生物化学在农业上的应用

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1、生物化学在农业上的应用12级生物技术林喆生物化学是研究生物分子和生物体内化学反应的科学，是运用化学原理在分子水平上解释生命现象的科学。从严格的意义上说，生物化学的发展历史很短。分子生物学、分子遗传学、微生物学、生物工程学、免疫学、细胞生物学和生物反应器等生化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，可认为是生化工程的开端。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

2、。基因工程  绝大多数生物的遗传信息是由一种生物大分子-脱氧核糖核酸(DNA)即基因决定的。基因工程即将不同生物的DNA在生物体外进行分离、剪切、拼接,然后把这种经过人工重组的转入宿主细胞内大量复制，使新的遗传特性得到表达,从而人工构建出新的生物,或赋予原有生物以新的功能。与农业关系较为密切的主要有以下3项。植物基因工程  已对近50种植物的基因用分子生物学方法进行了研究。通过遗传转化进行基因转移，已在、矮牵牛等植物上建立模式系统，正在向重要农作物过渡。研究的范围较广，包括：与提高效率有关的1，5-

3、二磷酸核酮糖羧化-加氧酶基因的结构和功能，生物固氮基因的分离和改建，贮藏蛋白和提高必需氨基酸含量的基因工程，抗病虫、耐盐碱、抗等基因的分离以及激素和光敏色素对调节基因表达的作用等。苏云金杆菌的毒素蛋白基因在转给烟草等后已得到表达，并能遗传给后代，培育出能杀死鳞翅目昆虫的抗虫作物。动物基因工程  外源基因可通过显微注射等技术，导入单细胞期胚胎的原核中，使之在每次细胞分裂时自动复制，并在个体水平上得到表达。用这种方法已将大鼠的生长激素基因导入小鼠，产生的“超级”小鼠生长速度比普通小鼠快50％。、、的生长

4、激素基因工程也在研究开发中。已知注射生长激素后，可在不增加饲料消耗的情况下提高产奶量；猪注射生长激素后可明显增加日增重，提高瘦肉率。兽用基因工程疫苗  目的是通过对微生物进行的基因操作，生产高效、安全的兽用疫苗。目前猪、牛大肠杆菌性幼畜腹泻疫苗、猪疫苗的研制已在实验室阶段取得成功。细胞工程  利用细胞、组织培养和细胞融合技术，改良生物品种，生产生物产品及其组分的技术。主要包括以下3种。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、

5、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

6、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

7、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

8、转移了对马铃薯卷叶病毒、线虫、螨类等的抗性。动植物细胞的大量培养技术，也可用于生产有用的次生代谢产物，如各种香料（薄荷、香精油）、食品添加剂（辣椒素、姜油酮、植物色素、甜味剂）以及中草药的有效成分(长春新碱、人参皂苷、毛地黄碱)等，用作化妆品、食品、医药工业的重要原料。由紫草细胞培养生产的紫草宁，用于唇膏生产，已实现商用化。胚胎移植和性别控制  雌性动物经超数排卵处理和形成的胚胎，直接或经液氮冷冻复苏后移植至受体的生殖道内，可获得正常的后代。这种技术已在羊、毛兔、奶牛