植物生物技术对社会生产发展的影响

张媛华

始于20世纪中叶的新技术革命，可称为第三次技术革命。它是在20世纪自然科学理论最新突破的基础上产生的，包括信息技术、生物技术、新材料技术、新能源技术、空间技术和海洋技术等。近20年现代生物技术在环境保护及食品工业、医药卫生、农林牧渔等领域示了广阔的发展前景。植物生物技术不仅从根本上改变了传统农作物的培育和种植，也为社会生产带来了新一轮的革命。

1 植物生物技术的发展现状

随着植物生物技术的发展，转基因作物的种植面积不断扩大，我国主要是黄豆、玉米、棉花、油菜4种转基因作物，约占全球转基因作物栽培面积的99%，其中抗除草剂黄豆占63%，抗虫玉米占19%，抗虫棉花占13%，转基因油菜占5%。其他还有抗病毒南瓜、番木瓜、抗虫土豆、水稻和甜菜等。各国加大转基因植物研究开发，取得了重大突破，进入田间试验的转基因，作物已超过500多种。

中国等发展中国家是采用转基因作物最迅速的国家，我国于80年代初期后开始启动，在基因组研究和转基因技术等重要关键技术方面取得了一系列重大突破。科学家创造了一系列新技术，国家给研究者提供了培育高产优质的转基因作物的激励机制，我国政府在植物生物技术方面投资经费的增长速度远超过其他发展中国家。目前，我国正在研究的转基因植物种类达47种，涉及各类基因103个，6种转基因植物被批准进行商品化生产，特别是Bt抗虫棉，不仅降低成本，而且改善农民的健康状况。

2 植物生物技术的应用

植物生物技术主要应用于以下几个方面：

2.1 植物雄性不育及杂种优势

自从孟德尔发现遗传规律，杂交优势被揭示之后，利用植物基因工程的原理和方法，进行栽培作物的遗传育种和新物种的创造。当前，已创造了一批不育系，并生产上得以应用，最典型的例子是油菜和烟草不育系培育。

2.2 植物抗逆性研究

①抗除草剂作物。全世界目前约有2000多个品种的除草剂。除草剂的使用有着自身难以克服的局限性，如很多除草剂无法区别庄稼和杂草，有些除草剂必须在野草生长前就施用，而且由于抗性草类群落的出现导致使用量增大对环境的危害也日益严重。因此，抗除草剂的转基因作物是最理想的途径。1987年美国科学家成功从矮牵牛中克隆出EPSP合酶基因转入油菜细胞的叶绿体中，使油菜能有效地抵抗草甘膦的毒杀作用。另有人把降解除草剂的蛋白质编码基因导入宿主植物，从而保证宿主植物免受其害，该方法已成功地用于选育抗磷酸麦黄酮的工程植物。还有人用基因突变的方法改造除草剂作用底物特定位点上相应氨基酸残基，从而阻止除草剂与酶的结合及生物功能的发挥。抗除草剂的转基因植物将给农业生产，特别是大面积的机械化生产带来极大的方便。目前已商品化的转基因抗除草剂作物有大豆，玉米，棉花，油菜，向日葵。由于抗除草剂作物在选育过程中具有耗资少，周期短，见效快，无污染等特点，越来越受到人们的关注。

②抗昆虫作物。植物病虫害数目多达数百种，几乎所有作物在生长期内都会遭受到不同程度的危害。全世界因虫害所造成的粮食产量损失占14%左右。长期以来人们普遍采用化学杀虫剂来控制害虫。一方面，全世界每年用于化学杀虫剂的总金额在200亿美元以上；另一方面，化学杀虫剂的长期使用造成农药的残留，害虫的耐受性，环境污染等严重的问题。而利用基因工程的手段培育抗虫植物新品种除可以克服以上缺点外，还具有成本低，保护全，特异性强等优点，成为当前研究的热点。1987年，比利时科学家首次成功地将Bt(Bacillus thuringiensis，Bt)毒蛋白基因导入烟草，美国用农杆菌介导法将Bt基因导入壳籽棉，育成世界上首例抗虫棉，棉铃虫危害率下降50%。

③抗真菌作物。自1986年schlumbaum等首次报道提纯的菜豆几丁质酶具有抗真菌活性以来，已经相继从菜豆、水稻、烟草、油菜、马铃薯、小麦、玉米和甜菜等多种植物中克隆到了几丁质酶基因，对立枯丝菌等20多种真菌表现出体外抑菌活性。将几丁质酶等基因导入番茄、马铃薯、莴苣和甜菜，达到抗真菌的目的。

④抗重金属作物。由于人类活动，矿山的开采，工业化进程的加剧，空气，土壤，水体面临着越来越严重的重金污染，不但严重影响作物的产量和品质，更重要的是通过植物食物链危害人类的健康。土壤中的重金属主要有Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn、As等。 20 世纪 80 年代，提出植物修复，超富集植物。但由于自然界中已发现的绝大多数重金属富集或超富集植物往往生长周期长，生物量低，植株矮小，因而限制了其对污染土壤重金属的移除效率。通过基因工程技术改良植物对重金属的抗性，增加或减少重金属在植物体内的累积量被认为是进行污染土壤的生态恢复以及减少食物链重金属污染的一条切实可行的有效途径。富集重金属的相关基因不断克隆，应用转基因技术提高植物对重金属的耐性已取得一些重要进展，一些转基因植物地上部分表现了较高的重金属离子富集量，并在污染土壤的生态恢复中进行了初步应用。

⑤抗病毒作物。传统的抗病毒作物，是将植物天生的抗病毒基因从一个植物品种转移到另一个植物品种，然而抗病植株常会转变为感病植株，而且作用范围较窄。目前最有效的是将病毒外壳蛋白基因导入植株获得抗病毒的工程植物。如1986年美国华盛顿大学已将烟草花叶病毒(TMV)的外壳蛋白基因转移到烟草、番茄中。除上述以外，我国还将黄瓜花叶病毒(CMV)卫星RNA基因转入烟草，番茄，黄瓜，马铃薯x病毒(PVX)的CP蛋白基因转入马铃薯等。其中烟草抗TMV工程植株已进入大田试验。

2.3 生物农药及生物控制

微生物农药具有对人畜安全，不破坏生态平衡，害虫不易产生抗性等优点，但也存在着药效速度慢，专一性强，受自然条件影响大的缺点。而利用基因工程改造微生物菌种，创造出自然界不存在的新型菌种就可以克服这些缺点。20世纪70年代末国外就把苏云金杆菌伴孢晶体毒素蛋白基因(BtICP基因)转移到大肠杆菌和枯草杆菌中，通过发酵工程进行工业化大量生产，降低了成本，提高了产量。目前已转到假单胞杆菌中，由于该菌对环境适应性强，土壤中广泛存在，可望成为更优良的细菌杀虫剂。我国对杂合毒素基因的广谱苏云金杆菌Bt新毒株的研究也在进行之中。

2.4 其他应用

应用植物生物技术，生产具有商业价值的次生代谢产物(如生物碱、类黄酮等)、改良种子贮藏蛋白品质、改良药用植物品种、提高作物收获后贮藏能力。

3 结语

综上所述，随着现代生物技术发展，植物生物技术将在社会生产和实践中的应用越来越广阔。相信不久的将来，随着我国现代生物技术的发展，我国的社会生产将获得突飞猛进的发展，将会迎来更加美好的未来。

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