簡析生物技術(shù)與農(nóng)牧業(yè)個(gè)體創(chuàng)新
【摘要】:現(xiàn)今由于科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展,生物技術(shù)也隨之突飛猛進(jìn)的前進(jìn)｡克隆技術(shù)､發(fā)酵工程､酶工程､蛋白質(zhì)工程等崛地而起,給人們的生活帶來巨大改變｡而農(nóng)業(yè)作為關(guān)系與民生的重要產(chǎn)業(yè),也在生物技術(shù)的變革中得到了推進(jìn),作物新品種的培育,改良,一次次提高著糧食產(chǎn)量｡而另一方面畜牧業(yè)作為另一重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè),也需要大量的牧草及飼料的供應(yīng),所以農(nóng)牧業(yè)品種的創(chuàng)新不得不被重視｡
【關(guān)鍵字】:生物技術(shù),農(nóng)業(yè),牧業(yè),創(chuàng)新,培育
生物技術(shù)用我個(gè)人觀點(diǎn)解釋就是利用現(xiàn)代各種先進(jìn)技術(shù)對(duì)對(duì)生命､生物結(jié)構(gòu)深入的研究,其目的就是為人類服務(wù)｡
生物技術(shù)(biotechnology)的科學(xué)闡述是:應(yīng)用生命科學(xué)研究成果,以人們意志設(shè)計(jì),對(duì)生物或生物的成分進(jìn)行改造和利用的技術(shù)｡現(xiàn)代生物技術(shù)綜合分子生物學(xué)､生物化學(xué)､遺傳學(xué)､細(xì)胞生物學(xué)､胚胎學(xué)､免疫學(xué)､化學(xué)､物理學(xué)､信息學(xué)､計(jì)算機(jī)等多學(xué)科技術(shù),可用于研究生命活動(dòng)的規(guī)律和提供產(chǎn)品為社會(huì)服務(wù)等｡
1.生物技術(shù)發(fā)展史
1.1 傳統(tǒng)生物技術(shù)
傳統(tǒng)生物技術(shù)主要是通過微生物的初級(jí)發(fā)酵來生產(chǎn)品,例如早期的醬､醋､酒､面包､奶酪､及其他視頻的傳統(tǒng)工藝｡
最早的生物技術(shù)據(jù)記載為公元前8000 人類馴化種植谷物和飼養(yǎng)家畜, 土豆首次培養(yǎng)成食物｡而生物技術(shù)最早的應(yīng)用為4000-2000 B.C. 【1】
• 生物技術(shù)首次被人類利用:埃及人用酵母發(fā)酵制作面包和啤酒｡
• 中國､埃及和閃族人生產(chǎn)奶酪發(fā)酵葡萄酒｡
• 巴比倫人選擇性地將某些雄性樹的花粉授予雌性樹來培育棕櫚樹
• 中國在石器時(shí)代的早期已能種植谷物, 并實(shí)行輪作制度;石器時(shí)代的后期能進(jìn)行酒精發(fā)酵
1.2近代生物技術(shù)
直到1590年Janssen 發(fā)明顯微鏡｡人類可以進(jìn)一步觀察細(xì)胞等微小組織｡到1663年Hooke發(fā)現(xiàn)細(xì)胞的存在,人類才可以真正發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞組織,生物技術(shù)得以促進(jìn),進(jìn)入細(xì)胞水平｡近代生物技術(shù)開始｡從此,人類便不斷的發(fā)現(xiàn)各種生命組織｡1830年發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)､1833年首次發(fā)現(xiàn)酶,并分離成功､1870-1890年采用 Darwin的理論,植物育種者培育出雜交棉花,開發(fā)出數(shù)百種優(yōu)良形狀､William James Beal在實(shí)驗(yàn)室首次生產(chǎn)出雜交玉米
1919在出版物中首次應(yīng)用生物技術(shù)(biotechnology)這一術(shù)語｡
2.生物技術(shù)與農(nóng)牧業(yè)
2.1 我國現(xiàn)今農(nóng)業(yè)發(fā)展
我國農(nóng)業(yè)生物技術(shù)起步晚, 與發(fā)達(dá)國家有一定差距,但發(fā)展順利,進(jìn)步較快,在國家政策的扶植下,尤其是在國家"863"計(jì)劃,"973"計(jì)劃和 "國家轉(zhuǎn)基因植物研究與產(chǎn)業(yè)化專項(xiàng)"的直接支持下,已取得了很大的成績,目前,我國農(nóng)業(yè)生物技術(shù)的整體水平在發(fā)展中國家處于領(lǐng)先地位,一些領(lǐng)域已經(jīng)進(jìn)入國際先進(jìn)行列｡ 我國是世界上繼美國之后,第二個(gè)擁有自主研制抗蟲棉技術(shù)的國家;我國轉(zhuǎn)基因水稻的研制處于世界先進(jìn)水平｡ 我國在組織培養(yǎng)的應(yīng)用與開發(fā)方面一直處于國際領(lǐng)先地位,【2】
2.1.1 基因工程的應(yīng)用
抗病基因工程｡ 植物病毒常常造成農(nóng)作物大幅度減產(chǎn),1986 年,首次將煙草花葉病毒(TMV)外殼蛋白(CP)基因?qū)霟煵?培育出抗 TMV 的工程植株,開辟了植物抗病毒素基因工程的新紀(jì)元｡
品質(zhì)改良基因工程｡ 目前利用轉(zhuǎn)基因植物可以有效地改良植物的品質(zhì)特性｡ 北京大學(xué)已將編碼必需氨基酸的基因轉(zhuǎn)入馬鈴薯,獲得含高必需氨基酸的馬鈴薯品系｡ 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)成功地將高賴氨酸基因?qū)胗衩?獲得的轉(zhuǎn)基因玉米中賴氨酸含量比對(duì)照提高 10%｡華中農(nóng)業(yè)大學(xué)和中國科學(xué)院植物研究所分別獲得了延遲成熟的轉(zhuǎn)基因番茄,這是控制植物發(fā)育的基因工程中較為成熟的技術(shù)
2.2.2 細(xì)胞工程的應(yīng)用
花藥培養(yǎng)｡ 花藥培養(yǎng)通過單倍體育種容易獲得純合體及純合隱性基因的表達(dá), 大大縮短了育種周期, 提高了選擇效率｡ 我國 20 世紀(jì) 70 年代以來獲得的花藥再生植株達(dá) 40 多種(全世界約 20余種),其中小麥､水稻､煙草等主要農(nóng)作物花培新品種種植面積達(dá) 10 萬公頃居世界領(lǐng)先水平｡細(xì)胞融合技術(shù)｡ 植物體細(xì)胞融合的基礎(chǔ)是原生質(zhì)體的培養(yǎng)及從原生質(zhì)體再生完整植株｡ 據(jù)統(tǒng)計(jì),世界上已有 120 多種原生質(zhì)體再生植株;我國已在水稻､小麥､玉米等作物上獲得原生質(zhì)體再生植株,并成功地進(jìn)行了小麥與黑麥草､柑桔等｡
3. 農(nóng)牧業(yè)新品種的創(chuàng)造
農(nóng)業(yè)作為重要的產(chǎn)業(yè),當(dāng)今世界人口數(shù)量龐大,為滿足人類的需求,提高糧食產(chǎn)量迫在眉睫,所以轉(zhuǎn)基因高產(chǎn)品種便應(yīng)運(yùn)而生｡
3.1水稻新品種
轉(zhuǎn) PEPC 和 PPDK 雙基因水稻隨高溫高光逆境的加劇,SOD､POD､CAT 誘導(dǎo)活性逐步增強(qiáng)且維持較高水平,O2-的產(chǎn)生速率較低,MDA 積累較少,維持較穩(wěn)定的光系統(tǒng)Ⅱ活性和較高光合能力,比原種水稻更具耐光優(yōu)勢 ｡
20 世紀(jì) 90 年代以來,隨著轉(zhuǎn)基因技術(shù)和分子生物技術(shù)的發(fā)展,人們嘗試用基因工程技術(shù)將玉米 C4光合酶基因?qū)?C3植物水稻中,從而獲得不同高表達(dá)的轉(zhuǎn)C4光合基因水稻[3]｡近年來,關(guān)于玉米 C4光合途徑關(guān)鍵酶PEPC､PPDK､NADP - ME等基因被成功轉(zhuǎn)入水稻的研究備受關(guān)注[4]
水稻抽穗期的長短主要由品種的感光性､感溫性和基本營養(yǎng)生長性決定,不同品種的抽穗期有明顯差異｡近年來,隨著DNA分子標(biāo)記技術(shù)的建立與發(fā)展,研究者利用各種作圖群體對(duì)水稻 抽穗期基因進(jìn)行分子定位｡目前,在Gramene網(wǎng)站公布了732個(gè)抽穗期QTL,分布于12條染色體上,其中第3染色體上定位的QTL較多,而第10染色體上最少｡日本科學(xué)家利用日本晴/Kasalath衍生的
F2群體､回交群體和在初步定位的近等基因系,定 位 了14個(gè)水稻抽穗期QTL(Hd1 ~Hd14)[5-9]｡隨著越來越多的抽穗期基因在分子水平的解析,結(jié)合互作和表達(dá)分析等手段,水稻抽穗開花的分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)初見端倪｡
3.2玉米及大豆新品種
玉米是重要的糧食作物和飼料原料,我國約有 4 億多農(nóng)民種植著約3000萬hm2的玉米[10]｡玉米螟為害是制約玉米生產(chǎn)的重要因素之一,每年造成的玉米減產(chǎn)嚴(yán)重時(shí)高達(dá)30%[11]｡常規(guī)育種途徑因抗性種質(zhì)資源匱乏難以解決此問題,通過基因工程手段將抗蟲基因?qū)胗衩?培育轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米新品種,不僅可以顯著降低蟲害對(duì)玉米生產(chǎn)的影響,增加農(nóng)民收入,還避免了大量使用化學(xué)農(nóng)藥帶來的殘留､環(huán)境污染､毒害有益昆蟲等種種弊端｡
一年前,通過TAIL-PCR方法,李飛武等[12]獲得了轉(zhuǎn)基因大豆MON89788的3′端旁側(cè)序列,郭娜娜等[13]獲得了轉(zhuǎn)基因大豆LEC1旁側(cè)序列;通過接頭連接介導(dǎo)染色體步行技術(shù),霍楠等[14]獲得了轉(zhuǎn)基因小麥B73-6-1上pAHC25質(zhì)粒外源基因插入位點(diǎn)的3′端旁側(cè)序列,并據(jù)此建立了相應(yīng)轉(zhuǎn)基因植物品系特異性檢測方法｡
3.3新品種牧草
牧草品質(zhì)在很大程度上決定和影響著動(dòng)物的生產(chǎn)性能,表現(xiàn)在影響乳品､肉品和毛的質(zhì)量與產(chǎn)量方面｡飼料中含硫氨基酸(SAA)增加,可使羊毛產(chǎn)量增加20%左右,含硫氨基酸與其他氨基酸配合使用,羊的生長量顯著提高,并且含硫氨基酸的作用是其他氨基酸不可替代的｡Molving等將向日葵種子中富含SAA的白蛋白基因轉(zhuǎn)入羽扇豆,轉(zhuǎn)基因植株蛋氨酸含量增加1倍,而且蛋白質(zhì)消化率提高,羊毛產(chǎn)量和羊體增重有所改善｡苜蓿葉片中不含濃縮單寧,1997年,Morris等將參與縮合單寧生物合成的關(guān)鍵酶基因轉(zhuǎn)入苜蓿,增加了轉(zhuǎn)基因植株的單寧｡以及抗除草劑轉(zhuǎn)基因牧草､抗病轉(zhuǎn)基因牧草､抗蟲轉(zhuǎn)基因牧草一一被提出和研究推廣｡【15】
生物技術(shù)的發(fā)展,為農(nóng)牧業(yè)發(fā)展奠定了理論和科學(xué)基礎(chǔ),使得農(nóng)牧業(yè)新品種得到使用,為人類帶來了利益,生物技術(shù)是伴隨人類發(fā)展而產(chǎn)生的,也將一直發(fā)展下去｡
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【15】王嘯1, 2,邱樹毅1,王嘉福,《轉(zhuǎn)基因牧草作為生物源農(nóng)藥的研究進(jìn)展》
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