| 农业领域里的关键生物技术 苏彦辉等 |
1、重要农艺性状相关基因的分离技术 植物基因分离是研究生物性状形成和发育的关键步骤．尤其是与重要农艺性状相关的基因是转基因对象的主要来源之一。目前利用和正在发展的多种植物基因分离的方法都是基于基因本身所具有的一些特征，如序列的特异性，时空表达的差异性和染色体上的特定位置等。这些方法主要包括以蛋白质为基础的生物化学法，异源DNA杂交，mRNA表达差异筛选法，基因标定法和基因组学方法。这些方法已成功地在模式植物如拟南芥、金鱼草、矮牵中和农作物如玉米、水稻、西红柿等分离获得了多种控制农艺性状发育的基因。 系统分离植物和控制重要农艺性状形成和发育的基因已成为国际上众多从事植物生物技术领域研究的科研机构和大的农业、医药和化工公司的重要研究内容和开发方向。我国目前还没有开始系统分离植物基因的研究一尤其是相关公司的参与很少，拥有自己知识产权的控制重要农艺性状的基因更少。因此，建立相关的植物基因分离技术体系和分离控制重要农艺性状的基因，是我国植物生物技术发展的关键因素。 2、农业基因组学 基因组学（GENOMICS）是对生物体基因组进行作图、测序和分析的科学。对基因组物理结构的作图和测序的研究又称为结构基因组学，而分析基因组功能的研究则称为功能基因组学。农业基因组学（AGROGENOMICS）是以包括农作物在内的植物基因组和植物生长发育的特定生命活动为对象的结构和功能基因组学的研究，进而阐明植物生命活动的基因控制网络和机制。目前，由于农业基因组研究的重要性和良好的商业前景，已初步形成了一个庞大的农业基因组研究的市场，各大公司也纷纷加入到该领域的研究中来。我国在水稻结构基因组研究方面做出了重要的贡献，在世界上首次构建了它的物理图，并计划2004年完成水稻第4号染色体的全部测序。可以预测，农业基因组学的研究将大大促进植物生物技术的发展．成为21世纪农业生产的原动力之一。 3、植物转基因技术及其在品种改良上的应用 植物转基因技术是指通过体外重组DNA技术将外源基因转入到植物的细胞或组织，从而使再生植株获得新的遗传特性。转基因技术可将任何来源的基因转入植物，这不仅扩大了重要农艺性状相关基因的来源．而且可达到定向改良植物的目的。正是由于这一特点，转基因技术在作物品种改良上将具有巨大的应用潜力。转基因技术目前在植物品种改良方面应用的主要领域有：（1）抗虫基因工程；（2）抗除草剂基因工程；（3）抗病基因工程；（4）抗逆基因工程；（5）延熟保鲜基因工程；（6）品质改良基因工程；（7）杂种优势利用基因工程。 4、植物体细胞遗传操作技术与染色体工程技术 植物体细胞操作技术包括加倍单倍体技术、无性系突变技术、细胞融合技术等多方面内容，在作物改良上有巨大的潜力。在全部七种育种新技术中，这项技术被美国ICI国际种子公司列为首选。许多发达国家和发展中国家先后育成了一批水稻、小麦等作物新品种。我国在这项技术的应用与开发方面一直处于国际领先地位，至今已育成数十个水稻、小麦、大麦、玉米、马铃薯、油菜等新品种。 染色体工程技术是指包括远缘杂交在内的一系列细胞遗传技术和分子标记辅助育种技术，实现染色体的附加、易位、交换，将使在于野生亲缘种中的大量有益基因转移到受体植物中，丰富其遗传基础，创造新物种、新种质，育成新品种。染色体工程技术将被应用于种间和属间有益基因的转移。由于野生亲缘植物长期经受各种恶劣环境的考验，积累了大量栽培品种所不具备或早已丢失的优异基因，是一个巨大的资源宝库。近年来，结合分子标记辅助育种等技术，我国科学家还育成了广谱高抗白粉病的小麦—一簇毛麦易位系6VS／6AL，成功地将中间偃麦草抗小麦黄矮病的基因转移到普通小麦中，育成了119880和119899等易位系。在小麦育种新种质材料方面有了新突破，并将在抗病育种中发挥重大作用。 5、植物生物反应器 植物生物反应器是指以植物悬浮细胞培养或整株植物为工厂大量生产具有重要功能的蛋白如人或动物的疫苗、抗体、重要的氨基酸和具有重要药用价值，或可作为食品添加剂、工业原料的植物次生代谢产物。 通过培养植物悬浮细胞或离体组织器官用于生产一些价格高，产量低，需求量大，有重要功能的次生代谢物质，如有重要药用价值，或可作为食品添加剂，工业原料等的次生物质。 从1990年第一例利用植物转基因表达系统生产口服疫苗问世以来，已有多种疫苗和蛋白在转基因植物中得到成功表达。利用转基因植物系统生产疫苗可大幅度降低成本；疫苗的免疫原性保留自然状态，当作为口服疫苗时可刺激体液和粘膜免疫反应，而且易于扩大生产。 在植物中表达生产疫苗、抗体、蛋白和有重要价值的次生物是一种经济有效的途径，从长远的观点来着，将占疫苗和药物市场的主导地位。此外，用植物作为生物反应器生产疫苗蛋白，次生物是既无公害，又无污染的绿色环保型产业。用植物作为生物反应器主产疫苗还可以避免疾病的交叉传染，因为植物病毒不侵染人类。 利用生物反应器进行细胞或组织培养，大量获得植物细胞，生产药用林木的有效成分或快速繁殖某些依靠扦插或种子方式繁殖困难的树种，为造林供应大量种苗。近期目标是建立主要林业药用植物或造林树种的细胞生物反应器规模培养技术，开发药用资源和优良树种的快速繁殖技术，为人类健康和人工林建设服务。远期目标是发展重要森林药用植物产业，建立重要造林种苗快繁基地。 6、植物DNA分子标记辅助育种 DNA分子标记辅助育种技术，是通过利用与目标性状紧密连锁的DNA分子标记对目标性状进行间接选择的现代育种技术。该技术对目标基因的转移，不仅可在早代进行准确、稳定的选择，而且可克服再度利用隐性基因时识别难的问题，从而加速育种进程，提高育种效率。与常规育种相比，该技术可提高育种效率2—3倍。技术的关键是与重要农艺性状紧密连锁的DNA分子标记的鉴定。美国、日本、西欧各国等国家近年都投入巨资开展这方面的工作。已经鉴定到了水稻、小麦、玉米、棉花、大豆等重要作物的一些农艺性状的分子标记。利用鉴定到的分子标记进行辅助选择育种也取得了一定的进展。 我国“863”计划和其它一些基金在“九五”计划已经启动了这方面的研究，中科院、中国农科院和一些高等院校已经掌握了这方面的技术，并经过近几年的研究，已取得了一批重要成果，在水稻、小麦、大豆、油菜等重要作物上已鉴定了一些与重要农艺性状连锁的分子标记；通过分子标记辅助选择，已选育出高抗白叶枯病的水稻品种。进一步加快分子标记辅助育种的研究，是大幅度提高农作物产量和品质的有效途径。 [资料来源：生物技术在农业上的应用/苏彦辉等//中国科技信息/中国科技新闻学会 |