生物技術(shù)在植物保護中的應(yīng)用

王嘉啟

摘 要:隨著科學(xué)技術(shù)的快速更新,生物技術(shù)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于植物保護方面。21世紀,生物技術(shù)將成為植物保護的主流技術(shù)之一,生物技術(shù)的運用極大地促進了植物的保護。生物技術(shù)的發(fā)展,對植物保護產(chǎn)生了革命性的影響

關(guān)鍵詞:生物技術(shù)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(shù)(Biotechnology)是在20世紀70年代在分子生物學(xué)、細胞生物學(xué)等學(xué)科的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門綜合性的科學(xué)技術(shù),主要包括轉(zhuǎn)基因育種技術(shù)(基因工程)、組織培養(yǎng)技術(shù)(細胞工程)、微生物發(fā)酵技術(shù)(發(fā)酵工程)等。生物技術(shù)的運用主要體現(xiàn)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(nóng)藥,有效的避免了化學(xué)農(nóng)藥產(chǎn)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(shù)

1.1 植物基因工程技術(shù)概況

植物基因工程技術(shù)是利用生物或物理化學(xué)的手段將目的基因?qū)胫参锛毎?以獲得人們需要的轉(zhuǎn)基因植物的一項基因工程技術(shù)。植物的遺傳轉(zhuǎn)化目前可分為間接轉(zhuǎn)移和直接轉(zhuǎn)移兩類,通過染色體DNA的Southern分析、多聚酶鏈式反應(yīng)技術(shù)等方法可檢測基因轉(zhuǎn)移是否成功。

1.1．1 間接轉(zhuǎn)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(fù)制和高效表達。

1.1．2 直接轉(zhuǎn)移法

利用植物細胞的生物學(xué)特性,通過基因槍法、脂質(zhì)體介導(dǎo)法、多聚物介導(dǎo)法等物理和化學(xué)技術(shù)將目的基因直接轉(zhuǎn)移到受體植物胞內(nèi)。

1.2 植物抗逆基因工程

1983年,轉(zhuǎn)基因植物(煙草和馬鈴薯)首次誕生。不到幾年時間,科學(xué)家們就培育出了數(shù)十種具有抗蟲、抗病毒和抗除草劑的農(nóng)作物新品種。一些重要農(nóng)作物品種,并在生產(chǎn)上推廣用,如棉花、煙草、大豆、花生、油菜等都包括在內(nèi)。在1989年10月至1991年4月,由美國農(nóng)業(yè)部和環(huán)保局批準的47個轉(zhuǎn)基因工程植物大田試驗中,抗蟲和抗除草劑的轉(zhuǎn)基因工程作良種就有30種。因此,植物基因轉(zhuǎn)移首先能在生產(chǎn)上應(yīng)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(zhuǎn)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(nóng)林害蟲,殺蟲效果達80%以上的有20多種。利用基因工程技術(shù)將蘇云桿菌病毒素中殺蟲活性最高的δ內(nèi)毒素基因轉(zhuǎn)移到煙草、番茄、棉花等作物上,使δ內(nèi)毒素基因在這些作物上表現(xiàn)出來,鱗翅目昆蟲的幼蟲取食這些作物就會中毒死亡?，F(xiàn)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?qū)霘W洲黑梅,得到的轉(zhuǎn)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(zhèn)草寧大豆,以及中國科學(xué)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?qū)霟煵莶@得轉(zhuǎn)基因植株。他們發(fā)現(xiàn)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(zhuǎn)基因煙草能將殘留的植物毒素(除草劑氨基氰)轉(zhuǎn)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(xué)家想到干脆把病毒的部分基因如外殼蛋白質(zhì)基因轉(zhuǎn)移到植物中去,使植物自發(fā)產(chǎn)生對病毒的抗性,結(jié)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(nóng)藥

生物技術(shù)在微生物農(nóng)藥開發(fā)中的應(yīng)用,能夠代替化學(xué)農(nóng)藥而起到防治害蟲的效果。微生物農(nóng)藥是公認的“無公害農(nóng)藥”,防治對象不易產(chǎn)生抗藥性,不傷害天敵；繁殖快,能利用農(nóng)副產(chǎn)品甚至工業(yè)廢水廣泛生產(chǎn),是綜合防治農(nóng)林病蟲害的重要手段。根據(jù)用途和防治對象的不同,微生物農(nóng)藥可分為微生物殺蟲劑、殺菌劑、除草劑、殺鼠劑和生長調(diào)節(jié)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(xué)農(nóng)藥產(chǎn)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(nèi)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(jié)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(nèi)部的代謝平衡,從而達到了滅蟲的目的。另外許多微生物農(nóng)藥也在積極的研發(fā)過程中,微生物農(nóng)藥的具有非常廣闊的市場前景。

2 植物組織培養(yǎng)

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

植物病毒和類病毒不能在人工培養(yǎng)基上生長,但可以在離體培養(yǎng)的寄主組織或細胞里繁殖。利用組織培養(yǎng)技術(shù)為研究病毒、類病毒等植物病原與寄主細胞的關(guān)系,建立離體鑒定系統(tǒng)及抗性篩選提供了一條新的途徑。即使用組織培養(yǎng)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