植物保護(hù)中運(yùn)用生物技術(shù)研究

楊存玉

(海南師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 海南海口 571158)

生物工程領(lǐng)域研究對(duì)象涉及從微生物到高等生物的各個(gè)動(dòng)植物層級(jí),研究其整體或者部分器官和細(xì)胞組織,利用這些科研成果來(lái)開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品或新工藝的一種技術(shù)體系,包括各類涉及醫(yī)藥和食品行業(yè)的酶工程和發(fā)醉工程等。

1 概述

近年來(lái),農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的安全性越來(lái)越為民眾所重視,在各大媒體報(bào)刊上常常見(jiàn)到由于農(nóng)藥施用標(biāo)準(zhǔn)不合格而造成的蔬菜水果污染新聞。每年因?yàn)檫@些原因而讓身體受到不同程度傷害的民眾成千上萬(wàn)。生物技術(shù)的發(fā)展為植物蟲(chóng)病的防治開(kāi)辟了新領(lǐng)域,因?yàn)樗粌H可以把不同植物,甚至可以把動(dòng)植物的基因進(jìn)行重組,為培養(yǎng)抵抗不良的地理?xiàng)l件、抵御嚴(yán)重病蟲(chóng)害的新型農(nóng)作物提供了很大的助力。

2 基因工程在植物保護(hù)中的應(yīng)用

2.1 技術(shù)包含的內(nèi)容與范圍概述

在生物學(xué)領(lǐng)域,對(duì)于植物基因的改造研究一直沒(méi)有止步過(guò)。以理化或者生物技術(shù)將需要的一部分基因?qū)朐兄参锛?xì)胞的手段,都屬于植物基因工程的范疇。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(guò)染DNASouthern分析、多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)等方法可檢測(cè)基因轉(zhuǎn)移是否成功。

2.2 最常用的間接轉(zhuǎn)移方式

為了使目的基因順利進(jìn)入受體植物細(xì)胞達(dá)到改變植物基因的計(jì)劃,以病毒或者特定菌作為媒介載體的方式是很常見(jiàn)的,通過(guò)這種方式可以讓目的基因與受體植物基因共同協(xié)作高效表達(dá)。

2.3 近年來(lái)流行的直接轉(zhuǎn)移方式

植物從微觀層面上看通常具有一些特定的生物學(xué)屬性,這種屬性主要體現(xiàn)在細(xì)胞上,利用它以基因槍法、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)可以將目的基因順利植入受體細(xì)胞。

2.4 廣受關(guān)注的新型植物基因工程技術(shù)

在我國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的歷史上,多項(xiàng)農(nóng)作物抗蟲(chóng)病難題的攻克被記載在近兩年,這些成績(jī)的取得大部分依賴于植物抗逆基因工程技術(shù)的實(shí)施。這項(xiàng)技術(shù)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)。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(chóng)、抗病和抗除草劑良種。

2.5 基因工程在提高農(nóng)作物抗蟲(chóng)害能力方面的應(yīng)用

運(yùn)用基因工程技術(shù)提高農(nóng)作物的抗蟲(chóng)害能力在生物科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用很廣,其中最著名的一種抗蟲(chóng)害基因源于蘇云金桿菌。這種桿菌通過(guò)自身分泌的毒蛋白達(dá)到對(duì)農(nóng)作物害蟲(chóng)的抵抗和殺傷功效。將蘇云金桿菌的基因通過(guò)理化或者生物手段與農(nóng)作物基因想融合,可以將這種殺滅害蟲(chóng)的能力賦予農(nóng)作物。當(dāng)害蟲(chóng)在含有殺蟲(chóng)基因的植物上取食時(shí)就會(huì)中毒死亡。目前該基因已被成功地轉(zhuǎn)移到番茄、煙草、棉花、水稻、大豆、甘藍(lán)、三葉草等植物中。因此,這些擁有殺蟲(chóng)基因的作物良種在生產(chǎn)上發(fā)揮作用已是指日可待了。

2.6 基因工程在提高農(nóng)作物抗病能力方面的應(yīng)用

農(nóng)作物發(fā)生大面積病害會(huì)給國(guó)家和民眾帶來(lái)較大的損失,而且病蟲(chóng)害爆發(fā)速度快、短時(shí)間內(nèi)控制很難。因此,提高植物抗病能力是關(guān)鍵性的工作。真菌是農(nóng)作物爆發(fā)病害的最重要原因。除真菌之外,很多病毒細(xì)菌和線蟲(chóng)也是導(dǎo)致農(nóng)作物病害的緣由。在基因工程技術(shù)未引入農(nóng)科領(lǐng)域的時(shí)候,大部分農(nóng)作物防病害是通過(guò)注射疫苗的方式,這種方式耗用人工成本太高。后來(lái),科學(xué)家利用基因轉(zhuǎn)移手段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(duì)病毒的抗性,結(jié)果效果很好。因此,在其他病毒病中也進(jìn)行了類似的研究,如黃瓜花葉病毒、馬鈴落病毒、馬鈴薯病毒、首蓓花葉病毒和大豆花葉病毒等。田間試驗(yàn)結(jié)果表明,移植了煙草花葉病毒外殼蛋白基因的煙草和番茄對(duì)該病毒的防治效果接近90%,在目前這是其他方法無(wú)與倫比的。

2.7 植物細(xì)胞工程的廣泛應(yīng)用

植物體細(xì)胞的遺傳學(xué)信息具有相同的性狀,在進(jìn)行植物育種的時(shí)候,這些體細(xì)胞所分化出的下一代植株擁有與上一代完全相同的遺傳學(xué)特性。這是基于植物細(xì)胞全能性,即每一個(gè)細(xì)胞都具備其全部遺傳信息的特性而得出的結(jié)論。在許多情況下的確如此。在育種實(shí)踐上利用細(xì)胞工程培育抗病蟲(chóng)良種時(shí),具體的做法是在愈傷組織階段向培養(yǎng)基中加選擇壓選擇擾病蟲(chóng)細(xì)胞株。孫立華等人得到了抗白葉枯病水稻細(xì)胞株,凌定厚等人得到了抗胡麻葉斑病水稻品系,張炎等人得到了抗赤霉病小麥無(wú)性系等。近幾年來(lái),國(guó)際分子生物學(xué)研究攻克了一個(gè)又一個(gè)的技術(shù)難題,克隆生物體的一個(gè)結(jié)構(gòu)基因目前的技術(shù)條件下已不十分困難,而要弄清楚這些結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)調(diào)控機(jī)理還需要做長(zhǎng)期艱苦細(xì)致的工作。目前病原物的基因工程有了初步的進(jìn)展,植物抗病性的分子機(jī)制尚缺乏突破,植物基因工程存在著外源基因的穩(wěn)定性。

3 結(jié)語(yǔ)

生物工程技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域隨著研究的深入而越來(lái)越廣泛,尤其是在植物保護(hù)領(lǐng)域所起的作用與日俱增。這些技術(shù)的引入必將使我國(guó)植物生產(chǎn)水平產(chǎn)生一個(gè)質(zhì)的飛躍,加速我國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的進(jìn)程。充分利用各種生物技術(shù),能夠有效地減少高毒害農(nóng)藥的使用,減少這些農(nóng)藥的使用能夠降低其對(duì)環(huán)境的破壞性影響、維護(hù)生物系統(tǒng)的平衡、為國(guó)家可持續(xù)發(fā)展積極貢獻(xiàn)力量。

[1]柳亞孜.植物生物技術(shù)在植物保護(hù)方面的應(yīng)用[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)信息(上半月),2011,(10):80,82.

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[3]袁欽濤.運(yùn)用生物技術(shù)提高食用菌品質(zhì)[J].科技廣場(chǎng),2003,(6):32.