我國分子農業的發展現狀研究

楊雙龍

摘 要：隨著農業的迅猛發展，科研院所及農業類高等院校在分子生物學領域不斷探索，不斷培育出適合農業發展趨勢的新型作物，如適合機械化生產的作物、綠色農業作物等。可以說分子技術帶動了農業發展，同時也產生了分子農業的概念。本文分析了分子農業的發展過程和現狀，以及分子技術在其他領域的應用現狀。

關鍵詞：分子農業；轉基因安全；現狀

中圖分類號：S188 文獻標識碼：A 文章編號：1671-0037（2018）2-37-3

Abstract： With the rapid development of agriculture， scientific research institutes and higher education colleges have been continuously exploring in the field of molecular biology， and have constantly developed new crops suitable for the development trend of agriculture， such as crops suitable for mechanized production， green agricultural crops， etc. It can be said that the molecular technology drives the development of agriculture and produces the concept of molecular agriculture. This paper analyzed the development process and current situation of molecular agriculture， and the application status of molecular technology in other fields.

Key words： molecular agriculture； Gm safety； current situation

農業現代化是相對于傳統農業而言的，其實質體現了當代科學技術在農業上的綜合應用，它是一個歷史的、動態的概念。在經歷了原始農業、傳統農業、工業化農業后，農業正在進入以知識高度密集為基礎，以高效精準為目標的現代化發展方向[1]。高祥照認為：未來農業將以精準化、自動化、標準化、規模化為主要發展方向。精準化主要包括產前的精準培育、產中的精準指導以及產后銷售的精準定位；自動化則主要以節省勞動力為主，實現從種植到加工再到銷售整個環節的機械化農業服務。要實現農業精準化和自動化，主要依靠耕地種植的規模化和標準化。農業未來發展趨勢：①農業人口將進一步減少，一些小村莊會慢慢消失；②農民將慢慢轉變為一種職業，不再是一種身份的象征；③農業補貼將會進一步增加；④休閑農業的潛力將進一步被挖掘；⑤農村將出現一些中小型農場的雛形；⑥有機農業的價值將進一步凸顯；⑦農業和互聯網的結合將日益緊密。為了適應環境的變化以及未來農業的發展趨勢，一代又一代科學家通過分子實驗、田間試驗探索著新品種。近年來，隨著分子技術的快速發展，出現了分子農業。分子農業屬于轉基因工程范疇，可細分為動物分子農業與植物分子農業。

1 分子生物學與分子農業的衍生關系

分子農業是利用動植物分子遺傳學和轉基因等生物技術，大規模生產蛋白質、藥物、疫苗等物質，用于預防、治療人類及動物疾病。由于分子農業是利用植物生產、提取類物質，便于操作和規模化生產，因而為農業工廠化發展奠定了科技基礎。分子農業可簡單地定義為：以利用重組或轉基因動物與植物為基礎，大規模生產出稀有的和高價值的產品的農業。另外，分子農業的出現，使農業產業拓展到醫藥、衛生領域，使新型疫苗的大規模生產成為可能。如美國試驗成功的攜帶乙肝表面抗原的轉基因煙草。可以說是分子生物學推動了農業的發展，利用分子方面的基因重組、分子標記技術、轉基因技術等深入探索農作物的內部構造，從微觀方面促進農業的發展。同時，農業的不斷發展激發了農業科學家們的創新意識，使科學家們在農作物分子結構上不斷探索，不斷改進，從而促進了農業的潛在發展。

2 分子農業的發展過程和現狀

1944—1966年，人類對DNA和遺傳信息傳遞有了初步的認識：1944年，艾弗里證明DNA是遺傳物質。1961年，查柯柏和莫洛德提出了調節基因表達的操縱子類型。1967—1978年是重組DNA技術的建立和發展階段：1972—1973年波伊爾和伯格建立重組DNA技術，并完成了第一個細菌基因的克隆，開創了基因工程的新紀元。1979年至今是重組DNA技術的應用和分子生物學迅速發展階段：1985年卡利·穆里斯發明了聚合酶鏈式反應。進入21世紀，農業方面的分子發展主要體現在功能基因組學、蛋白質組學和生物信息學。就目前來說，蛋白質組學主要在科研公司研究應用，高等院校研究應用較少。分子農業應用范圍包括：①改善食物品質；②利用轉基因植物生產醫用抗體；③利用轉基因植物生產人和動物需要的疫苗；④利用轉基因植物生產醫用蛋白；⑤利用轉基因植物生產生物多聚體（Bio - polymers）；⑥利用轉基因植物生產工業用蛋白質和酶。諸如此類的分子技術在未來農業發展尤其是作物栽培和作物育種中發揮著不可替代的作用，但在轉基因方面也存在部分缺陷，轉基因的安全性在未來農業發展中是否能獲得更多人的認可還需進一步的探索。

3 農業中的分子技術在藥學及其他領域的應用

3.1 植物生物反應器在藥學方面的應用

植物生物反應器即利用植物懸浮細胞或整株植物，生產各類活性蛋白。例如，具有重要藥用價值的人或動物的疫苗、抗體和氨基酸或各種植物次生代謝產物等。通過和特殊的抗原結合，重組抗體可以用來診斷、治療和阻止疾病的發生。現在大部分藥物是由重組抗體構成的，但一般都在哺乳動物細胞或轉基因動物細胞內生產，比較昂貴，構建困難，有的還可能包含有病原體。利用植物生物反應器生產重組抗體是目前新興的研究領域，與其他生產方式相比，植物生物反應器生產重組抗體具有高效、經濟和簡便等特點，而且還具有以下優點：①生產成本較低，易于大規模工業生產；②植物細胞具有全能性，易于獲得再生植株；③遺傳操作相對簡單，培養周期較短；④產物貯藏在種子、果實或塊莖中易于運輸；⑤無毒副作用，安全性好[5]。植物生物反應器必將引起醫藥工業、農業和人體醫學的一場革命。利用植物生物反應器生產重組抗體，對于疾病的預防和治療都具有重大的意義。植物生物反應器生產重組抗體在國內外已有研究，中國科學院上海植物生理研究所開展了利用煙草花葉病毒（TMV）作為載體應用于植物生物反應器的研究，用該方法大規模表達口蹄疫病毒表面抗原多膚，制備高效、安全、廉價的重組口蹄疫疫苗。轉基因植物疫苗是把植物基因工程技術與機體免疫機理相結合，生產出能使機體獲得特異抗病能力的疫苗。與注射疫苗相比，可食疫苗具有成本低、便于運輸儲存及使用方便等優點。目前已報道的疫苗主要包括5類：細菌疫苗、病毒疫苗、避孕疫苗、寄生蟲疫苗和糖尿病疫苗。由此可見，隨著分子農業的迅猛發展，植物生物反應器被廣泛應用，農業中的分子技術不僅帶動著農業的進步，同時靈活運用分子技術，結合事物相聯系的知識，分子技術同樣能帶動其他相關行業的發展。

3.2 分子技術在生命起源上的作用

地球上的生命是從地球上非生命物質發展而來的，生命是整個自然界發展的結果。地球演化到了一定的階段，為生命的起源創造了條件。根據地球上發現的最早生命化石得知，生命發生在32億年前。生命起源是通過化學的途徑實現的。生命起源于化學演化大體經歷了4個主要階段：①無機分子階段：生命的進化過程是從非生命物質進化開始的，早期的無機分子像水、氫氣、氧氣、氮氣、二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫等無機小分子，他們在自然界中進行各種形式的化學反應，然后形成各種有機分子。②有機分子階段：有機分子比無機分子的結構更為復雜。像各種烴類、酸類、糖類、脂類、核苷酸、氨基酸、苯等化合物，它們再進一步化合，就形成了各種有機大分子，即一些生物大分子。③生物大分子階段：生物大分子最重要的是核酸和蛋白質，有機分子之間通過各種化學過程合成生物大分子，而這些生物大分子的一個顯著特征就是具有一定的生物活性。例如，核酸可以進行復制，而蛋白質（酶）具有催化功能等。④原始生命形成階段：原始生命是非細胞形態，自己不會制造有機物，過著異養生活。原始生命經過長期演化出現了原始細胞，原始細胞由于結構的日益復雜化，又逐步發展成為真核細胞。真核細胞的出現標志著生命早期進化階段的結束。生命由非細胞形態經過原核細胞到形成真核細胞，是一個由簡單到復雜，由低級向高級發展的過程。總之，自發現作為細胞核決定成分的脫氧核糖核酸（DNA）雙螺旋結構的遺傳密碼以及生物遺傳信息傳遞的中心法則以來，已大體弄清了構成生命的物質基礎蛋白質和核酸的結構和組成，揭開了生命的活動機制以及核酸與蛋白質之間通過密碼的轉錄和翻譯而自我更新、自我調節的基本過程。從生命的演變過程可以看到人們已認識到生物分子的重要性，尤其將核酸蛋白質的研究運用到分子農業這一領域。

4 轉基因技術影響和趨勢

轉基因技術是生命科學分子生物學的重要領域之一。過去的幾千年里農作物改良的方式主要是對自然突變產生的優良基因和重組體的選擇和利用，通過隨機和自然的方式來積累優良基因。遺傳學創立后，動植物育種則是采用人工雜交的方法，進行優良基因的重組和外源基因的導入而實現遺傳改良。因此，可以認為轉基因技術是與傳統技術一脈相承的。但在基因轉移的范圍和效率上，轉基因技術與傳統育種技術有兩點重要區別：第一，傳統技術一般只能在生物種內個體間實現基因轉移，而轉基因技術所轉移的基因則不受生物體間親緣關系的限制；第二，傳統的雜交和選擇技術一般是在生物個體水平上進行，操作對象是整個基因組，所轉移的是大量的基因，不可能準確地對某個基因進行操作和選擇，對后代的表現預見性較差。而轉基因技術所操作和轉移的一般是經過明確定義的基因，功能清楚，后代表現可準確預期。因此，轉基因技術是對傳統技術的發展和補充。轉基因農業對現代農業可持續發展有著正面的影響：一是轉基因農業是解決人口增長和糧食匱乏矛盾的有效途徑；二是轉基因農業為農業資源可持續利用提供了有利條件；三是轉基因農業是未來提高農民收入的重要手段。轉基因技術是科技發展的產物，它的出現是不可逆轉的歷史潮流。任何事物都有其兩面性和發展性，因此對轉基因食品應該有一個理性的態度，既要看到科技是推動社會前進的動力，又要時刻警醒科技的“無限擴張”。雖然目前不同國家、不同利益群體之間對于轉基因食品的爭執一時難以調和，但是可以相信，最終會找到一個令全球不同利益集團達成共識的平衡點，轉基因食品將在不同社會環境下適應性地成長。在大浪淘沙的歷史長河中不斷洗禮之后，轉基因食品的發展必定會朝著一個進步的方向健康有序地邁進。這就要求我們客觀辯證地去看待轉基因食品，盡量趨利避害，按照政府制定的規章制度去做，相信未來的生活也會因轉基因食品而變得更加豐富多彩。

參考文獻：

[1] 新華網.農業發展新趨勢農技推廣重定位[EB/OL].（2017-09-18）[2018-01-25].http：//www.xinhuanet.com/food/2017-09/18/c_1121683062.htm.

[2] 韓錦峰，劉華山，張秀榮，等.分子農業：一個大有發展前途的農業領域[J].河南農業科學，2004（1）：6-10.

[3] 楊賀.利用植物生物反應器生產藥用蛋白的研究[J].實驗研究，2016（21）：81.

[4] 杜小春，何正權，陳磊，等.植物生物反應器表達藥用蛋白研究新進展[J].中國生物工程雜志，2008（9）：135-143.