植物生物技術對社會生產發(fā)展的影響

張媛華

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

1 植物生物技術的發(fā)展現狀

隨著植物生物技術的發(fā)展，轉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種轉基因作物，約占全球轉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。各國加大轉基因植物研究開發(fā)，取得了重大突破，進入田間試驗的轉基因，作物已超過500多種。

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

2 植物生物技術的應用

植物生物技術主要應用于以下幾個方面：

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。當前，已創(chuàng)造了一批不育系，并生產上得以應用，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導致使用量增大對環(huán)境的危害也日益嚴重。因此，抗除草劑的轉基因作物是最理想的途徑。1987年美國科學家成功從矮牽牛中克隆出EPSP合酶基因轉入油菜細胞的葉綠體中，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編碼基因導入宿主植物，從而保證宿主植物免受其害，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氨基酸殘基，從而阻止除草劑與酶的結合及生物功能的發(fā)揮。抗除草劑的轉基因植物將給農業(yè)生產，特別是大面積的機械化生產帶來極大的方便。目前已商品化的轉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注。

②抗昆蟲作物。植物病蟲害數目多達數百種，幾乎所有作物在生長期內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量損失占14%左右。長期以來人們普遍采用化學殺蟲劑來控制害蟲。一方面，全世界每年用于化學殺蟲劑的總金額在200億美元以上；另一方面，化學殺蟲劑的長期使用造成農藥的殘留，害蟲的耐受性，環(huán)境污染等嚴重的問題。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，成為當前研究的熱點。1987年，比利時科學家首次成功地將Bt(Bacillus thuringiensis，Bt)毒蛋白基因導入煙草，美國用農桿菌介導法將Bt基因導入殼籽棉，育成世界上首例抗蟲棉，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酶具有抗真菌活性以來，已經相繼從菜豆、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酶基因，對立枯絲菌等20多種真菌表現出體外抑菌活性。將幾丁質酶等基因導入番茄、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重的重金污染，不但嚴重影響作物的產量和品質，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 80 年代，提出植物修復，超富集植物。但由于自然界中已發(fā)現的絕大多數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。通過基因工程技術改良植物對重金屬的抗性，增加或減少重金屬在植物體內的累積量被認為是進行污染土壤的生態(tài)恢復以及減少食物鏈重金屬污染的一條切實可行的有效途徑。富集重金屬的相關基因不斷克隆，應用轉基因技術提高植物對重金屬的耐性已取得一些重要進展，一些轉基因植物地上部分表現了較高的重金屬離子富集量，并在污染土壤的生態(tài)恢復中進行了初步應用。

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移到另一個植物品種，然而抗病植株常會轉變?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導入植株獲得抗病毒的工程植物。如1986年美國華盛頓大學已將煙草花葉病毒(TMV)的外殼蛋白基因轉移到煙草、番茄中。除上述以外，我國還將黃瓜花葉病毒(CMV)衛(wèi)星RNA基因轉入煙草，番茄，黃瓜，馬鈴薯x病毒(PVX)的CP蛋白基因轉入馬鈴薯等。其中煙草抗TMV工程植株已進入大田試驗。

2.3 生物農藥及生物控制

微生物農藥具有對人畜安全，不破壞生態(tài)平衡，害蟲不易產生抗性等優(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，降低了成本，提高了產量。目前已轉到假單胞桿菌中，由于該菌對環(huán)境適應性強，土壤中廣泛存在，可望成為更優(yōu)良的細菌殺蟲劑。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 其他應用

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

3 結語

綜上所述，隨著現代生物技術發(fā)展，植物生物技術將在社會生產和實踐中的應用越來越廣闊。相信不久的將來，隨著我國現代生物技術的發(fā)展，我國的社會生產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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