生物技术在农业中的应用(I).doc

生物技术在农业中的应用 学 院： 生命科学学院 系 别： 化学工程系 班 级： 应化082班 学生姓名： 学 号： 生物技术在农业中的应用摘要：将生物技术应用于农业，可提高农业效益，加快农业现代化进程，对于实现农业可持续发展有很大益处。本文简单介绍了生物技术在农业生产中的主要应用方法，包括转基因技术、细胞工程技术、酶工程技术等。并对各种方法在农业中的应用状况做了描述。展望了生物技术在农业中的应用前景。关键词：生物技术；农业；应用；应用方法；前景中国的农业历史悠久，而且自1949年新中国成立以来，尤其是改革开放以来，中国的农业发展迅速，以有限的耕地养活了占全世界22的人口，取得了令世人瞩目的成就。但是随着人口过度膨胀、商业高速发展，在今后几十年，粮食供应增长肯定是不够的，所以我们需要增产更高。但是我们淡水资源缺乏，尤其是中国三分之二是在干旱和半干旱的情况下，所以水资源是一个很大的问题；以及水土流失、土地沙漠化和提倡退耕还林等使得土地资源越发紧张；另外就是虫害问题，每年因为防治这些虫害打的农药就有很多人中毒，实际上对环境污染危害也是非常严重的。综合以上看来，将生物技术引入农业是势在必行的。发展和应用现代农业生物技术，是解决当前世界所面临的粮食、人口、污染等重大问题，发展现代化农业的必由之路。而在事实上，我们在这一方面也的确取得了比较大的成就，下面将是对一些生物技术的简单介绍：一、生物技术的简单概念和发展意义 生物技术是当代新技术革命的三大支柱之一。由于其用途非常广泛；具有投资少、产量高、回报率高等特点；可以利用自然界的再生能源，实现剪持续发展，它已成为解决当今世界面临的许多重大课题的关键。近年来人们在生物技术领域取得的许多突破性进展成果不但标志着人类能够从微观上支配和改造生物，而且它的应用将给人类社会和生活带来巨大变革。农业生物技术是指运用基因工程、发酵工程、细胞工程、酶工程以及分子育种等生物技术，改良动植物及微生物品种生产性状、培育动植物及微生物新品种、生产生物农药、兽药与疫苗的新技术。大力发展农业生物技术及其产业，对于改变农业生产现状，大幅度提高农产品的产量和质量，加快高产、优质、高效、可持续农业的发展，提高农业资源利用率，减少环境污染，保护良性生态平衡都具有重要意义。二、生物技术在农业生产中的应用现代科学技术的发展，不仅为农业研究提供了一种新技术，而且赋予了农业生产一种新的概念。这里介绍一下常用在农业生产中的主要应用方法有以下几个方面：1、转基因技术 现在和我们生活离得最近的恐怕莫过于转基因，我们吃着转基因的食品，使用转基因技术生产的药物，我们无时无刻不是在和它发生着联系。根据相关统计和预测，全球范围内，1998年转基因农作物的销售额为12亿-15亿美元，2000年达到30亿美元，预计2005年可达80亿美元，2010年将达到250亿美元。当前转基因作物、食品安全性问题日益被人们所谈论，虽然没有确实的证据来说明转基因作物、转基因食品对人类身体机能有危害，但对它们的指责和担忧却也越来越多。那究竟什么是转基因技术呢？转基因技术是把某一生物体内的决定某生物性状的基因分离提取出来在体外进行复制，然后把这段基因连接到受体生物的DNA上，这样受体生物就有了我们所需要的性状。如把大肠杆菌的ADP-葡萄糖焦磷酸化酶基因导入到马铃薯中， 马铃薯块茎的淀粉含量即可提高20%以上。1.1 良种选育，品质改良 植物基因工程育种的目标主要是提高光合效率、固氮效率、提高和改良种子贮藏蛋白的含量及组成、增加植物次生代谢产物的产率等4个方面。例如在番茄中导入编码EFE酶的反义基因使能番茄在果实中形成一种抑制乙烯合成的酶，乙烯的合成量大大降低，番茄不能正常转色软化，大幅度延长了贮存期。华中农业大学利用该项技术育成的番茄品种已通过品种审定，目前正在生产中推广。1.2 提高植物的抗性 植物的抗性包括抗虫、抗病毒、抗寒、抗除草剂以及抗重金属、抗旱、抗寒、抗盐等 。现在人们利用转基因技术育成的转基因植物可说是多种多样，如抗虫棉，低植酸玉米，抗除草剂的水稻、大豆、烟草、甜菜，转基因的雄性不育油菜，高氨基酸含量的马铃薯，抗寒番茄等等。总的来说，获得的优良的新的植物品种或品系具有更好的植物抗性这比通过传统育种技术更省时。更具效益。1.3 转基因动物的培育 动物基因工程育种的研究主要是将激素基因导入哺乳动物受精卵内获得转基因动物。第一个成功的例子是1982年将大鼠生长激素基因注入小白鼠受精卵内，获体重增加一倍的“超级鼠”；然后，1985年以后国内外均有用人的生长激素基因戒功导人猪、羊、兔的报道；1996年，新西兰科学家关于转基因绵羊羊毛产量增加的报道吸引了不少同行的目光。目前已有牛、猪、羊等生长激素基因被分离出来转判牛、羊、兔、鱼中，不仅可产生“超级动物”，更重要的是改善了品质(瘦肉率提高)，改变了生长速度，饲料费用大大降低，奶牛、奶羊的产奶量平均提高1020以上。我国在这方面的研究已达到国际先进水平。1.4现代生物农药随着人们对化学农药危害性、局限性的逐步认识。生物农药在植物生产中地位逐渐突现出来，成为绿色农业的得要组成部分，有了较为广泛的应用。微生物农药有安全、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。而利用基本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。1、 细胞工程技术 细胞工程是生物工程的一个重要方面。总的来说，它是应用细胞生物学和分子生物学的理论和方法，按照人们的设计蓝图，进行在细胞水平上的遗传操作及进行大规模的细胞和组织培养。当前细胞工程所涉及的主要技术领域有细胞培养、细胞融合、细胞拆合、染色体操作及基因转移等方面。通过细胞工程中植物组培快繁和植株脱毒技术可以生产有用的生物产品或培养有价值的植株，并可以产生新的物种或品系。植物组培快繁有以下明显优点：使用的植物材料极少；不受季节和气候限制，繁殖周期短、扩繁速度快；在繁殖中不受病虫害的侵害 ，远距离运输和国际交流中既安全又方便；对一些园林植物，组织培养的植株株形美观，长得健壮，观赏价值较高。当前应用组培技术大规模繁殖的品种较多，无毒苗生产技术均得到大面积推广，效果也较好，并取得了很好的经济效益。 同样，通过动物细胞工程技术也取得很好的成绩，目前，牛、羊的超数排卵、胚胎移植、卵细胞体外培养和受精技术已经成熟，猪卵细胞培养和受精方法也基本成熟，今后的研究应重点开展胚胎的显微操作技术细胞核移植、显微授精技术、性别控制研究和胚胎生物工程技术的程序化、标准化及产业化。胚胎技术等新技术为我国的畜牧业的产业提高提供了新的机遇。2、 酶工程技术 酶是生物体内一种具有催化能力的蛋白质，它可加快化学反应的速度。作为一种生物催化剂，能在常温常压下高效地催化专一的底物其最突出的特点。酶工程目前在农业中主要应用在饲料加工领域。植物饲料中的营养物质大多是由生物多聚体组成，动物在其消化道利用这些物质之前必须消化它们，而动物本身的内源消化酶往往分泌不足或缺乏一些专一性酶，如果将一些酶作为添加剂混入饲料中，就可以帮助机体有效地将一些大分子多聚体消化成可直接供肠道吸收的营养物质，或分解成为小片段，供其它酶进一步消化。大量的试验表明使用酶制剂还具有改善动物的内分泌，增强抗病能力，促进动物生长的作用。使用酶制剂增强了动物的消化吸收能力，动物排泄物的水分含量和体积会明显减少，缓解了养殖业对环境的污染。 3、 其他生物技术应用举例 生物技术在废弃农业垃圾中的应用 在现阶段，广大农村对于农作物秸秆的处理大都采取焚烧的方式，但这种方法对能量的浪费实在是太大，而且对环境还有一定污染，而生物堆肥就成功避免了这些问题。我们利用微生物的作用，将不稳定的有机质转变为较稳定的有机质，使废弃物中挥发性物质含量降低，臭味减小，物理性状明显改善。高温堆肥还可杀灭堆料中的病原菌、虫卵和草籽，堆肥产品作为土壤改良剂和植物营养源。汪恒英等（2003）采用室外堆肥的方法 ,对嗜热球杆菌在猪粪堆肥中的作用及腐熟度指标进行了初步研究，结果表明 ,该菌株能有效加快堆肥的腐熟进程1 。而且肥效也要好过化肥很多，最重要的是他对环境的危害很小，几乎可以忽略。三、生物技术的未来发展1.光合作用机理研究 提高植物光合作用效率有助于增植物产品的产量，有效利用能源。叶绿体的二磷酸核酮糖羧化酶即Rubi SCO可通过羧化反应固定CO,还可催化底物加氧反应。为提高固定C02的速度，可以增加羧化酶活性，降低加氧酶活性。现在许多科学家对Rubi SCO的大小、结构、功能及调控做了许多工作，为提高植物光合作用的效果找到一些思路。2.生物固氮 氮肥是肥料的重要部分，随着化学肥料生产成本的逐渐提高及对土壤的破坏，越来越多的科学家将目光集中在生物固氮。一方面人们试图通过研究生物固氮的分子学基础，以提高微生物的固氮水平：另一方面通过DNA重组技术改造共生细菌，提高其竞争力，使之能超过天然共生细菌，促进根瘤的形成。3.基因组学 基因组研究被认为是20世纪最重大的科研计划之一。1998年美国启动了以玉米为主包括棉花、大豆、高梁和番茄在内的农作物基因组计划。2 1世纪基因组的研究将由“结构基因组”向“功能基因组”转变。目前许多国家纷纷投入巨资针对主要的农作物(如水稻)