淺談植物科學(xué)與農(nóng)業(yè)發(fā)展

王瀟龍 徐芯雨 從志洋

摘要：在當(dāng)下的高速工業(yè)化、城市化的進(jìn)程中，農(nóng)業(yè)的發(fā)展不可輕視，反而更應(yīng)該加以重視，應(yīng)當(dāng)利用已取得的先進(jìn)學(xué)術(shù)成果和技術(shù)成果反哺到農(nóng)業(yè)的發(fā)展中，進(jìn)而保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的穩(wěn)定、持續(xù)、高產(chǎn)、安全，因為農(nóng)業(yè)，這個千百年來人類生存的發(fā)展基礎(chǔ)，它小可以關(guān)系到個人的溫飽，大到國家根本甚至人類的生存發(fā)展，因此在這個人類歷史文明從未有過的高速發(fā)展的時代，要讓農(nóng)業(yè)的發(fā)展緊跟時代步伐！而要想讓農(nóng)業(yè)的發(fā)展“不掉隊”，那就需要植物科學(xué)來貢獻(xiàn)一定的力量，所以，本文將在植物科學(xué)和農(nóng)業(yè)發(fā)展這兩個板塊的基礎(chǔ)上展開一定的討論，也將適當(dāng)舉例說明。

關(guān)鍵詞：植物科學(xué)、農(nóng)業(yè)發(fā)展、生物技術(shù)、抗逆性、抗凍性

1、植物科學(xué)的本質(zhì)及基本研究目的

1.1、植物科學(xué)的主要任務(wù)是了解和揭示植物世界各級生活的客觀規(guī)律，包括結(jié)構(gòu)、功能和生長。

1.2、還要了解植物發(fā)育、進(jìn)化、分布及其與環(huán)境的相互作用等規(guī)律。充分了解植物在自然界中的平衡調(diào)節(jié)作用，優(yōu)化人類的生存環(huán)境，為當(dāng)下“綠水青山就是金山銀山”的生態(tài)理念而做出相應(yīng)的貢獻(xiàn)。

1.3、從客觀角度進(jìn)行分類，可分為：植物生理學(xué)、植物細(xì)胞學(xué)、植物遺傳學(xué)、植物化學(xué)等，強(qiáng)化了人類對植物的多方面認(rèn)識，并有利于人類對某些植物或整個植物界進(jìn)行深入了解和研究，而后將取得的成果通過不同的技術(shù)手段加以應(yīng)用，從而更好地解決人類的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活中所遇到的問題，從而不斷地促進(jìn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的提升，不斷夯實人類發(fā)展的基礎(chǔ)，為工業(yè)、服務(wù)業(yè)和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)及其他第三產(chǎn)業(yè)提供強(qiáng)有力的保障。

由于，地球的歷史遠(yuǎn)遠(yuǎn)早于人類的歷史，植物的好多物種應(yīng)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(tǒng)的復(fù)雜性和多樣性也并非幾句話可以概括，因此，植物學(xué)是一把打開植物界潛在科學(xué)價值大門的一把金鑰匙，植物學(xué)的發(fā)展還會長久的繼續(xù)下去，人類對植物科學(xué)的研究任重而道遠(yuǎn)！

2、世界農(nóng)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及對未來發(fā)展的要求

根據(jù)《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(lián)合國糧農(nóng)組織的數(shù)據(jù)顯示，全球主要糧食作物的年增產(chǎn)量已經(jīng)停滯不前，對化肥的使用已經(jīng)達(dá)到臨界點(diǎn)，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(dāng)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(fā)對人類農(nóng)業(yè)的影響。

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

因此，農(nóng)業(yè)要取得進(jìn)一步的發(fā)展，其產(chǎn)業(yè)的升級變革是必然趨勢。

依據(jù)當(dāng)下農(nóng)業(yè)的發(fā)展變化看，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)形成一種趨勢，例如：健康農(nóng)業(yè)、有機(jī)農(nóng)業(yè)、垂直農(nóng)業(yè)、綠色農(nóng)業(yè)、循環(huán)農(nóng)業(yè)、觀光農(nóng)業(yè)等等。上述舉例大體可以分為規(guī)模化農(nóng)業(yè)、新型農(nóng)業(yè)主體、高科技農(nóng)業(yè)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(nóng)業(yè)也必須順應(yīng)時代發(fā)展的潮流，向著規(guī)?；?、高效化、高產(chǎn)化、可持續(xù)化的方向不斷發(fā)展，其相應(yīng)的科學(xué)技術(shù)及相關(guān)的研究領(lǐng)域也會向上述四個方面靠攏。

3、帶動農(nóng)業(yè)“工業(yè)革命”的“蒸汽機(jī)”——生物技術(shù)

3.1、生物技術(shù)的作用

植物學(xué)的不斷進(jìn)步和發(fā)展壯大，生物技術(shù)可以說是這其中的“大功臣”。這既要求生物技術(shù)能跟上植物學(xué)研究的方向與進(jìn)度，還要能實際操作應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)之中。生物技術(shù)并非只是簡單的“生物技術(shù)”這四個字，它還有些“兄弟姐妹”，如：轉(zhuǎn)基因技術(shù)、生物信息技術(shù)、植物分子生物學(xué)技術(shù)等等。也別小瞧了他的“兄弟姐妹”，它們在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中得到發(fā)展和應(yīng)用，為農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)研究和遺傳育種提供了技術(shù)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(xué)和農(nóng)業(yè)發(fā)展這兩大板塊之間，生物技術(shù)是一座必不可少的溝通橋梁，它是人類將“成果”轉(zhuǎn)化為“果實”的轉(zhuǎn)換器。

3.2、生物技術(shù)應(yīng)用案例

我國科學(xué)工作者培育的轉(zhuǎn)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(dá)產(chǎn)物毒蛋白能夠抗蟲。這是其通過限制性內(nèi)切酶切割特定的DNA序列，然后以質(zhì)粒為載體將其轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(nèi)毒素的伴孢晶體，該晶體是一種蛋白質(zhì)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(fā)生毒性，致其死亡。

最終實現(xiàn)，棉花的抗逆性大大增強(qiáng)，在減少農(nóng)藥使用的同時，還確保了棉花的產(chǎn)量。

4、關(guān)于農(nóng)業(yè)發(fā)展與植物科學(xué)、生物技術(shù)相結(jié)合并提升抗凍性的猜想

4.1、低溫凍害對植物來說是嚴(yán)重的自然災(zāi)害，是限制植物自然分布和栽培區(qū)帶的主要因素，低溫影響植物的生長代謝，引起植物相關(guān)生理指標(biāo)變化，導(dǎo)致植物受到傷害、減產(chǎn)，嚴(yán)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(chǎn)量是非常必要的。植物對低溫脅迫的適應(yīng)性和抵抗能力，既受到系統(tǒng)發(fā)育的遺傳基因所控制，又受到個體發(fā)育中生理生態(tài)所制約。

特別是對于在熱帶、亞熱帶地區(qū)的植物、農(nóng)作物而言，增強(qiáng)植物的抗凍性，是減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)損失的重要方法之一！

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

在晝夜溫差很大的地區(qū)，植物通常具有千蹄的墊狀形態(tài)，由于無數(shù)莖的繁密排列，使得在墊狀物內(nèi)部保持著一定的水分和均勻的溫度，結(jié)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(nèi)部的溫度則較室氣中的溫度為低。

因此，可將墊狀植物內(nèi)決定植株形態(tài)的基因剪輯，并將其移入目標(biāo)植物中，而后將進(jìn)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(jìn)行抗寒抗凍性對照實驗，統(tǒng)計實驗結(jié)果并得出其抗凍能力的強(qiáng)弱。得出相關(guān)的抗凍性數(shù)據(jù)后根據(jù)不同的抗凍能力的需求以及抗凍性的增強(qiáng)是否對其他性狀有較大干擾或影響，可進(jìn)行后續(xù)實驗。

4.3、猜想2：將具有休眠性的植株體內(nèi)的“休眠”基因，轉(zhuǎn)入耐寒性、抗凍性較差的植株體內(nèi)看其是否能增強(qiáng)抗凍性。

這就像是人類這個“家長”，為了強(qiáng)制要求植物“孩子”改變了它的“生活習(xí)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(jìn)入休眠狀態(tài)。這時細(xì)胞間斷絕聯(lián)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(diào)控后，進(jìn)入休眠狀態(tài)后，自由水的比例大大降低。在次年春天氣溫回升時觸發(fā)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(nèi)自由水因低溫影響，迅速結(jié)為冰棱或冰刺后刺傷植物或作物內(nèi)部細(xì)胞，形成間接保護(hù)，使得植物或作物具備一定的應(yīng)對氣溫驟降的自我保護(hù)能力。

5、結(jié)束語

植物學(xué)前沿領(lǐng)域的迅猛發(fā)展，必然要求不斷吸收和借鑒其它學(xué)科的先進(jìn)技術(shù)和手段并加以改進(jìn)，以發(fā)展適應(yīng)其自身特點(diǎn)的新技術(shù)和新方法，而這些方法又被進(jìn)一步應(yīng)用到農(nóng)業(yè)科研和生產(chǎn)中。

因此，為了植物科學(xué)和農(nóng)業(yè)發(fā)展的更好結(jié)合，未來，植物科學(xué)與農(nóng)業(yè)發(fā)展應(yīng)在生物技術(shù)和其他前沿技術(shù)的銜接支持下，齊頭并進(jìn)，發(fā)展到新的高度，造福于世界人民！

參考文獻(xiàn)：

[1]《談中國植物科學(xué)基礎(chǔ)研究與農(nóng)業(yè)發(fā)展》溫明章*，陳越，谷瑞升，羅晶，杜生明 ?國家自然科學(xué)基金委員會生命科學(xué)部，北京 100085

[2]《談中國植物科學(xué)基礎(chǔ)研究與農(nóng)業(yè)發(fā)展》盧 露 （荊楚理工學(xué)院 湖北荊門 448000）

作者簡介：王瀟龍（2001年10月），男，漢族，山東濟(jì)南，?？疲錆h工程科技學(xué)院。