农业生产改善，解决食品短缺|生物技术与工程概论

“民以食为天”，粮食问题是一个国家经济健康发展的基础。目前，世界人口已达约70亿，而耕地面积不但没有增加，反而有减少的趋势。因此，在今后几十年的发展中，如何满足人们对食品增加的需求，将是各国政府首先要解决的问题。

（一）提高农作物产量及其品质

（1）培育抗逆的作物优良品系。通过基因工程技术对生物进行基因转移，使生物体获得新的优良品性，称为转基因技术。通过转基因技术获得的生物体称为转基因生物。例如，转基因植物就是对植物进行基因转移，其目的是培育出具有抗寒、抗旱、抗盐、抗病虫害等抗逆特性及高产量和品质优良的作物新品系。1996年，全世界推广转基因作物的种植面积为250万hm2，到了2011年，已达1.6亿hm2，涉及的作物种类包括马铃薯、油菜、烟草、玉米、水稻、番茄、甜菜、棉花、大豆、苜蓿等。转基因性能包括抗除草剂、抗病毒、抗盐碱、抗旱、抗虫、抗病及作物品质改良等。我国2011年种植的转基因植物面积约390万hm2，主要品种有棉花、甜椒、番茄、木瓜等。

我国是人口大国，人多地少，粮食问题更是我国经济发展、社会稳定的关键。我国政府对农业生物技术极为重视，投入了大量的人力、物力，并取得了举世瞩目的成就，已培育了水稻、棉花、小麦、油菜、甘蔗、橡胶等一大批作物新品系。例如，我国的“超级杂交水稻”2012年百亩试种已达到平均亩产917.72 kg。

（2）植物种苗的工厂化生产。利用细胞工程技术对优良品种进行大量的快速无性繁殖，实现工业化生产。该项技术又称植物的微繁殖技术。植物细胞具有全能性，一个植物细胞犹如一株潜在的植物。利用植物的这种特性，可以从植物的根、茎、叶、果、穗、胚珠、胚乳、花药或花粉等植物器官或组织取得一定量的细胞，在试管中培养这些细胞，使之生长成为所谓的愈伤组织。愈伤组织具有很强的繁殖能力，可在试管内大量繁殖。在一定的植物激素作用下，愈伤组织又可分化出根、茎、叶，成为一株小苗。利用这种无性繁殖技术，可在短时间内得到遗传稳定的、大量的小苗（这种小苗称为试管苗，以区别于种子萌发的实生苗），并可实现工厂化生产。一个10 m2的恒温室内，可繁殖1万～50万株小苗。因此，该项技术可使有价值的、自然繁育慢的植物在很短的时间内和有限的空间内得到大量的繁殖。

利用植物微繁殖技术还可培育出不带病毒的脱毒苗。由于植物的根尖或茎尖分生细胞常常是不带毒的，用这种细胞在试管中进行无菌培养而繁育的小苗也是不带毒的，减少了病毒感染的可能性。

植物的微繁殖技术已广泛地应用于花卉、果树、蔬菜、药用植物和农作物快速繁殖，实现商品化生产。我国已建立了多种植物试管苗的生产线，如葡萄、苹果、香蕉、柑橘、花卉等。(www.xing528.com)

（3）提高粮食品质。生物技术除了可培育高产、抗逆、抗病虫害的新品系外，还可培育品质好、营养价值高的作物新品系。例如，美国威斯康星大学的学者将菜豆储藏蛋白基因转移到向日葵中，使向日葵种子含有菜豆储藏蛋白。利用转基因技术培育的番茄可延缓成熟变软，从而避免运输中的破损。大米是人类的主要粮食，含有人体自身不能合成的8种必需氨基酸，但其蛋白质含量很低。人们正试图将大豆储藏蛋白基因转移到水稻中.培育高蛋白质的水稻新品系。

（4）生物固氮，减少化肥使用量。现代农业均以化学肥料，如尿素、硫酸铵作为氮肥的主要来源。化肥的使用不可避免地带来了土地的板结和肥力的下降。化肥的生产又导致环境的污染。科学家们正努力将具有固氮能力的细菌的固氮基因转移到作物根际周围的微生物体内，希望由这些微生物进行生物固氮，减少化肥的使用量。

（5）生物农药，生产绿色食品。近年来，人们越来越注意农业生产的可持续发展及人与环境的协调，特别是由于化学农药的毒性作用及筛选新农药的艰难，企业和研究人员开始把注意力转向了生物农药的研究开发与使用。因其不污染环境，对人和动植物安全，不伤害害虫天敌，所以发展生物农药已成为保障人类健康和农业可持续发展的重要趋势。我国加入世界贸易组织之后，在国际农产品和食品贸易中，将面对苛刻的农药残留标准，这同时也为生物农药的发展提供了巨大的机遇。

（二）发展畜牧业生产

（1）动物的大量快速无性繁殖。植物细胞有全能性，因此可采用微培养技术大量快速无性繁殖，达到工厂化生产的目的。那么，动物细胞是否可能呢？在1997年之前，还只能证实高等动物的胚胎2细胞到64细胞团具有全能性，可进行分割培养，即所谓的胚胎分割技术。1997年2月，英国Roslin研究所在世界著名的权威刊物Nature杂志上刊登了用绵羊乳腺细胞培育出一只小羊——“多莉”。这意味着动物体细胞也具有全能性，同样有可能进行动物的大量、快速无性繁殖。随后，世界各地开展的多种动物的体细胞克隆取得了令人瞩目的成果。

（2）培育动物的优良品系。利用转基因技术，将与动物优良品质有关的基因转移到动物体内，使动物获得新的品质。人类第一例转基因动物产生于1983年，美国学者将大鼠的生长激素基因导入小鼠的受精卵里，再把受精卵转移到借腹怀胎的雌鼠体内。生下来的小鼠因带有大鼠的生长激素基因，生长速度比普通小鼠快50%，并可遗传给下一代。除了小鼠外，科学家们已成功地培育了转基因羊、转基因兔、转基因猪、转基因鱼等多种动物新品系。我国在转基因动物研究方面同样做了大量的工作，有的已达到了国际领先水平。先后培育了生长激素转基因猪、抗猪瘟病转基因猪、生长激素转基因鱼（包括红鲤、泥鳅、鲳、鲫）等。