农业生物技术

一、农业生物技术

农业生物技术是人类利用现代生物技术改进和改良动物、植物，从而提高产品质量和数量的一门新兴高技术。现代生物学和生物技术的伟大之处在于:可以从细胞甚至分子水平上对生物遗传信息进行实验室操作；可以在动物、植物、微生物，也就是在所有物种之间进行基因的转移和重组；可以进行遗传改良的工程设计和施工；可以极大地扩展生物种质资源和杂种优势的利用，创造更加适合人类需要的新的物种，这是生物科学和技术的一次伟大革命。目前，细胞和胚胎工程育种、分子标记技术、转基因技术等已趋成熟，在动植物育种中得到应用，有的已经实现商品化。生物技术为人类的农业生产带来了新的希望和巨大的潜能。

1.农作物新品种塑造技术

利用现代生物技术，人工创造新的高产、优质抗逆动植物品种，是现代农业新技术的一个重点。由于分子生物学的发展，新品种培育的效率迅速提高，不仅大大缩短农作物品种改良的周期，而且把过去由对植株整体单一层次的改良发展到个体、组织、细胞和分子等多层次的改良。

(1)农作物转基因工程。利用基因转移和重组技术，可以打破异种之间的杂交障碍，实现不同植物物种之间甚至动物、植物、微生物和人类之间基因的转移和重组，创造出新的生物类型。现在，人类已经获得了水稻、玉米、大豆、棉花等20多种转基因作物，它们在产量、品质、抗病虫能力、抗逆性等方面都表现出了显著的优势。我国已育成一批抗病毒的烟草和番茄品系；转基因抗虫杨树、棉花和玉米也已经在大田试验成功，都能增加产量并保证质量；转基因马铃薯在田间试验既能抗细菌性青枯病，又能提高蛋白质含量；主要粮食作物水稻白叶枯病广普抗性基因克隆成功。下一步，农作物转基因工程将向抗病虫、抗病毒、抗菌、抗化学制剂、抗旱、抗盐碱、抗寒、抗高温、提高产品品质等方向发展，为农作物品种改良展示了非常美好的前景。

(2)作物杂种优势利用。杂种优势是两个遗传组成不同的亲本杂交产生的杂种一代在一系列生物学特性上优于双亲的现象。我国率先开始推广的三系杂交水稻，平均每亩增产50公斤以上；玉米、高粱、棉花、油菜等杂交品种比常规品种均增产25%左右；继首创水稻三系杂交之后，我国又成功地实现了两系杂交水稻，平均单产提高10%以上，最高单产达730公斤。在21世纪，作物杂种将由近亲杂交向远缘杂交发展，将由几种主要农作物向多种农作物的杂种优势的全方位开发引用方向发展。

(3)植物细胞工程。这是在细胞水平上创造农作物新品种的技术领域。利用细胞融合技术，打破物种远缘杂交的种属障碍，把两种植物的基因无性结合在一起，在细胞水平上对作物品种进行改良。目前，通过细胞融合技术已经获得了大豆与烟草、番茄与马铃薯、烟草与番茄、甘蓝与白菜等多物种间、属间和科间的作物。

(4)快速无性繁殖技术。引用植物细胞的全能性，通过植物组织与细胞的培养技术，可以进行快速繁殖和无性繁殖。在许多国家包括我国，植物种苗组织培养快速繁殖已进入商业化生产阶段，用于快速繁殖的植物种类已超过一千种。组织培养是繁殖林木良种的重要手段，在21世纪将形成新兴的高科技人工种子、种苗制造产业，并向专业化和工厂化方向发展。

(5)超级树木。利用生物技术培育出各种各样的树木新品种。例如:培育树体粗壮的树木新品种，使其在单位时间内能够获得更高的产量；速生高产型高大乔木人工林可以增加木材产量；培育抗旱、抗盐碱、抗污染、抗病虫害树种，使许多不宜植林地区变成为绿洲，以提高森林覆盖率；培育千姿百态的艺术型树种，用于城市绿化和美化环境，等等。

2.生物固氮技术

氮肥的生产对能源的耗费及其使用对环境的污染都是地球难以长期承受的。生物固氮技术能够将占空气总量79%的氮气的一部分，转化成为高等植物能够直接吸收的、以离子形式结合的氮。目前，国际上的固氮技术日趋成熟，我国在玉米和大豆固氮研究方面已取得成功，将开始大面积推广。这将给肥料科学带来一场翻天覆地的变革。

3.生物农药技术

化学农药的大量使用虽然取得了成效，但却严重污染环境。生物技术的发展导致生物农药技术的发展。生物农药包括微生物农药、农用抗生素、基因工程农药和生物化学农药等，其中有些产品已开始进入实用阶段。生物农药容易降解，选择性强，对人畜安全性高，没有化学农药对环境污染严重，对21世纪纪可持续农业的发展将做出巨大的贡献。

4.动物品种改良与繁殖新技术

利用基因工程技术，可以培育高产、优质、抗逆的畜、禽、鱼和其他动物新品种，建立高产、优质、高效的动物繁殖生产体系。

(1)动物基因工程改良。将基因工程技术应用于动物品种改良，把某些促进生长、优质高产、抗逆性强的基因转移到本来不具有这些功能的动物基因中，从而创造出动物新品种，将给动物主产产业带来新的革命。随着基因标记技术的发展，各种动物基因图谱的建立以及基因重组技术的不断完善，“超级猪”、“超级牛”、“超级羊“、“超级鸡”、“超级鱼”等多种超级动物和以精、优、小巧为特征的缩微动物都将成为现实。

(2)动物繁育高效技术。它主要有三大方向:①开发利用胚胎移植技术。可以从一头良种母畜上获取超出自然繁殖数量(一年之内即产生40～50个优良后代)、优良遗传性状相近的后代，显著提高优良母畜的繁殖效率。在西方发达国家，胚胎移植技术已形成商业化生产的新产业；美国奶牛的60%～70%是通过胚胎移植技术繁殖的。②利用动物的一个胚胎分割为多个胚胎从而产生多个完整的后代的胚胎分割技术，可以提高良种动物的繁殖效率。20世纪80年代中期，我国就已在绵羊胚胎分割方面取得了成功，目前又成功地建立了试管牛、羊繁育技术体系。③发展动物性别鉴定和控制技术，进行定向繁育和饲养，提高经济、社会效益。

(3)核应用技术。利用核辐射诱发遗传基因突变、促进基因重组是选育作物新品种的投资少、见效快的新途径。通过追踪、观察微量放射性同位素，可以清晰地显示物质的转移和去向，是研究生物营养代谢、科学施肥及农药残留等的有效手段。目前已在动物免疫、昆虫迁移、林果生长等领域应用。

5.动植物病害诊断和病害防治技术

细胞融合技术和动植物分子免疫学技术的结合，导致了动植物病害基因工程诊断和利用单克隆抗体防治病害的技术的产生。由于诊断准确，抗体具有专一性、纯度高、生产成本低等优点。它将是21世纪动植物病害诊断与防治方面一项划时代的技术。

6.人造食物和饲料生产技术

利用生物技术和生物化学等技术，还可以对食物和饲料生产进行变革。

(1)利用生物资源生产食物和饲料。目前，全球作物的生产量只占生物总产量的6%，粮食作物生产量中人类食用部分只占30%～40%。如果通过微生物加工或酶工程的处理，可使其余生物资源如秸秆中的纤维素、木质素等分解为糖或转化为单细胞蛋白，作为食物或动物饲料，发展养殖业等，从而大大增加人类食物。许多国家包括我国已经在开发这项技术。

(2)单细胞食物。在阳光下培养绿色细胞直接生产有机物质，为人类提供食物，这条途径能够保持粮食作物、果树和蔬菜等食物各自具有的原有风味，比用再生资源经微生物加工所提供的食品更受欢迎。它可能将最终替代传统农业生产，使农业生产工厂化，从而支撑未来人类社会的生存与发展。