广义而言,生物技术是利用有机体、死细胞、活细胞以及细胞内含物,采用特殊的过程生产出特殊的产品应作到农业、医药以及环境修复治理中,尤其是20世纪70年代基因工程的出现,它能改变、取代物种的基因。
1 生物技术在农业中所取得的主要成就
1.1农业绿色革命
在重要农艺性状基因的克隆及功能研究方面,我国已建成了包括水稻、小麦在内的主要作物遗传资源收集和研究中心,收集鉴定和创造了一大批具有特殊抗性的遗传资源;建立了一些病害和逆境抗性的筛选与鉴定体系;开展了一定规模的抗性基因分子遗传研究,获得了包括小麦抗白粉病基因,水稻抗白叶枯病和稻瘟病基因等的分子标记;取得了一些主要功能基因等。2001年对人类基因组的快速测序,使得此项技术在农业上应用更富有成效。
1.2 生物技术育种
建立了多种主要农作物的遗传转化技术,已获得具有不同性状的转基因植物180种,进入中试或大田释放的15种,其中有6种进入商品化阶段。自1999年始国家又安排了转基因专项。利用植物细胞工程和染色体工程技术已育成了京花1号小麦、中花号水稻等一批重要品种。利用核辐射诱变技术在40种植物上诱变育成513个品种,利用空间技术育成了高产、优质、多抗的水稻、小麦、青椒等新品系。
1.3 动物克隆及转基因动物技术
我国在此方面已具有一定的基础,某些单项胚胎生物工程技术已在畜牧业生产上应用,位居世界先进水平。我国还培育出了乳腺中能表达人血清白蛋白的转基因牛和乳腺中能表达凝血因子的转基因羊。在异种动物克隆研究方面,我国已得到克隆大熊猫胚胎。
2 生物技术给农业带来的前景
2.1 生物技术在大农业中的应用
最初通过遗传工程获得而进入市场的作物是:玉米、大豆和棉花。它们经转基因后具有抗除草剂和棉铃虫的能力。通过基因修饰,使花朵展现新的颜色,蔬菜和水果的营养成分更高,木材的木质素含量降低,以改善纸的生产。
2.2 生物技术在畜牧业上应用
一是生物技术有助于提高畜禽的生命力以及消灭竞争者。促进畜禽生长的物质有生长激素和调节剂,这些物质可由基因工程而获得。如利用鼠类基因获得了经遗传改良的绵羊,比普通棉羊产毛量提高6%左右。二是生物技术在提高农作物产量、质量的同时,提高畜牧业的生产力发展水平。如通过控制饲料作物体内碳水化合物含量可提高畜牧业生产力;利用基因调控技术可以提高包括豆科作物在内一些作物的蛋白质含量,减少饲料作物中难消化的木质素含量等。
2.3 在生态和环境方面带来的益处
生物技术已用于生产抗虫害、抗除草剂作物。这些转基因作物能减少杀虫剂的用量,降低杀虫剂及其残留物对食物链、水体造成污染,从而有利于保护生态环境。
在许多农业生产区,土壤氮素可利用量是制约农业生产力提高的一个重要因子。转基因作物的最终目标是使作物本身能够自行固氮,避免、减少使用人造肥料,从而减少对生态环境的破坏。这在目前尚不可能,但在将来却有望实现这个目标。
3 生物技术带来的不利
3.1 引起发达国家与发展中国家贫富差距扩大
生物技术公司主要集中在发达国家,发达国家可以通过输出生物技术产品而获得利润。同时,发展中国家由于技术、及其产品还远没有被广泛接受。
3.2 生物技术可能引起生产方式和人类健康的退变
DNA重组技术是按人类需要设计和改良物种,一旦气候发生变化或突发性病虫害出现,人类将遭受严重威胁,有的可以产生意想不到的后果,如物种大量灭绝,产生新的抗药性的农作物病虫害,作物优良性状的丢失,品质降低,生态平衡的破坏等等。
3.3 生物技术在食品上的应用对发展中国家的农民也会造成许多困难
3.4 生物技术也会对人类的健康制造麻烦。
近年来在英国已有这方面的报道。特别是当能引发人体过敏反应的基因转入农作物时,例如,坚果能引发人体过敏反应,若它的基因被导人其他作物,则有可能其他作物也会引起人体过敏。为此,转基因作物产品必须经免疫测定筛选后才能利用。
3.4 生物技术也可能引发环境问题
人们利用生物技术生产出抗旱、耐盐、抗病虫害作物同时,也导致生物多样性遭受严重破坏,甚至导致一些物种灭绝。这一结果是由于生物技术促进农作物向它原本不适应的地域扩张而造成的。生物技术同样加速土壤侵蚀和沙漠化。农业中不断投入的能源促进全球变暖。与此同时,氮素生物化学循环的改变也加剧了水体的富营养化,直接影响人类和动植物的生存。
至于转基因作物脱离当地农业生态系统后有可能引发的问题,一是转基因作物使自生作物成为严重的杂草问题;二是转基因作物通过杂交后产生杂种;三是转基因作物影响食物安全。任何一种转基因作物都存在对生态环境产生冲击的可能性。
4 未来生物技术的展望
4.1 农业基因工程的新技术和新方法研究仍然是21世纪发展的重点
转基因技术研究,是实现转基因动植物应用研究的基础。近10多年来,转基因技术的一系列重大突破,为动植物基因工程的发展正在不断提供有效的新手段。新的遗传操作技术,尤其是动物和植物细胞的基因转移技术,基因扩增技术,基因克隆技术以及新型表达载体和转化体系不断涌现。新的转基因技术也在趋于不断完善或正在发展研究之中。随着转化技术的重大进步,已培育出越来越多的转基因植株。为了借助基因工程改良作物的品质及其他农艺性状,新的基因导人技术和分离优良性状基因的技术,仍然是未来10年农业生物技术发展的重点。
4.2 新的基因导入技术使农作物育种显示出巨大的发展潜力
基因工程为新品种改良提供了强有力的手段,突破了传统育种方法面临的种间生殖隔离,可以将微生物、病毒等低等生物的有益基因导入栽培作物。
美国生物技术的研究与开发居于世界领先地位,日本在农业领域的研究与开发落后于欧美。目前,日本共有37多项转基因作物进入了野外隔离试验,试验的作物种类主要是抗病毒作物和耐除草剂作物。中国在转基因植物研究方面,总体上已接近国际水平,在发展中国家处于领先地位,在亚洲具有明显优势。在农作物抗性生物技术育种方面近年已取得重大突破,现已获得抗虫棉花、抗病毒水稻、抗菌素青枯病马铃薯,以及分别具有抗赤霉病、白粉病及黄矮病小麦等具有某种抗性的大田作物。
4.3 转基因动物育种将继续开拓新产品和新功能的研究领域
转基因动物研究,尤其是利用转基因动物生产药物和具有重要生物功能的活性物质的研究是生物技术的又一热点领域。自美国1982年研究成功含有多种外源基因的转基因“巨鼠”之后,在短短十几年里,相继培育成功转基因兔、鸡、猪、羊、牛、鱼等。转基因动物的成功对农业生物技术产业发展起着重要作用。
4.4 人类将全面进入克隆时代
英国克隆羊“多利”的诞生是生物技术领域一个具有划时代意义的重大突破,引起了世人对克隆技术的极大关注,全球引起了一场克隆浪潮。
从科学技术和经济效益上分析,克隆技术研究将具有重大作用。首先,利用克隆技术可以加速优良家畜品种的繁育。此外,克隆技术对于濒危动物和家畜遗传多样性的保存具有重大意义。
4.5 农业生物技术将为未来环境保护。实现农业可持续发展带来新的希望
农业生物技术是解决人类食品问题、而同时不使自然环境受破坏和保持生态平衡,实现可持续发展的最主要的途径。传统的生物技术在发酵、堆肥和污水处理等方面的应用已经发挥了一定的作用。现代环境生物技术的应用将为更有效,并能降解更复杂的化合物和更多的废弃物提供了机会,对于农业的持续发展是一种有巨大潜力的新兴技术。生物技术将环境治理上发挥其不可替代的作用。如用工程植物和微生物清除环境污染物和土壤毒物已被公认取得显著成效;研究和开发了多种类型的能代替化学杀虫剂的生物农药,以此大大减少了化学污染。正在研究利用微生物和植物生产新型可降解塑料,以解决白色污染问题以及利用废物处理,开发对环境无害的生物能源和食物。
生物农药也将取代化学农药而成为消灭病虫害的有效药物。环境生物技术可以用较低的成本解决废物处理、将农业废弃物转化为能源以及土地污染物的清除等问题,因此它在全球的应用具有广阔的发展前景,并将为国民经济的可持续发展做出更大的贡献。
未来20年,随着世界人口的增长,农业将经历具有重大意义的革新。这是现代科技和市场经济发展的必然,是形势下提高我国农业技术成果转化率和贡献率的重要手段。毫无疑问,生物技术作为科学和技术在这场变革中将起到关键性的作用。
(编辑:钟双玲)