現(xiàn)代生物技術(shù)的運(yùn)用及進(jìn)展趨勢(shì)

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本文作者：王訓(xùn)博、熊路、黃海兵、王定興、李昊旻、許永立 單位：湖南城市學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院、湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院、湖南城市學(xué)院城市管理學(xué)院

隨著農(nóng)業(yè)革命、手工業(yè)革命、工業(yè)革命、商品國際化革命、信息產(chǎn)業(yè)化革命的推進(jìn)，許多科學(xué)家們預(yù)言21世紀(jì)必將產(chǎn)生一次生物技術(shù)革命，而這一革命的主戰(zhàn)場(chǎng)就是農(nóng)業(yè)。現(xiàn)代生物技術(shù)可有效提高農(nóng)作物產(chǎn)量、改善農(nóng)作物的營養(yǎng)品質(zhì)。因此，現(xiàn)代生物技術(shù)必然會(huì)成為未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要趨勢(shì)。

1現(xiàn)代生物技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

1.1基因工程在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

基因工程即利用分子生物學(xué)和微生物學(xué)技術(shù)，設(shè)計(jì)好不同來源的基因順序，在體外成功構(gòu)建雜交DNA分子后導(dǎo)入受體細(xì)胞，使受體細(xì)胞表現(xiàn)出人們需要的表現(xiàn)型，產(chǎn)生出人們需要的物質(zhì)。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用基因工程技術(shù)，獲得的農(nóng)作物優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、抗性強(qiáng)，還可獲得畜、禽新品種及具有特殊作用的動(dòng)、植物。例如，經(jīng)過7年的努力攻關(guān)，2011年勝利突破了大面積示范（即6.67hm2示范）平均產(chǎn)量為13500kg/hm2的超級(jí)雜交稻第3期目標(biāo)，達(dá)到了13899kg/hm2[1]；運(yùn)用轉(zhuǎn)基因技術(shù)將相應(yīng)的基因?qū)胗筒酥杏型嘤鲛D(zhuǎn)基因抗病油菜新品種[2]；運(yùn)用基因工程技術(shù)可將抗除草劑基因?qū)朕r(nóng)作物中，使農(nóng)作物能夠不受除草劑的影響，目前已生產(chǎn)出多種抗除草劑作物品種，應(yīng)用廣泛[3]。

1.2細(xì)胞工程在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

細(xì)胞工程是指在體外培養(yǎng)細(xì)胞，以改變細(xì)胞某些生物學(xué)特性為目的將不同作物或動(dòng)物進(jìn)行細(xì)胞雜交，使植物或動(dòng)物個(gè)體繁殖速度加快，以獲得優(yōu)良品種或新品種及某些具有特殊作用的物質(zhì)的一門技術(shù)[4]。細(xì)胞工程技術(shù)在植物快速繁殖、植物新品種選育等方面發(fā)揮著重要作用。目前植物體細(xì)胞雜交應(yīng)用較多，如可以將馬鈴薯細(xì)胞和番茄細(xì)胞進(jìn)行雜交，可獲得上結(jié)番茄下結(jié)馬鈴薯的“番茄馬鈴薯”；將豆科植物與向日葵進(jìn)行細(xì)胞雜交，可培育出具有高營養(yǎng)價(jià)值的“向日豆”[5]。

1.3發(fā)酵工程在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

發(fā)酵工程即利用微生物具有的特殊作用生產(chǎn)出對(duì)人類生產(chǎn)有用的產(chǎn)品，或直接將微生物應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)過程的一門新的技術(shù)。發(fā)酵工程主要可應(yīng)用在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的2個(gè)方面，一是生產(chǎn)傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品，如果酒、茯磚茶、食醋等；二是生產(chǎn)一些食品添加劑。如茯磚茶的制作過程中就運(yùn)用到了發(fā)酵工程技術(shù)，通過調(diào)控渥堆時(shí)間、使用接種劑、發(fā)酵劑等方法可以改進(jìn)茯磚茶的加工工藝，進(jìn)而可生產(chǎn)出“金花”飽滿、品質(zhì)優(yōu)良的茯磚茶。

1.4酶工程在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

酶工程，簡(jiǎn)單來說就是利用酶的生物催化功能，借助工程手段將相應(yīng)的原料轉(zhuǎn)化成有用物質(zhì)。酶工程可應(yīng)用在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的制酒、制醬等方面。例如，隨著我國糧食的不斷增產(chǎn)，一些地區(qū)出現(xiàn)了粗糧過剩的問題，需要解決粗糧的淀粉利用。解決辦法之一是生產(chǎn)葡萄糖，但由于葡萄糖甜度不大，難以在市場(chǎng)上應(yīng)用。最有效的辦法還是運(yùn)用酶工程技術(shù)的手段，將葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)樘鸲却蟮墓?，果糖不僅比葡萄糖甜度大，其比蔗糖的甜度還高50%以上。

2微生物肥料在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1微生物肥料的特點(diǎn)

微生物肥料是含有活的微生物的特殊的肥料，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用該種肥料可獲得特定的肥料效應(yīng)[6]。生物肥料的定義分為2個(gè)方面，從狹義上講，生物肥料就是指微生物肥料，是由具有特殊作用的大量有益微生物發(fā)酵產(chǎn)生的，活性高。施入該種肥料能夠產(chǎn)生活性物質(zhì)，能夠增加作物的固氮作用，改善土壤的理化性質(zhì)，使作物的生長環(huán)境變得更好，使作物生長更優(yōu)、產(chǎn)量更高。從廣義上講，生物肥料泛指各種具有特定肥效的生物制劑，包括特定的活的生物體、生物體的代謝物或基質(zhì)的轉(zhuǎn)化物等，此種生物體不限定，既可以是微生物，也可以是動(dòng)、植物組織和細(xì)胞[7-8]。

2.2生物肥料的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

微生物肥料具有其他化肥和農(nóng)藥沒有的優(yōu)勢(shì)，可有效改善土壤的理化性質(zhì)，提高土壤肥力。目前微生物肥料已應(yīng)用在綠色有機(jī)食品生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境保護(hù)以及高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效農(nóng)業(yè)的持續(xù)發(fā)展中，并發(fā)揮著極其重要的作用[9-10]。微生物肥料本身無毒害作用，對(duì)環(huán)境幾乎無污染；同時(shí)，施用量一般不大，在其生產(chǎn)過程中所消耗的能量也很少，因而可節(jié)約農(nóng)民的施肥成本。此外，微生物肥料還可改善土壤的理化性質(zhì)，減少土壤營養(yǎng)流失和富營養(yǎng)化的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)土壤的可持續(xù)化利用。

2.3微生物肥料的應(yīng)用前景

目前，微生物肥料在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域方面的應(yīng)用已越來越廣泛，也得到了農(nóng)民以及社會(huì)的逐步認(rèn)可。國內(nèi)外都在積極發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)和綠色食品，微生物肥料作為一種保護(hù)生態(tài)環(huán)境、維護(hù)人類健康的理想肥料在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用必將越來越廣泛、越來越重要。但是如何合理的使其替代化肥并更穩(wěn)定地發(fā)揮其生態(tài)作用是未來研究的方向[11-12]。