生物技术在植物保护中的应用

王嘉启

摘 要:随着科学技术的快速更新,生物技术已经被广泛地应用于植物保护方面。21世纪,生物技术将成为植物保护的主流技术之一,生物技术的运用极大地促进了植物的保护。生物技术的发展,对植物保护产生了革命性的影响

关键词:生物技术植物保护基因工程

中图分类号:S188 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)05(a)-0143-01

生物技术(Biotechnology)是在20世纪70年代在分子生物学、细胞生物学等学科的基础上发展起来的一门综合性的科学技术,主要包括转基因育种技术(基因工程)、组织培养技术(细胞工程)、微生物发酵技术(发酵工程)等。生物技术的运用主要体现在:对植物病毒和病源的判别和诊断,促进了植物病毒治理过程；选育抗病虫种苗,免除了病虫的危害；研制基因工程农药,有效的避免了化学农药产生的不良后果；培育抗病虫和抗除草剂植物。

1植物基因工程技术

1.1 植物基因工程技术概况

植物基因工程技术是利用生物或物理化学的手段将目的基因导入植物细胞,以获得人们需要的转基因植物的一项基因工程技术。植物的遗传转化目前可分为间接转移和直接转移两类,通过染色体DNA的Southern分析、多聚酶链式反应技术等方法可检测基因转移是否成功。

1.1．1 间接转移法

以某种菌或植物病毒为载体,把目的基因插入载体,通过菌或病毒感染植物,使目的基因整合到受体植物的DNA上复制和高效表达。

1.1．2 直接转移法

利用植物细胞的生物学特性,通过基因枪法、脂质体介导法、多聚物介导法等物理和化学技术将目的基因直接转移到受体植物胞内。

1.2 植物抗逆基因工程

1983年,转基因植物(烟草和马铃薯)首次诞生。不到几年时间,科学家们就培育出了数十种具有抗虫、抗病毒和抗除草剂的农作物新品种。一些重要农作物品种,并在生产上推广用,如棉花、烟草、大豆、花生、油菜等都包括在内。在1989年10月至1991年4月,由美国农业部和环保局批准的47个转基因工程植物大田试验中,抗虫和抗除草剂的转基因工程作良种就有30种。因此,植物基因转移首先能在生产上应用的就是抗虫、抗病和抗除草剂良种。

1.2.1 抗虫育种

通过基因转移提高植物的抗虫性。云金杆菌是昆虫病源微生物中用来进行害虫防治最广谱的1种,可防治80多种农林害虫,杀虫效果达80%以上的有20多种。利用基因工程技术将苏云杆菌病毒素中杀虫活性最高的δ内毒素基因转移到烟草、番茄、棉花等作物上,使δ内毒素基因在这些作物上表现出来,鳞翅目昆虫的幼虫取食这些作物就会中毒死亡。现已从豌豆、豇豆、慈菇中分离到蛋白酶抑制剂及其基因,也得到了抗虫基因工程植株。国外把抗虫基因导入欧洲黑梅,得到的转基因欧洲黑梅可使取食的舞毒蛾和杨尺蠖死亡率高达100%。

植物抗虫基因工程在烟草、番茄、马铃薯、玉米、水稻、油菜等20多种植物中都取得了重大成果,能抗烟青虫、杨尺蠖、舞毒蛾、玉米螟等昆虫。

1.2.2 抗除草剂育种

我国已成功地获得抗草甘膦烟草、抗溴苄腈棉花、抗磷基麦黄酮甜菜、抗三氯苯类番茄、大豆和抗镇草宁大豆,以及中国科学院遗传研究所朱立煌教授等培育的抗阿特拉津大豆、水稻等。此外,德国已将氨基氰水化酶基因导入烟草并获得转基因植株。他们发现存在于烟草根系和叶片中(特别是叶片中)的氨基氰水化酶,可以把残留在植株上和田间里的除草剂氨基氰水解为尿素,尿素再由叶片和土壤里存在的脲酶分解为可供植株吸收利用的碳酸铵或碳酸氢铵。所以,这种转基因烟草能将残留的植物毒素(除草剂氨基氰)转变成植物所需要的有效氮源,由此变害为利。

1.2.3 抗病育种

植物病害可以由多种病原微生物引起,其中真菌最严重,其次是病毒、细菌和线虫。在这些病害中只有抗病毒的基因工程进展最快。植物病毒病是植物病害中较难防治的一类病害。通过给植物打防疫针的方法,先给植物注射弱毒疫苗以有效地防治强毒株的感染(如烟草花叶病7),但这太麻烦,于是科学家想到干脆把病毒的部分基因如外壳蛋白质基因转移到植物中去,使植物自发产生对病毒的抗性,结果效果很好。因此,在其他病毒病中也进行了类似的研究,如黄瓜花叶病毒、马铃落X病毒、马铃薯Y病毒、首蓓花叶病毒和大豆花叶病毒等。

1.3 微生物农药

生物技术在微生物农药开发中的应用,能够代替化学农药而起到防治害虫的效果。微生物农药是公认的“无公害农药”,防治对象不易产生抗药性,不伤害天敌；繁殖快,能利用农副产品甚至工业废水广泛生产,是综合防治农林病虫害的重要手段。根据用途和防治对象的不同,微生物农药可分为微生物杀虫剂、杀菌剂、除草剂、杀鼠剂和生长调节剂等。诸如假单胞杆菌型、莓力菌杀虫剂以及枯草杆菌杀虫剂等的使用,极大的避免了有机化学农药产生的危害作用。利用昆虫重组病毒防治害虫,可以利用寄生在昆虫体内的昆虫杆状病毒,如果将此病毒的基因中插入和表达外源基因如节肢动物或细菌来源的昆虫毒素、昆虫激素或酶,就能够扰乱害虫内部的代谢平衡,从而达到了灭虫的目的。另外许多微生物农药也在积极的研发过程中,微生物农药的具有非常广阔的市场前景。

2 植物组织培养

植物组织培养,亦称植物离体培养,是指通过无菌操作,把植物体的各类结构材料(即外植体),接种于人工配制的培养基上,在人工控制的环境下进行离体培养的一套技术与方法。

植物病毒和类病毒不能在人工培养基上生长,但可以在离体培养的寄主组织或细胞里繁殖。利用组织培养技术为研究病毒、类病毒等植物病原与寄主细胞的关系,建立离体鉴定系统及抗性筛选提供了一条新的途径。即使用组织培养的方式,通过无性系突变体来筛选新的抗病虫材料或新抗源,获得无病毒苗,进而获得抗病虫的植