生物技術在植物保護中的應用

王嘉啟

摘 要:隨著科學技術的快速更新,生物技術已經被廣泛地應用于植物保護方面。21世紀,生物技術將成為植物保護的主流技術之一,生物技術的運用極大地促進了植物的保護。生物技術的發展,對植物保護產生了革命性的影響

關鍵詞:生物技術植物保護基因工程

中圖分類號:S188 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)05(a)-0143-01

生物技術(Biotechnology)是在20世紀70年代在分子生物學、細胞生物學等學科的基礎上發展起來的一門綜合性的科學技術,主要包括轉基因育種技術(基因工程)、組織培養技術(細胞工程)、微生物發酵技術(發酵工程)等。生物技術的運用主要體現在:對植物病毒和病源的判別和診斷,促進了植物病毒治理過程；選育抗病蟲種苗,免除了病蟲的危害；研制基因工程農藥,有效的避免了化學農藥產生的不良后果；培育抗病蟲和抗除草劑植物。

1植物基因工程技術

1.1 植物基因工程技術概況

植物基因工程技術是利用生物或物理化學的手段將目的基因導入植物細胞,以獲得人們需要的轉基因植物的一項基因工程技術。植物的遺傳轉化目前可分為間接轉移和直接轉移兩類,通過染色體DNA的Southern分析、多聚酶鏈式反應技術等方法可檢測基因轉移是否成功。

1.1．1 間接轉移法

以某種菌或植物病毒為載體,把目的基因插入載體,通過菌或病毒感染植物,使目的基因整合到受體植物的DNA上復制和高效表達。

1.1．2 直接轉移法

利用植物細胞的生物學特性,通過基因槍法、脂質體介導法、多聚物介導法等物理和化學技術將目的基因直接轉移到受體植物胞內。

1.2 植物抗逆基因工程

1983年,轉基因植物(煙草和馬鈴薯)首次誕生。不到幾年時間,科學家們就培育出了數十種具有抗蟲、抗病毒和抗除草劑的農作物新品種。一些重要農作物品種,并在生產上推廣用,如棉花、煙草、大豆、花生、油菜等都包括在內。在1989年10月至1991年4月,由美國農業部和環保局批準的47個轉基因工程植物大田試驗中,抗蟲和抗除草劑的轉基因工程作良種就有30種。因此,植物基因轉移首先能在生產上應用的就是抗蟲、抗病和抗除草劑良種。

1.2.1 抗蟲育種

通過基因轉移提高植物的抗蟲性。云金桿菌是昆蟲病源微生物中用來進行害蟲防治最廣譜的1種,可防治80多種農林害蟲,殺蟲效果達80%以上的有20多種。利用基因工程技術將蘇云桿菌病毒素中殺蟲活性最高的δ內毒素基因轉移到煙草、番茄、棉花等作物上,使δ內毒素基因在這些作物上表現出來,鱗翅目昆蟲的幼蟲取食這些作物就會中毒死亡。現已從豌豆、豇豆、慈菇中分離到蛋白酶抑制劑及其基因,也得到了抗蟲基因工程植株。國外把抗蟲基因導入歐洲黑梅,得到的轉基因歐洲黑梅可使取食的舞毒蛾和楊尺蠖死亡率高達100%。

植物抗蟲基因工程在煙草、番茄、馬鈴薯、玉米、水稻、油菜等20多種植物中都取得了重大成果,能抗煙青蟲、楊尺蠖、舞毒蛾、玉米螟等昆蟲。

1.2.2 抗除草劑育種

我國已成功地獲得抗草甘膦煙草、抗溴芐腈棉花、抗磷基麥黃酮甜菜、抗三氯苯類番茄、大豆和抗鎮草寧大豆,以及中國科學院遺傳研究所朱立煌教授等培育的抗阿特拉津大豆、水稻等。此外,德國已將氨基氰水化酶基因導入煙草并獲得轉基因植株。他們發現存在于煙草根系和葉片中(特別是葉片中)的氨基氰水化酶,可以把殘留在植株上和田間里的除草劑氨基氰水解為尿素,尿素再由葉片和土壤里存在的脲酶分解為可供植株吸收利用的碳酸銨或碳酸氫銨。所以,這種轉基因煙草能將殘留的植物毒素(除草劑氨基氰)轉變成植物所需要的有效氮源,由此變害為利。

1.2.3 抗病育種

植物病害可以由多種病原微生物引起,其中真菌最嚴重,其次是病毒、細菌和線蟲。在這些病害中只有抗病毒的基因工程進展最快。植物病毒病是植物病害中較難防治的一類病害。通過給植物打防疫針的方法,先給植物注射弱毒疫苗以有效地防治強毒株的感染(如煙草花葉病7),但這太麻煩,于是科學家想到干脆把病毒的部分基因如外殼蛋白質基因轉移到植物中去,使植物自發產生對病毒的抗性,結果效果很好。因此,在其他病毒病中也進行了類似的研究,如黃瓜花葉病毒、馬鈴落X病毒、馬鈴薯Y病毒、首蓓花葉病毒和大豆花葉病毒等。

1.3 微生物農藥

生物技術在微生物農藥開發中的應用,能夠代替化學農藥而起到防治害蟲的效果。微生物農藥是公認的“無公害農藥”,防治對象不易產生抗藥性,不傷害天敵；繁殖快,能利用農副產品甚至工業廢水廣泛生產,是綜合防治農林病蟲害的重要手段。根據用途和防治對象的不同,微生物農藥可分為微生物殺蟲劑、殺菌劑、除草劑、殺鼠劑和生長調節劑等。諸如假單胞桿菌型、莓力菌殺蟲劑以及枯草桿菌殺蟲劑等的使用,極大的避免了有機化學農藥產生的危害作用。利用昆蟲重組病毒防治害蟲,可以利用寄生在昆蟲體內的昆蟲桿狀病毒,如果將此病毒的基因中插入和表達外源基因如節肢動物或細菌來源的昆蟲毒素、昆蟲激素或酶,就能夠擾亂害蟲內部的代謝平衡,從而達到了滅蟲的目的。另外許多微生物農藥也在積極的研發過程中,微生物農藥的具有非常廣闊的市場前景。

2 植物組織培養

植物組織培養,亦稱植物離體培養,是指通過無菌操作,把植物體的各類結構材料(即外植體),接種于人工配制的培養基上,在人工控制的環境下進行離體培養的一套技術與方法。

植物病毒和類病毒不能在人工培養基上生長,但可以在離體培養的寄主組織或細胞里繁殖。利用組織培養技術為研究病毒、類病毒等植物病原與寄主細胞的關系,建立離體鑒定系統及抗性篩選提供了一條新的途徑。即使用組織培養的方式,通過無性系突變體來篩選新的抗病蟲材料或新抗源,獲得無病毒苗,進而獲得抗病蟲的植