生物工程的最新研究进展和研究热点

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生物工程的最新研究进展和研究热点

邓佳艺术与设计学院 15125478

【摘要】农业生物工程研究和产业的现状及其我国发展的策略北京大学副校长陈章良教授从８０年代初美国科学家获得第一株转基因植物到现在，短短几十年时间内，农业生物工程迅猛发展，日新月异，成为高新技术领域中进展最快的领域之一。

【关键词】农业生物工程；植物基因工程；转基因农作物；转基因工程；病毒基因组；应用；

【前言】根据“生物多样性公约”规定，生物技术是指“利用生物系统、活生体或者其衍生物为特定用途而生产或改变产品或过程的任何

技术应用”。从广义上讲，生物技术涵盖了当前在农业和粮食生产中普遍采用的多种技术手段;而从狭义上讲，生物技术主要包括涉及繁殖生物学，或以特殊用途为目的处理或利用活生物体遗传物质的技术应用。则该定义涵盖了很大范围的不同技术，如我们学习的分子DNA标记技

术、基因操作、基因转移、无性繁殖、胚胎移植、冻藏(家畜)及三倍体化等。生物技术在农业生产力方面的应用比较难，比医学方面要慢，但农业生物技术现在已经从农业试验室发展到现

场试验了，那么进而达到商业化的阶段；其中包括动物疫苗、微生物农药、抗杀草剂植物等，现在一些专家预测此类产品将引导全中国，甚至全世界，走向另一次农业革命。农业生物技术包括防治动物疾病的疫苗，以及增进农畜产品的品质。另外，包含具有新特性的各类农业生物技术的发展。农业生物技术对传统农业有巨大的影响，农业生物技术的产品已逐渐由农业生物技术试验室进人了农业基地试验。

【正文】生物工程又称生物技术或生物工艺学。它是在生命科学的最新成就与现代工程技术相结合的基础上，利用诸如基因重组、细胞融合、固定化酶、固定化细胞和生物反应器等技术，对生物系统加以调控、加工，从而进行物质生产的综合性科学技术。由于它的相对投资少而效益巨大、适用面广，在、食品、医药、能源、环境保护等方面的应用日趋广泛。科学家们预测，生物

工程将在农业中导致一场新的革命，大大提高农产品的产量和质量水平。

从严格的意义上说，生物工程的发展历史很短。分子生物学、分子遗传学、微生物学、生物化学、免疫学、细胞生物学和生物反应器等生化工程技术的发展为这门综合性科学技术的形成提供了基础；而60年代末至70年代初以来基因重组、细胞融合、固定化酶和固定化细胞等技术的出现，可认为是生物工程的开端。它主要包括基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程等4个方面,已不同程度地开始在农业上研究、应用。

生物技术在农业的应用是非常的广泛的，在我们的生活中已经屡见不鲜，现代生物技术主要是基于基因修饰的理论、利用重组DNA技术，包括了发酵工程、遗传工程、细胞工程、酶工程、组织培养、生物反应器等处理生物性材料和物质的方法，目前已在农牧业、医药保健业等方面取得了巨大的成就，而且不断地、快速地向食品行业渗透和发展。那么生物技术在食品和农业领域的应用现状，运用生物技术对农作物品质进行改良，已生产出许多高品质的新品种，除延熟保鲜

的果蔬外，还有有益于健康的植物油、增强营养价值的食品、富含抗癌蛋白质的大豆、高营养饲料等都是可以满足人民。如在作物育种上就利用了孟德尔发现遗传规律的，但是传统的常规育种技术利用有性杂交技术进行基因重组，工作效率低且工作量大而繁琐，目的基因的出现有时不决定于育种者的意志，况且远缘杂交不亲和性，可供选择基因的局限性一直困扰着育种者，一个有成就的育种者通过艰苦的田间观察，选择鉴定，一生中也不见得能育出几个品种。有了转基因技术则不同了，转基因技术不仅打破了生物间的界限，不同种、属亲缘等问题，而且目的基因是可操作的，只要是想得到的，符合人类需求、有益于人类、有益于环境的基因都可以应用到育种中来，育种效率大为提高。目前生物技术在棉花、水稻、玉米、大豆、油菜等农作物中都已经有了转基因品种。特别是众所周知的袁隆平他是我们的杂交水稻之父，他研究出来的杂交水稻解决了中国吃饭难的问题，所以生物技术在农业上运用是非常的有成就的。但是对于杂交水稻究竟是好与不好，以及杂交水稻是否为转基因，人们都是各持己见，杂交水稻从本质上来讲是属于转基因

的一种，只是它是通过杂交得到的，而通常所说的转基因，是指通过一定的人为的技术手段直接的对基因进行人为的加入外来基因与去除认为不好的基因。无论是吃转基因还是不吃转基因从理论上讲都会对人有影响，只不过影响速度与影响效果好与不好，有利还是不利以及安全性高低而已。并且杂交是一种自然界的自然现象，符合生物的进化原理。袁隆平只是通过筛选促进了这一现象。它和转基因有着本质的区别。

农业生物技术应用国际服务组织（ISAAA）发布的2006年全球年度报告显示：2006年全球转基因作物的种植面积猛增1200万公顷，增幅为13%，达到了1.02亿公顷，首次突破1亿公顷大关；种植转基因作物的农户数量首次超过了1000万户；1996年到2006年的累计种植面积超过了5亿公顷，达到5.77亿公顷（14亿英亩），前所未有地实现了60倍的增长；各项生物技术的应用达到顶峰，生物技术的应用提高了食物、饲料、纤维和燃料等作物的产量，并取得了多项里程碑式的成果。

目前的科学技术水平还不可能准确地预测一个转基因作物及其产品中的外源基因在新

的生物体中会产生什么样的作用。科学家们也不能用已知的有关转基因食品的化学成分来预测转基因食品的生化或毒理学效应。但是我们都知道，不管是什么都会是有两面性的，在我们的生活中安全永远都只是是相对的，绝对安全的食品是根本不存在的。所以：有理由相信公众对农业生物技术及其产品的食用安全性的质疑是理所当然的。危险也许是潜在的，转基因食品是否具有有害作用如引起食物中毒，引发致癌、致畸和致突变，或产生过敏、营养不良和感觉不良等后果，那么这些影响都是需要长期的观察和科学检验才能得出结论的。

农业生物技术应用国际服务组织创始人、董事会主席克莱夫·詹姆士博士介绍，2006年，有22个国家的1030万农户种植了超过1亿公顷的转基因作物。其中，90%是发展中国家资源匮乏的小型农户，包括680万中国农户，他们大多数都种植转基因棉花。同时，还有另外29个国家已经批准了相关法规，允许进口转基因作物产品来用作食品和饲料的加工原料，或进行环境试验。詹姆士博士认为，在2006年到2015年第二个十年的商业化过程中，转基因作物依然有巨大

潜力。

从1996年到2006年，全球发展中国家的转基因作物的种植面积逐年持续增长。2006年，发展中国家转基因作物种植面积占全球转基因作物种植总面积的40%，相当于4090万公顷。“尤其是代表南半球三个大陆———亚洲、拉丁美洲和非洲———的五个主要发展中国家（中国、印度、阿根廷、巴西和南非）在应用和研究农业生物技术方面的影响力日益提升，预示着今后全球对转基因作物将有一个良好的采用率和接受度。”詹姆士博士说。

植物细胞的组织培养利用植物细胞的“全能性”，现在已有几百种植物能从叶片、茎尖、茎段、子叶、胫轴、根、幼穗、花药、子房、胚珠、幼胚、愈伤组织、悬浮培养细胞或原生质体等再生成完整的植株。再生的途径，一是通过愈伤组织诱导器官发生，产生不定芽和根；一是通过体细胞胚胎发生形成与正常种子胚相似、具有胚根和胚芽的胚状体，由它萌发直接形成幼小植株。这种方法由于分化频率高，繁殖速度快，可用于珍稀和濒危、苗木的大量快速繁殖，以加快优良品种的推广，保存种质资源。现在，

已因许多快繁公司的建立而形成一个新行业──“组织培养工业”。由胚胎发生产生的胚状体，与正常种子胚相似，遗传稳定性较好，可用褐藻酸钠等加以包埋，形成一种外被胶囊的人工种子，直接用于生产。茎尖分生组织不带或带病毒较少，可结合进行热处理和离体培养，获得无病毒植株，在、、香石竹等作物上已广泛应用。茎尖分生组织和悬浮细胞培养物还可在低温或-196℃液态氮中保存，解冻后仍保持再生植株的能力;此法多用于保存种质资源,并带动了冷冻生物学的发展。花药和子房的离体培养，可以产生染色体数比正常二倍体少一半的单倍体，经秋水仙素等处理，使染色体加倍，可较快地形成遗传上纯合的优良二倍体株系，大大缩短育种年限。在中国，由花培育成的水稻、、烟草等新品种，已在生产上大面积推广

细胞和组织培养中产生的体细胞变异已知是一种普遍现象，它为育种家们提供了一个重要的遗传变异库。试管受精和杂种胚培养，已用于克服远缘杂交中合子前和合子后的不亲和性，获得了如小麦、栽培棉×野生棉、大白菜等远缘杂种。不同种间、属间植物的细胞融合（或称体

细胞杂交）已获得番茄与马铃薯、拟南芥菜与油菜等的远缘体细胞杂种，都是自然界中原来不存在的新类型，被命名为“番茄薯”、“薯番茄”和“拟南芥油菜”等。通过细胞质融合还获得了有性杂交难以得到的胞质杂种，转移了由胞质基因组控制的雄性不育性和除草剂抗性。栽培种与野生种的细胞质融合，还转移了对马铃薯卷叶病毒、线虫、螨类等的抗性。

“中国依然是全球农业生物技术应用的领头羊。”詹姆士博士说，“2006年是生物技术应用的里程碑之年，种植转基因作物的农户超过了一千万户，其中有一半的种植人口是在中国。”除了在棉花种植中应用生物技术外，中国国家农业转基因生物安全委员会还在2006年建议批准了抗番木瓜环斑病毒（PRSV）的转基因番木瓜。这使中国批准商业化种植的转基因作物已经达到了6种。

“尽管生物技术在中国的绝对种植面积居世界第六，但涉及的人口最多，研究投入和成果居世界领先，有些生物技术如转基因抗虫棉等已经出口到印度等周边国家，直接和间接促进了当地农业生物技术应用的步伐。”詹姆士博士说，

“在第一个十年中，中国的生物技术商业化水平和研发成果不对等，这给下一个十年的加快发展提供了充分的机遇。”詹姆士博士乐观估计，“今后十年，将有数百万资源匮乏的小型农户转而种植转基因作物，中国将占据其中很大一部分，成为全球生物技术应用的‘发动机’。”

“转基因作物在全球的持续增长将会成为一种趋势，即便是以前禁止采用生物技术的欧盟也逐渐认识到转基因作物的优势，如2006年法国的转基因玉米种植面积翻了几番，达到了5000公顷。”詹姆士博士说，“在生物技术的应用方面，我们正处于一个激动人心的时刻。展望未来十年的商业化过程，许多因素都会促使转基因作物的增长率远远超越早期的种植国。今后十年是转基因作物为全球13亿贫困人口做出巨大贡献和产生深远影响的十年。”

我国生物技术在农业方面的发展速度很快，加上生物资源优势和较大的潜在的市场需要量，未来生物技术在农业方面将成为高产、优质、高效农业创新要素向企业聚集，加快建立以企业为主体、市场为导向、产学研相结合的技术创新系。农业生物技术对保障粮食安全和促进农业可持

续发展有着至关重要的抢占技术制高点与经济增长点的战略机遇期，生物技术在未来农业产业化将成为我国现代农业发展中新的技术制高点与经济增长点，并成为维护我国粮食安全和经济安全的命脉所在。同时，面向国际前沿领域，提高生物技术的科技含量。生物技术领域的发展日新月异，发展迅速，在农业上的应用也更加广泛，尽管我国在农业某些领域取得一定的成就，但与国际前沿仍有差距。科技工作者必须在已有的基础上，迎头赶上或超过发达国家的步伐。其次，加强科技投人。生物技术在农业上的研究和开发需要耗费大量的人力和物力，因此，必须加强科技投人。生物技术是提高农业科技含量的重要手段，是发达国家科技发展计划重点支持的领域之一，得到各国政府、科技界和产业界的普遍重视。近几年，我国虽然在此方面加大投人力度.但与国外相比还有一定差距。现代农业生物技术的发展使世界各国的农业发展和农业经济格局面临挑战与机遇。如果能够成功利用现代生物技术，能够为我们的生活提供许多的方便，同时也能给我们带来很大的帮助。

【结语】农业生物技术提供的机会,不但可

以巩固绿色革命的成果,克服农业发展中存在的问题,而且可以顺利应付经济全球化带来的挑战。现代农业生物技术的应用,远未达到传统农业生产的范围和规模,其发展前景极为广阔,发展过程将是长久持续的,有关农业生物技术应用所产生的影响和问题,其争论和研究也将持续。而对其它方面的研究还有待后人进一步的研究、探讨，共同来完成对生物技术的应用。

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