植物生物技术在农业中的应用

生物技术这个词最初是匈牙利工程师Karl Ereky 于1917 年提出的，含义是指用甜菜作为饲料进行大规模养猪，即利用生物将原材料转变为产品。广义上说，古时进行的酿酒、制酱等活动，以及近代的抗生素、发酵生产均可算作生物技术。1953 年，Watson 和Crick 发现了DNA 的双螺旋结构，给整个生物学带来了一场革命，使得生物技术领域的研究和开发取得了显著成果，成为发展最快的学科之一[1]。农业是世界上规模最大、最重要的产业，农业的发展依赖于科技的进步。目前看来，生物技术在农业中的应用是解决当前世界所面临的一系列问题的必经之路。农业生产可分为植物生产和动物生产，在植物生产中组织培养、单倍体育种和基因工程等技术方法发挥着越来越重要的作用。
1 作物育种
利用有性杂交进行的常规育种技术，效率低工作量大而繁琐，目的基因的出现并不决定于育种者的意志，而且远缘杂交不亲和。转基因技术打破了生物间的界限，不同种、属亲和与否已不再是一个问题，而且目的基因是可操作的，只要是符合人类需求、有益于环境的基因都可以应用到育种中来，育种效率大为提高。
利用分子标记的方法进行基因定位, 可以把包括质量性状和数量性状在内的一系列基因进行更准确的定位以便种质源的鉴定，符合育种目标基因的选择，有利于基因的有效导入。也可在杂交后代中跟踪选择目的基因进行亲本评价与选配，进行杂种优势预测及核心品种指纹图谱的建立等。
植物组织培养技术，在农业上也有着极其广泛的用途，可用于植物体的快速繁殖，扩繁优质种苗和新品种或拯救濒危植物。花粉、胚珠等单倍体经染色体加倍后可获得纯合2倍体，加快了育种进程；组织培养容易产生变异，增加某种选择压可从无性系变异株中选出优质、高产、抗病抗逆的新品系；组织培养在种质资源保存上，免去了种植和保存种子的麻烦，为珍稀植物资源的研究和应用提供了可能。
2 品种改良
全世界农作物每年因虫害造成的损失约占总产量的13%，化学杀虫剂不仅能杀死害虫,也能杀死益虫，破坏生态平衡和环境污染。长期使用，有些害虫已逐渐产生抗药性。基因工程为培育抗虫作物提供了有力手段，把一些蛋白酶的基因导入到植物体中，来获得在植物中的表达，获得了一批具有良好抗虫性的转基因作物，又发现了一批新的抗虫性的基因，抗虫育种具有很大的应用潜力。
几乎所有作物都会受到不同程度的病害。1986 年，首次将烟草花叶病毒(TMV) 外壳蛋白基因导入烟草，培育出抗TMV 的工程植株，开创了植物抗病毒工程的新纪元。防止病害的根本途径就是依赖抗病品种的培育，常规方法育种，受种间限制，固定一个抗病性状进入到栽培品种，需要几年甚至十几年时间。生物技术的发展，将外源基因转移到栽培品种，使其具有特定抗病性状成为可能，加速了抗病育种的进程，开辟了抗病育种的新时代。
通过转基因的手段可改变植物的品质。科学家从豆芽中分离出一种铁蛋白基因，通过土壤细菌将这种基因转到一个普通水稻品种中，结果发现，转基因水稻不仅能产生有活性的铁蛋白，而且还贮存了相当于普通稻谷3 倍的铁质，通过食用这种大米，可减少因缺铁引发贫血的几率。
3 生物肥料与生物固氮
植物的发育和高产与基因、营养物质的供应及有益微生物的存在等因素相关。微生物具有特殊的转化、分解物质的能力。把自然界中的多种有益菌或提取物组合固化，形成有益菌群，催化分解各种农作物秸杆、树枝形成腐殖质及分解某些矿物质形成可被植物吸收的活性元素，起到天然肥料的作用。它们还能杀死或抑制土壤中的病原菌。有益微生物的的广泛利用，既节约了资金, 又减少了环境污染。
氮是农业生产的基本肥料。大量使用化肥，不仅消耗能源，而且增加生产成本。虽然空气中N2占79%，但高等植物无法直接利用它。某些微生物可以把空气中的氮固定，转化为含氮物质被植物利用。豆科植物能利用根瘤菌固定空气中的氮，科学家正研究能不能把根瘤菌固氮的基因转移到其他作物比如小麦、水稻中，从分子水平上改造固氮菌或者其他作物，使之与固氮菌共生，这项研究一旦成功，将大大的提高农作物的产量。
4 在农业其他领域的应用
在花卉品种的培育方面，通过将外源基因转入花卉，改变花的颜色、形状及花期等。利用外源基因的共抑制原理培育出新的色系的观赏植物品种，如利用基因工程培育蓝色月季花的，实验的成功的话将极大地改善人类的生存环境，拓展人类的生存空间。
植物作为生物反应器，生产各种药用及保健的活性分子，是基因工程应用的热点。利用转基因植物生产疫苗，以此来简化传统的疫苗制备方法，降低生产成本，而且无需加工提纯和冷藏保存；还可以用来生产糖类、可降解的生物塑料的原料等。
5 总结
生物技术的发展，尤其是在农业方面的巨大优势，使人们看到了消除贫困与饥饿的希望，更看到了现代农业发展的潜力。有人设想，今后用于疾病防制的疫苗，就是从粮食、蔬菜和水果中生产出来。利用基因工程技术，培育出了抗病虫害品种，减少了农药的使用，降低了环境污染。基因工程用于花卉，使人们的生活丰富多彩，使花朵芬芳四溢。生物技术在农业中的应用给农业带来了新的革命，相信随着生物技术的发展, 人们对生命本质更深入的了解，生物技术将引导农业新技术革命迈向新的高度。