新农业科技革命跟现代生物技术DOC151.docx

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新农业科技革命跟现代生物技术DOC151

新农业科技革命与现代生物技术

摘要：

针对21世纪中国农业发展中存在的问题，指出了新农业科技革命即将到来所面临的形势及条件是信息技术和现代生物技术迅猛发展、生态环境恶化和全球人口爆长，对现代生物技术的发展进行了展望。

   关键词：

农业；科技；革命；现代生物技术；进展

   一  关于新农业科技革命

（一） 21世纪世界经济的发展

    21世纪世界经济发展将进入一个新时代--新经济时代或知识经济时代。

其特点是，“以智力资源为依托，以高科技产业为支柱，以不断创新为灵魂，以教育为本源”。

与此同时，一场新的农业科技革命也将兴起。

知识经济和新农业科技革命的到来，对我国是一次发展的机遇，但也是挑战。

    人类社会经济的发展大体上可分为农业经济（主要依靠土地）、工业经济（主要依靠资本）和知识经济（主要依靠知识）三个阶段。

我国现在尚未完成工业经济的建设，因此，从现在开始，必须既要继续完成工业经济建设，又要开始知识经济建设，使两者协调发展，以便迎头赶上世界经济的发展。

（二）准确地把握世界科技新动向

    1996年9月，江泽民总书记就发出了“进行一次新的农业科技革命”的伟大号召，明确指出：

“中国的农业问题、粮食问题，要靠中国人自己解决，这就要求我们的农业科技必须有一个大发展，必然要进行一次新的农业革命”。

并且提出“再造一个山川秀美的西北地区”的号召。

1998年召开的中国共产党十五届三中全会提出了“科教兴国战略”和“可持续发展战略”。

    1999年8月20日，中共中央和国务院针对当前国际竞争形势的发展又发出了“关于加强技术创新，发展高科技，实现产业化的决定”。

    2001年7月1日，江泽民总书记的讲话又提出了“三个代表”的指导思想。

这些是党中央对我国各项工作，也为我们农业工作的开展指明了前进方向。

为此，研究和掌握21世纪新农业科技革命的发生背景、特点和内涵对搞好我国的“科教兴农”事业和西部大开发有着十分重要的意义。

    （三）21世纪新农业科技革命所面临的形势与条件

    1、信息技术的发展

    科技发展水平在相当程度上决定各国在全球舞台上的定位。

在当代科学技术发展中，以信息技术、生物技术和新材料技术发展最快。

在信息技术中，一方面计算机技术迅速发展，正在孕育着重大变革，如新型量子计算机、光子计算机、分子计算机和生物计算机即将问世，其智能化趋势已经显现；另一方面互联网腾飞，规模空前，现在全球已有12亿用户，跨越240个国家和地区。

互联网正在更新换代，下一代互联网的速度比目前的快1000倍。

同时，电子商务正在成为世界经济发展的新引擎，成为网络经济的重要组成部分。

    2、现代生物技术的发展

    20世纪70年代以来，由于生物学，特别是分子生物学的最新理论成就和当代主要尖端技术诸如微电子学技术和电子计算机技术对生物技术的渗透，使传统的生物技术已演变成现代生物技术。

这是生物技术上的一次重大革命性变化。

现代生物技术是以生命科学为基础的综合性技术，涉及到蛋白质工程、细胞工程、酶工程、发酵工程和基因工程等各个领域，并且形成了以前四种工程为基础、以基因工程为主导、全面综合利用组成的新的生物工程体系。

它是诱发21世纪新农业科技革命的技术条件。

这些现代生物技术在农业生产上应用后有希望使农作物的生产能力大大提高，因而必将带来一次新的“绿色革命”。

    3、全球人口爆长

    17世纪以来，世界人口随着时间的推移，其倍增时间越来越短。

现全世界有50亿人口，据预测，至2025年将增加到80亿，形成越来越严重的“人口爆炸”。

我国在秦代时人口为5000万，20世纪40年代为4.5亿，60年代为6亿，1995年为12亿，2000年为13亿，预计2010年将达到14亿，2020年为15亿，2030年为16亿。

以上情况构成了人类生存危机，迫使世界各国不得不转变经济增长方式。

    4、生态环境恶化

    由于工业经济时代的“经济增长第一主义”的思想影响，掠夺式地开发利用自然资源，严重破坏了生态环境，迫使人类不得不转向以可持续发展的生产方式，开发“绿色产业”，谋求以“新的农业科技革命”来摆脱生态危机和发展危机。

    以上前两个条件是诱发21世纪新农业科技革命的技术条件，后两个条件为诱发21世纪新农业科技革命的社会条件。

    （四）新农业科技革命的特点

    1、“可持续发展”的发展观将替代工业经济时代的“经济增长第一主义”，并成为主导各国经济发展的指导思想；

    2、建设生态农业是农业发展的主要方向；

    3、农业产业化和高技术化将普及并形成高潮；

    4、生物工程和生物技术将成为技术革命的制高点，生物工程农业将成长为经济发展的支柱产业。

    此外，还要进行市场革命、经营革命和人才革命。

通过以上看出，新农业科技革命是农业方面的一次全新的革命。

    二  现代生物技术的发展现状与展望

    20世纪80年代以来，现代生物技术发展十分迅速，无论在基础研究方面还是应用开发方面，都取得了令人瞩目的成就。

生物技术成果越来越广泛地应用于农业、医药业、工业、环保业等领域，并日益显示出解决人类面临的资源短缺、环境污染、效益衰减等问题的巨大作用。

生物技术将是21世纪的主导技术，其广泛推广应用对人类社会的生产、生活各方面必将产生全面而深刻的影响。

（一）国外现代生物技术的发展现状

    1、农业转基因动植物研究开发取得新进展

    20世纪80年代以来,国际农业生物技术发展之快，已引起世界各国政府和科学家的高度重视。

在农业生物技术领域中以转基因动植物研究开发最为活跃。

应用转基因技术将有特殊经济价值的基因引入动植物体内，对家畜、家禽及农作物进行品种改良，从而获得高产、优质、抗病虫害的转基因动植物新品种，可提高农业资源利用效率，降低生产成本。

1999，年全世界种植转基因植物已达3990万公顷，产值23亿美元，估计在21世纪，将有更多的转基因优良品种在农业生产上推广应用。

（1）抗病虫草害农作物育种新突破

    在缺乏抗病虫品种的情况下，为了减少病虫的为害，常常需要施用大量的化学农药，既费工费钱，又污染环境和产品。

利用转基因育种技术可以把抗病、抗虫基因导入植物，避免或减少病虫害。

例如：

    将苏云金芽孢杆菌（Bt）毒素基因导入植物，成功地培育出抗虫棉花、玉米、马铃薯等新品种；

    应用转基因技术培育出抗真菌草莓新品种，减少了草莓病害，并延长了草莓保鲜期；

    将烟草花叶病毒外壳蛋白基因导入植株，成功地培育出抗病毒马铃薯；

    耐除草剂的转基因大豆、油菜、棉花、玉米等也培育成功。

（2）提高农产品产量和品质的新途径

   利用转基因育种技术把特定基因导入植物体内，也可改良植物的产量和品质。

例如：

    美国把月桂树基因导入油菜，生产出含月桂酸油约40%的油菜籽，大大地降低了生产成本并增加了产量；

    应用转基因技术把形成蓝色花瓣的色素基因引入玫瑰植株，开出了蓝色玫瑰花；

    将菜豆储藏蛋白质基因导入马铃薯，培育出高蛋白的“肉土豆”；

转基因蕃茄，比未经改良的蕃茄贮存期长，并且在采摘和运输方面都具有商业优势；

    澳大利亚将豆类蛋白质基因导入牧草，使牛奶中蛋白质的含量得到提高。

    （3）转基因植物研究开发前景广阔

    目前全世界进入田间试验的转基因植物已4000多例，分离和鉴定近1000个基因，其中一半已批准进入田间实验或释放。

    为了提高转基因农作物育种水平，一些发达国家加强了植物基因图谱的研究，并获得了初步成果。

近年来，构建了番茄、水稻、玉米、大麦、油菜等二十余种作物的分子遗传图谱，为克隆基因或分离其未知产物，加快转基因植物育种打下了良好的基础。

   （4）转基因动物育种异军突起

   自1982年获得第一个转基因“超级鼠”后，先后培育出转基因猪、羊、牛、鸡、兔、鱼等。

例如：

   美国伊利诺斯大学研究出一种带牛基因的小猪，这种转基因猪个头大，体重增长快，饲料利用率高，可为养猪业带来丰厚的经济效益；

应用转基因技术还可培育生产人的血红蛋白的猪；也可用转基因山羊生产血清白蛋白，从每只山羊的奶中，每年可提取10公斤这种蛋白质；

从以上进展可见，转基因动物育种的技术进步，不仅可提高畜牧业的生产效率，还可拓展家畜的新用途。

    2、医药生物技术的新进展

（1）生物技术药物开发硕果累累

    一般来说，采用DNA的重组技术或其它生物新技术研制的蛋白质或核酸类药物称为生物技术药物。

    自20世纪80年代以来，仅日、美两国开发的生物技术新药物约有224种。

据预测，到2003年美国与生物技术有关的药物销售额将高达130亿美元。

最近报道，小分子蛋白药物和小分子多肽药物很有发展前途。

（2）基因治疗技术研究取得突破

    目前，发达国家的基因治疗技术研究日新月异，有可能革新整个医学的预防和治疗领域。

原本用于治疗单基因缺陷遗传的基因治疗技术，现已快速扩展到治疗癌症、爱滋病、乙型肝炎、心血管病等严重疾病。

    美国一家公司还发明了通过口腔传递进行基因治疗的新方法，并已获得全球独家专利许可。

该方法尤其有益于血友病、糖尿病和癌症等疾病的治疗。

    美、英、日、德、法、中等六国专家已完成了人类基因组序列“工作框架图”，为人类进一步认识人类基因组的功能提供了一个结构基础。

这意味着人类对生命现象的认识已提高到一个新水平，有助于分析、测定人类遗传疾病的基因位置，探索人类疾病产生的内在根源并加以根治，为基因治疗技术和生物技术药物研制开发提供了重要理论依据。

（二） 国内现代生物技术的发展现状

    我国在现代生物技术的研究开发方面起步较晚，在党和政府的大力支持下，建立了一批国家级或省部级重点开放实验室；办起了《生物技术学报》等多种专门学术刊物，已获得了一批达到国际先进水平的成果，有的在生产上发挥了重要作用，并且出版了一批专著，每年约发表近千篇有关论文，组织召开了多次国际或国内的专门学术会议。

    1、生物种质资源搜集、整理、开发利用成绩显著

（1）中国农科院品资所专门负责搜集、整理和研究利用，并在北京、青海建立了低温保藏库长期保存，各个省（区）也做了大量工作。

（2）选育了一大批新的种质，包括多种遗传背景的小麦单体、双二倍体、异代换系、异附加系和易位系等。

利用上述种质资源，先后育成了如“丰产3号”、“小偃6号”、“陕农7859”、“陕229”等一批小麦优良品种，在生产上发挥了重要作用。

   （3）研制成功杂交水稻、杂交小麦、杂交油菜和杂交大白菜等，都已在全国推广，特别是袁隆平院士在世界上首先研制成功杂交水稻，增产显著，在国内外产生了很大影响，获得国家特等奖。

    2、染色体工程和细胞工程取得很大进展

    在染色体工程方面：

我国从20世纪80年代开始组织染色体工程育种研究，已取得了很大进展。

创制了小麦和黑麦、山羊草、簇毛麦、天蓝冰草、中间偃麦草、长穗偃麦草等各种近缘植物的双二倍体和部分双二倍体以及小麦的单体系统和缺体系统，为开展染色体工程提供了基本材料，并且在此基础上创制了各种异缘的附加系、代换系和异位系，为良种选育提供了丰富的有用资源。

在组织培养方面：

20世纪80年代以来，我国有关单位利用叶片、茎尖、幼穗、花药、子房等作为外植体进行组织培养。

利用无性系变异，在水稻、小麦、玉米等作物方面选育出一批早熟、矮秆优良品系。

结合应用人工诱变方法进行细胞突变体筛选，已选育出一批抗病、抗除草剂、抗胁迫等不同类型的突变体。

    3、动物胚胎工程研究居国际先进水平

    我国动物胚胎工程研究，虽起步较晚，但进展十分迅速。

至今，几乎每个省（区）都建立了相应的研究机构，取得了不少成果。

（1）取得了山羊鲜胚与冻胚移植、胚胎分割、体外受精等的成功。

1990年获世界第一批胚胎细胞克隆山羊后代。

（2）开展了转基因兔，小鼠、猪、牛胚胎干细胞和山羊乳腺细胞分离与克隆，取得了突破性进展。

   （3）研究成功世界首例体细胞克隆山羊。

   （4）我国已培育成功近百头试管牛和生长激素转基因猪第二、三、四代200多头。

    4、基因工程研究取得重要进展

（1）植物抗病毒基因工程研究

转外壳蛋白基因：

中科院微生物所和北京大学生物系先后将烟草花叶病毒和黄瓜花叶病毒的CP基因转入烟草；西北农业大学植保系又将其双价基因转入辣椒获得了成功；中国农科院植保所将大麦黄矮病毒的CP基因导入小麦；西北农业大学和中科院微生物所合作，将马铃薯Y病毒的CP基因转入烟草，已从中选育出几个优良抗病烟草、辣椒等转基因品种（系）。

这些成果达到了国际先进水平。

    植物病毒的复制酶基因：

中科院微生物所和西北农业大学植保系合作，首先将PVY的复制酶基因NIb转入烟草；西北农业大学和中国农科院植保所合作，首次完成了BYDV-GPV的复制酶基因的克隆和部分序列测定。

    核酶基因：

我国许政铠等设计合成了烟草花叶病毒MP基因的核酶。

唐宏合成了水稻矮缩病毒第10片段的核酶。

目前，已将核酶基因导入马铃薯中，创造出抗PSTV的转基因植株。

    卫星RNA：

中科院微生物所用黄瓜花叶病毒卫星RNA在体外组建了生防制剂S51和S52，在国际上首先成功地防治青椒病毒病。

之后，又将卫星RNA的cDNA基因转入烟草、番茄、辣椒均获得成功。

    阻止介体传毒：

多数植物病毒在自然条件下靠传毒昆虫、真菌及线虫等生物媒介传播。

西北农业大学植保系在国内第一次分离和确定了桃蚜和棉蚜口针中受体蛋白的属性，之后，又用RT-PCR克隆了大麦黄矮病毒GPV株系和黄瓜花叶病毒（陕西番茄株系）的CP基因。

现正与北京大学生物技术系合作开展病毒受体蛋白的序列测定和基因克隆。

（2）植物抗细菌和除草剂基因工程研究

    近年来，我国在植物抗细菌和除草剂基因工程方面也取得了一些可喜的进展。

    中国农科院生物技术中心等单位成功地将自行合成的基因导入3个马铃薯主栽品种；

    中科院遗传所和中国农科院作物所合作，从龙葵中分离出一种抗除草剂阿特拉津的蛋白，并将基因psbA注入大豆子房获得了抗该杂草的转基因大豆；

    中科院遗传所将克隆的抗白叶枯病的Xa21基因成功地转入8个水稻品种，获得了广谱高抗白叶枯杂交稻；

    （3）植物抗虫基因工程研究

    中国农科院生物技术中心在培育成功国抗1号，12号，晋棉26号和中棉38号等优良单价转基因抗虫棉基础上，将Bt杀虫晶体蛋白基因与豇豆胰蛋白酶抑制剂基因复合在一起，育成了双价抗虫棉，并且已获得20多个优良品系；

中科院动物所克隆成“昆虫抗性基因”（解毒酶基因）。

    （4）植物抗逆基因工程研究

    我国在植物抗盐碱、旱涝、不适温度、辐射、农药残毒等环境逆境基因工程研究方面取得了一些进展。

例如：

    刘岩、王慧中等将抗逆基因mtlD和gutD基因转入植株，获得了烟草、玉米、水稻等植物的耐盐碱转基因株系；

    易小平、王关林等将防止细胞蛋白质变性的基因如蛋白族HSP60、HSP70的编码基因导入植株，提高了植物对不适温度的耐受性。

    5、分子生物学研究有了新的进展

    以洪国藩院士为首的我国水稻基因组计划研究小组已完成了水稻基因组作图、测序，后基因组计划正在进行中；

    西北农业大学植保系与中科院遗传所合作在国内外首次研制成功小麦条锈菌DNA分子遗传标记体系，用以分析陇南与周边地区小麦条锈菌群体基因型组成，在DNA水平进一步揭示了陇南成为易变区原因及其与周边地区的菌源传播关系；

西北农业大学园艺系开展了葡萄无核基因的标记、克隆、测序、合成寡聚核苷酸及其应用研究，获得3个与无核基因连锁和紧密连锁的RAPD标记，对其中2个进行了测序，并且合成了18个核苷酸及其特定序列组成的寡聚核苷酸，可用以检测杂种幼苗期无核基因的存在和成龄植株无核基因的表达；

    山东师范大学张慧博士成功地将DNA分子标记方法用于仿伪标记；

    中国农科院植保所和西北农业大学合作进行了抗条锈基因连锁标记研究，取得了成功。

    三  如何迎接新农业科技革命的挑战

    第一、通过深入学习，不断加强对新农业科技革命的必然性的认识，并积极掌握现代农业生物技术，提高自己在新农业科技革命中的自觉性、主动性和研究能力，才能在斗争中更好地实现自己的人生价值。

    第二、把农业办成知识化、信息化、产业化的研究开发产业，把农业企业办成农工贸一体化的综合经营企业，是我国农业发展和农民致富的正确道路。

    第三、发达地区（如东南沿海地区）与非发达地区（如西部特别是西北地区）相比较，其最大的特点在于人们的竞争和不断进取精神较强。

因此，我们必须勇于进取，不断创新，才能迎头赶上。

    第四、为了在21世纪使我国农业有更大的发展，必须以“三个代表”思想为指导，加强农业基础地位，保护农民利益，改善农业生态环境和依靠科技进步发展农村商品生产，大力推进农业经营方式的转变和粮食安全体系的建立，采取各种方式建立一支跨世纪的新型农业产业大军。