生物技術(shù)在吉林省農(nóng)業(yè)種植中的應(yīng)用探討

摘 要 生物技術(shù)在農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程中發(fā)揮著重要作用，如有助于解決糧食安全問題、緩解資源環(huán)境壓力、改善生態(tài)環(huán)境等。吉林省是我國重要的農(nóng)業(yè)大省，但當(dāng)前吉林省農(nóng)業(yè)種植中對于生物技術(shù)的應(yīng)用仍存在一些問題。為進(jìn)一步促進(jìn)生物技術(shù)在吉林省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，分析現(xiàn)階段當(dāng)?shù)卦谏锓乐渭夹g(shù)應(yīng)用、微生物肥料開發(fā)、生物農(nóng)藥創(chuàng)制及生物育種人才培養(yǎng)等多方面存在的問題，并提出拓展生物防治技術(shù)應(yīng)用范圍、建立菌種資源庫、優(yōu)化農(nóng)藥配方及加強(qiáng)人才培養(yǎng)等應(yīng)對措施。

關(guān)鍵詞 農(nóng)業(yè)種植；生物技術(shù)；微生物肥料；生物農(nóng)藥；吉林省

中圖分類號：S188 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：C DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2024.14.025

隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的迅猛發(fā)展，其在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。作為我國重要的農(nóng)業(yè)大省，吉林省農(nóng)業(yè)發(fā)展中高效應(yīng)用生物技術(shù)，對于提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率、保障糧食安全具有重要意義。

1 吉林省農(nóng)業(yè)概況及主要生物技術(shù)類型

吉林省是我國重要的農(nóng)業(yè)大省，其農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科研水平居全國前列。近年來，吉林省大力發(fā)展現(xiàn)代生物技術(shù)，積極推動其在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用和創(chuàng)新，在提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率、提升農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)、保障糧食安全等方面發(fā)揮了重要作用[1-2]。在作物育種方面，利用分子標(biāo)記輔助選擇、誘變育種等技術(shù)，結(jié)合常規(guī)育種方法，加快了優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、多抗農(nóng)作物品種的選育進(jìn)程，培育了一批適應(yīng)吉林省氣候條件的玉米、水稻、大豆等品種。在動物繁育領(lǐng)域，采用分子育種、基因組選擇等現(xiàn)代生物技術(shù)，有效改善了畜禽品種的遺傳性能，提高了養(yǎng)殖效率。此外，生物防治技術(shù)的應(yīng)用，如利用茯苓、木霉等有益微生物防控農(nóng)作物病蟲害，減少了化學(xué)農(nóng)藥使用量，對于發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)具有積極意義。吉林省還大力發(fā)展設(shè)施農(nóng)業(yè)，利用現(xiàn)代生物技術(shù)優(yōu)化、調(diào)控生產(chǎn)環(huán)境，延長農(nóng)作物生長期，提高農(nóng)作物單位面積產(chǎn)量?？傊?，吉林省通過綜合運(yùn)用生物技術(shù)，加快了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展步伐，為保障糧食安全、促進(jìn)農(nóng)民增收、推動農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。

2 生物技術(shù)在吉林省農(nóng)業(yè)種植中應(yīng)用存在的問題

2.1 生物防治技術(shù)應(yīng)用不足

吉林省在推動生物防治技術(shù)應(yīng)用方面取得了一定進(jìn)展，但受諸多因素影響，其應(yīng)用范圍仍然較為有限。以吉林省應(yīng)用較為廣泛的蘇云金芽胞孢菌及其制劑為例，其對使用時(shí)機(jī)和環(huán)境條件要求較高，如需要在玉米幼苗期使用，且對溫度、濕度較為敏感，許多農(nóng)戶難以精準(zhǔn)把控使用窗口期，導(dǎo)致農(nóng)作物病蟲害防治效果不理想。此外，生物防治過程涉及農(nóng)作物、病原菌、拮抗生物間的多重互作，如吉林省大豆根際拮抗放線菌與大豆根瘤菌間存在生態(tài)位競爭，寄主專一性強(qiáng)，開發(fā)廣譜、高效的生防制劑難度較大，在一定程度上制約了生物防治技術(shù)的推廣應(yīng)用。

2.2 微生物肥料菌種庫建設(shè)滯后

微生物肥料是利用微生物的生物學(xué)功能，促進(jìn)植物養(yǎng)分吸收、提高土壤肥力的一類生物肥料，在吉林省農(nóng)業(yè)種植中具有廣闊的應(yīng)用前景。目前，吉林省已從土壤、植物根際等生態(tài)環(huán)境中分離鑒定出一批具有固氮、解磷、產(chǎn)生植物生長促進(jìn)物質(zhì)等功能的菌株，初步建立了一定規(guī)模的微生物種質(zhì)資源庫，并篩選了一些應(yīng)用效果良好的菌株組合應(yīng)用于大田種植。然而，與目前吉林省的農(nóng)業(yè)種植規(guī)模相比，微生物肥料菌種庫建設(shè)還相對滯后[3]。例如，農(nóng)田土壤微生物資源的系統(tǒng)調(diào)查尚未全面展開，眾多優(yōu)良菌種資源有待進(jìn)一步挖掘；已獲得的部分菌株種質(zhì)特征不明確，遺傳背景不清晰，難以滿足微生物肥料的規(guī)?；⒐S化生產(chǎn)要求；農(nóng)田土壤微生物組研究有待深化，缺乏對微生物菌劑施用后土壤微生物群落響應(yīng)及其生態(tài)效應(yīng)的長期跟蹤監(jiān)測，特別是在吉林省典型的黑土區(qū)，由于土壤理化性質(zhì)獨(dú)特，更需要深入研究微生物組的動態(tài)變化。

2.3 生物農(nóng)藥篩選及配方優(yōu)化緩慢

生物農(nóng)藥具有來源于天然產(chǎn)物、對環(huán)境友好、對非靶標(biāo)生物安全等優(yōu)點(diǎn)。目前，吉林省從植物、微生物等生物資源中發(fā)現(xiàn)了一批具有殺蟲、殺菌、殺線蟲等生物活性的天然產(chǎn)物，并初步開發(fā)了幾種生物農(nóng)藥產(chǎn)品。然而，與吉林省廣闊的農(nóng)業(yè)種植面積和巨大的植保用藥需求相比，生物農(nóng)藥的種類還較為單一，品種更新?lián)Q代較慢。雖然從結(jié)構(gòu)新穎的天然產(chǎn)物中發(fā)現(xiàn)了一些高活性的先導(dǎo)化合物，但是后續(xù)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、構(gòu)效關(guān)系、作用機(jī)制、復(fù)配增效等研究進(jìn)展較為緩慢，導(dǎo)致生物農(nóng)藥創(chuàng)制效率不高[4]。以吉林省的玉米種植為例，每年常規(guī)使用氯氰菊酯、吡蟲啉等化學(xué)農(nóng)藥防治玉米螟，長期單一使用易導(dǎo)致害蟲產(chǎn)生抗藥性；而從苦皮藤、除蟲菊等植物中提取的生物農(nóng)藥在田間防效不如化學(xué)農(nóng)藥，配方工藝有待進(jìn)一步優(yōu)化。

2.4 生物育種技術(shù)人才匱乏

現(xiàn)代生物育種技術(shù)為培育優(yōu)良農(nóng)作物品種提供了新思路和新方法，在吉林省農(nóng)業(yè)種植中得到越來越廣泛的應(yīng)用。生物育種所涉及的分子生物學(xué)、遺傳學(xué)等學(xué)科知識更新迭代速度快，交叉融合程度高，對從業(yè)人員的專業(yè)素質(zhì)要求較高。但是，目前吉林省生物育種領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人才較為匱乏。例如，利用分子標(biāo)記輔助選擇育種玉米、大豆等農(nóng)作物新品種，需要育種人員熟練掌握基因型與表型的關(guān)聯(lián)分析、數(shù)量性狀位點(diǎn)定位等技術(shù)，而目前吉林省熟練掌握該技術(shù)的人才數(shù)量有限，制約了分子標(biāo)記輔助育種的規(guī)?；瘧?yīng)用[5]。合成生物學(xué)育種、基因編輯育種等前沿育種技術(shù)對人才的創(chuàng)新能力要求更高，生物育種領(lǐng)域創(chuàng)新型人才儲備不足，在一定程度上制約了現(xiàn)代生物育種技術(shù)在吉林省的推廣應(yīng)用。

3 生物技術(shù)在吉林省農(nóng)業(yè)種植中的應(yīng)用策略

3.1 拓展生物防治技術(shù)應(yīng)用范圍

針對吉林省生物防治技術(shù)應(yīng)用范圍受限的問題，亟待采取多方面措施予以應(yīng)對。1）應(yīng)加大基礎(chǔ)研究投入力度，深入解析生防菌劑與寄主作物、土著菌群之間的互作機(jī)理，優(yōu)選適應(yīng)性強(qiáng)、防效穩(wěn)定的生防菌株，為開發(fā)高效生防制劑奠定基礎(chǔ)。2）應(yīng)完善生物防治產(chǎn)業(yè)化配套設(shè)施，建立集菌種保藏、發(fā)酵培養(yǎng)、制劑加工、質(zhì)量檢測于一體的生防產(chǎn)品生產(chǎn)車間，提升產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性與批量化生產(chǎn)能力。3）應(yīng)強(qiáng)化生物防治關(guān)鍵技術(shù)集成與示范推廣，探索建立政府引導(dǎo)、企業(yè)參與、院所支撐的“產(chǎn)學(xué)研用”協(xié)同推進(jìn)機(jī)制。例如，可在吉林省重點(diǎn)糧食產(chǎn)區(qū)建立由農(nóng)業(yè)院所、種植大戶、生防企業(yè)等多方參與的玉米草地貪夜蛾生物防治示范基地，集成應(yīng)用生防制劑、性誘劑、天敵昆蟲等多種手段，形成標(biāo)準(zhǔn)化防控體系，并輻射帶動周邊區(qū)域推廣應(yīng)用。同時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)對農(nóng)戶的技術(shù)培訓(xùn)和指導(dǎo)服務(wù)，利用“互聯(lián)網(wǎng)+”等手段，開發(fā)生物防治技術(shù)咨詢平臺，提供病蟲監(jiān)測預(yù)警、用藥指導(dǎo)等服務(wù)，提高農(nóng)戶對生物防治技術(shù)的認(rèn)知水平和應(yīng)用能力。吉林省在基礎(chǔ)研究、產(chǎn)業(yè)化配套、技術(shù)集成示范、農(nóng)戶培訓(xùn)等方面系統(tǒng)發(fā)力，有望較大幅度地拓展生物防治技術(shù)的應(yīng)用范圍，為當(dāng)?shù)鼐G色農(nóng)業(yè)發(fā)展提供有力支撐。

3.2 構(gòu)建微生物肥料菌種資源庫

針對微生物肥料菌種庫建設(shè)相對滯后的問題，吉林省應(yīng)加快推進(jìn)微生物種質(zhì)資源的系統(tǒng)調(diào)查、分離鑒定與整理保藏工作，構(gòu)建功能明確、遺傳背景清晰、應(yīng)用價(jià)值突出的微生物肥料菌種資源庫。吉林省土壤類型多樣，尤其是東部地區(qū)的黑土區(qū)，土壤有機(jī)質(zhì)含量高，微生物資源豐富。吉林省應(yīng)依托科研院所，組織專業(yè)技術(shù)隊(duì)伍對吉林省不同區(qū)域、不同類型土壤中的微生物資源開展大規(guī)模采集、調(diào)查工作，通過平板分離、高通量測序等技術(shù)手段，分離、鑒定出一批優(yōu)良的固氮菌、解磷菌等功能菌株，并對菌株的生理生化特性、基因組特征等進(jìn)行系統(tǒng)表征，明確菌株的分類地位與遺傳背景，為后續(xù)的應(yīng)用開發(fā)提供重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上，吉林省還應(yīng)加強(qiáng)菌株保藏體系建設(shè)，采用冷凍干燥、超低溫冷凍等方法對分離獲得的菌株進(jìn)行長期保存，并借助信息化手段，開發(fā)微生物菌種信息管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)菌種信息的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化管理，便于育種人員、農(nóng)技人員等查詢使用。

吉林省大田作物種類豐富，需要根據(jù)不同作物的養(yǎng)分需求開發(fā)具有針對性的微生物肥料產(chǎn)品。例如，吉林省中部地區(qū)是我國重要的玉米主產(chǎn)區(qū)，土壤肥力消耗大，應(yīng)重點(diǎn)從該區(qū)域分離鑒定出固氮、解磷能力強(qiáng)的根際促生菌，定向組配成玉米專用微生物肥料；吉林省東部地區(qū)是我國重要的大豆產(chǎn)區(qū)，應(yīng)重點(diǎn)分離鑒定根瘤菌，開發(fā)高效的大豆菌肥產(chǎn)品。整合吉林省微生物種質(zhì)資源，建立規(guī)范、完善的微生物肥料菌種資源庫，并“走出去”與外省科研院所開展交流合作，引入先進(jìn)的微生物育種技術(shù)，促進(jìn)吉林省微生物肥料產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

3.3 加強(qiáng)生物農(nóng)藥篩選及配方優(yōu)化

針對生物農(nóng)藥篩選及配方優(yōu)化進(jìn)展緩慢的問題，吉林省應(yīng)充分利用現(xiàn)代生物技術(shù)手段，建立高通量篩選平臺，加快生物農(nóng)藥新品種的研發(fā)進(jìn)程。吉林省動植物資源豐富，尤其是長白山區(qū)，植物種類繁多，是探索植物源農(nóng)藥的重要寶庫。利用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用、高效液相色譜-核磁共振聯(lián)用等分析手段，對吉林省特色植物開展大規(guī)模化學(xué)成分分析工作，挖掘具有殺蟲、抑菌、促生等生物活性的先導(dǎo)化合物，為生物農(nóng)藥創(chuàng)制提供物質(zhì)基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步加強(qiáng)活性物質(zhì)的構(gòu)效關(guān)系研究，采用計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)、分子對接模擬等手段，優(yōu)化先導(dǎo)化合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)，并利用微生物發(fā)酵、化學(xué)合成等手段制備一批高活性的農(nóng)藥新品種。例如，通過分子對接模擬優(yōu)化苦皮藤素的化學(xué)結(jié)構(gòu)，獲得了一系列苦皮藤素衍生物，其殺蟲活性顯著提高，與吡蟲啉相當(dāng)，同時(shí)對非靶標(biāo)昆蟲的毒性大大降低，具有開發(fā)成新型生物殺蟲劑的良好潛力。

吉林省在加強(qiáng)生物農(nóng)藥應(yīng)用基礎(chǔ)研究的同時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)產(chǎn)品配方工藝的優(yōu)化研究。生物農(nóng)藥多為天然產(chǎn)物提取物，成分復(fù)雜，穩(wěn)定性較差，應(yīng)采用新型助劑、新型包封材料，優(yōu)化生物農(nóng)藥的劑型，提高其穩(wěn)定性與釋放性能。針對吉林省不同農(nóng)作區(qū)的土壤、氣候特點(diǎn)，開發(fā)不同的使用方式，提高生物農(nóng)藥的使用效率。吉林省中部、東部玉米種植面積廣闊，應(yīng)重點(diǎn)開發(fā)玉米適用的生物殺蟲劑懸浮劑、種衣劑等劑型，提高玉米螟等害蟲的防治效果。另外，采取“公司+基地”等產(chǎn)學(xué)研合作模式，加快生物農(nóng)藥創(chuàng)制成果的轉(zhuǎn)化應(yīng)用，推動吉林省生物農(nóng)藥產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

3.4 加強(qiáng)生物育種技術(shù)人才培養(yǎng)

針對生物育種技術(shù)人才匱乏的問題，吉林省應(yīng)采取多種措施加大人才培養(yǎng)力度，為生物育種技術(shù)在吉林省農(nóng)業(yè)種植中的推廣應(yīng)用提供堅(jiān)實(shí)的人才支撐。吉林省擁有眾多農(nóng)業(yè)類高校，應(yīng)充分發(fā)揮這些高校在生物育種人才培養(yǎng)中的重要作用。高校應(yīng)及時(shí)更新教學(xué)內(nèi)容，將分子標(biāo)記輔助育種、基因組選擇育種等現(xiàn)代生物技術(shù)納入教學(xué)計(jì)劃，加強(qiáng)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動手能力，提高其解決實(shí)際問題的能力。在加強(qiáng)人才培養(yǎng)的同時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)校企合作，依托吉林省的育種企業(yè)、種業(yè)基地等，建立產(chǎn)學(xué)研用聯(lián)合培養(yǎng)基地，為學(xué)生提供實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)的機(jī)會，提高其技術(shù)應(yīng)用能力。吉林省鴻翔農(nóng)業(yè)集團(tuán)鴻翔種業(yè)有限公司、吉林吉農(nóng)高新技術(shù)發(fā)展股份有限公司等一批知名育種企業(yè)，在玉米、水稻等農(nóng)作物品種選育方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)充分利用這些企業(yè)的育種平臺，建立校外實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)基地，讓學(xué)生參與企業(yè)實(shí)際育種工作，提高其實(shí)踐創(chuàng)新能力。對于在職育種人員，應(yīng)采取“請進(jìn)來、走出去”的方式，邀請國內(nèi)外知名育種專家來吉講學(xué)指導(dǎo)，選派優(yōu)秀育種人員赴國內(nèi)外知名育種機(jī)構(gòu)進(jìn)修學(xué)習(xí)，拓寬其學(xué)術(shù)視野，提升業(yè)務(wù)水平。同時(shí)，政府和用人單位應(yīng)完善育種人才的職業(yè)發(fā)展通道，提高育種人員的薪酬待遇，增強(qiáng)職業(yè)吸引力，吸引更多優(yōu)秀人才投身吉林省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生物育種事業(yè)。

4 結(jié)語

生物技術(shù)在吉林省農(nóng)業(yè)種植中的應(yīng)用前景廣闊，但目前仍存在諸多制約因素。未來，吉林省應(yīng)圍繞農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，加大政策扶持力度，加快生物育種、生物防控等關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，促進(jìn)生物技術(shù)與吉林省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)深度融合，不斷提升吉林省農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力，推動吉林省由農(nóng)業(yè)大省向農(nóng)業(yè)強(qiáng)省跨越。

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（責(zé)任編輯：劉寧寧）