植物保护中运用生物技术研究

杨存玉

(海南师范大学生命科学学院 海南海口 571158)

生物工程领域研究对象涉及从微生物到高等生物的各个动植物层级,研究其整体或者部分器官和细胞组织,利用这些科研成果来开发新产品或新工艺的一种技术体系,包括各类涉及医药和食品行业的酶工程和发醉工程等。

1 概述

近年来,农业生产的安全性越来越为民众所重视,在各大媒体报刊上常常见到由于农药施用标准不合格而造成的蔬菜水果污染新闻。每年因为这些原因而让身体受到不同程度伤害的民众成千上万。生物技术的发展为植物虫病的防治开辟了新领域,因为它不仅可以把不同植物,甚至可以把动植物的基因进行重组,为培养抵抗不良的地理条件、抵御严重病虫害的新型农作物提供了很大的助力。

2 基因工程在植物保护中的应用

2.1 技术包含的内容与范围概述

在生物学领域,对于植物基因的改造研究一直没有止步过。以理化或者生物技术将需要的一部分基因导入原有植物细胞的手段,都属于植物基因工程的范畴。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DNASouthern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。

2.2 最常用的间接转移方式

为了使目的基因顺利进入受体植物细胞达到改变植物基因的计划,以病毒或者特定菌作为媒介载体的方式是很常见的,通过这种方式可以让目的基因与受体植物基因共同协作高效表达。

2.3 近年来流行的直接转移方式

植物从微观层面上看通常具有一些特定的生物学属性,这种属性主要体现在细胞上,利用它以基因枪法、脂质体介导法、多聚物介导法等物理和化学技术可以将目的基因顺利植入受体细胞。

2.4 广受关注的新型植物基因工程技术

在我国农业科学技术发展的历史上,多项农作物抗虫病难题的攻克被记载在近两年,这些成绩的取得大部分依赖于植物抗逆基因工程技术的实施。这项技术在生产上推广用,如棉花、烟草、大豆、花生、油菜等都包括在内。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。

2.5 基因工程在提高农作物抗虫害能力方面的应用

运用基因工程技术提高农作物的抗虫害能力在生物科学领域的应用很广,其中最著名的一种抗虫害基因源于苏云金杆菌。这种杆菌通过自身分泌的毒蛋白达到对农作物害虫的抵抗和杀伤功效。将苏云金杆菌的基因通过理化或者生物手段与农作物基因想融合,可以将这种杀灭害虫的能力赋予农作物。当害虫在含有杀虫基因的植物上取食时就会中毒死亡。目前该基因已被成功地转移到番茄、烟草、棉花、水稻、大豆、甘蓝、三叶草等植物中。因此,这些拥有杀虫基因的作物良种在生产上发挥作用已是指日可待了。

2.6 基因工程在提高农作物抗病能力方面的应用

农作物发生大面积病害会给国家和民众带来较大的损失,而且病虫害爆发速度快、短时间内控制很难。因此,提高植物抗病能力是关键性的工作。真菌是农作物爆发病害的最重要原因。除真菌之外,很多病毒细菌和线虫也是导致农作物病害的缘由。在基因工程技术未引入农科领域的时候,大部分农作物防病害是通过注射疫苗的方式,这种方式耗用人工成本太高。后来,科学家利用基因转移手段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、马铃落病毒、马铃薯病毒、首蓓花叶病毒和大豆花叶病毒等。田间试验结果表明,移植了烟草花叶病毒外壳蛋白基因的烟草和番茄对该病毒的防治效果接近90%,在目前这是其他方法无与伦比的。

2.7 植物细胞工程的广泛应用

植物体细胞的遗传学信息具有相同的性状,在进行植物育种的时候,这些体细胞所分化出的下一代植株拥有与上一代完全相同的遗传学特性。这是基于植物细胞全能性,即每一个细胞都具备其全部遗传信息的特性而得出的结论。在许多情况下的确如此。在育种实践上利用细胞工程培育抗病虫良种时,具体的做法是在愈伤组织阶段向培养基中加选择压选择扰病虫细胞株。孙立华等人得到了抗白叶枯病水稻细胞株,凌定厚等人得到了抗胡麻叶斑病水稻品系,张炎等人得到了抗赤霉病小麦无性系等。近几年来,国际分子生物学研究攻克了一个又一个的技术难题,克隆生物体的一个结构基因目前的技术条件下已不十分困难,而要弄清楚这些结构基因的表达调控机理还需要做长期艰苦细致的工作。目前病原物的基因工程有了初步的进展,植物抗病性的分子机制尚缺乏突破,植物基因工程存在着外源基因的稳定性。

3 结语

生物工程技术的应用领域随着研究的深入而越来越广泛,尤其是在植物保护领域所起的作用与日俱增。这些技术的引入必将使我国植物生产水平产生一个质的飞跃,加速我国农业现代化的进程。充分利用各种生物技术,能够有效地减少高毒害农药的使用,减少这些农药的使用能够降低其对环境的破坏性影响、维护生物系统的平衡、为国家可持续发展积极贡献力量。

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