生物技术在农业科技创新中的重要作用
摘要 利用生物技术对生物遗传信息进行操作，在动物、植物、微生物所有的物种间进行基因的转移和重组，可以创造出新物种，由此动物、植物、微生物育种进入了一个崭新的时期。本文通过对生物技术的概述、现状和进展成果的阐述，论证了其在农业科技创新中的重要作用。 关键词 生物技术；农业科技创新
人类在几千年的发展历程中，一直依赖农业提供食物、衣物和生产原料，随着世界人口的不断增加，有限的土地资源与日益增长的农产品需求矛盾将越显突出。生物技术引领农业科技新潮流，服务于农业，提高农业生产率，有效缓解了有限的自然资源与人类日益增长需求的矛盾。
1 生物技术的概念
生物技术从宏观到微观可分为:（1）分子水平，包括基因工程和蛋白质工程技术；（2）细胞和组织水平的基因转化技术、细胞培养工程和组织培养工程技术；（3）生物个体水平的植物育种、动物育种和微生物工程等技术。其中分子水平的基因工程技术和细胞水平的克隆技术是目前最新发展最快的农业生物技术[1]。
生物技术主要包括基因组学、功能基因组学、蛋白组学和生物信息学[2]。 基因组学是研究生物体遗传信息的学科，生物体遗传信息决定着生物体的遗传特征和主要个体差异。重点开展主要农作物重要经济性状形成的分子机理和性状分子改良的基础研究；探索外源基因在转基因后代中的表达特征和调控机理。
功能基因组学是基因组学的分支。自2003年完成了人类基因组计划后，基因组学的战略重点转向重要功能基因的分离、克隆、调控等功能基因组研究[3]。
蛋白组学是在特定的时间和空间研究一个完整的生物体(或细胞)所表达的全体蛋白质的特征，包括蛋白质的表达水平，翻译后的修编、蛋白质与蛋白质之间的互相作用等，蛋白组学对植物表型的测定有着很强的影响[4]。
生物信息学是基于人类基因组信息分析的需要而出现的一门与信息科学、数学、计算机科学交叉的新兴领域，主要特征是从分子、细胞、器官到机体和从个体、群体到生态系统的不同层次上生物信息的整合和量化。生物信息学的重要作用和巨大市场需求，对于生物信息学的重视和大量投入已成为各国政府与企业的共识[5，6]。
2 生物技术在农业科技创新中的应用
2.1 我国农业生物技术研究的成果与进展
2.1.1 分子育种已取得了阶段性成果 2004年中国水稻所提出水稻基因设计育种的概念，在主要农艺性状基因功能明确的基础上，通过有利基因的剪切、聚合，培育在产量、质量和抗性等多方面有突破的超级稻新品种；正在开展的小麦等位基因多样性研究已取得阶段性成果；我国完成了水稻全基因测序的基因组任务。 2.1.2 转基因植物研究走向产业化 水稻、小麦等主要农作物重要性状分子标记及其在育种实践中的应用，取得了突破性进展，建立了较为完善的分子标记辅助选择育种技术体系；果菜类和一些重要杂粮类作物中，构建了具有应用价值的分离群体，获得了一批重要经济性状的分子标记；建立了花生抗黄曲霉侵染的AFLP分子标记和首次将RAPD、SSR等分子标记技术应用于麻类育种中；克隆了一批具有自主知识权产权的新基因；建立和完善了一些经济作物和杂粮作物的转基因技术体系；主要农作物分子标记辅助育种技术成功用于种质创新和新品种培育；利用转基因技术，创造育种新材料，为新品种的选育和产业化提供了材料储备[7]。 2.1.3 农作物基因组学研究取得了新成果 我国已独立完成籼稻全基因组测序和粳稻等4个染色体测序后，又获得了107个功能组明确的基因，18个在优质、高产和抗逆品种改良方面具有应用前景的功能基因；研制成功国际上第一套水稻全基因组芯片，包含55 791独特基因的信息；从棉花中分离到了与表皮毛分化和伸长相关的转录因子，并申请专利；分离到了参与水稻分蘖的基因MOCI和胞性基因BCI等新成果。
2.1.4 农作物蛋白组学的研究取得了新进展 随着高通量蛋白质组技术如双向电泳、质谱技术和蛋白质芯片的建立，植物蛋白组学研究已由植物群体、组织和器官水平深入至亚细胞水平、叶绿体、浅粒体等细胞器的蛋白质组已被鉴定，并发现了新的叶绿体和线粒体蛋白质。我国在突变体的蛋白组学研究、植物环境信导应答和适应机制蛋白组质学研究、植物激素蛋白质组学研究和植物组织器官蛋白质组学研究等均取得重要进展[6]。
2.1.5 航天育种关键技术取得突破 初步建立了“多代混系连续选择与定向跟踪筛选”的空间诱变育种技术，进一步优化了高能粒子辐照、物理场处理等地面摸拟航天诱变靶室设计与样品处理程序；比较分析了高能粒子诱变分与C射线诱变的差异，探讨了高能粒子诱变小麦的分子生物学机制，完善了地面摸拟航天育种技术方法，开创了地面摸拟航天环境诱变作物进行遗传改良的新途径。建立了水稻、
小麦、棉花等作物的航天诱变育种技术体系，获得了一批新品种(系)，育成优质高产稻、麦、甜椒新品种12个。
2.1.6 水稻栽培稻籼粳2个亚种的比较基因组学进展顺利 籼粳杂种优势的利用是今后水稻杂交育种的主要发展方向。通过对籼粳稻慢染色体基因结构组成和顺序的异同核包括对单中苷酸的多态性，插入或缺失的比较分析，为阐明籼粳杂种优势的遗传基础和更有效利用籼粳杂交育种材料提供了分子遗传依据，为水稻高产、优质、增强抗病、抗逆性提供了重要的数字基础[5]。
2.2 北京市农业生物技术研究的成果举例
2.2.1 高比活植酶基因的获得及耐高温植酸酶生产 北京农业科学院生物技术研究所姚泉洪研究员科研团队，为解决目前植酸酶不耐受颗粒饲料加工中的高温处理，酵母工程菌株大规模发酵时产量较低的难题，采用现代生物工程技术建立了适合于植酸酶体外定向超滤浓缩技术和安全性评价；构建了适合于低成本、大规模、高效益工厂化生产植酸酶的发酵分离技术体系；成功研究了细胞代谢流分析与多参数控制，定时反映生物反应器中基因、细胞和工程三个水平多角度控制优化技术，解决了工程菌低溶氧技术难题，实现了基因工程植酸酶大规模、低成本、高效益生产；申报了4项发明专利，成果达国际领先水平；整体技术以1 200万转让上市公司进行大规模产业化生产，对提高饲料酶制剂水平，降低饲料成本和减少磷排放等具有重大的经济和社会效益。
2.2.2 主要转基因农产品定性定量检测技术和试剂盒应用 转基因农产品的安全性研究和应用，受到各国研究者的高度重视和关注。以北京市农业科学院生物技术研究所张大兵研究员领衔的科研团队，针对我国虽出台了转基因农产品标识条例，但缺乏对转基因农产品定性、定量检测技术，更没有相关国家或行业技术标准的状况，在基因组DNA抽提纯化方法，内标准基因、定性定量PCR检测方法，国家行业标准制订等难题上取得了一系列创新成果:(1)在国际上率先研制出适合转基因油菜、棉花、番茄和水稻定性、定量PCR检测的内基因。(2)改进植物基因组DNA抽提方法，建立了一套适合多种农产品中基因组DNA提取方法，并开发出试剂盒，其中油类产品的DNA抽提试剂盒成为农业部转基因农产品执法检查的推荐使用产品。(3)开展了油菜RT73的转化事件特异性、“华番一号”番茄构建特异性的序列分析，并建立了主要转基因农产品定性、定量PCR检测方法。(4)开展了转基因农作物深加工产品的相对精确定量PCR检测技术研究，可实现对豆腐、豆奶等加工产品精确定量检测。(5)在国际上率先开展了利用新型荧光RCR技术检测转基因农产品。(6)参与制定农业部农业转基因生物检测技术标准4项，出入境
检验检疫行业标准1项，国际标准4项；申报国家发明专利2项，为我国转基因农产品标识制度的实施提供了技术支撑。(7)为国家转基因检测部门提供检测试剂盒并开展检测服务，加强了国内外转基因农产品的监管，保障了我国转基因产品标识制度的实施。
2.2.3 作物抗旱基因(QTL)定位克隆和节水稻新品种培育成功 以北京农业基因中心首席科学家罗利军领衔的科研团队，创制并构建了重组自交系群体和等基因导入系业已成功地应用于抗旱分子遗传和抗旱基因(QTL)定位克隆，建立了植物抗旱性鉴定设施和体系。新建抗旱鉴定专用设施和原抗旱设施的维修；抗旱研究专用种质材料引进、培育与综合性状、抗旱性鉴定评价；节水抗旱种质资源数据构建；回交转育抗旱基因(QTL)、QTLduster及上位性抗旱QTL；主效QTL高代回交后代的构建；水稻QTL数据收集和网络分析系统的建立；BAL文库构建；抗旱相关基因表达谱分析与候选基因筛选；抗旱基因克隆、栽体构建与转基因研究；经示范种植，在节水50%的情况下，取得较高产量，表现出较好的节水抗旱、增产、稳定的特性，具有显著的经济、社会效益和良好的生态效益。
3 展望
大量研究表明，21世纪是生物技术的世纪。生物技术在农业科技创新中发挥了重要的作用。科学家们为解析生命活动的本质作出了不懈的努力。随着新技术、新学科的兴起，农业生物技术的研究将更为量化，系统化且多学科交叉。政府部门要持续的给予支持和资助，科研院校要继续营造良好的科研环境，科研团队在改造传统农业、构建现代农业的进程中任重而道远。
参考文献
[1]Bonnetl E，Peer YV，Rouze P，The small RNA world of plants[J].New Phytologist，2006，171B451，468.
[2]Wang YH，Xue YB，Li jy，Towards moleeular breeding and improvement of rice in China[J]. Trends in Plant Science，2005.10(12) 610-614. [3]万健民，作物分子设计育种[J].作物学报，2006，32(3):455 -462.
[4]范云六，张春义，贾继增.我国农作物生物技术成熟与展望[J].世界科技研究与发展，1999，21(1)B11 -15.
[5]抑展基，杨小石，毕玉本，等.蛋白质组学在农业中的应用[J].分子植物育种，2006，4(3)B106 -110.
[6]朱爱国.从植物基因组学到育种实践[J].乐山师范学院学报，2006，21(1)B48 -51.
[7]唐 梅.转基因水稻研究进展[J].乐山师范学院学报，2004，19(5)B82 -85.
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