生物技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具體應(yīng)用研究

張建學(xué)

生物技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具體應(yīng)用研究

張建學(xué)

一、生物技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具體應(yīng)用及存在問(wèn)題

1、生物技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具體應(yīng)用

現(xiàn)代生物技術(shù)是一門(mén)集多項(xiàng)頂尖技術(shù)與工程原理、信息科學(xué)等為一體的綜合性學(xué)科。一般來(lái)說(shuō)現(xiàn)代生物技術(shù)主要包括以下七項(xiàng)技術(shù)：基因工程、細(xì)胞工程、酶工程、發(fā)酵工程、蛋白質(zhì)工程、分子標(biāo)記技術(shù)、生物芯片技術(shù)。上述七項(xiàng)技術(shù)彼此之間是相互聯(lián)系，相互滲透的。其中基因工程是核心技術(shù)，它能帶動(dòng)其他技術(shù)的發(fā)展。因此本研究以基因工程在農(nóng)業(yè)中具體應(yīng)用為例進(jìn)行系統(tǒng)研究。

（1）基因工程在植物遺傳改良中的應(yīng)用

我國(guó)基因工程在植物遺傳改良中的應(yīng)用現(xiàn)狀主要包括抗逆作物育種、品質(zhì)改良育種和固氮育種等。例如在轉(zhuǎn)基因水稻新品種培育、轉(zhuǎn)基因玉米新品種培育和轉(zhuǎn)基因棉花的研究與產(chǎn)業(yè)化等方面都取得了較好的成績(jī)。在我國(guó)每年植物因病毒、細(xì)菌及真菌、害蟲(chóng)、雜草、旱寒鹽、高溫等因素給糧食作物、園藝作物及經(jīng)濟(jì)作物造成了巨大的損失。隨著我國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生物技術(shù)的發(fā)展，以上問(wèn)題也正在一步步解決之中。目前我國(guó)已相續(xù)培育并成功推廣種植了一些轉(zhuǎn)基因抗病毒作物、轉(zhuǎn)基因抗細(xì)菌及真菌作物、轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)作物、抗除草劑作物、抗鹽堿作物、抗旱作物、抗寒作物、抗高溫作物等。例如在抗鹽堿作物方面，劉巖、玉慧中等將抗逆基因mtlD和gutD基因轉(zhuǎn)入植物，獲得了煙草、玉米、水稻等植物的耐鹽堿轉(zhuǎn)基因株系；在抗旱作物方面，我國(guó)科學(xué)家把美洲擬碟抗凍蛋白基因轉(zhuǎn)入番茄，得到轉(zhuǎn)基因抗寒番茄。此外我國(guó)還成功培育了煙草、馬鈴薯、黃瓜、番茄等抗病毒作物和將Bt殺蟲(chóng)劑晶體蛋白基因與豇豆胰蛋白酶抑制劑基因復(fù)合在一起的雙價(jià)抗蟲(chóng)棉。在抗逆作物的培育和推廣方面，可以說(shuō)我國(guó)處于世界領(lǐng)先地位。

（2）基因工程在利用農(nóng)作物生產(chǎn)食品中的應(yīng)用

利用基因工程技術(shù)作用于農(nóng)作物生產(chǎn)食品和食品添加劑主要包括三方面：改進(jìn)食品原料的品質(zhì)、改善果蔬采收后的貯藏保鮮性能和開(kāi)發(fā)新型功能性食品。利用基因工程技術(shù)可對(duì)植物的蛋白質(zhì)、油脂、淀粉、糖類(lèi)、維生素等品質(zhì)性狀進(jìn)行改良，也可延長(zhǎng)果實(shí)儲(chǔ)存期和改良食品風(fēng)味。

2、生物技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中存在的問(wèn)題

（1）生物技術(shù)研究方面存在的問(wèn)題

首先，基礎(chǔ)研究比較薄弱。其主要原因：一是由于基礎(chǔ)研究的直接性和可見(jiàn)性成果不是很顯著，所以很多科研人員不愿意扎深根認(rèn)真從事基礎(chǔ)理論的研究；二是由于絕大多數(shù)人都沒(méi)有認(rèn)識(shí)到基礎(chǔ)研究的重要性、基礎(chǔ)性和長(zhǎng)遠(yuǎn)性，所以我國(guó)在基礎(chǔ)研究方面的投入更是微乎其微。由此可知我國(guó)在基礎(chǔ)研究方面無(wú)論是其重視程度還是資金投入和相關(guān)政策體制都存在很多問(wèn)題。

其次，應(yīng)用研究還很欠缺。一方面是由于基礎(chǔ)理論研究的薄弱決定了基礎(chǔ)應(yīng)用研究的緩慢發(fā)展。同時(shí)基礎(chǔ)應(yīng)用研究自身也存在很多問(wèn)題。比如在植物基因工程育種方面存在如下問(wèn)題：分離植物目的基因困難，導(dǎo)入外源基因的過(guò)程及其控制較為復(fù)雜。還有基因工程、細(xì)胞工程、酶工程、發(fā)酵工程、蛋白質(zhì)工程、分子標(biāo)記技術(shù)和生物芯片等現(xiàn)代生物技術(shù)各分支領(lǐng)域的結(jié)合度不高。

第三，某些前沿領(lǐng)域的研究相對(duì)滯后。雖然我國(guó)在轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉、轉(zhuǎn)基因水稻及家蠶基因方面處于國(guó)際領(lǐng)先地位，也參與了一些國(guó)際重大的基因組破譯計(jì)劃。但是我國(guó)所真正擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)的專(zhuān)項(xiàng)領(lǐng)域還是比較少的。這主要是由于我國(guó)的生物技術(shù)前沿領(lǐng)域研究較美歐等發(fā)達(dá)國(guó)家相對(duì)滯后。比如說(shuō)在生物固氮領(lǐng)域研究得不夠深入，影響轉(zhuǎn)基因效率的各種因素、植物光合作用機(jī)理等重大問(wèn)題的研究尚未突破，特別是生物技術(shù)與信息技術(shù)、神經(jīng)科學(xué)等學(xué)科的交叉綜合研究還沒(méi)有引起足夠的重視。

（2）生物技術(shù)應(yīng)用所導(dǎo)致的一些問(wèn)題

首先，對(duì)生態(tài)的負(fù)面影響。現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，為我們解決了許多重大的環(huán)保問(wèn)題，同時(shí)也研發(fā)出了不少的新型高效環(huán)保產(chǎn)品。但是不可否認(rèn)，由于其技術(shù)本身的發(fā)展歷程和科學(xué)技術(shù)在大自然面前的卑微，生物技術(shù)的應(yīng)用也可能引發(fā)一些新的環(huán)境問(wèn)題。此外隨著全球未來(lái)人口數(shù)量的繼續(xù)增加，利用抗逆作物轉(zhuǎn)基因品種擴(kuò)大農(nóng)業(yè)耕地面積的同時(shí)，氮素等農(nóng)業(yè)資源的使用量也隨之加大，造成氮素等礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)生物化學(xué)循環(huán)的改變，對(duì)水體的富營(yíng)養(yǎng)化可能具有潛在的促進(jìn)效應(yīng)，產(chǎn)生不利于人類(lèi)和動(dòng)植物生存和可持續(xù)發(fā)展的不利后果?？梢?jiàn)，生物技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用也可能引起降低生物多樣性程度、改變土壤結(jié)構(gòu)、污染環(huán)境等導(dǎo)致生態(tài)失衡的一系列問(wèn)題。

其次，對(duì)食物安全的影響。轉(zhuǎn)基因食品的安全性問(wèn)題是潛在性的。主要表現(xiàn)在三方面：一是轉(zhuǎn)基因食品的毒性問(wèn)題。在這方面，目前只有一些相關(guān)的試驗(yàn)報(bào)道，尚無(wú)人體的研究報(bào)告。研究者用轉(zhuǎn)基因食物喂養(yǎng)大鼠，結(jié)果有的試驗(yàn)顯示大鼠的免疫系統(tǒng)受到破壞，有的試驗(yàn)顯示對(duì)大鼠沒(méi)有影響。二是轉(zhuǎn)基因食品的過(guò)敏反應(yīng)問(wèn)題。假如供體基因的作物具有使某一部分人產(chǎn)生過(guò)敏的過(guò)敏源，那么將此作物的基因轉(zhuǎn)移到其他作物，這種轉(zhuǎn)基因作物便具有引發(fā)過(guò)敏的能力。三是轉(zhuǎn)基因食品中的標(biāo)記基因?qū)股氐牡挚棺饔脝?wèn)題。在這方面，相關(guān)研究顯示可能性是比較小的，但是我們也不容忽視。

（3）人才緊缺

根據(jù)孟弘等人在《對(duì)我國(guó)生物技術(shù)人才問(wèn)題的幾點(diǎn)思考》一文中介紹據(jù)2012年統(tǒng)計(jì)，我國(guó)設(shè)生物科學(xué)、生物技術(shù)和生物工程三大專(zhuān)業(yè)的高校已從2011年的978所上升至1058所，招生人數(shù)在2011年就超過(guò)8萬(wàn)人。目前估計(jì)我國(guó)生物專(zhuān)業(yè)在校生總?cè)藬?shù)不低于45萬(wàn)，每年畢業(yè)的人數(shù)5—7萬(wàn)。估計(jì)到2020年，我國(guó)培養(yǎng)的生物專(zhuān)業(yè)大學(xué)畢業(yè)生總數(shù)不少于40萬(wàn)，我國(guó)生物技術(shù)發(fā)展已經(jīng)具有了很好的技術(shù)人才儲(chǔ)備?？芍覈?guó)生物技術(shù)方面人才的儲(chǔ)備還是很充足?？墒侨匀淮嬖谝韵聠?wèn)題：一方面人才培養(yǎng)的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上人才的需求量；另一方面從國(guó)外引進(jìn)的農(nóng)業(yè)生物技術(shù)高端人才更是稀缺。還有我們國(guó)家派出到國(guó)外學(xué)習(xí)借鑒的人才也顯得不足。同時(shí)在我國(guó)，培養(yǎng)既懂科研技術(shù)，也知道生產(chǎn)和市場(chǎng)動(dòng)向的復(fù)合型人才體系尚未建立。此外食品安全評(píng)估體系人才的培養(yǎng)方案和模式的構(gòu)建尚未提上議事日程。再者雖然我國(guó)生物技術(shù)人才的儲(chǔ)備已經(jīng)很充足了，但是這些從高校培養(yǎng)出來(lái)的生物技術(shù)人才其畢業(yè)后從事農(nóng)業(yè)生物技術(shù)方面工作的人占整個(gè)生物技術(shù)領(lǐng)域的比重比較小。

二、改進(jìn)生物技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中采取的措施

1、加強(qiáng)農(nóng)業(yè)生物技術(shù)的研究

（1）加強(qiáng)生物技術(shù)的基礎(chǔ)研究

由于現(xiàn)代生物技術(shù)涉及的領(lǐng)域廣、范圍寬。所以，針對(duì)我國(guó)在農(nóng)業(yè)生物技術(shù)基礎(chǔ)理論研究方面的薄弱，我們應(yīng)該繼續(xù)加強(qiáng)分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、微生物學(xué)、免疫生物學(xué)、人體生理學(xué)、動(dòng)物生理學(xué)、植物生理學(xué)、微生物生理學(xué)、生物化學(xué)、生物物理學(xué)、遺傳學(xué)等生物科學(xué)基礎(chǔ)理論的研究，同時(shí)也要加強(qiáng)與生物技術(shù)緊密相關(guān)的化學(xué)、化學(xué)工程學(xué)、數(shù)學(xué)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等基礎(chǔ)理論的研究。

（2）注重生物技術(shù)的應(yīng)用研究

在生物技術(shù)領(lǐng)域，基礎(chǔ)理論研究的目的是為了更好的服務(wù)于基礎(chǔ)應(yīng)用的研究。所以我們必須將基礎(chǔ)理論的研究與基因工程、細(xì)胞工程、酶工程、發(fā)酵工程、蛋白質(zhì)工程、分子標(biāo)記技術(shù)和生物芯片等現(xiàn)代生物技術(shù)的基礎(chǔ)應(yīng)用研究相結(jié)合，進(jìn)行緊密而系統(tǒng)的研究。進(jìn)而將這些基礎(chǔ)理論與基礎(chǔ)應(yīng)用的研究同計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息科學(xué)和微電子技術(shù)等相結(jié)合而后應(yīng)用于生物技術(shù)育種、生物飼料、基因工程疫苗和功能性食品的開(kāi)發(fā)等農(nóng)業(yè)生物技術(shù)重大領(lǐng)域的研發(fā)。從基因組測(cè)序的研究轉(zhuǎn)向基因功能探測(cè)和蛋白質(zhì)功能探測(cè)的研究。例如，在生物固氮方面，在我國(guó)農(nóng)區(qū)的布局上，氮含量高的區(qū)域?qū)嵭卸埂⒑獭⒔?jīng)濟(jì)作物間套輪作，可緩解和排除氨阻遏的障礙，發(fā)揮根瘤菌的固氮作用，實(shí)現(xiàn)兩種作物互惠和高產(chǎn)；在有條件的草地發(fā)展一定面積的豆、禾、牧草混播種植制度。

2、采取措施避免應(yīng)用生物技術(shù)所導(dǎo)致的負(fù)面影響

（1）現(xiàn)代性與傳統(tǒng)性相結(jié)合

除了加強(qiáng)生物技術(shù)本身的研究、完善相關(guān)體制與法規(guī)、加大人才培養(yǎng)和資金投入以解決生物技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中所帶來(lái)的一些不良后果、環(huán)境問(wèn)題等，我們還應(yīng)該把農(nóng)業(yè)生物技術(shù)的應(yīng)用與生態(tài)學(xué)相結(jié)合，把生物技術(shù)育種與傳統(tǒng)育種相結(jié)合，把生物技術(shù)作物種植、養(yǎng)殖與傳統(tǒng)作物種植、養(yǎng)殖相結(jié)合。做到充分利用現(xiàn)代高科技術(shù)的同時(shí)，又順應(yīng)大自然本身的發(fā)展規(guī)律。

（2）建立健全轉(zhuǎn)基因食品安全評(píng)估體系

針對(duì)轉(zhuǎn)基因食品對(duì)我們?nèi)梭w健康的影響是潛在的和隱性的，我國(guó)應(yīng)建立健全轉(zhuǎn)基因食品安全評(píng)估體系。為此，我們要確立科學(xué)客觀的評(píng)價(jià)原則，既不能以偏概全，夸大威脅，也不能漠然視之，回避轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品可能存在的潛在危險(xiǎn)。應(yīng)投專(zhuān)款、定專(zhuān)人，將安全性問(wèn)題設(shè)立為一項(xiàng)重要課題。從食品安全、生態(tài)安全著手，實(shí)事求是地個(gè)案評(píng)估，作出科學(xué)的評(píng)價(jià)，盡快制訂和完善國(guó)家生物安全管理的法律、法規(guī)體系。使轉(zhuǎn)基因食品的安全評(píng)估落到實(shí)處，使老百姓對(duì)轉(zhuǎn)基因食品買(mǎi)得放心、用得安心。一方面我們要科學(xué)合理地應(yīng)用生物技術(shù)，建立健全相應(yīng)的法律、法規(guī)體系和管理機(jī)構(gòu)，加強(qiáng)轉(zhuǎn)基因生物的進(jìn)出口管理。另一方面我們要加強(qiáng)、擴(kuò)大科普宣傳，提高全民對(duì)轉(zhuǎn)基因食品的安全意識(shí)。

3、加大人才的培養(yǎng)

我們不僅要加強(qiáng)農(nóng)業(yè)生物技術(shù)研發(fā)人才的培養(yǎng)，以彌補(bǔ)我國(guó)農(nóng)業(yè)生物技術(shù)科研力量的薄弱。同時(shí)我們還要在有機(jī)會(huì)的科研院所、生物技術(shù)公司派出一部分科研人員到國(guó)外學(xué)習(xí)、借鑒。對(duì)沒(méi)有機(jī)會(huì)的科研院所、生物技術(shù)公司，也要爭(zhēng)取創(chuàng)造機(jī)會(huì)選派有關(guān)人員到國(guó)外學(xué)習(xí)和借鑒。當(dāng)然我們還需要從國(guó)外引進(jìn)農(nóng)業(yè)生物技術(shù)方面的高端人才。特別是注意培養(yǎng)既懂科研技術(shù)，也知道生產(chǎn)和市場(chǎng)動(dòng)向的復(fù)合型人才。還有食品安全評(píng)估體系人才的培養(yǎng)也是其重要的一方面。此外相關(guān)機(jī)構(gòu)部門(mén)應(yīng)該出臺(tái)一系列鼓勵(lì)、支持的政策和措施，以便更多的生物技術(shù)人才更好地為農(nóng)業(yè)生物技術(shù)效力和服務(wù)。

（作者單位：安平縣農(nóng)牧局）