽牛中克隆出EPSP合酶基因轉(zhuǎn)入油菜細(xì)胞的葉綠體中，使油菜能有效地抵抗草甘膦的毒殺作用。另有人把降解除草劑的蛋白質(zhì)編碼基因?qū)胨拗髦参铮瑥亩ＷC宿主植物免受其害，該方法已成功地用于選育抗磷酸麥黃酮的工程植物。還有人用基因突變的方法改造除草劑作用底物特定位點上相應(yīng)氨基酸殘基，從而阻止除草劑與酶的結(jié)合及生物功能的發(fā)揮?？钩輨┑霓D(zhuǎn)基因植物將給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，特別是大面積的機械化生產(chǎn)帶來極大的方便。目前已商品化的轉(zhuǎn)基因抗除草劑作物有大豆，玉米，棉花，油菜，向日葵。由于抗除草劑作物在選育過程中具有耗資少，周期短，見效快，無污染等特點，越來越受到人們的關(guān)注。

②抗昆蟲作物。植物病蟲害數(shù)目多達數(shù)百種，幾乎所有作物在生長期內(nèi)都會遭受到不同程度的危害。全世界因蟲害所造成的糧食產(chǎn)量損失占14%左右。長期以來人們普遍采用化學(xué)殺蟲劑來控制害蟲。一方面，全世界每年用于化學(xué)殺蟲劑的總金額在200億美元以上；另一方面，化學(xué)殺蟲劑的長期使用造成農(nóng)藥的殘留，害蟲的耐受性，環(huán)境污染等嚴(yán)重的問題。而利用基因工程的手段培育抗蟲植物新品種除可以克服以上缺點外，還具有成本低，保護全，特異性強等優(yōu)點，成為當(dāng)前研究的熱點。1987年，比利時科學(xué)家首次成功地將Bt(Bacillus thuringiensis，Bt)毒蛋白基因?qū)霟煵?，美國用農(nóng)桿菌介導(dǎo)法將Bt基因?qū)霘ぷ衙蓿墒澜缟鲜桌瓜x棉，棉鈴蟲危害率下降50%。

③抗真菌作物。自1986年schlumbaum等首次報道提純的菜豆幾丁質(zhì)酶具有抗真菌活性以來，已經(jīng)相繼從菜豆、水稻、煙草、油菜、馬鈴薯、小麥、玉米和甜菜等多種植物中克隆到了幾丁質(zhì)酶基因，對立枯絲菌等20多種真菌表現(xiàn)出體外抑菌活性。將幾丁質(zhì)酶等基因?qū)敕?、馬鈴薯、萵苣和甜菜，達到抗真菌的目的。

④抗重金屬作物。由于人類活動，礦山的開采，工業(yè)化進程的加劇，空氣，土壤，水體面臨著越來越嚴(yán)重的重金污染，不但嚴(yán)重影響作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，更重要的是通過植物食物鏈危害人類的健康。土壤中的重金屬主要有Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn、As等。 20 世紀(jì) 80 年代，提出植物修復(fù)，超富集植物。但由于自然界中已發(fā)現(xiàn)的絕大多數(shù)重金屬富集或超富集植物往往生長周期長，生物量低，植株矮小，因而限制了其對污染土壤重金屬的移除效率。通過基因工程技術(shù)改良植物對重金屬的抗性，增加或減少重金屬在植物體內(nèi)的累積量被認(rèn)為是進行污染土壤的生態(tài)恢復(fù)以及減少食物鏈重金屬污染的一條切實可行的有效途徑。富集重金屬的相關(guān)基因不斷克隆，應(yīng)用轉(zhuǎn)基因技術(shù)提高植物對重金屬的耐性已取得一些重要進展，一些轉(zhuǎn)基因植物地上部分表現(xiàn)了較高的重金屬離子富集量，并在污染土壤的生態(tài)恢復(fù)中進行了初步應(yīng)用。

⑤抗病毒作物。傳統(tǒng)的抗病毒作物，是將植物天生的抗病毒基因從一個植物品種轉(zhuǎn)移到另一個植物品種，然而抗病植株常會轉(zhuǎn)變?yōu)楦胁≈仓辏易饔梅秶^窄。目前最有效的是將病毒外殼蛋白基因?qū)胫仓戢@得抗病毒的工程植物。如1986年美國華盛頓大學(xué)已將煙草花葉病毒(TMV)的外殼蛋白基因轉(zhuǎn)移到煙草、番茄中。除上述以外，我國還將黃瓜花葉病毒(CMV)衛(wèi)星RNA基因轉(zhuǎn)入煙草，番茄，黃瓜，馬鈴薯x病毒(PVX)的CP蛋白基因轉(zhuǎn)入馬鈴薯等。其中煙草抗TMV工程植株已進入大田試驗。

2.3 生物農(nóng)藥及生物控制

微生物農(nóng)藥具有對人畜安全，不破壞生態(tài)平衡，害蟲不易產(chǎn)生抗性等優(yōu)點，但也存在著藥效速度慢，專一性強，受自然條件影響大的缺點。而利用基因工程改造微生物菌種，創(chuàng)造出自然界不存在的新型菌種就可以克服這些缺點。20世紀(jì)70年代末國外就把蘇云金桿菌伴孢晶體毒素蛋白基因(BtICP基因)轉(zhuǎn)移到大腸桿菌和枯草桿菌中，通過發(fā)酵工程進行工業(yè)化大量生產(chǎn)，降低了成本，提高了產(chǎn)量。目前已轉(zhuǎn)到假單胞桿菌中，由于該菌對環(huán)境適應(yīng)性強，土壤中廣泛存在，可望成為更優(yōu)良的細(xì)菌殺蟲劑。我國對雜合毒素基因的廣譜蘇云金桿菌Bt新毒株的研究也在進行之中。

2.4 其他應(yīng)用

應(yīng)用植物生物技術(shù)，生產(chǎn)具有商業(yè)價值的次生代謝產(chǎn)物(如生物堿、類黃酮等)、改良種子貯藏蛋白品質(zhì)、改良藥用植物品種、提高作物收獲后貯藏能力。

3 結(jié)語

綜上所述，隨著現(xiàn)代生物技術(shù)發(fā)展，植物生物技術(shù)將在社會生產(chǎn)和實踐中的應(yīng)用越來越廣闊。相信不久的將來，隨著我國現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展，我國的社會生產(chǎn)將獲得突飛猛進的發(fā)展，將會迎來更加美好的未來。

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