农业生物技术
八十年代以后，在世界范围内掀起了一次新技术革命浪潮，生物技术就是新技术革命的主要内容之一。生物技术的发展不仅在近期内能提供新的产业，而且在解决人类社会所面临的许多重大问题方面（如人口和食物、能源和资源等等）也可发挥重要作用。世界各国都把生物技术列为本国优先发展的技术领域，我国在“863"计划中明确提出：生物技术和航天技术、信息技术、激光技术、自动化技术、能源技术和新材料、海洋技术是我国八个优先发展的高新技术领域。生物技术，又称作生物工程技术是指按照人的意愿采取一定的技术手段，直接或间接地利用生物体及其机能，创造新的生物品种和新的生物制品。广义地说，古时候人们进行的酿酒、制醋、制酱，近代发展起来的抗生素发酵生产， 均可算作生物技术。但现代意义上的生物技术，则是指以分子生物学、细胞生物学、发育生物学为基础，把生物科学的最新成果与DNA重组技术、单细胞培养、细胞融合、酶的提取与纯化等具体操作技术相结合，以一定的工艺流程为社会生产出有价值的产物或进行有益的过程。
农业科学的主体在于研究生物生长发育的规律。通过与现代生物学尤其是生物技术的交融，未来农业在人工塑造新物种、构建栽培与养殖环境、开辟食品和资源利用新领域等方面，必将取得重大突破，并形成一批新的生物技术产业群，从而带来一场新的农业产业革命。邓小平同志也指出：将来农业问题的出路，最终要由生物工程技术来解决，要靠尖端技术。农业生物技术是现代农业技术的一项重要内容，它在农业生产中的作用目前已初露端倪。作为一名农村基层工作者，学习和了解农业生物技术，就能较好的掌握未来农业的发展趋势，把握住时代脉搏，从而走在时代的前列。
第一节 农业生物技术的主要内容
现代科学技术的发展，已使生物技术渗透到农业生产的各个方面。归纳起来农业生物技术在农业生产中的应用主要有以下几个方面：
一、基因工程
我们知道动物、植物、微生物都具有遗传性。在繁殖时，生物把自己的遗传物质传给自己的后代，现代生物学研究表明，这种遗传物质叫做脱氧核糖核酸，简称DNA，每一个DNA上都有成千上万个基因片断，不同的基因决定了不同的生物性状。
基因工程即利用工程技术的方法，把某一生物体内的有用基因分离提取出来在体外进行复制，或者用化学合成法制备出我们所需要的基因，然后把这段基因连接到受体生物的DNA上，这样受体生物就有了我们所需要的性状。如ADP-葡萄糖焦磷酸化酶是合成淀粉的关键物质，把大肠杆菌的ADP-葡萄糖焦磷酸化酶基因导入到马铃薯中， 马铃薯块茎的淀粉含量即可提高20%以上。
目前农业上基因工程取得的成果主要有：
转基因的抗病植物：病毒病是农业生产上的主要病害之一，每年植物病毒病给我国的粮食作物、经济作物造成的损失很大，仅烟草番茄两种作物的损失就超过亿元以上，目前还没有有效的药物来防治病毒病。利用基因工程技术把病毒的外壳蛋白基因导入到植物细胞中，已成功地获得了抗病毒的植物。在这种植物体内，病毒侵染之后的繁殖速度大大下降，从而减轻病毒病的症状，或推迟病毒病的发生时间。目前几年我国已获得的抗病毒作物种类有烟草、马铃薯、黄瓜、番茄等等，抗细菌、真菌病害的转基因植物也在积极研究之中。
转基因的抗虫植物：Bt是种常用的生物农药，其重要成分是苏云金杆菌中的毒蛋白，它可以杀死害虫。当人们把这种毒蛋白的基因转移到棉花中后，棉花就可在叶子里自己合成毒蛋白，进而杀死棉铃虫，这就是人们常说的抗虫棉，它不用使用农药，省时省工，而且降低了环境污染。1998年我国的抗虫棉种植面积已超过10万亩，取得了很好的经济和社会效益。除此之外，美国孟山都公司还用相似的方法育成了抗玉米螟玉米。转基因的抗虫水稻、抗虫烟草、抗虫番茄也已培育成功，预计不久的将来这些转基因作物即可在生产中大面积运用。
转基因的耐贮番茄：乙烯是一种植物激素，它可以促进植物的果实成熟，科学家们通过转基因技术，使番茄在果实中形成一种抑制乙烯合成的酶，乙烯的合成量大大降低，番茄不能正常转色软化，大幅度延长了贮存期。华中农业大学利用该项技术育成的番茄品种已通过品种审定，目前正在生产中推广。
现在人们利用转基因技术育成的转基因植物可说是多种多样，如抗除草剂的水稻、大豆、棉花、烟草、油菜、番茄、马铃薯、甜菜、花椰菜，转基因的雄性不育油菜，高氨基酸含量的马铃薯，抗寒番茄等等。
转基因动物：动物转基因技术目前研究最多的是转生长激素基因，人们发现，将人的生长激素基因转移到小鼠身上，小鼠会奇迹般地长大，体重可达到普通小鼠的两倍；科学家们正试图将人的生长激素基因转移到牛、羊、猪、鱼的身上，以期它们长得更快更大。药用蛋白是一类十分昂贵的药品，荷兰科学家把编码人的人乳铁蛋白基因转移到牛的身上，并从牛奶里提取出了大量的人乳铁蛋白，大大降低了该药物的生产成本，一头牛就如同一个制药厂。
基因工程除直接改良动植物品种外，它对农业还有一些间接起作用的例子，如作物冻害多数是由植物体内的水分结成冰晶造成的，形成冰晶的一个先决条件就是植物表面要附有大量的冰核细菌，如丁香假单胞菌、荧光假单胞菌等，假若通过转基因技术将具有冰核基因的丁香假单胞菌和荧光假单胞菌变为冰核基因缺失株，将它们喷到作物上即可起到预防冻害的作用。
二、植物组培快繁和植株脱毒
我们知道无性繁殖如扦插、埋条、压条等是植物常见的一种繁殖方式，一个枝条就可长成一棵大树，实际上植物体内每一个细胞都具有该植株的全部遗传信息，用一个植物细胞即可培育成一个完整的植株。植物组织培养技术即把植物的细胞、组织、器官等在无菌条件下置入到培养基上，培养基中不仅有植物所需要的各种营养，而且含有控制植物生长分化的植物激素或生长调节剂，在适宜的环境条件下植物的一个细胞或很小的一块组织就可以长成一株幼苗。因这些幼苗多在试管里形成，人们又常常称它们为“试管苗”。培育出的幼苗还可以继续切割再次进行培养，这样一变十，十变百，就可繁殖出大量的幼苗。
植物组织培养技术具有以下几条明显的优点：
（一）使用的植物材料极少。往往只要少量的茎尖、叶片、茎切段或其它器官就能在试管中建立起反复增殖的系统。不仅节省了常规无性繁殖所需要的大量母本植株和因栽培与保持这些母株所需的土地和人力。而且对于珍贵稀有的植物材料还能够做到不毁坏原有的植株。
（二）不受季节和气候限制，繁殖周期短、扩繁速度快。一般1-2月即可完成一个周期。每平方米培养面积一年约可生产一万到几万株苗，一个熟练工人一年约可生产数万试管苗。
（三）由于是在无菌的容器内操作，在繁殖中不受病虫害的侵害，既可防止病害的传播又可以免去复杂的检疫手续，在远距离运输和国际交流中是既安全又方便。
（四）对一些园林植物，组织培养的植株株形美观，如波士顿厥、非洲紫罗兰的组培植株要比常规繁殖的植株长得健壮，观赏价值较高。
马铃薯、大蒜、甘薯、草莓及许多果树和花卉，由于多代营养繁殖，植株体内积累了大量的病毒，种性退化严重，表现为作物生长受到抑制，形态畸变，产量下降，品质变劣等等；而利用茎尖组织培养辅以化学或高温处理，可以较好地起到植株脱毒作用，培养出来的种苗称作脱毒苗。大蒜经组培脱毒后，蒜头可增产23.3%～114.3%，蒜薹增产58.3%～175.0%；用脱毒草莓苗进行生产，可提高果实产量20.7%～45.5%，果实可溶性固形物含量增加5.3%～15.3%。
自六十年代以来，国内外植物快繁技术的发展突飞猛进，目前这项技术已完全成熟，广泛运用于花卉、果树的种苗培育，当前应用组培技术大规模繁殖的花卉有兰花、非洲菊、唐菖蒲、菊花、香石竹、火鹤花等十多个品种，我国的香蕉、柑桔、苹果、葡萄、马铃薯、甘薯、草莓无毒苗生产技术均得到大面积推广。福建省宁德县每年还将十多万株的脱毒柑桔种苗出口到国外，取得了很好的经济效益。
三、植物单倍体培养
对大多数高等植物来说，细胞内的染色体是成对出现的，而在花药、小孢子等生殖细胞（配子体）内，染色体的数目只有普通细胞染色体数目的一半，称作单倍体，如白菜的植株体细胞有20枚染色体，而其配子体小孢子内的染色体条数只有10枚。单倍体培养即是利用植物的花粉、花药、小孢子等单倍体细胞，通过组织培养的办法，培育出单倍体植株。
进行单倍体培养在作物品种选育上，可加快纯合速度，提高选择效率。用传统办法选育常规品种，一般要经过5-7代的自交，方可育出稳定的品种；选育杂交品种,要先育出大量的自交系,自交系的选育也要有6代以上的自交，费工费时。而培育出单倍体植物后，通过化学药剂处理可以很容易地使染色体加倍，加倍之后即成了纯合的二倍体，育种时间就可大大缩短；此外依靠传统方法不论是选育定型品种还是选育自交系，均存在植株表现型和基因型不一致的问题，选择效率很低；用单倍体培养育种，植株的基因型和表现型完全一致，通过表现型即可判断出是什么基因型，大大降低了误选的频率。
单倍体培养还可提高诱变育种的效率。在诱变育种中，由于基因突变的几率很低，有时发生突变的是一个隐形基因，从植株上不能直接表现出来，这就需要种植大量的植株。以单倍体植物作诱变材料，突变隐形基因就可表现出来，获得突变体的速度可大大加快，育种时间也可以缩短。
单倍体培养可获得超雄植株。芦笋是一种高档蔬菜，它是雌雄异株的植物，雌株的性染色体为XX，雄株的性染色体为XY，雄株质量好、产量高，在自然条件下，雌雄株的比例为1：1，如果用花药培养的方法培育雄株花药，单倍体植株加倍后即可获得自然界不存在的超雄株（YY），超雄株和正常植株交配，得到的后代全为雄株，在生产上有很高的经济价值。
单倍体培养可加速远缘杂种的稳定。远缘杂种后代会发生强烈的性状分离，一般要经很多代之后才能稳定。把杂种一代的花粉、花药进行离体培养，再对单倍体植株进行染色体人工加倍，可克服性状分离，迅速获得稳定的新类型。这种方法在小麦育种中运用十分普遍，并育出了多个小麦新品种，推广面积达到数百万亩。
四、原生质体融合
在传统育种技术中，进行杂交育种必须经过有性生殖过程（即精子、卵细胞结合形成合子体）。现代科技打破了这一常规，人们先把细胞外层的细胞壁去除（此时的细胞称作原生质体），将两种生物的原生质体混合放到培养基上或培养液里， 加入融合诱导剂或施加特殊的物理刺激，如高压直流电脉冲，两种生物的体细胞即可杂交，这就是原生质体融合技术，又称体细胞杂交技术。
利用原生质体融合可以进行异核体杂种的培育。作物的优良性状往往受多基因控制，基因工程很难实现多基因转移，而原生质体融合为一次性多基因性状的改良提供了途径，加拿大已将烟草的体细胞杂种用于烟草品质改良中。一些作物利用有性杂交进行远缘杂交不易获得成功，体细胞杂交解决了这一问题， 它不仅可在相同的物种之间进行杂交，而且可进行不同物种间的杂交，甚至在动、植物之间进行杂交，目前马铃薯抗卷叶病及抗晚疫病等特性已通过体系胞杂交由野生种转移到载培种中。
原生质体融合可获得细胞质杂种。遗传物质不仅存在于细胞核中，而且有少量遗传基因存在于细胞质内，如不少雄性不育基因、抗除草剂基因就存在于细胞质的叶绿体及线粒体上。有性杂交只能进行核遗传物质的杂交，而不能进行细胞质杂交。利用原生质体融合已成功育出了具有雄性不育特性的油菜、水稻细胞质杂种。
五、胚胎移植
现代畜牧业的发展,越来越多地依靠新的优良品种,但优良种畜种禽的价格十分昂贵且数量有限，传统的自然繁殖周期长、速度慢，直接影响着新品种的推广速度，近年来逐步成熟完善的胚胎移植技术较好地解决了这一难题。
胚胎移植主要包括体外受精、体外胚胎培养、胚胎分割、借腹怀胎等几项技术。
公畜一次可排出上亿个的精子,把种畜的精液采集冷冻起来,用人工授精的方法一头公畜每年可提供上万头母畜配种所需的冷冻精液。韩国在70年代开始推广牛冷冻精液，现在几乎100%的农户用冻精输精，受胎率为90%以上。猪的人工授精及精液冷冻保存技术也开始在生产中推广，冻精受胎率接近80%。
母畜可采用超数排卵处理来加快繁殖速度；武汉畜牧兽医所利用高产奶牛超数排卵处理，一次每头可获5枚胚胎，年超数排卵处理四次，每头就可以年获胚胎20枚。如果从母畜卵巢中取出未成熟的卵细胞，在试管中培育成熟，通过人工授精的方法使其受精，也可以节省大量的母畜。
胚胎分割是加快良种繁殖的另一项高新技术，它是将发育到一定时期的胚胎一切为二，这两个半胚就可以形成两个胚胎，胚胎的利用率提高了一倍。胚胎分割技术已在许多动物中研究成功。日本、美国已将胚胎分割技术用于双羔、双犊的生产，提高了整胚利用率。目前我国的胚胎分割试验也取得了成功，不久即可在生产中大规模推广。
运用精液冷冻、胚胎冷冻还有助于新品种的引进，以活畜的形式从外地区或国外引进良种，不仅价格昂贵，而且运输困难，检疫繁琐。如果引进冷冻的精液或胚胎则可以较好的解决上述问题。
借腹怀胎及胚胎性别鉴定：大牲畜的孕期均在数月以上，如果将良种胚胎移植到本地母畜的体内，本地牲畜即可替代种畜怀胎生产，繁殖出我们所期待的良种后代来。利用现代生物技术还可以对胚胎的性别进行鉴定，如在胚胎移植前先进行性别挑选，以产肉为目的选留雄性，以产奶为目的移植雌性胚胎，这对畜牧业生产很有价值。
六、克隆技术
1997年英国科学家成功地利用克隆技术复制出了绵羊“多利”，这一消息震惊了世界。克隆在英文中的意思是“无性繁殖系”，即通过无性繁殖形成的一个遗传性完全一致的群体。克隆技术首先是采集卵子，通过显微操 作使核质分离，使卵细胞失去原有的遗传物质，仅余细胞质；然后将供体乳腺组织的细胞核移入到无核卵细胞中；核质融合的卵通过体外培养发育为早期胚胎并移植入假孕母体子宫中发育为个体。
哺乳动物的克隆即指通过无性繁殖所产生的动物个体 或群体，它们具有完全相同的遗传背景。同卵孪生、胚胎分割的遗传背景是相同的，但它们来自有性繁殖或是有性繁殖的继续，真正的克隆个体，其遗传物质应来源于已分化的体细胞，而非胚胎细胞。通过克隆技术，可以使我们在进行品种改良时，只需要挑选单个的优良个体，从其身上取出一个或几个细胞，即可复制出许许多多一模一样的优良后代来。
七、酶工程
酶是生物体内一种具有催化能力的蛋白质，它可加快化学反应的速度。作为一种生物催化剂，能在常温常压下高效地催化专一的底物是其最突出的特点。酶工程目前在农业中主要应用在饲料加工领域。
植物饲料中的营养物质大多是由生物多聚体组成，动物在其消化道利用这些物质之前必须消化它们，而动物本身的内源消化酶往往分泌不足或缺乏一些专一性酶，如果将一些酶作为添加剂混入饲料中，就可以帮助机体有效地将一些大分子多聚体消化成可直接供肠道吸收的营养物质，或分解成为小片段，供其它酶进一步消化。例如加入淀粉酶可提高饲养动物对淀粉的利用率。加入蛋白酶可提高动物对蛋白质的吸收率。
除将饲料分解为可消化吸收的小分子物质，直接提高饲料的利用率外，加入酶制剂，还可以去除抗营养因子，改善消化机能，间接地提高饲料的利用率。在玉米、大麦、小麦等饲料中含有较多的非淀粉多糖(NSP)，NSP能通过多种方式影响动物对饲料的消化吸收作用。而将聚糖酶添加到饲料中分解NSP，可提高动物的消化吸收能力。
植物中的磷大量以植酸的形式存在，极难被单胃动物消化吸收，同时植酸极易与钙、锌、铜、锰等离子结合形成不易吸收的络合物，大大降低了这些矿物元素的吸收利用率。如果利用植酸酶将植酸分解，不仅可提高单胃动物对磷的利用，而且可提高其它矿质元素的利用率。
利用酶制剂还可以扩大饲料的来源。动物血制品是一种极有潜力的蛋白质原料。从营养价值看，动物血粉可以和大豆相媲美，但由于存在适口性差、消化率低等问题，动物血粉在饲料中的应用受到很大限制，如果利用酶的降解对动物血粉进行处理，就可开发出大量的蛋白质原料。生产中每年都会产生大量的作物秸秆及农产品加工下脚料，它们中含有的NSP数量十分惊人，NSP在猪和禽体内的消化率非常低，大量的NSP被浪费了。如果能利用酶分解它们，那么就可为养猪业、养禽业开辟广阔的饲料来源。
大量的试验表明使用酶制剂还具有改善动物的内分泌，增强抗病能力，促进动物生长的作用。使用酶制剂增强了动物的消化吸收能力，动物排泄物的水分含量和体积会明显减少，缓解了养殖业对环境的污染。
除饲料加工领域外，酶工程在食品加工方面也有运用，如利用酶技术对食品原料进行脱毒处理，以除去棉酚、植物凝集素等等。
八、单细胞蛋白生产与微藻类培养
世界人口不断增加，耕地日益减少，粮食问题是人类亟待解决的重大问题之一。为解决这一问题人们一直在寻找新的食物来源。同动物、植物相比，微生物具有繁殖快、适用性强的特点，只需数十分钟微生物即可繁殖一代，如此快速的繁殖速度是任何高等生物所望尘莫及的。粮食每年只收一次或二次，体重为２５０千克的牛，每小时可增长２００克，而２００克细菌，在理想条件下，２４小时可增长８００公斤甚至２５０吨。微生物的这一突出特点，使人们把未来农业的希望寄托在微生物上。在微生物利用方面，目前取得较大进展的是单细胞蛋白生产及微藻类培养。
单细胞蛋白是指通过大规模培养酵母或细菌而生产的用作食品或饲料的微生物蛋白。目前可作为微生物培养原料的种类可说是越来越广，如淀粉、纤维素，农副产品加工的下脚料及食品、造纸行业产生的废液，甲醇、石蜡等化工产品等等。进行单细胞蛋白生产还具有占地少、不受气候条件限制的特点，在巨型发酵罐内可一年四季连续进行大规模生产。
小球藻、蓝藻、螺旋藻是一些低等的水生自养植物，同高等植物一样它能吸收太阳光，依靠二氧化碳、无机盐进行自身的生长繁殖。微藻类的生长速度远快于高等植物，培养一亩蓝藻所生产的蛋白质超过了50亩黄豆的蛋白质产量。大量的资料表明微藻类食品还是一种高档的营养保健品，它的蛋白质、维生素、矿物质及微量元素含量均十分丰富，对人体具有多种保健功能。当前微藻类人工大规模培养的面积正逐年扩大，随着更多优良藻种的育成及各种培养技术的完善， 微藻类培养造福于千家万户的日子将指日可待。
九、其它农业生物技术
（一）有益生物菌制剂 微生物与农业生产的关系十分密切，如耕作层土壤、动物胃肠道等均是由多种微生物共同组成的一个复杂的生态系统，这个系统里有有益微生物，也有一些有害的微生物种类，如病原菌、腐败细菌等。这些微生物之间互相作用、互相影响，如有益微生物的数量增加，就可抑制有害微生物的生长繁殖。根据这种现象人们有目的地筛选出一些有益的微生物种类，并加以培养繁殖制成有益生物菌制剂。将有益生物菌制剂施入土壤则可以提高土壤的有效养分含量，减少病害的发生，提高农产品品质。用有益生物菌制剂喂养畜禽，则可增强畜禽的营养吸收功能，增进食欲，提高畜禽的生长速度及抗病能力，改善禽畜产品的质量。有益生物制剂还可提高畜场禽舍的环境质量。
（二）组培生产次生代谢产物 植物是许多化学产品的重要来源，如药用的可待因、人参皂苷，杀虫剂除虫菊酯，多种色素、食品添加剂、香精香料等等。利用组培技术培养植物的细胞、组织或器官是生产各种次生代谢产物的一条捷径；人参的根部含有大量的人参皂苷，我们对人参的根细胞进行培养，即可从培养出的根细胞中提取人参皂苷，生产效率大大加快。目前人们培养的用作生产次生代谢产物的植物种类已超过100种，提取的有效成分超过了300种。
（三）植物人工种子 组培快繁是把植物细胞、组织或器官培育成试管苗的一项技术，如果将植物体细胞诱导成胚状体后停止组培，并模仿普通种子的结构，用含有营养成分的基质（人工种皮）将胚状体包裹成一个一个的颗粒体，就成了人工种子。在条件适宜时人工种子同普通种子一样可发芽成苗。人工种子具备了组培试管苗的全部优点，同试管苗相比它还具有成本低（节约培养基）、运输方便（体积小且不需带试管）、可贮藏等诸多优点，具有重大的应用潜力。当前美国、日本、法国、印度、瑞士、韩国与我国都在积极对其进行研究，有近20种植物的人工种子已研究成功。虽然人工种子在大面积运用方面还有许多问题有待解决，如许多重要植物目前还不能靠组织培养快速产生大量高质量的体细胞胚；对离体培养易产生变异的问题人们还不能进行有效地控制。但应当看到，目前人工种子技术发展迅速，在不久的将来发挥出人工种子的潜在优势是完全可能的。
（四）兽用生物制品开发 这方面的进展主要是大规模培养由遗传工程获得的细菌或酵母细胞，生产多种兽用疫苗，如幼畜腹泻疫苗、口蹄疫疫苗、狂犬病疫苗等等；也可用这种方法生产具有多种免疫功能的淋巴细胞活素，如白细胞介素-2、牛干扰素等等；此外也可以运用单克隆抗体生产技术，生产兽用疾病检测试剂。
第二节 农业生物技术的前景
生物技术兴起于七十年代，只有不长的一段历史，如今农业生物技术在各个领域取得突破的消息接连不断。可以相信在不远的将来，人们可以利用克隆技术将优良的畜禽品种进行大批量的复制繁殖，人们也可以利用不同的基因片断按照自己的愿望来组合新物种用于农业生产，未来的农业生产将不仅仅局限在农田牧场，大型的细菌发酵罐与藻类培养箱将把农业生产带入工厂化的时代，主要依靠动物、植物进行生产的二维农业结构，将变成动物、植物、微生物并举的三维农业生产结构。
工业技术的发展给人类带来了环境污染问题，与之类似农业生物技术的发展也可能会给人类带来新的困扰，目前人们对农业生物技术的担心主要有：各种转基因抗逆作物如抗旱作物、耐热作物的出现，能否以其强大的生存竞争力而破坏整个生态系统；一些具有抗性基因的作物如抗虫、抗除草剂作物能否通过天然杂交将其抗性基因转移到其它物种中去而造成严重的后果，如造成大量杂草也具有抗除草剂基因等等；大量抗除虫基因的使用与蔓延能否造成害虫的抗性增强；大量的目的基因及其产物对人畜是否安全；大量地将人的基因向动植物中转移，是否会带来人们伦理观念的混乱，如此等等都值得人们的警惕与重视。
面对农业生物技术取得的进展及可能出现的各种问题，盲目乐观或望而却步都是错误的。科技进步的确能够给人类社会带来种种麻烦，但这些问题的解决最终还要依靠科技进步，只要我们能够对各种潜在问题进行认真地研究，并制定出相应的解决对策，现代农业生物技术就一定能够为人类造福。