第三章第三章 生物工程技术的应用生物工程技术的应用第一节第一节 生物工程技术与农业生物工程技术与农业 在在人人口口不不断断增增长长，耕耕地地面面积积不不断断减减少少的的今今天天，要要发发展展国国民民经经济济和和改改善善人人民民生生活活，必必须须大大力力发发展展农农业业。但但一一定定要要“科科技技兴兴农农”。 生生物物工工程程技技术术在在农农业业生生产产中中有有着着可可观观的的现现实实效效益益和和巨巨大大的的发发展展潜潜力力，发发展展生生物物技技术术是是发发展展农农业业的的重重要要出出路路，因因此此我我们们一一定定要要研研究究生生物物技技术术与与发发展展农农业业的的关关系系，并并将将生生物物技技术术应应用用于于农农业业，促促进进农农业业高高速速高高质质量量发发展展，为为工工业业生生产产提提供供更更多多更更优优的的原原料料，为为人人民民群群众众提提供供更更多多更更优优的的食品。食品。1、生物工程技术在品种改良中的应用。、生物工程技术在品种改良中的应用。（1）细胞技术：）细胞技术：理理论论依依据据：“全全能能性性”，把把植植物物体体的的某某个个器器官官，甚甚至至单单个个细细胞胞分分离离出出来来后后单单独独培养都能分化再生出完整植株，培养都能分化再生出完整植株， “变变异异频频率率”比比传传统统的的用用物物理理、化化学学方方法法要要高高， 实实现现“短短、平平、快快”育育种种，常常规规育种比较育种比较“慢慢”。 目目前前已已育育成成投投产产的的：玉玉米米和和烟烟草草抗抗除除草草剂剂的的种种子子，我我国国在在作作物物育育种种细细胞胞技技术术方方面面处处于于世世界界领领先先行行列列，已已有有明明显显效效益益的的有以下几种：有以下几种： 花花粉粉培培养养：单单倍倍体体育育种种，世世界界上上有有200余余种种成成功功培培养养的的植植株株，我我国国占占1/5种种植植面面积数百万亩，水稻、小麦、烟草。积数百万亩，水稻、小麦、烟草。 细胞和原生质体培养；细胞和原生质体培养； 有有益益变变异异，频频率率高高，可可筛筛选选良良种种：用用这这种种方方法法已已在在抗抗盐盐、抗抗病病和和抗抗除除草草剂剂的的突突变体方面取得显著成绩。变体方面取得显著成绩。 植植物物细细胞胞培培养养还还可可用用发发酵酵技技术术在在发发酵酵罐罐中中大大规规模模进进行行来来生生产产植植物物色色素素、香香料料、药物和杀虫剂等重要化工原料。药物和杀虫剂等重要化工原料。有有些些珍珍稀稀物物种种在在自自然然界界存存在在的的数数量量有有限限，大大规规模模种种植植又又受受劳劳力力和和土土地地的的限限制制，用用细细胞胞培培养养进进行行工工业业化化生生产产可可以以大大大大提提高高经经济济效效益益，又又不不会会因因大大规规模模采采伐伐而而破破坏坏生生态态平平衡衡。一一个个不不大大的的发发酵酵罐罐就就像像一一片片大大森森林林可可以以源源源源不不断断地地为为人人类类提提供供有有益益的的产产品品，用用这这种种方方法法科科学学家家们们已已经经从从长长青青花花、毛毛地地黄黄、人人参参和和西西洋洋参参的的细细胞胞中中产产出出了了大大量量人人类类所所需需要要的的治治白白血血病病的的强强心心类类药药，抗抗癌癌物物和和抗抗AIDS病病药药物物也也正正在在尝试。尝试。 紫紫草草色色素素的的成成功功提提取取生生产产，可可作作为为天天然然的的食食品品添添加加剂剂，抗抗菌菌化化妆妆品品但但紫紫草草资资源源短短缺缺：我我国国已已把把用用细细胞胞发发酵酵工工程程生生产紫草素作为国家重点发展项目。产紫草素作为国家重点发展项目。紫草紫草 (Lithospermum erythrorhizon) 色色素素(shikonin)的的成功提取生产，成功提取生产，可作为天然的食可作为天然的食品添加剂，抗菌品添加剂，抗菌化妆品化妆品。细胞融合：远缘杂交育种。细胞融合：远缘杂交育种。脱除植物病毒：脱除植物病毒：植植物物病病毒毒是是一一类类重重要要植植物物病病害害，其其特特点点：在在植植物物营营养养器器官官中中是是系系统统分分布布的的，许许多多用用无无性性繁繁殖殖的的植植物物一一旦旦感感染染病病毒毒后后，就就会会世世世世代代代代传传下下去去，对对产产量量影影响响极极大大，如如土土豆豆、山山芋芋、大大蒜蒜、百百合合等等块块根根，越越来来越越小小，以以及及草草莓莓果果实实变变小小，都都与与感感染染病病毒毒有有关关，但但种种子子带带毒毒的的种种类类不不多多，植植物生长点是没病毒的。物生长点是没病毒的。因此：生物技术专家用显微手术从感毒因此：生物技术专家用显微手术从感毒的植株上把茎尖剪下，组掊后再生植株的植株上把茎尖剪下，组掊后再生植株成为成为“脱毒苗脱毒苗”，经脱毒处理的土豆、，经脱毒处理的土豆、草莓、大蒜、百合、甘蔗等作物的产量草莓、大蒜、百合、甘蔗等作物的产量都可成倍增加，脱毒技术对园艺花卉的都可成倍增加，脱毒技术对园艺花卉的作用更奇妙，兰花、菊花、香石竹等名作用更奇妙，兰花、菊花、香石竹等名贵花卉脱毒后，花大色艳，提高竞争力。贵花卉脱毒后，花大色艳，提高竞争力。部分脱毒花卉介绍：部分脱毒花卉介绍：香石竹（康乃馨）香石竹（康乃馨）大花惠兰大花惠兰脱毒草莓脱毒草莓脱毒甘草脱毒甘草脱脱毒毒甘甘蔗蔗对对照照组组（2）花园技术）花园技术 “移移花花接接木木术术”、“打打破破物物种种的的界界限限”，只只要要是是有有用用的的基基因因，不不管管哪哪来来的的，细细菌菌、动动物物、其其他他植植物物，甚甚至至人人的的基基因因都都可可以以“嫁嫁接接”到到植植物物上上去去，成成为为植植物物基基因因组组的的一一部部分分。因因此此从从长长远远看看，植植物物将将无无奇奇不不有有的的，它它可可以以按按人人的的意意愿愿设设计计和和创创造造出出有有重重要要经经济济价价值值的的，充充分分汇汇集集不不同同生生物物中中对对人人类类有有益性状的植物新品种。益性状的植物新品种。 国国内内外外生生物物技技术术专专家家已已成成功功在在数数十十种种植植物物上上完完成成了了上上百百项项试试验验。许许多多转转基基因因植植物物已经育成。已经育成。最近最近5-6年里，植物基因工程所取得的成就有：年里，植物基因工程所取得的成就有： 植物抗病基因工程：植物抗病基因工程： 抗抗黄黄瓜瓜花花叶叶病病毒毒，抗抗马马铃铃薯薯X病病毒毒的的转转基基因植株。因植株。 典型案例：典型案例： 抗抗烟烟草草花花叶叶病病毒毒优优质质香香料料烟烟品品种种的的成成功功培培育育。植植物物病病毒毒是是农农业业生生产产中中的的主主要要病病害害，世世界界上上每每年年因因植植物物病病毒毒杂杂造造成成的的的的损损失失达达100亿亿美美元元，其其中中以以对对番番茄茄、烟烟草草危危害害最最为为严重。严重。 香香料料烟烟叶叶常常用用来来提提高高卷卷烟烟的的品品质质，成成为为其其中中主主香香的的关关键键成成分分。由由于于国国际际上上混混合合型型卷卷烟烟和和低低焦焦油油卷卷烟烟的的发发展展，香香料料烟烟叶叶需需求求迅迅速速扩扩大大，市市场场供供不不应应求求，价价格格日日趋趋昂昂贵贵。我我国国香香料料烟烟现现有有栽栽植植面面积积仅仅10万万亩亩左左右右，混混合合型型高高档档卷卷烟烟使使用用的的香香料料烟烟的的90%依依靠靠进进口口。 泰泰国国香香料料烟烟进进口口价价为为4-5万万元元/t。进进口口香香料料烟烟除除国国际际价价格格昂昂贵贵外外，常常常常还还要要受受到到口口岸岸检检疫疫的的限限制制。因因此此，我我国国应应急急速速解解 决决高高质质香香料料烟烟叶叶自自产产问题。问题。 基基因因工工程程优优质质抗抗病病毒毒香香料料烟烟草草抗抗病病毒毒基基因因工工程程是是1986年年在在美美国国R.N.Beachy实实验验室室实实验验的的最最新新高高技技术术。但但至至今今在在国国内内外外均均未未见见到到有有关关转转基基因因香香料料烟烟的的研研究究报报告告和和任何田任何田 间试验资料。间试验资料。 由由北北京京大大学学蛋蛋白白质质工工程程及及植植物物基基因因工工程程国国家家重重点点实实验验室室创创造造的的高高品品质质抗抗病病毒毒香香料料烟烟新新品品种种PK873，以以及及与与之之有有关关的的全全套套选选地地、施施肥肥、栽栽培培管管理理措措施施及及采采收收调调制制晾晾晒晒技技术术，属属于于国国内内首首创创，具具有有国国际际先先进进水水平平，是是一一项项很很有有发发展展前前途途的的实实用用化化研究。研究。 它通过植物基因工程新技术，导入了抗它通过植物基因工程新技术，导入了抗烟烟 草花叶病毒草花叶病毒(TMV)的基因，提高了该品的基因，提高了该品种的抗病能力。鉴定认为本成果达到了种的抗病能力。鉴定认为本成果达到了国际先进水平国际先进水平 。 所进行的大规模转基因所进行的大规模转基因烟草的大田试验及相应的配套工程处于烟草的大田试验及相应的配套工程处于国内外领先地位，为我国在农国内外领先地位，为我国在农 业生产中业生产中推广植物基因工程高技术产品提供了一推广植物基因工程高技术产品提供了一个重要模式。个重要模式。 该成果于获得国家教育部科技进步一等奖。该成果于获得国家教育部科技进步一等奖。使用使用PK873香料烟可代替泰国香料烟。香料烟可代替泰国香料烟。 按我国需用香料烟按我国需用香料烟60万亩计算，可生产万亩计算，可生产甲级叶甲级叶1.2万万t，即可节约外即可节约外 汇汇3亿元，可亿元，可增产值利税增产值利税5亿元。亿元。 植物抗虫基因工程植物抗虫基因工程 案例：生物农药苏云金杆菌的应用案例：生物农药苏云金杆菌的应用 19911991年年，德德国国南南部部一一个个叫叫苏苏云云金金的的小小城城镇镇中中，一一家家面面粉粉加加工工厂厂中中发发生生了了一一件件怪怪事事：一一种种叫叫地地中中海海粉粉螟螟的的仓仓库库害害虫虫，平平时时粉粉蛾蛾乱乱舞舞，幼幼虫虫在在面面粉粉中中爬爬来来钻钻去去，这这一一天天，有有人人发发现现那那些些小小爬爬虫虫们们突突然然卷卷曲曲死死亡亡。这这件件事事引引起起了了生生物物学学家家贝贝尔尔内内里里的的注注意意，他他以以独独到到的的洞洞察察力力，敏敏锐锐地地感感觉觉到到，揭揭开开粉粉螟螟幼幼虫虫自自然然死死亡亡的的秘秘密密，可可能能对对人类具有深远意义。人类具有深远意义。 经过无无数数次次努努力力，贝尔尔内内里里排排除除了了其其他他可可能能原原因因，从从虫虫尸尸中中分分离离出出来来种种杆杆状状细菌菌。这种种细菌菌以它被以它被发现的地方命名，叫的地方命名，叫苏云金杆菌。云金杆菌。 苏云云金金杆杆菌菌的的发现，使使人人们自自然然想想到到利利用用它它来来给害害虫虫制制造造的的 流流行行病病 。经过几几十十年年的的努努力力，科科学学家家用用试验证明明苏云云金金杆杆菌菌可可以以防防治治鳞翅翅目目、膜膜翅翅目目、直直翅翅目目、鞘鞘翅翅目目的的130130多多种种害害虫虫。这种种细菌菌进入入害害虫虫消消化化道道内内，细菌菌内内的的晶晶体体被被碱碱性性的的肠液液分分解解，产生生毒毒性性，使使害害虫虫中中肠麻麻痹痹，直直至至中中毒毒死死亡亡。人人和和动物物、畜畜禽禽的的胃胃肠是是酸酸性性的的，不不能能溶溶解解这种种晶晶体体蛋蛋白白，所所以以不不会会中中毒毒。因因此此，这种种生生物物农药又又叫叫无无公公害害农药。人人们用用几几百百吨吨的的大大发酵酵罐罐培培养养出出大大量量的的苏云云金金杆杆菌菌，把把它它们喷射射到到植植物物叶叶子子上上，当当害害虫虫蚕蚕食食叶叶片片时，苏云云金金杆杆菌菌便便随随之之进入入虫虫体。体。 害害虫虫中中毒毒后后6 6小小时开开始始惶惶恐恐不不安安，到到处乱乱跑跑，然然后后用用身身体体的的腹腹足足或或臀臀足足紧紧抓抓住住枝枝叶叶，两两天天后后虫虫体体因因肠麻麻痹痹和和全全身身性性瘫痪而死。而死。 现现在在把把毒毒蛋蛋白白基基因因转转入入烟烟草草、番番茄茄、棉棉花花、马马铃铃薯薯、玉玉米米、大大豆豆、油油菜菜、蔬蔬菜菜和和甘甘薯薯等等植植株株。害害虫虫在在转转基基因因植植株株上上取取食后会出现厌食症而死亡。食后会出现厌食症而死亡。 植物抗除草剂基因：植物抗除草剂基因： 这是一项比较成功的植物基因工程，目前至少这是一项比较成功的植物基因工程，目前至少已培养出敌稗、镇草宁等已培养出敌稗、镇草宁等4种以上抗除草剂的种以上抗除草剂的转基因植物。给农业上带来很多方便，促进除转基因植物。给农业上带来很多方便，促进除草剂的大面积使用，而不必担心作物受害，预草剂的大面积使用，而不必担心作物受害，预计今后计今后5年内会有抗除草剂的玉米、大豆、水年内会有抗除草剂的玉米、大豆、水稻、棉花、烟草及各种蔬菜进入大田试验。稻、棉花、烟草及各种蔬菜进入大田试验。 改变作物蛋白质含量和组成的基因工程：改变作物蛋白质含量和组成的基因工程： 大大豆豆种种子子贮贮藏藏蛋蛋白白质质含含量量高高达达40%，而而大大多多数数谷谷物物种种子子的的蛋蛋白白质质，赖赖氨氨酸酸含含量量很很少少，人人们们希希望望提提高高作作物物种种子子的的蛋蛋白白质质、含含量量，也也希希望望改改善善蛋蛋白白质质中中氨氨基基酸酸组组成成。澳澳大大利利亚亚科科学学家家将将豆豆类类蛋蛋白白质质基基因因转转移移进进牧牧草草、奶奶牛牛吃吃了了这这种种牧牧草草后后奶中有较多的人体必需氨基酸。奶中有较多的人体必需氨基酸。生生产产有有用用药药物物的的基基因因工工程程。将将这这些些药药物物的基因导入植物，使植物产药物。的基因导入植物，使植物产药物。如如美美国国用用转转基基因因烟烟草草表表达达出出天天花花粉粉蛋蛋白白，用于治疗艾滋病，用于治疗艾滋病，韩国用转基因植物质产胰岛素。韩国用转基因植物质产胰岛素。欧洲一些国家研究用植物生产干扰素。欧洲一些国家研究用植物生产干扰素。2、生物工程技术在良种繁育中的应用、生物工程技术在良种繁育中的应用（1）快速繁殖）快速繁殖（2）人造种子：）人造种子： 人人工工种种子子是是人人们们模模仿仿天天然然种种子子结结构构制制造造出出来来的的生生命命有有机机体体，它它能能象象种种子子一一样样萌萌发发再再生生，长长成成植植物物。人人工工种种子子的的核核心心“部部件件”是是一一个个被被外外层层物物包包埋埋的的具具有有类类似似种种胚胚功功能能的的胚胚状状体体。胚胚状状体体不不同同于于一一般般的的种种子子胚胚。种种胚胚是是由由该该植植物物雌雌雄雄配配子子融融合合后后形形成成的的合合子子细细胞胞进进一一步步分分化化形形成成的的，是是种种子子的的生生命命所所在在。而而胚胚状状体体是是由由非非合合子子细细胞胞分分化化形形成成的的类类似似于于胚胚的的结结构构，所所以以，又又称称“体体细细胞胞胚胚”、“不不定定胚胚”或或“花粉胚花粉胚”。 胚胚状状体体虽虽并并非非起起源源于于合合子子细细胞胞，但但在在一一定定的的条条件件下下，却却可可以以通通过过胚胚胎胎发发育育程程序序形形成成植植株株。自自然然界界中中仅仅在在少少数数植植物物中中偶偶尔尔发发现现有有天天然然形形成成的的胚胚状状体体。胚胚状状体体在在其其发发育育早早期期与与不不定定芽芽十十分分相相似似，但但最最主主要要的的区区别别在在于于胚胚状状体体具具有有极极性性，可可以以分分化化出出茎茎端端和和根根端端，同同时时它它的的维维管管束束与与其其母母体体的的维维管管束束系系统统不不是是紧紧紧紧相相连连，所所以以，较易从母体上脱离。较易从母体上脱离。胚状体可从悬浮培养的单细胞得到，也胚状体可从悬浮培养的单细胞得到，也可通过试管培养的愈伤组织、花粉或胚可通过试管培养的愈伤组织、花粉或胚囊而获得。胚状体一般在培养物的表面囊而获得。胚状体一般在培养物的表面产生，共形状与合子胚类似，但胚状体产生，共形状与合子胚类似，但胚状体却是无性繁殖的产物。却是无性繁殖的产物。自从自从1968年年F C斯图尔德和斯图尔德和J赖尔特分赖尔特分别对胡箩卜诱导出了胚状体，别对胡箩卜诱导出了胚状体，30多年来多年来约在约在200多种植物上培养出了胚状体多种植物上培养出了胚状体 。我国利用组织培养法已成功地在烟草、我国利用组织培养法已成功地在烟草、水稻、小麦、水稻、小麦、 玉米、甘蔗、棉花等作物玉米、甘蔗、棉花等作物上诱导出了胚状体。将胚状体包埋在一上诱导出了胚状体。将胚状体包埋在一个能提供营养的胶质种衣里，便成了所个能提供营养的胶质种衣里，便成了所谓的谓的“人工种人工种 子子”。 目前看来，人工种子距离大面积农业应用尚有目前看来，人工种子距离大面积农业应用尚有很大距离。但各国都对其投人了很大的科研力很大距离。但各国都对其投人了很大的科研力量，原因不仅仅是因为通过这一技术可以实现量，原因不仅仅是因为通过这一技术可以实现种子的工业化生产、节约粮食，它至少还有如种子的工业化生产、节约粮食，它至少还有如下几方面的价值：下几方面的价值：其一是利用很小一点植物组织其一是利用很小一点植物组织 经培养即可产生经培养即可产生大量的胚状体，在苗木的快速繁殖、去病毒菌大量的胚状体，在苗木的快速繁殖、去病毒菌培养等方面具有很大的开发价值；培养等方面具有很大的开发价值；其二；这一技术实际上是作物的无性繁殖，可其二；这一技术实际上是作物的无性繁殖，可用子固定杂种优势，强优势组合一经获得便可用子固定杂种优势，强优势组合一经获得便可多年利用，而不必通过诸如多年利用，而不必通过诸如“三系配套三系配套”等复等复杂程序杂程序 生产杂交种；生产杂交种；第三，这一技术不仅证实了细胞具有再生植株第三，这一技术不仅证实了细胞具有再生植株的的“全能性全能性”，而且对研究细胞生长、分化过，而且对研究细胞生长、分化过程中的遗传、生理、生化和代谢无疑有着重要程中的遗传、生理、生化和代谢无疑有着重要意义。意义。 人工种子有许多优点：人工种子有许多优点： a、解解决决了了有有些些作作物物品品种种繁繁殖殖能能力力差差，结结籽籽困困难难或或发发芽芽率率低低的的问问题题，保保高高产产优优势势，防防第第二二代代退退化化，如如：无无籽籽西西瓜瓜的的推推广广等等；b、人人造造种种子子，可可工工业业化化生生产产，农农业业的的自自动化程度高。动化程度高。 8080年年代代初初美美国国已已在在多多种种作作物物上上成成功功地地生生产产出出了了人人工工种种子子，并并着着手手逐逐步步将将其其推推向向商商品品化化阶阶段段。在在未未来来的的某某个个时时间间，人人工工种种子子也也会会在在我我们们国国家家的的千千里里沃沃野野上上开开花花结果。结果。c、可添加附加成分：可添加附加成分： 如如：细细菌菌、防防病病虫虫药药剂剂、除除草草剂剂、肥肥料料，有利于培育壮苗，使作物稳定生产。有利于培育壮苗，使作物稳定生产。d、节节约约粮粮食食：以以胡胡萝萝卜卜为为例例，一一个个12升升的的发发酵酵罐罐在在20天天内内生生产产的的胚胚可可制制种种子子1000万万粒粒，可可种种几几万万亩亩。若若全全国国农农作作物物用用种种量量多多达达150多多亿亿公公斤斤，如如果果用用人人工工种种子等于增加上亿亩耕地。子等于增加上亿亩耕地。3、生物固氮、生物固氮100多多年年前前，科科学学家家发发现现大大豆豆根根瘤瘤中中的的细细菌菌能能收收N2并并转转化化为为NH3，据据现现有有资资料料：豆豆科科植植物物是是主主要要的的固固氮氮植植物物，除除此此之之外外某某些些树树木木也也有有固固氮氮作作用用，全全世世界界近近百百年年的的固固氮氮总总量量为为2.25亿亿万万吨吨，其其中中1.75亿亿万万吨吨是是生生物物固固氮氮，占占78%，在在耕耕地地中中，微微生生物物的的固固氮氮量量为为施施用用化化肥肥量量的的2倍倍，可可见见人人类类在在经经过过半半个个多多世世纪纪的的努努力力所所建建立立的的所所有有氮氮肥肥厂厂还还不不及及土土壤壤中中那那些些不不露露声声色色的的细细菌菌，所所以以生生物物固固氮氮的的确确是是不不冒冒烟烟的的化肥厂。化肥厂。根瘤及根瘤菌根瘤及根瘤菌（1）生物固氮的意义）生物固氮的意义a首首先先生生物物固固氮氮的的主主角角是是自自然然界界取取之之不不尽尽用用之之不不竭竭的的固固氮氮微微生生物物和和藻藻类类，科科学学家家们们估估计计，地地球球上上每每年年固固氮氮蓝蓝藻藻可可以以从从空空气气中中固固定定纯纯N2100万万吨吨左左右右，相相当当于于5000万吨硫铵，开办许多天然化肥厂。万吨硫铵，开办许多天然化肥厂。b. 不需投资，不消耗能源，不污染环境。不需投资，不消耗能源，不污染环境。c. 能能源源价价格格上上涨涨，氮氮价价格格上上涨涨，因因此此合合作作中中国国家家化化肥肥价价格格贵贵，供供不不应应求求的的现现状状要要根根本本性性的的改改变变只只有有在在如如何何更更广广泛泛有有效效地地利利用用生生物物固固氮氮上上做做文文章章，难难怪怪生生物物固固氮会成为全球性带战略意义的课题。氮会成为全球性带战略意义的课题。（2）生物固氮的研究目标：）生物固氮的研究目标：研研究究固固氮氮机机制制：从从机机制制中中找找出出提提高高固固N微微生生物物固固氮氮能能力力的的方方法法以以及及阐阐明明生生物物固固N的的固固N效效率率为为什什么么比比人人工工固固N的的效效率率高高出出上上千千倍倍的的原原因因，美美国国科科学学家家改改造造了了大大豆豆和和苜苜蓿蓿根根瘤瘤菌菌的的固固氮氮酶酶基基因因，最最终终使使两两种作物的产量提高种作物的产量提高15%。我国科学家把一种因子导入到大豆根瘤我国科学家把一种因子导入到大豆根瘤菌，提高结瘤量，也明显增加了大豆的菌，提高结瘤量，也明显增加了大豆的产量。产量。 使非豆科植物固氮使非豆科植物固氮 非非豆豆科科植植物物有有许许多多主主要要粮粮食食作作物物，玉玉米米、水水稻稻、小小麦麦这这些些作作物物是是很很吃吃肥肥的的，如如果果使使这这些些作作物物固固氮氮，无无疑疑对对世世界界的的粮粮食食生生产呈重大贡献。产呈重大贡献。 这这方方面面我我国国科科学学家家做做出出一一些些成成绩绩。河河北北省省微微生生物物研研究究所所的的科科技技人人员员分分离离，培培养养了了三三株株固固氮氮能能力力较较强强的的固固氮氮细细菌菌，制制成成菌肥拌种，使小麦增产菌肥拌种，使小麦增产10-20%。 固氮的植物基因工程：固氮的植物基因工程： 把把固固氮氮基基因因植植入入到到非非豆豆科科植植物物中中去去，这这是是世界一级的难题。世界一级的难题。生物固氮在我国的进展。生物固氮在我国的进展。上世纪上世纪80年代，中国农科学院土肥所谢年代，中国农科学院土肥所谢应先，采用聚乙醇方法融合原生质体方应先，采用聚乙醇方法融合原生质体方法，将一种具固氮能力的蓝绿藻法，将一种具固氮能力的蓝绿藻-粘球粘球菌引入了烟草、玉米、水稻和小麦、白菌引入了烟草、玉米、水稻和小麦、白花苗的原生质内。花苗的原生质内。山山东东大大学学微微生生物物所所聂聂延延富富教教授授等等人人，用用植植物物生生长长激激素素“2.4-D2.4-D”引引导导根根瘤瘤菌菌进进入入小小麦麦根根系系，并并形形成成根根瘤瘤。中中国国科科技技日日报报报报道道，我我国国采采用用基基因因工工程程培培育育的的固固氮氮菌菌正正在在广广东东、江江西西、广广西西、福福建建等等8 8个个省省和和自自治治区区的的150150万万亩亩水水稻稻田田中中推推广广，应应用用面面积积处处于于世世界界领领先先地地位位，目目前前应应用用的的水水稻稻和和小小麦麦的的联联合合固固氮氮菌菌剂剂，一一般般增增幅幅度度在在5%-10%5%-10%。19911991年年中中国国科科学学家家卢卢嘉嘉锡锡与与洪洪国国藩藩，两两位位专专家家支支持持的的生生物物固固氮氮分分子子基基础础及及其其化化学学模模仿仿研研究究取取得得重重大大成成果果，他他们们发发现现了了控控制制结结瘤瘤基基因因活活动动的的核核酸酸蛋蛋白白等等合合物物，从从而而揭揭示示了了控控制制植植物物结结瘤瘤基基因因的的秘秘密密。这这一一发发现现为为科科学学家家们们利利用用生生物物技技术术将将某某些些植植物物基基因因转转移移到到水水稻稻等等作作物物，迈迈出出了了重重要要的的一一步步，中中国国科科学学家家的的工工作作（关关于于控控制制植植物物结结瘤瘤基基因因）也也为为美美国国的的科科学学家家的实验证实。的实验证实。 澳澳大大利利亚亚悉悉尼尼大大学学农农业业化化学学讲讲师师伊伊凡凡肯肯尼尼迪迪和和名名誉誉教教授授詹詹耀耀曾曾共共同同领领导导的的一一个个研研究究工工作作小小组组，在在中中国国的的山山东东大大学学聂聂延延富富的的研研究究成成果果基基础础上上，培培育育出出了了自自身身能能固固氮氮的的小麦。小麦。 澳澳大大利利亚亚科科学学家家选选用用了了一一种种作作固固氮氮螺螺菌菌的的微微生生物物，这这种种微微生生物物是是天天然然地地伴伴随随草草类类生生长长的的。他他们们把把这这种种微微生生物物叫叫做做自自由由的的活活固固氮氮微微生生物物，肯肯尼尼迪迪说说：我我们们所所做做的的就就是是把把这这两两种种方方法法（使使用用2.4-D和和使使用用固固氮氮螺螺菌菌）结合起来使用，这种方法通过了标准试验。结合起来使用，这种方法通过了标准试验。 尽尽管管中中澳澳科科学学家家这这种种“生生物物固固氮氮”方方法法仍仍处处于于试试管管阶阶段段，但但在在日日本本京京都都和和意意大大利利佛佛罗罗伦伦萨萨举举行行的的国国际际会会议议上上都都欢欢呼呼这这是是一一项项国国际际性性突突破破，如如果果能能把把这这种种方方法法成成功功地地用用于于大大田田耕耕作作，那那么么它它将将肯肯定定可可以以提提高高农农作作物物的的产产量量，并并能能明明显显地地减减少少人人对对化化学学肥肥料料的的需需要要量量，因因而而可可以以减减少少环环境污染对温室效应气体的排放量。境污染对温室效应气体的排放量。1991年年，中中国国农农科科院院原原子子能能所所生生物物技技术术室室和和中中国国水水稻稻所所生生物物工工程程室室的的六六位位科科研研工工作作者者的的试试验验，已将固已将固N菌导入水稻的生质体，并获再生植株。菌导入水稻的生质体，并获再生植株。 再再生生植植株株确确有有固固氮氮能能力力，其其固固氮氮率率达达83.7%，有有力力的的证证明明固固氮氮细细菌菌可可以以在在非非豆豆科科作作物物体体内内进进行内共生固氮作用。行内共生固氮作用。4、植物保护中的生物技术、植物保护中的生物技术农农作作物物的的一一生生多多灾灾多多难难，病病、虫虫害害、草草害害，恶恶劣的环境如：干旱、盐渍、过冷、过热等。劣的环境如：干旱、盐渍、过冷、过热等。全全世世界界每每年年度度病病、虫虫、草草、害害夺夺走走的的谷谷物物占占收收成成有有1/31/2，美美国国仅仅由由于于病病毒毒所所造造成成的的损损失失，每每年年多多达达20亿亿美美元元，多多年年来来用用化化学学农农药药防防治治病病虫虫害害对对农农作作物物稳稳产产、高高产产起起到到了了积积极极的的作作用用，但但耗耗资资大大，污污染染环环境境，每每年年因因使使用用农农药药中中毒毒的的农农民民数数以以万万计计，因因此此培培育育抗抗病病虫虫农农作作物物良良种种是是一一种种既既经经济济实实惠惠，又又无无不不良良副副作作用用的的有有效效途途径径，育育种种学学家家已已做做出出了了巨巨大大贡贡献献，但但在在寻寻找找有有效效的的可可利利用用抗抗原原的的方方面面却却遇遇到到了了困困难难，基基因因工工程程技技术术的的发发展展给给育育种种工工作作者者带带来来了了机机遇遇，基基因因工工程程技技术术可可把把不不同同植植物物，甚甚至至动动植植物物的的基基因因重重组组，为为培培育育具具抗抗病病虫虫、耐耐旱旱、耐耐寒寒、抗抗除除草草剂剂的的农农作物新品种服务。作物新品种服务。（1）植物抗逆基因工程：）植物抗逆基因工程：细细菌菌的的种种类类很很多多，在在细细菌菌身身上上几几乎乎可可以以找找到到植植物物所所需需的的各各种种抗抗性性，如如抗抗虫虫、抗抗病病、抗抗除除草草剂剂、抗抗盐盐碱碱、抗抗干干旱旱、抗抗高高温温等等，所所以以只只要要在在理理论论上上、技技术术上上有有突突破破，有有价价值值的的成成果果就就会会接接踵踵而而来来，专专家家们们估估计计，植植物物基基因因工工程程转转移移首首先先能能在在生生产产上上应应用用的的可可能能就就是是抗抗病病、抗抗虫虫和和抗抗除除草草剂剂的良种。的良种。抗抗虫虫育育种种：使使用用的的抗抗虫虫基基因因主主要要来来自自苏苏云云金金杆杆菌菌，简简称称B.t，B.t是是一一种种杀杀虫虫细细菌菌，通通过过菌菌体体中中的的毒毒蛋蛋白白杀杀伤伤害害虫虫，把把B.t中中的的杀杀虫虫基基因因移移植植到到植植物物细细胞胞后后，也也就就赋赋予予植植物物本本身身具具杀杀虫虫能能力力，当当害害虫虫在在含含有有B.t杀杀虫虫基基因因的的植植物物上上取取食食时时就就会会中中毒毒死死亡亡。目目前前B.t基基因因已已被被成成功功地地转转移移到到蕃蕃茄茄、烟烟草草、棉棉花花、水水稻稻、大大豆豆、三三叶叶草草等等植植物物，因因此此含含B.t 、杀杀虫虫基基因因的的作作物物良良种种在在生生产产上发挥作用已为时不远。上发挥作用已为时不远。抗抗病病育育种种：植植物物病病害害可可以以由由多多种种病病原原微微生生物物引引起起，其其中中真真菌菌最最严严重重，其其次次是是病病毒毒、细细菌菌和和线线虫虫，目目前前抗抗病病毒毒的的基基因因工程进展最快。工程进展最快。抗抗除除草草剂剂育育种种：除除草草剂剂的的使使用用是是现现代代农农业业的的特特征征之之一一，它它省省时时、省省工工，便便于于机机械械化化操操作作，但但若若使使用用不不慎慎会会有有严严重重后后果果：若若使使作作物物具具备备抗抗除除草草剂剂的的特特性性，那那么么除除草草剂剂的的使使用用就就安安全全了了，培培育育抗抗除除草草剂剂的的作作物物新新品品种种，通通常常也也是是先先从从细细菌菌中中寻寻找找和和分分离离抗抗性性基基因因，然然后后向向作作物物转转移移，国国外外厂厂商商急急于于推推销销他他们们的的产产品品，所所以以非非常常支支持持转转基基因因抗抗除除草草除除剂剂的的作作物物的的发发展展和和研研究究，另另抗抗盐盐基基因因工工程程植植株株的的研研究究在在我国也取得了部分成果。我国也取得了部分成果。（2）微生物农药）微生物农药化化学学农农药药污污染染，健健康康成成本本，限限制制出出口口，抗抗药药性性。植植保保专专家家希希望望找找出出一一种种接接近近自自然然的的方方法法，把把植植保保和和环环保保结结合合起起来来以以及及把把病病虫虫害害防防治治与与促促进进植植物物生生长长结结合合起起来来。但但是是，在在病病虫虫害害发发生生季季节节，有有的的田田块块严严重重，有有的的轻轻微微，甚甚至至不不发发生生？其其原原因因是是植植物物表表面面或或内内部部和和微微生生物物的的特特殊殊关关系系。植植物物、病病菌菌、害害虫虫之之间间相相互互较较量量，如如果果植植物物或或有有益益微微生生物物占占上上风风，病病虫虫害害就就会会受受到到不不同同程程度度的的抑抑制制，若若病病菌菌或或微微生生物物占上风，病虫害就会严重发生。占上风，病虫害就会严重发生。所所谓谓有有益益微微生生物物是是指指对对病病菌菌和和害害虫虫有有抑抑制制作作用用，而而对对植植物物有有促促进进生生长长作作用用的的特特殊殊类类群群，对对病病虫虫害害的的抑抑制制作作用用是是因因为为它它们们能能产产生生杀杀菌菌、杀杀虫虫物物质质与与病病菌菌争争夺夺营营养养，占占据据病病虫虫赖赖以以生生存存、繁繁殖殖的的空空间间，以以及及通通过过自自身身代代谢谢产产物物诱诱导导寄寄主主植植物物增增强抗病能力。强抗病能力。有有益益微微生生物物的的作作用用除除防防病病增增产产外外，还还能能产产生生多多种种生生物物活活性性物物质质，其其中中激激素素可可刺刺激激植植物物生生长长，SOD可可消消除除植植物物体体内内的的有有害害自自由由基基因因，增增强强生生理理活活性性，延延迟迟植植物物衰志，好像涂擦了一层美容霜。衰志，好像涂擦了一层美容霜。自自然然情情况况下下，有有益益微微生生物物通通常常只只占占植植物物表表面面微微生生物物总总数数的的50%左左右右，科科学学家家已已经经有有办办法法把把有有益益微微生生物物从从它它的的栖栖息息地地挑挑选选出出来来，经经过过发发酵酵工工程程大大量量繁繁殖殖和和科科学学配配制制，就就成成了了防防病病虫虫生生物物制制剂剂，即即微微生生物物农农药药，用用微微生生物物农农药药防防治治植植物物病病虫虫害害，以以浸浸根根或或喷喷洒洒方方法法使使其其植植物物表表面面占占优优，这这些些微微生生物物对对植植物物根根系系和和体体表表有有定定植植和和连连续续占占领领作作用用，并并随随植植物物生生长长不不断断增增殖殖，迅迅速速在在植植物物新新生生器器官官上上形形成成由由菌菌体体及及其其分分泌泌的的拮拮抗抗物物质质组组成成的的一一层层生生物物保保护护膜膜，起起到到保保护护植植物物免免受受害害虫虫危危害害的的作作用用，由由于于这这种种生生物物防防治治方方法法是是通通过过人人力力改改变变生生态态系系统统中中有有益益微微生生物物成成分分和比例而起作用的又叫植物生态工程。和比例而起作用的又叫植物生态工程。根根据据上上述述原原理理，70年年代代后后期期，国国内内外外植植物物保保护护专专家家利利用用有有益益细细菌菌防防治治病病虫虫害害和和提提高高农农作作物物产产量量的的研研究究方方兴兴未未艾艾，并并取取得得举举世世瞩瞩目目的的成成果果，首首先先澳澳大大利利亚亚科科学学家家在在70年年代代后后期期使使用用了了一一种种叫叫K-84的的放放射射农农杆杆菌菌细细菌菌制制剂剂防防治治玫玫瑰瑰根根癌癌病病取取得得成成功功，防防病病效效果果达达90%，挽挽救救了了澳澳州州的的玫玫瑰瑰种种植植业业，这这项项成成果果被被称称为为是是植植物物病病虫害防治史上的里程碑。虫害防治史上的里程碑。80年年代代美美国国研研制制了了PGPR（Plant-growth-promoting rhizo-bacteria， 植植物物生生育育促促進進性性根根部部细细菌菌），这这种种神神奇奇细细菌菌对对蔬蔬菜菜增增产产有有效效度度为为100%。这这是是任任何何化化学学农农药药所所无无法法比比拟拟的的，在在世世界界范范围围内内引引起起了了强强烈反响。烈反响。我我国国近近几几十十年年一一直直把把研研制制微微生生物物农农药药列列为为国国家家攻攻关关项项目目，以以防防病病和和增增产产双双指指标标筛筛选选菌菌珠珠，研研究究出出如如菜菜丰丰宁宁、增增产产菌菌等等有应用价值的菌制剂。有应用价值的菌制剂。杀杀虫虫细细菌菌方方面面，我我国国对对苏苏云云金金杆杆菌菌的的研研究究有有重重大大突突破破，采采用用发发酵酵新新工工艺艺，含含菌菌量量提提高高到到75亿亿/ml左左右右，成成为为我我国国“无无公公害农业害农业”中首推杀虫生物制剂。中首推杀虫生物制剂。