楊存玉

(海南師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 海南?？?571158)

生物工程領(lǐng)域研究對象涉及從微生物到高等生物的各個動植物層級,研究其整體或者部分器官和細(xì)胞組織,利用這些科研成果來開發(fā)新產(chǎn)品或新工藝的一種技術(shù)體系,包括各類涉及醫(yī)藥和食品行業(yè)的酶工程和發(fā)醉工程等。

1 概述

近年來,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的安全性越來越為民眾所重視,在各大媒體報刊上常常見到由于農(nóng)藥施用標(biāo)準(zhǔn)不合格而造成的蔬菜水果污染新聞。每年因為這些原因而讓身體受到不同程度傷害的民眾成千上萬。生物技術(shù)的發(fā)展為植物蟲病的防治開辟了新領(lǐng)域,因為它不僅可以把不同植物,甚至可以把動植物的基因進(jìn)行重組,為培養(yǎng)抵抗不良的地理條件、抵御嚴(yán)重病蟲害的新型農(nóng)作物提供了很大的助力。

2 基因工程在植物保護(hù)中的應(yīng)用

2.1 技術(shù)包含的內(nèi)容與范圍概述

在生物學(xué)領(lǐng)域,對于植物基因的改造研究一直沒有止步過。以理化或者生物技術(shù)將需要的一部分基因?qū)朐兄参锛?xì)胞的手段,都屬于植物基因工程的范疇。植物的遺傳轉(zhuǎn)化目前可分為間接轉(zhuǎn)移和直接轉(zhuǎn)移兩類,通過染DNASouthern分析、多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)等方法可檢測基因轉(zhuǎn)移是否成功。

2.2 最常用的間接轉(zhuǎn)移方式

為了使目的基因順利進(jìn)入受體植物細(xì)胞達(dá)到改變植物基因的計劃,以病毒或者特定菌作為媒介載體的方式是很常見的,通過這種方式可以讓目的基因與受體植物基因共同協(xié)作高效表達(dá)。

2.3 近年來流行的直接轉(zhuǎn)移方式

植物從微觀層面上看通常具有一些特定的生物學(xué)屬性,這種屬性主要體現(xiàn)在細(xì)胞上,利用它以基因槍法、脂質(zhì)體介導(dǎo)法、多聚物介導(dǎo)法等物理和化學(xué)技術(shù)可以將目的基因順利植入受體細(xì)胞。

2.4 廣受關(guān)注的新型植物基因工程技術(shù)

在我國農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的歷史上,多項農(nóng)作物抗蟲病難題的攻克被記載在近兩年,這些成績的取得大部分依賴于植物抗逆基因工程技術(shù)的實施。這項技術(shù)在生產(chǎn)上推廣用,如棉花、煙草、大豆、花生、油菜等都包括在內(nèi)。因此,植物基因轉(zhuǎn)移首先能在生產(chǎn)上應(yīng)用的就是抗蟲、抗病和抗除草劑良種。

2.5 基因工程在提高農(nóng)作物抗蟲害能力方面的應(yīng)用

運用基因工程技術(shù)提高農(nóng)作物的抗蟲害能力在生物科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用很廣,其中最著名的一種抗蟲害基因源于蘇云金桿菌。這種桿菌通過自身分泌的毒蛋白達(dá)到對農(nóng)作物害蟲的抵抗和殺傷功效。將蘇云金桿菌的基因通過理化或者生物手段與農(nóng)作物基因想融合,可以將這種殺滅害蟲的能力賦予農(nóng)作物。當(dāng)害蟲在含有殺蟲基因的植物上取食時就會中毒死亡。目前該基因已被成功地轉(zhuǎn)移到番茄、煙草、棉花、水稻、大豆、甘藍(lán)、三葉草等植物中。因此,這些擁有殺蟲基因的作物良種在生產(chǎn)上發(fā)揮作用已是指日可待了。

2.6 基因工程在提高農(nóng)作物抗病能力方面的應(yīng)用

農(nóng)作物發(fā)生大面積病害會給國家和民眾帶來較大的損失,而且病蟲害爆發(fā)速度快、短時間內(nèi)控制很難。因此,提高植物抗病能力是關(guān)鍵性的工作。真菌是農(nóng)作物爆發(fā)病害的最重要原因。除真菌之外,很多病毒細(xì)菌和線蟲也是導(dǎo)致農(nóng)作物病害的緣由。在基因工程技術(shù)未引入農(nóng)科領(lǐng)域的時候,大部分農(nóng)作物防病害是通過注射疫苗的方式,這種方式耗用人工成本太高。后來,科學(xué)家利用基因轉(zhuǎn)移手段把病毒的部分基因如外殼蛋白質(zhì)基因轉(zhuǎn)移到植物中去,使植物自發(fā)產(chǎn)生對病毒的抗性,結(jié)果效果很好。因此,在其他病毒病中也進(jìn)行了類似的研究,如黃瓜花葉病毒、馬鈴落病毒、馬鈴薯病毒、首蓓花葉病毒和大豆花葉病毒等。田間試驗結(jié)果表明,移植了煙草花葉病毒外殼蛋白基因的煙草和番茄對該病毒的防治效果接近90%,在目前這是其他方法無與倫比的。

2.7 植物細(xì)胞工程的廣泛應(yīng)用

植物體細(xì)胞的遺傳學(xué)信息具有相同的性狀,在進(jìn)行植物育種的時候,這些體細(xì)胞所分化出的下一代植株擁有與上一代完全相同的遺傳學(xué)特性。這是基于植物細(xì)胞全能性,即每一個細(xì)胞都具備其全部遺傳信息的特性而得出的結(jié)論。在許多情況下的確如此。在育種實踐上利用細(xì)胞工程培育抗病蟲良種時,具體的做法是在愈傷組織階段向培養(yǎng)基中加選擇壓選擇擾病蟲細(xì)胞株。孫立華等人得到了抗白葉枯病水稻細(xì)胞株,凌定厚等人得到了抗胡麻葉斑病水稻品系,張炎等人得到了抗赤霉病小麥無性系等。近幾年來,國際分子生物學(xué)研究攻克了一個又一個的技術(shù)難題,克隆生物體的一個結(jié)構(gòu)基因目前的技術(shù)條件下已不十分困難,而要弄清楚這些結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)調(diào)控機(jī)理還需要做長期艱苦細(xì)致的工作。目前病原物的基因工程有了初步的進(jìn)展,植物抗病性的分子機(jī)制尚缺乏突破,植物基因工程存在著外源基因的穩(wěn)定性。

3 結(jié)語

生物工程技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域隨著研究的深入而越來越廣泛,尤其是在植物保護(hù)領(lǐng)域所起的作用與日俱增。這些技術(shù)的引入必將使我國植物生產(chǎn)水平產(chǎn)生一個質(zhì)的飛躍,加速我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的進(jìn)程。充分利用各種生物技術(shù),能夠有效地減少高毒害農(nóng)藥的使用,減少這些農(nóng)藥的使用能夠降低其對環(huán)境的破壞性影響、維護(hù)生物系統(tǒng)的平衡、為國家可持續(xù)發(fā)展積極貢獻(xiàn)力量。

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