現(xiàn)代生物技術的運用及進展趨勢

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本文作者：王訓博、熊路、黃海兵、王定興、李昊旻、許永立 單位：湖南城市學院化學與環(huán)境工程學院、湖南農(nóng)業(yè)大學生物科學與技術學院、湖南城市學院城市管理學院

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，許多科學家們預言21世紀必將產(chǎn)生一次生物技術革命，而這一革命的主戰(zhàn)場就是農(nóng)業(yè)。現(xiàn)代生物技術可有效提高農(nóng)作物產(chǎn)量、改善農(nóng)作物的營養(yǎng)品質(zhì)。因此，現(xiàn)代生物技術必然會成為未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要趨勢。

1現(xiàn)代生物技術在農(nóng)業(yè)領域的應用

1.1基因工程在農(nóng)業(yè)領域的應用

基因工程即利用分子生物學和微生物學技術，設計好不同來源的基因順序，在體外成功構建雜交DNA分子后導入受體細胞，使受體細胞表現(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)領域應用基因工程技術，獲得的農(nóng)作物優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、抗性強，還可獲得畜、禽新品種及具有特殊作用的動、植物。例如，經(jīng)過7年的努力攻關，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的超級雜交稻第3期目標，達到了13899kg/hm2[1]；運用轉基因技術將相應的基因導入油菜中有望培育出轉基因抗病油菜新品種[2]；運用基因工程技術可將抗除草劑基因導入農(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，應用廣泛[3]。

1.2細胞工程在農(nóng)業(yè)領域的應用

細胞工程是指在體外培養(yǎng)細胞，以改變細胞某些生物學特性為目的將不同作物或動物進行細胞雜交，使植物或動物個體繁殖速度加快，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[4]。細胞工程技術在植物快速繁殖、植物新品種選育等方面發(fā)揮著重要作用。目前植物體細胞雜交應用較多，如可以將馬鈴薯細胞和番茄細胞進行雜交，可獲得上結番茄下結馬鈴薯的“番茄馬鈴薯”；將豆科植物與向日葵進行細胞雜交，可培育出具有高營養(yǎng)價值的“向日豆”[5]。

1.3發(fā)酵工程在農(nóng)業(yè)領域的應用

發(fā)酵工程即利用微生物具有的特殊作用生產(chǎn)出對人類生產(chǎn)有用的產(chǎn)品，或直接將微生物應用到工業(yè)生產(chǎn)過程的一門新的技術。發(fā)酵工程主要可應用在農(nóng)業(yè)領域的2個方面，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用到了發(fā)酵工程技術，通過調(diào)控渥堆時間、使用接種劑、發(fā)酵劑等方法可以改進茯磚茶的加工工藝，進而可生產(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)領域的應用

酶工程，簡單來說就是利用酶的生物催化功能，借助工程手段將相應的原料轉化成有用物質(zhì)。酶工程可應用在農(nóng)業(yè)領域中的制酒、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，難以在市場上應用。最有效的辦法還是運用酶工程技術的手段，將葡萄糖轉變?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)領域的應用

2.1微生物肥料的特點

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)中應用該種肥料可獲得特定的肥料效應[6]。生物肥料的定義分為2個方面，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)的轉化物等，此種生物體不限定，既可以是微生物，也可以是動、植物組織和細胞[7-8]。

2.2生物肥料的應用優(yōu)勢

微生物肥料具有其他化肥和農(nóng)藥沒有的優(yōu)勢，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用在綠色有機食品生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境保護以及高產(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，對環(huán)境幾乎無污染；同時，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，實現(xiàn)土壤的可持續(xù)化利用。

2.3微生物肥料的應用前景

目前，微生物肥料在農(nóng)業(yè)領域方面的應用已越來越廣泛，也得到了農(nóng)民以及社會的逐步認可。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生態(tài)環(huán)境、維護人類健康的理想肥料在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應用必將越來越廣泛、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]。