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生物科技在园林植物繁殖和生产研发中的应用

来源:《中国高新科技》杂志 时间:2018-02-07

近年来,生物技术的发展成为关注焦点,其应用也更加普遍。园林事业正朝着生态化、景观化的方向发展,植物生物技术在园林植物繁殖和生产中也被很好地应用,园林植物在性状改良技术或是规模上都达到了一个新高度。

1 植物生物技术的定义

植物生物技术(Plant Biotechnology),这个名词是在20世纪70年代后期提出的,它所包含的是在细胞学、生物细胞学、遗传学等方面所取得的崭新的成就及巨大进展,同时也映射出人类在改造和研发生物有机体的本性方面所取得的优势和主动权,这足以证明在遗传工程学的研发中正孕育着相当重大的基因育种革命。植物生物技术正全面助力于园林植物改良工作的开展和研发。

2 植物生物技术的现状

转基因作物随植物生物技术的创新和发展也在不断的扩大种植面积,转基因技术在世界各国领域的发展和研究都取得了重大突破,在田间实验成功的转基因作物已超过500多种。我国于20世纪80年代后期开始着手采用转基因技术,经过30多年的研究与发展,在转基因技术领域内有着突飞猛进的进展,同其他发展中国家共同走在转基因生物科技领域的前沿。

在我国,负责研发园林生物技术的专业人员约有1万人左右,而且还在不断攀升,涉及园林生物技术的研究所有近200所,他们培养了一批又一批骨干工作者.同时,国家为从事园林生物技术的人才提供了培育和繁衍优质高产的转基因植物作物的奖励机制,鼓励研发科学创新的生物技术。分析数据显示,我国在培育生物技术方面的投资占全球生物技术投资总额的33%,在生物技术方面的投资远远超过其他发展中国家。

3 生物技术在园林植物中的应用

3.1 生物技术促使我国经济作物繁殖发展迅速

所谓快速繁殖,也可称之为微繁殖。其繁殖方式是在试管中进行,培养细胞与组织使植物大量的繁殖。这种大规模生产、高效率收获的苗木产业称为植物工业。到目前为止,世界各国植物工厂的年产值已超过数10亿美元之多,前景非常可观。主要经营品种包括两大类别,即花卉和果树林业。其中,花卉主要包括菊花、石刁柏、紫罗兰、玫瑰、草薄荷等;果树类包括桃树、荔枝、桉树等。仅兰花工厂,在美国就有十家之多,年产值相当可观。在国内,虽没有建设较大规模的植物快速繁殖工厂基地,但已经着手开展多个小型规模的经济植物生产实验站。市场发售的试管苗木品种也比较多样,包括月季、三倍体西瓜、非洲紫罗兰、文竹、黑穗醋栗等。同时,实验室研究成果也有着不断的进展,研究方向更加活跃,仅5年时间内,我国植物研究方面学者和专家就在200多种植物上研究得到再生植株,这里面包含50余种果树林木,30种观赏植物。这种良好的发展势头表明,我国在培育和繁殖经济植物方面有着良好的发展空间和技术基础,同时,我国丰富的植物资源也为研究工作提供了良好的硬性条件。由此可见,我国的经济植物发展和繁殖方向将会成为工业化项目,并有望成为世界的经济植物的发展大国。

3.2 园林植物快速繁殖的三种方式

3.2.1 胚状体技术

由于一小块愈伤组织很有可能会繁殖成成百上千个胚状体或者小植物,因此通过胚状体技术繁殖植物体的系数会更高一些。但就目前而言,想要把这些胚状体养殖成为在土壤中能够移植的完整植物,在一些技术方面还是存在着一定的难度,且这些胚状体需要经过无数次的固体培养,操作起来手续也很是麻烦。除此之外,胚状体技术目前还不适用于生产工艺之中,只在少数种类中比较适用。

3.2.2 不定芽技术

植物的不定芽技术是把叶片的外植体和植物的生长点、幼芽种植在激动素培养基或者较高浓度的6-苯基嗦岭和低浓度的生长素培养基上,进而使叶片细胞产生不定芽或者离体芽繁殖出不定芽。植物的不定芽技术已经在很多工厂化的植物上广泛应用,例如兰花、无籽西瓜、非洲紫罗兰等。不定芽技术具有繁殖系数高、原种特性保持完好的优势。不定芽技术如先用生长点进行培养,后又用试管芽扦插增值或者诱导不定芽的方法还能够繁殖出大量的无病植株,目前这种方法已经在唐葛蒲、马铃薯、草莓上取得了成功,

3.2.3 愈伤组织技术

目前,我国已经有数百种的植物可以通过愈伤组织进行分化成小植物,也可以通过愈伤组织进行再分化,最终会产生胚状体或者不定芽,进而形成植株。但是,通过愈伤组织技术繁殖成的植物经常会有非整倍体、多倍体或者基因水平上的变异,并不能够把原种植物的特性全部保留,这对愈伤组织技术在园林植物中的应用带来了阻碍。除此之外,经过多次继代培养的愈伤组织大多数会失去再生植株的能力。

3.3 植物细胞的大量培养

目前人们已经知道的植物中的各类细胞就有两万多种的化合物。在植物的细胞以及组织的培养技术不断创新的现代,科学家们已经不在局限于依靠农业以及自然界之中培养植物细胞及组织,创新于用工业发酵的方法来提取植物当中的次生代谢产物。这种繁殖方法具有诸多优点:

1)培养植物的细胞质量和产量都很稳定。

2)植物细胞的生产不受自然条件的影响,例如气候、地理环境、病虫害等。

3)节省土地。

4)植物细胞的生产可以依照市场行情的需求随时调整生产的规模。

5)植物细胞的生产不再受到农业政策的变动所影响。

3.4 改良植物的离体技术

植物改良中的离心技术是近期才开始出现在生物工程的文献之中的,包括对细胞突变体筛选、细胞杂交等离体遗传操作技术以及离体组织和细胞的培养技术。植物的离体技术也已经逐渐被植物的育种实践中所应用,且在以下领域中有着较好的发展前景:

1)体细胞突变体的筛选。

2)原生质体的培养和细胞的杂交。

3)通过幼胚培养技术实现远缘杂交。

4)细胞移植和外源DNA转化。

5)花药的培养和应用。

3.5 植物组织的超低温保存

植物组织的超低温保存通常是指把细胞或者组织保存在液氨(-196℃)、液氮的气相(-140℃)、超低温冰箱(-80℃)、干冰(-9℃)之中。植物组织的超低温保存具有其他保存方法不具备的特性,那就是在低温状态下的细胞会停止生长、代谢和变异,这将会长期的把植物的遗传特性保留下来。这种方法常用于对无病毒的茎尖分生组织、珍贵和稀有的植物品种、花粉、培养的组织或细胞的长期保存,便于稳定的遗传植物材料的随时使用。

3.6 植物基因工程

在生物技术的研发中,植物基因工程是最具发展前景的项目,通过人们定向改造,深入研讨,能够使其更好的为人类服务,最新成就包括:土维发根农杆菌中提取Ri质粒;对外漂基因进行移植;进一步对Ti质粒基因进行了解;分离和克隆基因。

虽然植物基因工程在研发方面有所成就,但该技术如果想应用于园林植物的改造方面,还需要一定的时间,虽然如此,人们还是提出了许多工程设想:

1)光合作用。光合作用是植物主要摄取能量的方式,并将太阳能转化成化学能。光合作用是经过一系列相互衔接的生物反应学和光化学反应而行成的,其反应过程相当复杂,同时它也为遗传操作提供了一定可行性。可以设想通过提高光合作用中反应速率较差的酶的因素,进而提高光合作用效果。

2)提高植物抗虫、抗病性。就目前基因工程发展状态而言,还不能进行有效的抗病抗虫基因工程,但可以试探将苏云金杆菌中的杀虫基因引入植物,从而提高植物抵抗虫害威胁的能力。

3)固氮作用。固氮基因工程原理是强化植物对氮含量的需求,从而减小自身对氮肥的依赖性。

4)植物抗逆性。抗逆性主要包含抗热、抗寒、抗旱和抗农药等。有必要研究一下细胞中的脯氨酸。其含量增高,植物的抗盐抗旱的运用会随之增强,沙门氏杆菌中存在一种高效脯氨酸合成基因,也称之为调渗基因。如果能够将此类调渗基因植入植物内,可以提高作物的抗盐能力和抗旱能力。

4 结语

综上所述,作为新世纪高科技核心技术,植物生物技术将在各大领域发挥其巨大的优势和作用,同时随着科技的进步时代的发展,在园林植物方面应用生物科技技术的覆盖范围将会越来越广。在园林植物上应用生物科技技术还能够节省大量人力、物力和财力,并大大提高生产效率,这样就能够培育和繁衍出更多具备经济价值和观赏价值的植物。相信在不久的将来,生物科技必定会成为园林植物繁衍和培育方面重要的措施手段,为人类创造出更可观的经济价值。

 

参考文献

[1]陈守耀.浅谈生物技术在园林中的应用[J].生物技术世界,2013,(10).

[2]吴霞.生物技术在园林植物病虫害防治中的应用[J].现代园艺,2016,(22).

[3]贺炜.生物技术在园林植物病虫害防治中的应用[J].现代园艺,2017,(10).



收稿日期:2017-11-08

作者简介:崔美婷(2000-),吉林通化人,丹东市第二中学学生。

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