生物技术在植物保护中的应用探究

近年来, 以基因工程、细胞工程等为代表的现代生物技术得以快速发展, 逐渐影响并改变着人们的生产生活方式, 发挥着越来越重要的作用。尤其是生物技术在植物保护中的应用越来越广泛, 包括微生物农药技术、植物基因工程技术、植物细胞工程、植物组织培养等, 这不仅有效突破了传统植物育种的技术, 将传统技术与生物技术相结合, 整合出新的基因品种, 而且能有效地降低成本, 提高植物的质量与产量, 具有甚为可观的发展前景[1]。因此, 对生物技术在植物保护中的应用研究具有重要的现实意义, 以促进我国在植物保护技术方面的进步与发展。

1 生物技术概述

生物技术 (Bio-technology) 起源于20世纪70年代, 是指以现代生命科学为基础, 结合其他基础科学原理, 利用生物 (或生物组织、细胞及其他组成部分) 的特性与功能, 设计或改造预期性能的新生物或加工生物原料, 研究生物生命活动规律用以为人类提供产品与服务的一项新兴综合性技术[2]。简而言之, 所谓生物技术就是用活的生物体 (或生物体的物质) 来改进产品、改良植物和动物, 或为特殊用途而培养微生物的技术。现代生物技术包括基因工程、分子生物学、生物化学、遗传学、细胞生物学和计算机科学等, 其技术内涵及为丰富, 如克隆技术是对生物遗传基因进行改造或重组, 并使重组基因在细胞内表达, 产生人类需要的新物质的基因技术, 又如从简单普通的原料出发, 设计最佳路线, 选择适当的酶, 合成所需功能产品的生物分子工程技术, 利用生物细胞大量加工、制造产品的生物生产技术 (如发酵) 等, 被广泛应用于植物保护、生物药品等方面。

2 生物技术在植物保护中的应用

2.1 微生物农药技术

在植物生长过程中, 有益微生物在很大程度上对病虫害有抑制作用, 主要体现在其能产生杀虫、杀菌等物质, 与病菌争夺营养、繁殖空间, 并能够通过自身的新陈代谢来增强宿主植物抗病虫害的能力, 从而促进植物良性生长。而且, 微生物对植物保护能进一步实现其增产目标, 主要体现在开发并应用微生物农药方面, 这是在植物保护中生物技术广泛应用之一。一般而言, 在开发微生物农药的过程中, 利用生物技术开发出公认“无公害”的微生物农药, 尤其有利于对植物病虫害的防治取得良好的效果。同时, 微生物农药还能使防治植物不易产生抗药性, 不伤害天敌。一方面, 由于微生物的繁殖能力及速度极快, 通常可以采用工业废水、农副产品等原料进行微生物的繁殖并生产出特定的微生物农药, 从而对植物进行保护;另一方面, 由于植物种类多样, 生长特性各异, 因此所应用的微生物农药也有所差异, 可将其分为微生物杀虫剂、除草剂、杀菌剂、生长调节剂等, 能有效避免微生物农药对植物本身造成危害。另外, 在植物保护中常常通过微生物农药技术利用昆虫将病毒重组, 以达到防治虫害的目的, 如利用昆虫病毒杆菌来表达昆虫毒素、激素等, 能干扰植物的虫害体内的代谢平衡, 从而实现灭虫的目的。目前, 微生物农药正在积极研制与开发阶段, 具有广阔的发展前景[3]。

2.2 植物基因工程技术

植物基因工程技术是在植物保护中应用最为广泛也是最为核心的生物技术, 能有效提高植物抗病虫害的能力, 是植物保护的关键性生物技术之一。植物基因工程技术是利用生物、物理、化学手段, 将目的基因导入植物细胞中, 从而获得转基因植物的一项技术。就目前而言, 植物基因工程技术包括直接转移法和间接转移法两种, 主要通过染色体DNA的Southern分析、多聚酶链式反应技术等方法检测是否成功转移基因。间接转移法是以某一种菌或植物病毒为载体, 将目的基因插入载体, 通过菌或病毒感染植物, 从而使目的基因整合到受体植物的DNA中复制并表达。而利用植物细胞的生物学特征, 将目的基因转移到受体植物的细胞之中, 称为直接转移法。一般而言, 真菌是植物出现病虫害的首要因素, 其次是各类细菌、线虫、病毒等。在农科领域中, 与传统注射疫苗防治植物病虫害的方法相比, 利用植物基因工程技术将病毒基因转移, 从而起到植物保护的作用, 能有效地降低成本, 减少对环境的影响。就目前而言, 植物基因工程技术被广泛应用于植物抗虫育种、抗除草剂育种等方面[4]。一方面, 利用植物抗虫育种技术, 能有效提高植物的抗虫性, 如云金杆菌是防治害虫最为广普的一种, 能对几十种农林虫害进行防治, 杀虫效果极好;又如利用植物基因工程技术将苏云杆菌病毒素中灭杀幼虫的基因转移到植物中, 使取食幼虫中毒而亡。另一方面, 我国在抗除草剂育种方面也取得了较好的成果, 目前已成功获得抗草甘膦烟草、抗三氯苯类番茄、抗镇草宁大豆等。

2.3 植物细胞工程技术

遗传学表明, 植物体细胞的遗传信息完全相同, 具有全能性, 并包含该植物体的全部遗传信息。在一定适合的条件下, 一个单独的植物细胞可以发育成一个完成的植株。而植物细胞工程就是利用植物细胞的这种全能性, 通过组培繁殖名贵花卉、消灭植物病毒, 并通过对植物细胞核物质的重新组合, 从而对植物遗传进行改造以获得所需要的植物品种的一项生物技术, 被广泛应用于植物保护中。一方面, 利用植物细胞工程技术, 在植物实际育种中, 能有效地培育出抗病虫性强的植物良种, 从而起到保护植物、提高其质量与产量的目的;另一方面, 利用植物细胞工程技术, 研究病原物以及在草、虫害等植物有害生物, 从而研制开发出防治方法, 也能起到对植物的保护作用。近年来, 植物细胞工程技术得到了快速发展, 尤其是病原物基因工程的应用越来越广泛。

2.4 植物组织培养技术

在植物保护中, 植物组织培养也是生物技术较为广泛的应用之一, 是指通过无菌操作, 将植物体的各类结构材料 (即外植体) 进行人工培养的一种技术, 又称为植物离体培养。一般而言, 植物病毒及类病毒不能在人工培养基上生长, 但可以在细胞内繁殖并生长。一方面, 在植物保护中, 通常利用植物组织培养技术, 能进一步研究病毒、类病毒与宿主植物细胞间的关系, 从而培养出无病毒植株, 进而获得抗病虫害的植物;另一方面, 利用这种无性繁殖的植物组织培养技术从而获得的无病毒抗虫害植物, 可以将其花粉粒作为外植体进行培养, 从而获得具有抗性的植物。另外, 利用植物组织培养技术获得的抗性植物, 在很大程度上有利于提高植物产量。

3 结语

将微生物农药技术、植物细胞工程、植物基因工程以及植物细胞培养等生物技术应用在植物保护中, 能有效地突破常规农林业技术难题, 创造新的生产力, 这不仅能进一步提高我国农林业发展水平, 提高农林作物产量, 而且在一定程度上加快了我国植物产业的发展, 进一步推动植物病虫害综合防治手段的进步与发展。通过对生物技术在植物保护中的应用研究, 有利于培育出更优良的植物品种, 提高其抗性能力, 实现降低成本、增产的目的, 从而在获得较大经济效益的同时, 减少对环境的影响, 发展前景尤为广阔。

摘要：随着科学技术的不断发展, 基因工程、细胞工程等生物技术被广泛应用于植物保护中, 生物技术是用活的生物体 (或生物体的物质) 来改进产品、改良植物和动物, 或为特殊用途而培养微生物的技术, 能有效地对植物进行抗病虫、选育良种等方面的保护, 发展前景越来越广阔。基于此, 首先对生物技术进行概述, 并在此基础上进一步探究生物技术在植物保护中的应用, 从而加强农林植物病虫害防治水平, 以有效提高我国植物生产水平。

关键词：生物技术,植物保护,应用,微生物,基因

参考文献

[1] 司姗姗.生物技术在植物保护中的应用探究[J].农业与技术, 2017 (4) :28.

[2] 王立侠.生物技术在植物保护中的应用[J].中国农业信息, 2016 (3) :108, 110.

[3] 朱明玉, 雷世鸣, 苏宏虎.植物保护中生物技术的应用探析[J].农技服务, 2015 (2) :84.

[4] 王嘉启.生物技术在植物保护中的应用[J].科技创新导报, 2012 (13) :143, 150.