基因工程技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用與進(jìn)展

李彪

摘 要：基因工程（Genetic Engineering）是簡(jiǎn)易的基因拼接技術(shù)和DNA重組技術(shù)。基因工程可以闡述為是在分子水平上或是利用分子技術(shù)對(duì)基因進(jìn)行改造和編輯，通過(guò)微觀操作，按照人們的意愿定向的改造和優(yōu)化動(dòng)植物的應(yīng)用和實(shí)用價(jià)值的技術(shù)。利用體外重組技術(shù)將外源基因?qū)霐M選定的受體細(xì)胞內(nèi)，使目標(biāo)基因能在靶細(xì)胞內(nèi)按照人們的意愿進(jìn)行表達(dá)和修飾的操作?；蚬こ淘卺t(yī)學(xué)、農(nóng)學(xué)、生物學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域已得到廣泛的應(yīng)用和快速發(fā)展，比如在改善珍貴的糧食作物， 增強(qiáng)植物抗性、適應(yīng)性等遺傳育種等方面的使用越來(lái)越重要?；蚬こ碳夹g(shù)在植物、動(dòng)物和微生物中應(yīng)用都非常廣泛。然而目前的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀很大程度上顯示基因工程在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用越來(lái)越重要，發(fā)展也相當(dāng)迅速。因此，特此基因工程在農(nóng)業(yè)方面的的應(yīng)用現(xiàn)狀及研究進(jìn)展。本綜述旨在闡述基因工程技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中尤其對(duì)植物生物活性物質(zhì)產(chǎn)生受基因工程技術(shù)的修飾和改造方面的研究。簡(jiǎn)述了在植物育種中應(yīng)用基因工程進(jìn)行改良農(nóng)作物或如何提高植物藥用價(jià)值和農(nóng)作物產(chǎn)量等的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè);植物;農(nóng)作物;微生物

1引言

中國(guó)是世界上主要的糧食作物生產(chǎn)國(guó)之一，并且是世界上人口最多的大國(guó)。不僅是中國(guó)人對(duì)糧食的需求巨大，世界各國(guó)對(duì)糧食的需求都特別大，糧食直接決定人的生死，目前在非洲很多國(guó)家的人民還飽受饑餓之苦，因此如何提高糧食產(chǎn)量，如何在艱苦的環(huán)境中也能生產(chǎn)糧食，是過(guò)去和目前全世界都面臨的難題[1]?；蚬こ碳夹g(shù)產(chǎn)生近百年以來(lái)在多個(gè)領(lǐng)域，如醫(yī)學(xué)、農(nóng)學(xué)方面取得巨大突破。然而，該技術(shù)如何提高糧食作物產(chǎn)量和給人類帶來(lái)良好收益呢？該技術(shù)如何應(yīng)用于農(nóng)學(xué)生產(chǎn)和人們的生活中呢，這也是我們應(yīng)該思考的問(wèn)題?；蚬こ碳夹g(shù)能在很大程度上提高農(nóng)作物品質(zhì)，通過(guò)基因工程技術(shù)能改良植物品種，如提高植物的抗逆境、抗蟲(chóng)、抗病害等都有很大的作用。從環(huán)保方面和生物方面解決了很多社會(huì)面臨的問(wèn)題 [2]。

2基因工程技術(shù)的簡(jiǎn)述

基因工程技術(shù)，是在基因水平及分子微觀方向上對(duì)DNA和蛋白質(zhì)等按人們的意愿進(jìn)行操作的方法和技術(shù)，利用與工程設(shè)計(jì)相似的方法，將人們推測(cè)或已驗(yàn)證的具有某種功能的遺傳物質(zhì)，也即目的基因（具有功能的DNA片段）經(jīng)過(guò)PCR等技術(shù)在體外條件下，進(jìn)行剪切、重組，再拼接重組后把的基因（重組NDA），通過(guò)載體和一定的技術(shù)如電擊法和熱激法德國(guó)技術(shù)將其導(dǎo)入選定的受體細(xì)胞中，進(jìn)行大量的擴(kuò)增。通過(guò)表達(dá)載體，使目的基因在受體細(xì)胞中高效的按照人們的意愿進(jìn)行表達(dá)，產(chǎn)生出符合人類需要的物質(zhì)或產(chǎn)生出成新的生物品種[3]。目前在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)研究中應(yīng)用比較多的有RAPD、AFLP等技術(shù)。據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)顯示，用農(nóng)桿菌介導(dǎo)法將目的基因基因轉(zhuǎn)入植物中，并通過(guò)GUS基因和GFP基因的進(jìn)行追蹤目的基因的表達(dá)情況。這個(gè)方法主要通過(guò)根癌農(nóng)桿菌介導(dǎo)的方法遺傳轉(zhuǎn)化植物，方法簡(jiǎn)單、快捷并且高效，利于基因工程技術(shù)的利用和發(fā)揮作用。

3基因工程在植物中的研究進(jìn)展

3.1 中藥材的藥用及品質(zhì)中的應(yīng)用

中藥材主要來(lái)源于植物，如當(dāng)歸、黨參、半夏、天麻以及杜仲等。目前國(guó)內(nèi)外很多研究人員均對(duì)中藥材開(kāi)展了研究，目前最具影響力的青蒿素的發(fā)現(xiàn)和純化在很大程度上也與基因工程有聯(lián)系。在很多研究方面都要運(yùn)用到基因工程，如在貴州三寶中杜仲的研究就充分利用了基因工程技術(shù)對(duì)其藥用成分的提純、分析和改造。并且還利用了DNA分子標(biāo)記技術(shù)，揭示杜仲和花椒以及小黃姜等的遺傳變異規(guī)律;分析和鑒定杜仲和半夏種質(zhì)資源的親緣關(guān)系、進(jìn)化、起源以及分類等方面都起到了巨大的作用。并且Matsumotoetal[4]運(yùn)用RFLP技術(shù)對(duì)日本綠茶栽培種和463個(gè)本地茶樹(shù)的遺傳分化進(jìn)行分析， 表明綠茶栽培種和本地茶樹(shù)具有相同的起源，這些均體現(xiàn)了基因工程技術(shù)的應(yīng)用及其廣泛和重要。

3.2 利用基因工程對(duì)基因進(jìn)行分離克隆與轉(zhuǎn)化

基因的發(fā)現(xiàn)在基因的利用和種質(zhì)品種的應(yīng)用中是至關(guān)重要的一步。如今基因的分離技術(shù)多種多樣，如對(duì)某物種進(jìn)行基因組和轉(zhuǎn)錄組的測(cè)序后，從中采用生物信息學(xué)分析和篩選出人們需要的基因，然后利用引物設(shè)計(jì)等將目的基因記性分離與克隆。初步完成是植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)的首要步驟，如目前已經(jīng)從查實(shí)中克隆的到兒茶素有關(guān)代謝的關(guān)鍵基因， 在杜仲中克隆到有關(guān)杜仲藥用成分相關(guān)的基因等[5]?？寺〉侥康幕蚝?，通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù)將其遺傳轉(zhuǎn)化到目標(biāo)植物中進(jìn)行功能的驗(yàn)證和分析，目前研究相當(dāng)透徹的有植物的擬南芥以及生活中常見(jiàn)的煙草等。根癌農(nóng)桿菌結(jié)合基因槍的使用有助于提高基因遺傳轉(zhuǎn)化的效率，并且該技術(shù)簡(jiǎn)單、高校具有成熟的遺傳轉(zhuǎn)化體系。

4利用基因工程技術(shù)改良和提高農(nóng)作物品種

植物品種對(duì)生產(chǎn)生活至關(guān)重要，基因工程技術(shù)在提高和改良植物品種的應(yīng)用中顯得至關(guān)重要。如雜交水稻之父袁隆平就充分利用了基因工程技術(shù)為解決世界人口用糧食的困難，每年給大米的增收提供了客觀的價(jià)值。利用基因工程技術(shù)提高了水稻的抗旱、抗低溫、抗病蟲(chóng)都得到了顯著的效果。除此之外，很多科學(xué)家還利用基因工程技術(shù)解決了蔬菜、重要和生活環(huán)境中植物的生存問(wèn)題。利用組培和快繁技術(shù)挽救了很多瀕危物種。

5展望

我國(guó)是世界上的農(nóng)業(yè)大國(guó)之一，但糧食的需求和生產(chǎn)仍是我國(guó)甚至是世界面臨的難題。我們應(yīng)著力往基因工程新技術(shù)的開(kāi)發(fā)和利用，為解決世界吃飯問(wèn)題生存問(wèn)題多做努力，為把我國(guó)科技提高到一個(gè)新臺(tái)階而努力。同時(shí)要充分利用世界基因工程技術(shù)和生物技術(shù)迅猛發(fā)展的時(shí)機(jī)，重視農(nóng)業(yè)生物技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，不斷探索其在作物育種中和品質(zhì)改良的應(yīng)用，促進(jìn)我國(guó)傳農(nóng)業(yè)的磅礴發(fā)展和農(nóng)作物更大化的生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)我國(guó)農(nóng)業(yè)“高產(chǎn)高質(zhì)高效”的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，進(jìn)一步提升和加強(qiáng)我國(guó)農(nóng)作物和生物技術(shù)的國(guó)際地位及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

參考文獻(xiàn)：

[1] Li X W， Feng Z G， Yang H M， et al. A nolve cold- regulated gene from Camellia sinensis， CsCOR1， enhancessalt and dehydrationtolerance in tobacco[J]. Biochemical and Biophysical Research Communications，2010，394（2）：354-359.

[2] Matsuura T，Kakuda T.Effects of precursor，temperature，andillumination on theanine accumulation in tea callus [J].Agric Biol Chem，1990，54（9）：2283- 2286.

[3] 劉東曉. 茶樹(shù)CsCBF2轉(zhuǎn)基因煙草的非生物脅迫耐受性分析[D].信陽(yáng)師范學(xué)院，2017.

[4] 左濤. 楊樹(shù)兒茶素合成相關(guān)基因DFR和LAR的克隆與功能初步分析[D].北京林業(yè)大學(xué)，2016.

[5] Matsumoto S，Kiriiwa Y，Takeda Y，Differention of Japanese green tea cultivars as revealed by RFLP analysis of phenylalianline ammonia- lyase DNA[J].Theor Appl Genet.2002，104：998- 1002.