生物技术在农业生产中的应用 陈玉柱（嘉荫农场） 摘要：生物技术是当代新技术的三大支柱之一。由于其用途非常广 限性，如很多除草剂无法区别庄稼和杂草，有些除草剂必须在野草长 泛，已成为解决当今世界面临的许多重大课题的关键。近年来，人们已在生 起来以前就施用，而且由于抗性草类群落的出现导致使用量增大对 物技术领域取得了许多突破性进展，这些成果不但标志着人类能够从微观上 环境的危害也日益严重。制造抗除草剂的转基因作物是克服这些缺 支配和改造生物，而且它的应用将给人类社会和生活带来巨大变革。２ 世纪 点的理想途径。采用将靶酶基因导入作物细胞，１９８７年美国科学家 将是“生物世纪”。各国和科技界都意识到“谁抓住了生物”谁将成为下 成功从矮牵牛中克隆出ＥＰＳＰ合酶基因转入油菜细胞的叶绿体中， 个世纪的“霸主”。 使油菜能有效地抵抗草甘膦的毒杀作用。另外，有人把降解除草剂的 关键词：生物技术农业应用 ’ 一蛋白质编码基因导入宿主植物，从而保证宿主植物免受其害，该方法 农业生物技术不仅为农业研究提供了一种新技术，而且还赋予 已成功地用于选育抗磷酸麦黄酮的工程植物。 了农业生产一种新的概念。随着科学技术的迅速发展，农业生产正在 ２．３抗重金属由于人类活动、矿山的开采，工业化进程的加剧，空 由资源依赖型向科技依赖型转化。未来的２１世纪将是科学技术迅 气、土壤、水体面临着越来越严重的重金污染，不但严重影响作物的产 速发展的时期，生物技术已由实验技术走向了实际应用。 量和品质，更重要的是通过植物食物链危害人类的健康。土壤中的重金 １发展农业生物技术的意义 属主要有Ｃｄ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｈｇ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ａｓ等。２Ｏ世纪８Ｏ年代，提出植物 农业生物技术是高新技术研究的重要领域之一，它是整个生物 修复、超富集植物。但由于自然界中已发现的绝大多数重金属富集或超 技术及其产业发展的基础，也是生物技术中应用最广、最直接，最具 富集植物往往生长周期长、生物量低、植株矮小，因而了其对污染 现实意义的领域。生物技术产业是知识密集型产业，它具有投资少、 土壤重金属的移除效率。通过基因工程技术改良植物对重金属的抗性， 产量高、回报率高等特点 它可以利用自然界的再生能源，实现可持 增加或减少重金属在植物体内的累积量被认为是进行污染土壤的生 续发展。它的发展对于解决经济和社会发展中所面临的人口、资源、 态恢复以及减少食物链重金属污染的一条切实可行的有效途径。富集 环境等问题具有重大作用。大力发展农业生物技术及其产业，对于改 重金属的相关基因不断克隆，应用转基因技术提高植物对重金属的耐 变农业生产现状，大幅度提高农产品的产量和质量，加快高产、优质、 性已取得一些重要进展，一些转基因植物地上部分表现了较高的重金 高效、可持续农业的发展，提高农业资源利用率，减少环境污染，保护 属离子富集量，并在污染土壤的生态恢复中进行了初步应用。 良性生态平衡都具有重要意义。 ２．４现代生物农药随着人们对化学农药危害性、局限性的逐步 ２现代生物技术在农业生产中的应用 认识，生物农药在植物生产中地位逐渐突现出来，成为绿色农业的重 ２．１良种选育，品质改良随着生物技术的发展，人们已经可以 要组成部分，受到各国的高度重视，有了较为广泛的应用。微生 把一个品种、品系的理想遗传性状转入另一品种、品系，以提高植物 物农药具有对人畜安全、不破坏生态平衡、害虫不易产生抗性等优 的价值、产量和质量。Ｃａｌｇｅｎｅ公司的科学家分离到一种控制植物纤 点，但也存在着药效速度慢、专一性强、受自然条件影响大的缺点。而 维素形成的酶的基因，将其转入特定的树种可培育出纤维素含量高 利用基因工程改造微生物菌种，创造出自然界不存在的新型菌种就 的对造纸业更有利的植物。在番茄中导入编码ＥＦＥ酶的反义基因， 可以克服这些缺点。 可以乙烯的生成，酶活性降至正常的５％以下，果实生理成熟后 ３现代生物技术的未来发展 长期保持坚硬，仓贮１个月以上不软化、不腐烂，很大程度上提高了 ３．１光合作用机理研究提高植物光合作用效率有助于增加植 番茄的耐贮藏性能和经济效益。 物产品的产量，有效利用能源。光合作用包括光反应和暗反应，通过 ２－２提高植物的抗性 这一过程将光能转化为化学能并固定ＣＯ 。叶绿体的二磷酸核酮糖 ２．２．１抗虫全世界粮食产量因虫害所造成的损失占１４％左右。 羧化酶（Ｒｕｂｉｓｃｏ）既可通过羧化反应固定Ｃ０ 还可催化底物加氧反 长期以来人们普遍采用化学杀虫剂来控制害虫，全世界每年用于化 应。为提高固定ＣＯ，的速度，可提高Ｒｕｂｉｓｃｏ的羧化酶活性，降低加 学杀虫剂的总金额在２００亿美元以上。但化学杀虫剂的长期使用造 氧酶活性。现在许多科学家对Ｒｕｂｉｓｃｏ的大小、结构、功能及做 成农药的残留、害虫的耐受性、环境污染等严重的问题，而利用基因 了许多工作，为提高植物光合作用的效果找到了一些思路。 工程的手段培育抗虫植物新品种除可以克服以上缺点外，还具有成 ３．２生物固氮氮肥是肥料的重要部分，要维持全球的粮食产 本低、保护全、特异性强等优点，从而倍受关注，成为当前研究的热 量，每年至少需要１．０Ｘ １０８ｔ以上的氮肥，其中一半来自化学肥料， 点。目前人们已获得多种抗虫基因，其中有蛋白酶抑制剂基因，淀粉 而另一半则由固氮细菌完成。随着化学肥料生产成本的逐渐提高及 酶抑制剂基因、植物凝集素基因、昆虫特异性神经毒素基因、几丁质 对土壤的破坏，越来越多的科学家将目光集中在生物固氨。一方面人 酶基因等，它们已被导入烟草、棉花、油菜、水稻、玉米、马铃薯等多种 们试图通过研究生物固氦的分子学基础，以提高微生物的固氨水平； 农作物，在抗虫方面得到了广泛的应用，有的已进入了商品化生产。 另一方面通过ＤＮＡ重组技术改造共生细菌，提高其竞争力，使之能 ２＿２－２抗病毒传统的抗病毒作物，是将植物天生的抗病毒基因 超过天然共生细菌，促进根瘤的形成。 从一个植物品种转移到另一个植物品种，然而抗病植株常会转变为 ３．３植物生物反应器重组细菌、真菌生物反应器生产过程需要 感病植株，而且作用范围较窄。最近，研究人员采用基因工程的技术 训练有素的专业人员，且设备昂贵，而植物却易于生长且管理方便， 培育有别于传统方法的转基因抗病毒植物，目前最有效的是将病毒 对工人的要求也不是很高。针对这一特点，人们就是否可用转基因植 外壳蛋白基因导入植株获得抗病毒的工程植物。 物来生产具有商业价值的蛋白质及其他特殊化学性质的物质进行了 ２－２＿３抗寒低温对细胞造成损伤的主要原因是造成细胞内膜结构 些尝试，并取得了一些进展。 中的脂质双层流动性降低，导致膜结构损伤，影响植物正常的生长。生 ３．４基因组学基因组研究被认为是２Ｏ世纪最重大的科研计划 一物膜中双层脂分子保持流动性，主要依靠其中不饱和脂肪酸的含量，不 之一。１９９８年美国启动了以玉米为主包括棉花、大豆、高梁和番茄在 饱和脂肪酸多则抗冻。通过分离能催化形成高不饱和脂肪酸的甘油 内的农作物基因组计划。美国国会批准投资近２亿美元进行该项研 ３一磷脂酰转移酶的基因，并将其转入植物而获得具有抗寒能力的转 究，旨在全面获得功能性新基因并占有该基因的知识产权。２１世纪 基因作物，这方面的工作已见报道。同时人们从一些生活在高寒水域 基因组的研究将由“结构基因组”向“功能基因组”转变。目前许多国 的鱼类分离出一些特殊的血清蛋白，即鱼抗冻蛋白及其基因，可以降低 家纷纷投入巨资针对主要的农作物（如水稻）构建其突变体库，然后 在低温下细胞内冰晶的形成速度，从而保护细胞免受低温损伤。 利用转座子标签、Ｔ—ＤＮＡ标签或图位克隆技术分离和克隆基因，完 ２．２．４抗除草剂除草剂全世界目前约有２０００多个品种，在农 成对基因功能的认识。 药市场占有最大的份额。然而除草剂的使用有着自身难以克服的局 未来２Ｏ年，随着世界人口的增长，农业将经历具有重大意义的 一２１９ 城市湿地公园基本设计方法简析 钱畅 （天津市德芳斯景观设计有限公司） 的自然野趣的绿化景观。这不仅形成了单调呆板的驳岸景观模式，也 使城市中的水系缺失了完整的生态构成和健全的水体生态功能。所 以在驳岸处理上，应首选生态驳岸的处理方式，减少采用传统的块石 ０引言 或混凝土砌筑等硬性人工驳岸，因为后者会破坏自然景观和生态基 城市湿地公园指“利用纳入城市绿地系统规划的适宜作为公园 因及天然湿地对自然环境所起的过滤、渗透等作用。 的天然湿地类型，通过合理的保护利用，形成保护、科普、休闲等功能 生态驳岸有多种类型，设计中应针对不同的岸边环境，采取不同 于一体的公园”Ⅲ。由于近年来城市湿地公园建设的迅速发展，对湿 的水岸空间处理方式，总体上以生态驳岸为主，在水体岸线以自然升 地保护与合理利用以及湿地建设者和管理者提出了更高的要求。对 起的湿地基质的土壤沙砾代替人工砌筑，还可建立一个水与岸自然 于促进区域生态与环境建设和生物多样性保护，实现城市的可持续 过渡的区域，种植湿地植物，通过舒缓的水岸地形与水域自然过渡， 发展以及人与自然的和谐共存，城市湿地公园建设起着不可替代的 营造临水植物生长空间。在材料的选取上，驳岸应选择渗水、透水性 作用。基于湿地复杂性和多样性的基本特点，从而决定了城市湿地公 较强的材料和结构，以提高驳岸的景观性和生态性。以西川人工湿地 园规划设计的复杂性。城市湿地公园的设计不是单纯的生态保护规 公园的驳岸设计为例，设计时通过对人工湿地生态湖的整体考虑，采 划，更不是建筑规划、景观规划，它是多学科的有机综合，是一个具有 用天然材料，护岸坡面以１：５比例形成缓坡使人工绿化与自然林浑 地域特色的系统规划，应该运用多学科相互关联的设计方法。下面结 然一体，在坡面边缘设宽５米的管理用道路，以便河道治理，同时在 合两个设计实例对湿地公园的规划设计加以分析研究，以期为湿地 河水转弯处用石子围成水洼，丰富驳岸景观。 公园规划设计提供参考。 ５植物设计 １设计原则 植物是湿地保持生态性的根本，通过种植设计恢复原有的生态 城市湿地公园的规划设计应遵循系统保护、合理利用与协调建 系统是湿地公园建设的根本目的之一。因此，种植设计往往是湿地公 设相结合的原则。在系统保护城市湿地生态系统的完整性和发挥环 园建设成败的决定性环节。在植物设计方面，要注意以下两点：一是 境效益的同时，以保护性设计、恢复性设计等先进的规划设计理论为 要考虑植物种类的多样性：二是尽量采用乡土植物。根据水由深到 指导，合理利用城市湿地具有的各种资源，充分发挥其生态效益、社 浅，依次种植挺水植物、浮水植物和沉水植物，既符合各种水生植物 会效益，以及在美化城市环境中的作用。因此，城市湿地公园的规划 的特性，又满足审美的需要。沿岸边缘带一般选用姿态优美的耐水湿 设计除了要符合普遍的景观美学原则以外，还必须注重生态这个大 植物，如柳树、迎春、白蜡等，进行种植设计，用美学原则组织其色彩、 前提。 线条、姿态等，创造出丰富的水岸之立面景色和水体空间景观构图效 ２遵从地域自然环境 果。从功能上考虑，可采用发达茎叶类植物以有利于阻挡水流，沉降 地理因素不仅是一个背景，也是造成地域差异以及这些差异所 泥沙，采用发达根系类植物以利于吸收养分。另外，在设计中除了特 涉及的一切事物的重要因素 】。因此在城市湿地公园规划设计过程 定情况，应充分利用或恢复原有自然湿地生态系统的植物种类，尽量 中，规划设计人员应考察、感受地域的地理与气候特征，把握场所的 减少外来种。维持乡土植物种群及其群落结构，构造原植被系统，体 自然特质及其在这种自然特质下人们的生活习惯和生活需求，让地 现景观生态效益。１３１ 理环境和气候成为城市湿地公园规划设计突出的影响因素。以西宁 ６结论 东郊生态湿地为例，在进行设计之初就对当地的地质地貌情况进行 城市湿地公园，是城市景观的重要组成部分。由于湿地系统在生 了详尽的分析，西宁市地处黄河支流湟水上游，四面环山，三川汇聚， 态上具有重要的调节作用，在对其进行规划设计时，应充分考虑当地 全年河流量１８９４亿立方，地下水储量６．６亿立方，水资源丰富，当 地域自然环境，在植物、功能分区设计以及驳岸的设计上，遵从自然 地日照长，昼夜温差大，冬无严寒，夏无酷暑，是天然的避暑胜地，且 规律，坚持生态原则，只有这样才能建成持久度高的湿地景观。城市 当地药用植物、野生动物资源丰富，为建成湿地公园提供了理想的地 湿地的保护和湿地公园的建设由于涉及到环保、水利、交通、农业、林 业等多个部门，协调难度大，在管理过程中易形成管理职责交叉等问 ３功能分区设置 不同的湿地公园，由于其基地状况、湿地形成过程、生境构成、定 题，需要支持、协调，最好能成易形成管理职责交叉等问题，需要 最好能成立专门的湿地管理办公室，负责协调各相 位和规划侧重的不同，造成功能区的设置也各有差异。目前西宁东郊 支持、协调，湿地公园设计时依据基地的水系、地形特点，并充分保护现有资源和 关部门，共同管理。共管是湿地资源保护及合理利用的一种有效途 植被，在不同区域内进行适宜的地形和植物设计，体现特有的西宁自 径，建立有序的共管机制是湿地公园可持续发展的基础 。参考文献： 然山水风貌。 【１】国家建设部《城市湿地公园规划设计导则ｆ试行）》，建城［２００５］９７号 ４水体岸线的规划设计 ［ＥＢ／ＯＬ】（２００５～０６—２４）［２００７—１０—２１】． ４．１水体的规划设计水体的规划设计应以自然为基础，运用自 【２】李约瑟．中国科技技术史第一卷第一册【Ｍ】科学出版社，上海古籍出 然的设计手法营造湖泊、河流、跌水等自然景观，通过这些水体的有 版社，１９９０ 机组合，既构成了丰富多彩的湿地水景景观，又为湿地植被、鱼类、鸟 【３】雷昆．对我国湿地公园发展建设的思考【Ｊ１．林业资源管理，２００５（２）：２３ 类等各种湿地生物的繁衍创造了适宜的生境，并可净化水源、蓄水涵 【４】王凌，罗述金域市湿地景观的生态设计【Ｊ】＿中国园林，２００４（１）：３９—４１ 水、削弱洪水的破坏力等。 ［５］Ｂａｒｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ（ＵＳＡ）Ｂｒｏｃｈｕｒｅ［ＥＢ／ＯＬ］．Ｌａｎｄｓｃａｐｅ Ｅ— ｏｇｙ ａｎｄ Ｌａｎｄｓｃａｐｅ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ． ４．２水体驳岸的设计许多城市的水体景观设计中，常见的是水 ｃｏｌ【６】张永泽，王亘唐然湿地生态恢复研究综述【Ｊ】＿生态学报，２００１（２）：３０９—３１４． 体边缘整齐的钢筋混凝土岸线和坚固的叠石驳岸，驳岸后是以陆生 （上接第２１９页） 域自然环境。 摘要：以湿地公园为例，结合地域自然环境条件和生态学原理，对城市湿 地公园规划设计进行分析。从分区规划、水系规划、种植设计等方面论述了城 市湿地公园生态规划的内容和方法，打造城市居民的生态休闲之地。 关键词：城市湿地公园规划设计生态 生境为主体的植物，很少看到驳岸下水体边缘由水生湿生植物构成 革新。毫无疑问，生物技术作为科学和技术在这场变革中将起到关键作用仍将拭目以待。 性的作用。原则上讲，生物技术本身有能力帮助人们提高农业生产力 参考文献： 和保护环境，但在实践中，生物技术作为环境保护的代理人其作用相 …柴容明＿生物技术在未来农业中的角色 世界农业，２０００，（４）；２９—３Ｏ 对来说是微乎其微的。人们对它在环境保护以及促进人类进步中的 【２】陆国权．植物基因工程技术的应用与问题【Ｊ】．世界农业，２０００，（７）：３６—３８ ２２０
