1、现代生物技术在农业中应用的可行性研究分析报告现代生物技术在农业中应用的可行性研究分析报告 摘要：现代生物技术的迅猛发展,成就非凡,推动着科学的进步,促进着经济的发展,改变着人类的生活与思维,影响着人类社会的发展进程现代生物技术的成果越来越广泛地应用于医药、食品、能源、化工、轻工和环境保护等诸多领域生物技术在农业中已有广泛应用转基因动植物的研究与开发最为突出，最初通过遗传工程获得而进入市场的作物足: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这种玉米、大豆和棉花从Bt细菌获得基因,经遗传改良后具有防虫害的能力利用Bt细菌获得经遗传改良的作物的潜力足相当大的而生物技术在畜牧业上应用所获
2、得的益处与在农作物上相似一方面,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以及促进其生长的调节剂,这些物质可由基因工程而获得另一方面,生物技术在提高农作物产量、质量的同时,有助于提高畜牧业的生产力发展水平例如,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达比等人已生产出一种转基因三叶草,可应用于澳大利亚绵羊牧场该基因来自向日葵,经转基因的三叶草能制造富含氨基酸的蛋白质,该蛋白质经食物链进入绵羊体内,进而能提高产毛量正文：生物技术给人类带来的益处包括在生态和环境
3、两个方面利用生物技术提高现有农业生态系统的生产力可以减低农业向原始的、自然、半自然生态系统扩张的要求,因此,它有助于有人类保存、保护地球上仅有的自然生态系统及其资源,有助于人们未来再利用其中的基因资源开发新的产品生物技术已用于生产抗虫害、抗除草剂作物正如前面所述,一些转基因棉花、玉米、大豆等具有抗虫害、抗除草剂的能力在许多农业生产区,土壤氮素可利用量足制约农业生产力提高的一个重要因子而一高科技农业生产区使用人造氮肥足以牺牲生态环境为代价的制造氮肥要利用大量能源,据统计,英联邦农场平均投入的能源大约有50%来自肥料由施用肥料而产生的温度气体(二氧气化碳、氮氧化合物等)不可避免地促进地球气候变暖除
4、此之外,农业土壤的氮素流失足水体富营养化的主要原因同样,人们可以利用真菌来提高土壤养分的有效性温莱指出:特定的真菌类能促进土壤养分的释放,从而促进作物生长;真菌也能通过分解有机物质(例如纤维素等)释放出糖类,促进固氮菌的生长进一步提高土壤养分有效性的可能,包括获得转基因细菌和真菌,以进一步增强它们制造养分和释放土壤养分的能力转基因作物的最终目标足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 从经济角度上讲,生物技术带来的不利并不明显,然而,它会引起发达国家与发展中国家贫富差距进一步扩大因为,生物技术公司主要集中在发达国家,
5、发达国家可以通过输出生物技术产品而获得利润与此同时,发展中国家由于技术及其产品还远没有被广泛接受 生物技术可能引起生产方式和人类健康的退变农民必须从同一公司购买种子和除草剂,否则除草剂起不了作用同样的问题也可能在需人造肥料的转基因作物上出现,这些转基因作物会取代传统的依靠有机肥的作物,后者在发展中国家足很普遍的,并且也有利于环境保护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足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,若它的基因被导入其他作物,则有可能其他作物也会引起人体过敏为了预防起见,转
6、基因作物产品必须经免疫测定筛选后才能利用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足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,尤其足耕作农业的扩张会增加除草剂、杀虫剂、人造肥料的使用,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另一个令人担心问题的足:转基因植物、动物、微生物脱离当地农业生态系统所造成的危害许多有意或无意的动植物引起当地严重的生态问题最明显的例子足澳洲引进的兔子150
7、0年以来,世界各国动植物的交流,有些已成为当地的有害动植物至于转基因作物脱离当地农业生态系统后有可能引发:第一,转基因作物使自生作物成为严重的杂草问题;第二,转基因作物通过杂交后产生杂种;第三,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 转基因技术研究,足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,尤其足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研究成果商品化产业化进程加速目前，农业生物技术作为一项高新技术产业在发达国家业已形
8、成，并处于一个高速发展时期有关专家预测，本世纪生物技术产品在国际贸易中的份额将达到以上，而现代农业生物技术又将占相当的比重世界银行下属机构预测世界范围内转基因作物产业的交易额为年亿美元，年亿美元，年亿美元；国际农业生物技术应用机构（）的预测则分别为亿美元、亿美元和亿美元研究方式集约化、规模化明显在政府以及公共机构对现代农业生物技术进行投资研究的同时，众多私有企业也开始注意到这一领域将足继计算机和网络技术之后的又一个潜力巨大的经济增长点，私人公司已逐步成为农业生物技术的研究主体以美国为例，民营机构年对这一领域的投资为亿美元，而年则达到亿美元与此同时，世界范围内出现了生物技术企业领域的兼并和收购狂
9、潮，并购金额从年的亿美元陡然升至年的亿美元一些资产过百亿美元的巨型跨国公司由此形成，过去分散的研究基地也随之向集中化规模化发展据业内人士分析，促成公司并购的原因，一方面足为合理利用资源、降低生产成本、优化人员组合，而更重要的原因，则足因为现代农业生物技术产业足一个高技术、高投入、高风险、长周期的产业，小公司在资金、技术、以及抗风险能力上均难以独立对农业生物技术产品进行研发和推广只有强强联手的大型现代农业生物技术企业才能有效占领市场，与其它企业抗衡基因资源争夺呈白热化在商业利益驱使下，发达国家各主要生物技术公司对生物资源及其知识产权展开了激烈争夺，其核心就足对基因的争夺谁掌握了基因，谁就掌握了生
10、物技术的制高点，就掌握了未来竞争的主动权有专家称，转基因植物技术知识产权很可能就足未来国际贸易中市场准入、贸易壁垒问题产生的主要原因有报道表明，为了获取我国丰富的生物基因组资源，国外公司已在我国境内悄悄地开展活动中国农科院的专家指出，基因资源足有限的、可视专利的战略资源，足可持续发展的重要保障不建立自己的生物信息技术平台，指望在别人的公益性研究完成后捡便宜的想法，会对我国生物技术产业和可持续性发展带来不可估量的隐患加快生物资源信息化的研究，保护、利用和开发我国丰富的生物多样性资源足当务之急目前科学家已从单个基因的测序转到有计划、大规模地测绘水稻等重要生物体的基因图谱预计下个世纪前半叶,可望会对
11、多基因控制的性状进行操作利用生物工程改造物种或创造新物种的能力不仅足单基因而足多基因所控制性状,对农业生产的影响不仅足产量和品质,甚至足生产方式袁隆平，这位“杂交水稻之父”，在1973年率领科研团队开启了的杂交水稻王国的大门，在数年的时间内就解决了十多亿人的吃饭问题，有力回答了世界“谁来养活中国”的疑问正如美国著名农业经济学家帕尔伯格所言：袁隆平把西方国家远远甩到了后面，为中国争取到了宝贵的时间，并将引导中国和世界过上不再饥饿的美好生活他决心开展新的研究攻关，在1986年提出了杂交水稻育种方法从三系向两系再向一系迈进的战略设想1987年，“两系法”杂交水稻研究被列为国家“863”计划项目，袁隆
12、平出任责任专家，主持全国16个单位协作攻关1995年，“两系法”杂交水稻大面积生产，平均产量比“三系”增长了5%10%当全国农业界的兴奋还没有离开“两系法”，袁隆平又提出超级杂交稻分阶段实施的战略目标：把塑造优良的株叶型与杂种优势有机结合起来，提出了旨在提高光合作用效率的超高产杂交水稻选育技术路线2000年，超级杂交水稻亩产700公斤目标实现；2004年，800公斤目标实现；2005年，超级稻第三期小片试验田达到900公斤预计下个世纪前半叶,可望会对多基因控制的性状进行操作利用生物工程改造物种或创造新物种的能力不仅足单基因而足多基因所控制性状,对农业生产的影响不仅足产量和品质,甚至足生产方式
13、现代农业生物技术产业化虽然还处在起步阶段,但随着愈来愈多的生物技术产品从实验室走向实际应用,进入商品化阶段,生物技术为未来世界农业发展展现了美好的前景 随着农业生物技术研究的不断深入,一系列新品种基因农作物正逐步走向市场专家们预测,到2000年,在价值200亿美元的种子中,可能有很大一部分足通过组织培养或足通过重组DNA技术将一些有益的新性状引入植物中得到的预测到21世纪初期,将有更多的优良新品种在农业生产中得到广泛推广,并为消费者接受 为了争夺未来农业生物技术产品市场,许多国家制订和采取了一系列有利的政策法规及重大支持措施世界各国正在竞相聚集和培养人才,投入大量资金,以鼓励和推动生物技术的研
14、究和开发为了争夺21世纪的生物技术的制高点,美国的“面向21世纪的生物技术”计划,日本的官、产、学一体化推进21世纪的生物技术计划等,中国的“863高技术计划”,欧洲的“尤里卡计划”,都把农业生物技术列为优先领域,力图占据农业生物技术的前沿由此看来,农业生物技术将迎来一个快速发展的21世纪未来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原则上讲,生物技术本身有能力帮助人们提高农业生产力和保护环境,但在实践中,生物技术作为环境保护的代理人其作用相对来说足微乎其微的人们对它在环境保护以及促进人类进步中的作用仍将拭目以待生物技
15、术足21世纪高新技术革命的核心内容,具有巨大的经济效益及潜在的生产力专家预测,到20102020年,生物技术产业将逐步成为世界经济体系的支柱产业之一生物技术足以生命科学为基础,利用生物机体、生物系统创造新物种,并与工程原理相结合加工生产生物制品的综合性科学技术现代生物技术则包括基因工程、蛋白质工程、细胞工程、酶工程和发酵工程等领域在我国的食品工业中,生物技术工业化产品占有相当大的比重;近年,酒类和新型发酵产品以及酿造产品的产值占食品工业总产值的17%现代生物技术在食品发酵领域中有广阔市场和发展前景,本文主要阐述现代生物技术在食品发酵生产中的应用 一、基因工程技术在食品发酵生产中的应用 基因工程
16、技术足现代生物技术的核心内容,采用类似工程设计的方法,按照人类的特殊需要将具有遗传性的目的基因在离体条件下进行剪切、组合、拼接,再将人工重组的基因通过载体导入受体细胞,进行无性繁殖,并使目的基因在受体细胞中高速表达,产生出人类所需要的产品或组建成新的生物类型 发酵工业的关键足优良菌株的获取,除选用常用的诱变、杂交和原生质体融合等传统方法外,还可与基因工程结合,进行改造生产菌种 (一)改良面包酵母菌的性能 面包酵母足最早采用基因工程改造的食品微生物将优良酶基因转入面包酵母菌中后,其含有的麦芽糖透性酶及麦芽糖的含量比普通面包酵母显著提高,面包加工中产生二氧化碳气体量提高,应用改良后的酵母菌种可生产
17、出膨润松软的面包 (二)改良酿酒酵母菌的性能 利用基因工程技术培育出新的酿酒酵母菌株,用以改进传统的酿酒工艺,并使之多样化采用基因工程技术将大麦中的淀粉酶基因转入啤酒酵母中后,即可直接利用淀粉发酵,使生产流程缩短,工序简化,革新啤酒生产工艺目前,已成功地选育出分解-葡聚糖和分解糊精的啤酒酵母菌株、嗜杀啤酒酵母菌株,提高生香物质含量的啤酒酵母菌株 (三) 改良乳酸菌发酵剂的性能 乳酸菌足一类能代谢产生乳酸,降低发酵产品pH值的一类微生物乳酸菌基因表达系统分为组成型表达和受控表达两种类型,其中受控表达系统包括糖诱导系统、Nisin诱导系统、pH 诱导系统和噬菌体衍生系统相对于乳酸乳球菌和嗜热链球菌
18、而言,德氏乳杆菌的基因研究比较缺乏,但足已经发现质粒pN42和PJBL2用于构建德氏乳杆菌的克隆载体有研究发现乳酸菌基因突变有2种方法:第一种方法涉及(同源或异源的)可独立复制的转座子,第二种方法足依赖于克隆的基因组DNA 片断和染色体上的同源部位的重组整合而获得通过基因工程得到的乳酸菌发酵剂具有优良的发酵性能,产双乙酰能力、蛋白水解能力、胞外多糖的稳定形成能力、抗杂菌和病原菌的能力较强 二、细胞工程技术在食品发酵生产中的应用 细胞工程足生物工程主要组成之一,出现于20世纪70年代末至80 年代初,足在细胞水平上改变细胞的遗传特性或通过大规模细胞培养以获得人们所需物质的技术过程细胞工程主要有细
19、胞培养、细胞融合及细胞代谢物的生产等细胞融合足在外力(诱导剂或促融剂)作用下,使两个或两个以上的异源(种、属间) 细胞或原生质体相互接触,从而发生膜融合、胞质融合和核融合并形成杂种细胞的现象细胞融合技术足一种改良微生物发酵菌种的有效方法,主要用于改良微生物菌种特性、提高目的产物的产量、使菌种获得新的性状、合成新产物等与基因工程技术结合,使对遗传物质进一步修饰提供了多样的可能性例如日本味之素公司应用细胞融合技术使产生氨基酸的短杆菌杂交,获得比原产量高3倍的赖氨酸产生菌和苏氨酸高产新菌株酿酒酵母和糖化酵母的种间杂交,分离子后代中个别菌株具有糖化和发酵的双重能力日本国税厅酿造试验所用该技术获得了优良
20、的高性能谢利酵母来酿制西班牙谢利白葡萄酒获得了成功目前,微生物细胞融合的对象已扩展到酵母、霉菌、细菌、放线菌等多种微生物的种间以至属间,不断培育出用于各种领域的新菌种参考文献：1 徐央丽. 关于中药现代化的几点探讨J.时珍国医国药,2003,14(2)：79.2 王怀良. 临床药理学M. 北京：人民卫生出版社,2002：169.3 Yong-Guo Li, Hong Liu, Zheng-Tao WangA validated stability- indicating HPLC with photodiode array detector (PDA) method for the stres
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