淺談植物科學與農業發展

王瀟龍 徐芯雨 從志洋

摘要：在當下的高速工業化、城市化的進程中，農業的發展不可輕視，反而更應該加以重視，應當利用已取得的先進學術成果和技術成果反哺到農業的發展中，進而保證農業生產力的穩定、持續、高產、安全，因為農業，這個千百年來人類生存的發展基礎，它小可以關系到個人的溫飽，大到國家根本甚至人類的生存發展，因此在這個人類歷史文明從未有過的高速發展的時代，要讓農業的發展緊跟時代步伐！而要想讓農業的發展“不掉隊”，那就需要植物科學來貢獻一定的力量，所以，本文將在植物科學和農業發展這兩個板塊的基礎上展開一定的討論，也將適當舉例說明。

關鍵詞：植物科學、農業發展、生物技術、抗逆性、抗凍性

1、植物科學的本質及基本研究目的

1.1、植物科學的主要任務是了解和揭示植物世界各級生活的客觀規律，包括結構、功能和生長。

1.2、還要了解植物發育、進化、分布及其與環境的相互作用等規律。充分了解植物在自然界中的平衡調節作用，優化人類的生存環境，為當下“綠水青山就是金山銀山”的生態理念而做出相應的貢獻。

1.3、從客觀角度進行分類，可分為：植物生理學、植物細胞學、植物遺傳學、植物化學等，強化了人類對植物的多方面認識，并有利于人類對某些植物或整個植物界進行深入了解和研究，而后將取得的成果通過不同的技術手段加以應用，從而更好地解決人類的農業生產生活中所遇到的問題，從而不斷地促進農業的發展和農業生產力的提升，不斷夯實人類發展的基礎，為工業、服務業和高新技術產業及其他第三產業提供強有力的保障。

由于，地球的歷史遠遠早于人類的歷史，植物的好多物種應該可以說是地球上“元老”級的物種，植物的門類分支較多，整個系統的復雜性和多樣性也并非幾句話可以概括，因此，植物學是一把打開植物界潛在科學價值大門的一把金鑰匙，植物學的發展還會長久的繼續下去，人類對植物科學的研究任重而道遠！

2、世界農業的發展現狀及對未來發展的要求

根據《2015世界糧食不安全狀況》中指出：全世界依然有7.95億人在挨餓。聯合國糧農組織的數據顯示，全球主要糧食作物的年增產量已經停滯不前，對化肥的使用已經達到臨界點，如果不對這鐘狀況采取妥善措施，全世界將可能會面臨糧食不足的困境。

當下，受城市化和全球化氣候變化的影響因素，全球可耕地面積在不斷縮小，還有病蟲害的爆發對人類農業的影響。

例如：2020年，非洲部分地區和亞洲中部和南部受到沙漠蝗蟲的影響，部分地區幾乎絕收。

因此，農業要取得進一步的發展，其產業的升級變革是必然趨勢。

依據當下農業的發展變化看，現代農業形成一種趨勢，例如：健康農業、有機農業、垂直農業、綠色農業、循環農業、觀光農業等等。上述舉例大體可以分為規模化農業、新型農業主體、高科技農業這三大類。

在人口不斷膨脹，可耕地面積不斷減少的情況下，農業也必須順應時代發展的潮流，向著規模化、高效化、高產化、可持續化的方向不斷發展，其相應的科學技術及相關的研究領域也會向上述四個方面靠攏。

3、帶動農業“工業革命”的“蒸汽機”——生物技術

3.1、生物技術的作用

植物學的不斷進步和發展壯大，生物技術可以說是這其中的“大功臣”。這既要求生物技術能跟上植物學研究的方向與進度，還要能實際操作應用于農業生產之中。生物技術并非只是簡單的“生物技術”這四個字，它還有些“兄弟姐妹”，如：轉基因技術、生物信息技術、植物分子生物學技術等等。也別小瞧了他的“兄弟姐妹”，它們在農業領域中得到發展和應用，為農業基礎研究和遺傳育種提供了技術保證。

對于人類來說，它們既是很好的幫手，又是必不可少的工具，在植物科學和農業發展這兩大板塊之間，生物技術是一座必不可少的溝通橋梁，它是人類將“成果”轉化為“果實”的轉換器。

3.2、生物技術應用案例

我國科學工作者培育的轉基因抗蟲棉的抗蟲基因來源于蘇云金芽孢桿菌中的Bt毒蛋白基因，該基因的表達產物毒蛋白能夠抗蟲。這是其通過限制性內切酶切割特定的DNA序列，然后以質粒為載體將其轉入到目的DNA（棉花的DNA序列）中，再用連接酶將其與棉花的DNA鏈相縫合鏈接，可以將其理解為基因的重新組合，而后通過DNA的測序，確保其成功轉入即可。

抗棉蟲的“抗”主要是因為外源Bt基因整合到棉株體中后，可以在棉株體合成一種叫δ-內毒素的伴孢晶體，該晶體是一種蛋白質晶體，被棉鈴蟲的幼蟲吞食后，在其腸道堿性條件和酶的作用下，或單純在堿性條件下，伴孢晶體能水解成毒性肽，并很快發生毒性，致其死亡。

最終實現，棉花的抗逆性大大增強，在減少農藥使用的同時，還確保了棉花的產量。

4、關于農業發展與植物科學、生物技術相結合并提升抗凍性的猜想

4.1、低溫凍害對植物來說是嚴重的自然災害，是限制植物自然分布和栽培區帶的主要因素，低溫影響植物的生長代謝，引起植物相關生理指標變化，導致植物受到傷害、減產，嚴重時還會造成植物死亡。因此研究植物的抗寒性，提高植物的抗寒能力，采取有效措施防止低溫的傷害，對確保植物的正常生長，提高產量是非常必要的。植物對低溫脅迫的適應性和抵抗能力，既受到系統發育的遺傳基因所控制，又受到個體發育中生理生態所制約。

特別是對于在熱帶、亞熱帶地區的植物、農作物而言，增強植物的抗凍性，是減少農業生產損失的重要方法之一！

4.2、猜想1：能否在其枝葉形態的基因上進行改造重組，進而提高植物或作物的抗凍性？

在晝夜溫差很大的地區，植物通常具有千蹄的墊狀形態，由于無數莖的繁密排列，使得在墊狀物內部保持著一定的水分和均勻的溫度，結果在寒夜過后的早晨，墊狀植物的溫度通常比大氣溫度高，而在白晝最熱的時候，墊狀植物內部的溫度則較室氣中的溫度為低。

因此，可將墊狀植物內決定植株形態的基因剪輯，并將其移入目標植物中，而后將進行過基因重組的植株、墊狀植物與未移入該基因的植株將進行抗寒抗凍性對照實驗，統計實驗結果并得出其抗凍能力的強弱。得出相關的抗凍性數據后根據不同的抗凍能力的需求以及抗凍性的增強是否對其他性狀有較大干擾或影響，可進行后續實驗。

4.3、猜想2：將具有休眠性的植株體內的“休眠”基因，轉入耐寒性、抗凍性較差的植株體內看其是否能增強抗凍性。

這就像是人類這個“家長”，為了強制要求植物“孩子”改變了它的“生活習慣”，在送給植物一個叫“‘休眠’基因”的鬧鐘又對植物“孩子”說：“秋季冬季要來啦，要早睡覺啦！防止冬季凍傷。”

許多落葉性的喬灌木植物，在秋季就會停止生長，進入休眠狀態。這時細胞間斷絕聯系，各自孤立，生命活動降低，自由水含量減少，能忍受較低的溫度。

植物或作物受基因這個“鬧鐘”的提醒調控后，進入休眠狀態后，自由水的比例大大降低。在次年春天氣溫回升時觸發基因“鬧鐘”喚醒植物或作物。

這樣不僅提升了植物的抗寒抗凍能力和整體抗逆性，還可以間接防止植物體內自由水因低溫影響，迅速結為冰棱或冰刺后刺傷植物或作物內部細胞，形成間接保護，使得植物或作物具備一定的應對氣溫驟降的自我保護能力。

5、結束語

植物學前沿領域的迅猛發展，必然要求不斷吸收和借鑒其它學科的先進技術和手段并加以改進，以發展適應其自身特點的新技術和新方法，而這些方法又被進一步應用到農業科研和生產中。

因此，為了植物科學和農業發展的更好結合，未來，植物科學與農業發展應在生物技術和其他前沿技術的銜接支持下，齊頭并進，發展到新的高度，造福于世界人民！

參考文獻：

[1]《談中國植物科學基礎研究與農業發展》溫明章*，陳越，谷瑞升，羅晶，杜生明 ?國家自然科學基金委員會生命科學部，北京 100085

[2]《談中國植物科學基礎研究與農業發展》盧 露 （荊楚理工學院 湖北荊門 448000）

作者簡介：王瀟龍（2001年10月），男，漢族，山東濟南，專科，武漢工程科技學院。