試論生物技術的發展及其在農作物育種中的應用

摘 要：現代生物科技是一種新型的科學技術，經過將DNA、細胞培養以及生物反應等技術相結合而研發新生物技術，這對作物育種有著非常重要作用，能夠有效的提高我國農作物領域發展。本文對生物科技的發展歷史做了詳細的闡述，并針對生物科技在農作物育種中的應用進行探討。

關鍵詞：生物科技；農作物；育種；應用

生物科技的發展作為我國高新技術中最為突出的一項技術，為解決我國人口數量逐漸增多，生活資源逐漸短缺，食品安全度下降等嚴重問題起到非常重要作用。生物科技在20世紀30年代中就以發酵產品的研發展開發展方向，后續開始研發抗生素、氨基酸發酵、DNA重組技術等，直到現在已經成為我國最有潛力的發展技術。

一、生物技術的發展歷程

生物技術是以生命科學為基礎，利用生物體系和工程原理生產生物制品和創造新物種的綜合性科學技術，按照它的發展歷程，大致可以分為3個階段，即傳統生物技術階段、近代生物技術階段和現代生物技術階段。

1、傳統生物技術階段

生物技術最開始發展階段是在20世紀30年代，利用微生物發酵轉變成產品，并通過對生物技術的應用形成發酵產品的生產體系。在這樣的一個發展趨勢下，生物技術從化學與微生物工程領域發展逐漸轉向人們所需的產品類發展，通過對粗糧的加工，生產出面包酵母、酒精、檸檬酸等一系列人們需要的產品，這對生物技術的發展是一個良好的基礎。

2、近代生物技術階段

從30年代到70年代之間，生物技術逐漸取得對抗生素工業、氨基酸發酵、酶制劑工程等研發的成果，尤其是植物組織培養技術成為這期間的先進技術，這項技術不僅可以通過人工培養基對植物組織培養，還成功的實現了細胞工程，可以對植物的原生質體、懸浮細胞以及植物器官等細胞培養，促使植物的根、莖和葉都可以成長為另一株完整植物，有效的提高植物快繁效果。在60年代期間，原生質體培養成果非常突出，這使質體細胞融合技術有了很好的發展，利用這種技術促使一千多種植物取得再生植株的成功，這對我國的農作物產業打造出高效數值生產的發展空間。

3、現代生物技術階段

（1）基因工程

DNA是生物的遺傳物質，利用DNA組合進行實驗獲得成功結果，進而建立基因工程，主要通過植物的基因分離、載體構建、受體導入、篩選培養、鑒定這五個步驟來完成基因工程目的。基因工程是將天然或構建的外源基因導入受體細胞并整合到基因組中，從而產生具有外源基因表達的植物個體。它打破了生物種間的雜交障礙，擴大了物種雜交的范圍，大大加快了物種變異的速度。

（2）細胞工程

細胞工程是指在離體組織或細胞水平上對植物進行培養、增殖，從而大量繁育具有優良性狀的植株和植物新品種的技術體系。主要包括植物原生質體培養、體細胞和器官培養、體細胞無性系變異體的篩選和人工種子等內容。體細胞雜交是將植株進行細胞融合，從而創造出新植株的誕生。這有效地解決植株異地的雜交不和性，并成功的獲得更多種類的植株體細胞雜種。照比傳統育種方式更具有優越性；由于細胞培養技術促使植物的培養率迅速猛漲，人們就會更加需要次生代謝產物來維持植株生長的穩定性，它可以促使植物不受季節限制，確保植株不被破壞，而且操作簡單有易于控制；體細胞胚胎發生是指從植物體細胞產生胚的現象和過程。與合子胚相似，它的發生大體也要經過球形胚、心形胚、魚雷胚和成熟胚等幾個時期。理論上，植物的每個體細胞都存在誘導成胚的可能性，具有繁殖速度快，不受地區、季節和氣候等自然條件的限制等諸多優點。人工種子技術是指利用胚狀體發生體系進行植物繁殖，并賦予體胚以種子功能的生物技術。目前，所制作的人工種子，一般由體細胞胚（胚狀體）加上保護性外殼（人工種皮）及提供胚發育的營養（人工胚乳）3部分組成。由于體細胞胚的質量、人工種皮的營養供給及通氣、抵抗污染等技術問題，人工種子的研究仍只處于實驗室研究階段。

二、生物技術在農作物育種中的應用

生物技術在農作物育種上的應用主要有：作物組織培養技術、體細胞雜交技術、農作物人工種子技術、轉基因育種技術、分子標記輔助育種技術等5個方面。

1、作物組織培養

農作物組織培養技術主要用于品種培育和良種繁育，其次用于無性繁殖作物的脫毒和快速繁育以及種質資源的保存。20世紀60年代，法國的Morel用莖尖培養的方法大量繁殖蘭花獲得成功，揭開了植物快速繁殖及無病毒種苗研究和應用的序幕。目前，通過離體培養獲得小植株并且具有快速繁殖潛力的植物已有100多科共1000種以上，有的已經發展成為工業化生產的商品。

在組織培養中，胚胎培養雜交育種時，雜種胚常敗育，因此，將早期生長的胚取出，應用組織培養方法，就有可能培育出雜種植物。胚胎培養研究為農作物選育優良品種開辟了新途徑。

2、體細胞雜交

體細胞雜交可以創造出經濟價值更高、適應性更廣泛的作物新品種。近20年來，世界各國已應用體細胞雜交技術獲得16個科，70多個種內、種間、屬間、族間的體細胞雜交種。其中最引人注目的成就是原西德、美國和日本等國的專家，將番茄的葉肉細胞與馬鈴薯的塊莖細胞相融合，成功選育了“番茄薯”和“薯番茄”新品種，其中所育成的“番茄薯”新品種地上部分能結番茄，地下部分能結馬鈴薯。

3、人工種子

人工種子可對一些自然條件下不結實或種子昂貴的作物進行繁殖，不僅可縮短育種年限，而且可人為控制作物的生長發育和抗性，防止種性退化。人工種子既有利于生產、運輸、播種，又便于種子發育、出苗。目前，一些蔬菜的人工種子已進入工廠化生產，在實際應用中取得了突破。

4、轉基因育種

轉基因育種是對農作物進行基因轉移，使其獲得新的優良品性，培育出具有抗寒、抗旱、抗鹽、抗病蟲害等抗逆特性及品質優良的作物新品系。

5、分子標記輔助育種

分子標記輔助育種技術是利用與目的性狀基因緊密連鎖的分子標記，鑒定和篩選具有目的性狀的種質資源和育種后代，也是一種用于分析和評價種質資源、親本之間的親緣關系的方法。與傳統育種相比，該項技術具有選擇效率高、準確等特點，特別是對隱性基因控制的性狀選擇更為有效。

結語：面對世界新技術革命的挑戰，我國高技術發展計劃把發展生物技術放在首位，確定高產、優質、抗逆的動植物新品種，并取得了一些突破。從種質資源的收集和保護的整體情況來看，我國建立了完整的種質資源研究和管理體系，對生物種質資源工作有較充足的經費支持。

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