农业生物技术在提高作物抗逆性和产量中的潜力研究

农业生物技术在提高作物抗逆性和产量中的潜力研究

古丽米热·衣沙克

  哈密市伊州区回城乡农业（畜牧业）发展服务中心

摘要：农业生物技术在提高作物抗逆性和产量方面展现出巨大潜力，通过转基因技术引入外源基因增强作物抗旱、抗盐碱等能力；RNA干扰技术则用于精准调控抗逆性相关基因表达。生物育种技术培育高产优质作物品种，而土壤改良技术则提升土壤质量，促进作物生长。这些技术共同助力农业生产，实现作物抗逆性和产量的双重提升。

关键词：农业生物技术；作物抗逆性；产量

在农业生产中，作物常常面临干旱、盐碱、病虫害等多种逆境胁迫，严重影响作物的生长发育和产量。随着人口增长和耕地面积减少，提高作物产量已成为现代农业发展的迫切需求。农业生物技术作为现代农业的重要支柱，通过改良作物遗传特性、优化作物生长环境等手段，为提高作物抗逆性和产量提供了新途径。

1.农业生物技术在提高作物抗逆性中的潜力

1.1转基因技术在提高作物抗逆性中的应用

转基因技术作为农业生物技术的核心之一，其在提高作物抗逆性方面展现出了巨大的潜力。通过精心设计的基因工程操作，科学家们能够精确地将外源基因导入到作物中，从而赋予作物全新的遗传特性，使其在面对各种逆境时能够表现出更强的适应性和生存能力。在抗旱性改良方面，转基因技术发挥了关键作用。干旱是农业生产中最为常见的逆境之一，它会导致作物水分严重缺失，进而影响作物的正常生长和产量。为了提高作物的抗旱性，科学家们通过转基因技术将抗旱基因导入到作物中。这些抗旱基因能够编码产生特定的蛋白质，这些蛋白质在植物体内发挥着调节水分平衡、增强渗透调节能力等重要功能。例如，一种名为“干旱诱导蛋白”的基因被成功导入到小麦中，使得小麦在干旱条件下仍能保持较高的水分利用效率，从而显著提高了小麦的抗旱能力和产量[1]。除了抗旱性改良外，转基因技术还在抗盐碱性改良方面取得了显著进展。盐碱地是全球范围内广泛分布的一种不良土壤类型，其高盐度和高碱性对作物的生长构成了严重威胁。为了提高作物在盐碱地上的生存能力，科学家们利用转基因技术将抗盐碱基因导入到作物中。这些抗盐碱基因能够编码产生一些特殊的酶和蛋白质，它们能够降低作物体内盐分的积累、调节细胞内的离子平衡、减轻盐碱对作物的伤害。例如，一种名为“盐胁迫诱导基因”的转基因水稻品种，在盐碱地上表现出了较好的生长势和产量，为盐碱地的农业利用提供了新的可能性。

1.2RNA干扰技术在作物抗逆性中的应用

RNA干扰（RNAi）技术是一种强大的分子生物学工具，它通过特异性地降解目标基因的信使RNA（mRNA）来抑制该基因的表达，从而实现对生物体特定性状的调控。在作物抗逆性改良的领域中，RNAi技术被广泛应用，以调控与抗逆性相关的基因表达，进而增强作物的抗逆能力。作物在面对干旱、高温、盐碱等逆境时，其体内的某些基因会被激活，以应对这些不利条件。也有一些基因会起到负调控的作用，它们可能会抑制作物的抗逆性。通过RNAi技术，科学家们可以精准地识别并降解这些负调控因子的mRNA，从而抑制其表达，进而增强作物的抗逆性。以抗旱性为例，作物在干旱条件下，其体内的某些基因会促进水分的吸收和保留，而另一些基因则可能会抑制这些正调控基因的表达。为了增强作物的抗旱性，科学家们可以利用RNAi技术，针对这些负调控基因设计特定的RNA分子（即RNAi分子），使其与负调控基因的mRNA结合并降解，从而抑制其表达[2]。在具体操作中，科学家们首先需要确定与作物抗旱性相关的负调控基因。这通常需要通过基因组学、转录组学等高通量测序技术来实现。一旦确定了目标基因，科学家们就可以利用生物信息学方法设计RNAi分子。这些RNAi分子需要与目标基因的mRNA高度互补，以确保它们能够特异性地结合并降解目标mRNA。科学家们需要将设计好的RNAi分子导入到作物中。这可以通过基因枪法、农杆菌介导法等多种方法实现。一旦RNAi分子成功导入到作物中，它们就能够在作物体内发挥作用，抑制目标基因的表达。

2.农业生物技术在提高作物产量中的潜力

2.1生物育种技术突破创新，培育高产优质作物

生物育种技术作为农业生物技术的重要组成部分，其创新应用正推动着作物育种领域的一场革命。这种技术通过现代生物技术手段，对作物的遗传物质进行精确编辑和改良，从而培育出高产、优质、抗病、抗逆的新品种。相较于传统的育种方法，生物育种技术能够突破自然选择和杂交育种的限制，大大加速育种进程，提高育种效率。在生物育种技术的实际应用中，科学家们首先会通过对作物基因组进行深入研究，确定影响产量和品质的关键基因。这些关键基因可能涉及作物的光合作用效率、养分吸收利用、抗逆性等多个方面。一旦确定了目标基因，科学家们就可以利用转基因、基因编辑等生物技术手段，对这些基因进行精确的修饰和改良[3]。例如，在玉米育种中，科学家们发现一种名为“ZmGAL1”的基因与玉米的籽粒大小密切相关。通过转基因技术，科学家们将“ZmGAL1”基因进行改良，使其表达量增加，从而培育出了籽粒更大、产量更高的玉米新品种。这种新品种在相同种植条件下，其产量较传统品种有显著提高，为农民带来了更大的经济收益。除了转基因技术外，基因编辑技术如CRISPR-Cas9也为生物育种带来了革命性的变化。这种技术能够精确地修改作物基因组中的特定基因，而不需要引入外源基因。通过CRISPR-Cas9技术，科学家们可以精确地删除、插入或替换作物基因组中的某个片段，从而实现对作物性状的精准调控。在小麦育种中，科学家们利用CRISPR-Cas9技术删除了一个与小麦株高相关的基因片段，成功培育出了矮秆小麦新品种。

2.2农业生物技术助力土壤改良，提升作物产量与质量

土壤作为作物生长的基石，其质量对于作物的产量和品质具有决定性的影响。农业生物技术通过一系列创新手段，如微生物制剂的应用和生物修复技术的实施，为土壤改良提供了高效且环保的解决方案，从而显著提升作物的产量与质量。在改善土壤结构方面，农业生物技术发挥了关键作用。传统的土壤改良方法往往需要大量的化学肥料和农药，不仅成本高，而且容易对环境造成污染。而利用微生物制剂则是一种更为环保和高效的选择。例如，某些特定的细菌菌株能够固定空气中的氮气，为作物提供必要的氮素营养；而一些真菌则能够分解土壤中的有机物质，释放出植物所需的矿质元素[4]。农业生物技术还在减少土壤污染方面展现了巨大潜力，随着工业化和城市化的快速发展，土壤污染问题日益严重，这对作物的生长构成了严重威胁。例如，一些能够降解石油烃类的微生物被广泛应用于油污土壤的修复；而一些具有重金属富集能力的植物则能够有效去除土壤中的重金属污染。在具体实践中，农业生物技术已经取得了显著的成果。以微生物肥料为例，这类肥料以微生物为主要成分，通过微生物的生命活动促进作物对营养元素的吸收和利用。例如，一种含有固氮菌和磷解菌的复合微生物肥料，在田间试验中表现出良好的肥效，不仅提高了作物的产量，还改善了作物的品质。

3.结语

农业生物技术在提高作物抗逆性和产量中具有巨大的潜力。通过转基因技术、RNA干扰技术等手段改良作物遗传特性，可以提高作物的抗逆性；通过生物育种技术和土壤改良技术等手段优化作物生长环境，可以提高作物的产量和质量。未来，随着农业生物技术的不断发展和创新应用，相信将为现代农业的可持续发展作出更大贡献。

参考文献

[1]周鹏.微生物菌肥在农业生产中的应用实践探讨[J].农村科学实验,2023(20):82-84.

[2]赵昕,董欣,于振莲,等.γ-氨基丁酸提高农作物抗逆性的研究[J].中文科技期刊数据库(全文版)农业科学,2020.

[3]朱涵钰.现代生物技术在木薯育种中的应用[J].现代农业科技,2020(13):4.

[4]于振莲.微生物菌肥在农业生产中的价值和应用策略探究[J].南方农业,2020,14(8):2.DOI:CNKI:SUN:NFNY.0.2020-08-094.