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第七节 人类未来的发展与植物生产
作者:生科院植…    文章来源:西北农林科技大学    点击数:849    更新时间:2010/7/13
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一、未来的农业生产

     (一)植物基因工程

     植物基因工程是随着分子遗传学的发展而产生的,分子遗传学的发展已在一定程度上揭示了植物性状的机制,逐渐找到了控制植物性状发育的基因。在此基础上,科技工作者便能把不同植物甚至动物的控制优良性状的基因转移到我们所需的植物中去,实现该植物性状的改良。植物基因工程技术的出现和发展使人类有能力对作物实现全方位的改良和“修整”。这一技术应用于农业生产必将大大提高农作物的产量、品质以及抗逆抗病能力, 从而提高农业生产的效率。

     (二)植物细胞融合

     细胞融合技术是在细胞水平上对植物进行改良。在自然界,生物交配时精细胞与卵细胞结合受精的现象是天然的细胞融合繁殖,这种繁殖只限制在植物近缘种属间进行,不能打破异种之间的杂交障碍。细胞融合技术是将两个不同生物的细胞以人工方法使其结合,并促使染色体和细胞质融合而得到新的杂种细胞技术。细胞融合首次成功地创造出新植物的例子是1978年德国科学家将同为茄科,但不同属种的马铃薯和番茄的单倍原生质体融合,获得了杂种体细胞并育成了杂种植物,人们把这种植物称为薯番茄,这就为创造一种在同一植株的地上部分结番茄,在地下部分结马铃薯的新植物提供了基础。迄今为止,通过体细胞杂交已获得了多种种间、属间和科间的杂交作物,如大豆×烟草、拟南芥×白菜、番茄×马铃薯等。

     (三)农业生产新领域

     1.蛋白质生产 蛋白质是维持生命的基本物质,它是组成人体器官、组织和体内酶、激素以及免疫球蛋白的主要成分。全世界蛋白质缺乏的问题已存在多年,开发单细胞蛋白是用生物技术解决这一问题的一条重要途径。单细胞蛋白是从酵母或细菌等微生物菌体中获得的蛋白质。酵母菌体中蛋白质含量占干物质的45%~55%;细菌蛋白质占干物质的60%~80%;霉菌菌丝体蛋白质占干物质的30%~50%;单细胞藻类如小球藻等蛋白质占干物质的55%~60%。单细胞蛋白质的营养十分丰富,人体必需的8种氨基酸,除蛋氨酸外,它具备了7种,故有“人造肉”的美称。一般成人每天吃干酵母10~15g,蛋白质的需要量就足够了。微生物细胞中除含有蛋白质外,还含有丰富的糖类以及脂类、纤维素、矿物质等。因此,单细胞蛋白营养价值很高。
     2.有用植物次生代谢物质生产 多年来,植物一直是供应食品添加剂和医药制品的丰富来源,但由于这种供应受自然条件的限制,在供应数量及植物种类上是十分有限的,这就刺激人类开始探索其他生产途径。生物技术领域内试管植物细胞培养技术的成功提供了一种切实可行的途径。有些植物细胞具有生产有用次生代谢物质的能力,可以经筛选培养生产有用物质。通过植物组织培养生产次生代谢物主要集中在制药业中一些价格高、产量低、用量大的化合物上,例如,运用细胞培养方法生产紫草宁衍生物,其生产率约为天然栽培植物的700倍。1982年日本还研究成功了用细胞培养方法生产人参的新工艺。
     3.植物全株利用 在当前的农业生产中,植物的利用是指能直接利用的植物部分,例如粮食作物的籽粒、纤维作物的纤维、糖料作物的糖分等。从整个植株利用的太阳能及矿质养料而言,我们利用的部分仅占整株的一部分,有时只是一小部分,这样势必造成浪费并引发环境问题。作物全株利用的具体设想包括:利用作物果实加工成家禽饲料和淀粉;应用作物叶子和叶鞘生产家禽饲料和化工产品;利用作物茎秆生产纤维素、纤维、压缩纤维板、木质素等。现在实施植株全株利用的技术已经具备,推广应用的问题实际上是一种经济上的比较,以及如何把这些技术组合起来,成为配套技术,在一种作物或一个地区应用,产生社会和经济效益。目前,美国已从农产品中开发出的工业用品包括:利用大豆油作原料,生产环氧树脂增塑剂;由植物油提取的二聚酸制成的聚酰胺树脂,被用于热融性黏合剂,应用于鞋底制作和制作防漏防水涂料等。包括农作物秸秆在内的生物量是地球上贮量最为丰富,而且可以年年再生的有机物质,我国每年的农作物秸秆有5~6亿多吨,其中大多数弃于田间地头,利用这一资源不仅能生产蛋白质或能量,而且还可代替石油生产有机化学物质。农作物秸秆主要由纤维素、半纤维素和木质素组成,其中纤维素可水解为葡萄糖,半纤维素可水解为木糖,木质素是一种苯酚类的高聚物,可分解为苯酚、苯及燃料。利用基因操作技术改变微生物的特性,实现上述分解反应是可行的。
     综上可见,蛋白质生产,有可能改变当前农业生产中蛋白质的生产方式,改变农业生产的产品形式;药用物质和其他有用物质的生产,会改变当前农业生产的目的,大大提高农业生产的经济效益;农业生产中植物的全株利用,则会大大降低农业生产成本和农业自身发展的持续性,对保护环境、维持生态平衡均有积极意义。

二、未来的森林

     随着世界上人口数量的急剧增加和工业化程度的提高,地球上森林覆盖面积不断下降,导致生态环境明显恶化,如水土流失加剧、自然灾害频繁、沙漠化增加、土地利用率下降等。有资料显示:地球表面每分钟有10hm2土地沙漠化、21 hm2森林消失、减少40 hm2耕地和25 hm2草地;每天向大气排放1500万t二氧化碳、产生2700万t垃圾、有10万人因环境污染而死亡。因此,要确保人类有一个稳定适宜的生存环境,必须“治山治水”,达到绿山常在,溪水常流的境界。
     此外,由于对木材和纸张需求的增加,培育快速生长的树木更显重要。森林树种混杂性强,为了发展生长最快的树木需要加强选育工作。组织培养技术的应用,在某些方面可提供大量新的无性系树苗,在遗传学上与原先要求的树相同,虽然并不是所有树种都能够通过组织培养获得快速繁育,但可以肯定地说,许多树种的组织培养繁殖方法在不远的将来会成为标准商业化的操作技术。

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