王瀟龍 徐芯雨 從志洋

摘要：在當下的高速工業(yè)化、城市化的進程中，農(nóng)業(yè)的發(fā)展不可輕視，反而更應(yīng)該加以重視，應(yīng)當利用已取得的先進學(xué)術(shù)成果和技術(shù)成果反哺到農(nóng)業(yè)的發(fā)展中，進而保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的穩(wěn)定、持續(xù)、高產(chǎn)、安全，因為農(nóng)業(yè)，這個千百年來人類生存的發(fā)展基礎(chǔ)，它小可以關(guān)系到個人的溫飽，大到國家根本甚至人類的生存發(fā)展，因此在這個人類歷史文明從未有過的高速發(fā)展的時代，要讓農(nóng)業(yè)的發(fā)展緊跟時代步伐！而要想讓農(nóng)業(yè)的發(fā)展“不掉隊”，那就需要植物科學(xué)來貢獻一定的力量，所以，本文將在植物科學(xué)和農(nóng)業(yè)發(fā)展這兩個板塊的基礎(chǔ)上展開一定的討論，也將適當舉例說明。

關(guān)鍵詞：植物科學(xué)、農(nóng)業(yè)發(fā)展、生物技術(shù)、抗逆性、抗凍性

1、植物科學(xué)的本質(zhì)及基本研究目的

1.1、植物科學(xué)的主要任務(wù)是了解和揭示植物世界各級生活的客觀規(guī)律，包括結(jié)構(gòu)、功能和生長。

1.2、還要了解植物發(fā)育、進化、分布及其與環(huán)境的相互作用等規(guī)律。充分了解植物在自然界中的平衡調(diào)節(jié)作用，優(yōu)化人類的生存環(huán)境，為當下“綠水青山就是金山銀山”的生態(tài)理念而做出相應(yīng)的貢獻。

1.3、從客觀角度進行分類，可分為：植物生理學(xué)、植物細胞學(xué)、植物遺傳學(xué)、植物化學(xué)等，強化了人類對植物的多方面認識，并有利于人類對某些植物或整個植物界進行深入了解和研究，而后將取得的成果通過不同的技術(shù)手段加以應(yīng)用，從而更好地解決人類的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活中所遇到的問題，從而不斷地促進農(nóng)業(yè)的發(fā)展和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的提升，不斷夯實人類發(fā)展的基礎(chǔ)，為工業(yè)、服務(wù)業(yè)和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)及其他第三產(chǎn)業(yè)提供強有力的保障。

由于，地球的歷史遠遠早于人類的歷史，植物的好多物種應(yīng)該可以說是地球上“元老”級的物種，植物的門類分支較多，整個系統(tǒng)的復(fù)雜性和多樣性也并非幾句話可以概括，因此，植物學(xué)是一把打開植物界潛在科學(xué)價值大門的一把金鑰匙，植物學(xué)的發(fā)展還會長久的繼續(xù)下去，人類對植物科學(xué)的研究任重而道遠！

2、世界農(nóng)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及對未來發(fā)展的要求

根據(jù)《2015世界糧食不安全狀況》中指出：全世界依然有7.95億人在挨餓。聯(lián)合國糧農(nóng)組織的數(shù)據(jù)顯示，全球主要糧食作物的年增產(chǎn)量已經(jīng)停滯不前，對化肥的使用已經(jīng)達到臨界點，如果不對這鐘狀況采取妥善措施，全世界將可能會面臨糧食不足的困境。

當下，受城市化和全球化氣候變化的影響因素，全球可耕地面積在不斷縮小，還有病蟲害的爆發(fā)對人類農(nóng)業(yè)的影響。

例如：2020年，非洲部分地區(qū)和亞洲中部和南部受到沙漠蝗蟲的影響，部分地區(qū)幾乎絕收。

因此，農(nóng)業(yè)要取得進一步的發(fā)展，其產(chǎn)業(yè)的升級變革是必然趨勢。

依據(jù)當下農(nóng)業(yè)的發(fā)展變化看，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)形成一種趨勢，例如：健康農(nóng)業(yè)、有機農(nóng)業(yè)、垂直農(nóng)業(yè)、綠色農(nóng)業(yè)、循環(huán)農(nóng)業(yè)、觀光農(nóng)業(yè)等等。上述舉例大體可以分為規(guī)模化農(nóng)業(yè)、新型農(nóng)業(yè)主體、高科技農(nóng)業(yè)這三大類。

在人口不斷膨脹，可耕地面積不斷減少的情況下，農(nóng)業(yè)也必須順應(yīng)時代發(fā)展的潮流，向著規(guī)?；⒏咝Щ?、高產(chǎn)化、可持續(xù)化的方向不斷發(fā)展，其相應(yīng)的科學(xué)技術(shù)及相關(guān)的研究領(lǐng)域也會向上述四個方面靠攏。

3、帶動農(nóng)業(yè)“工業(yè)革命”的“蒸汽機”——生物技術(shù)

3.1、生物技術(shù)的作用

植物學(xué)的不斷進步和發(fā)展壯大，生物技術(shù)可以說是這其中的“大功臣”。這既要求生物技術(shù)能跟上植物學(xué)研究的方向與進度，還要能實際操作應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)之中。生物技術(shù)并非只是簡單的“生物技術(shù)”這四個字，它還有些“兄弟姐妹”，如：轉(zhuǎn)基因技術(shù)、生物信息技術(shù)、植物分子生物學(xué)技術(shù)等等。也別小瞧了他的“兄弟姐妹”，它們在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中得到發(fā)展和應(yīng)用，為農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)研究和遺傳育種提供了技術(shù)保證。

對于人類來說，它們既是很好的幫手，又是必不可少的工具，在植物科學(xué)和農(nóng)業(yè)發(fā)展這兩大板塊之間，生物技術(shù)是一座必不可少的溝通橋梁，它是人類將“成果”轉(zhuǎn)化為“果實”的轉(zhuǎn)換器。

3.2、生物技術(shù)應(yīng)用案例

我國科學(xué)工作者培育的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的抗蟲基因來源于蘇云金芽孢桿菌中的Bt毒蛋白基因，該基因的表達產(chǎn)物毒蛋白能夠抗蟲。這是其通過限制性內(nèi)切酶切割特定的DNA序列，然后以質(zhì)粒為載體將其轉(zhuǎn)入到目的DNA（棉花的DNA序列）中，再用連接酶將其與棉花的DNA鏈相縫合鏈接，可以將其理解為基因的重新組合，而后通過DNA的測序，確保其成功轉(zhuǎn)入即可。

抗棉蟲的“抗”主要是因為外源Bt基因整合到棉株體中后，可以在棉株體合成一種叫δ-內(nèi)毒素的伴孢晶體，該晶體是一種蛋白質(zhì)晶體，被棉鈴蟲的幼蟲吞食后，在其腸道堿性條件和酶的作用下，或單純在堿性條件下，伴孢晶體能水解成毒性肽，并很快發(fā)生毒性，致其死亡。

最終實現(xiàn)，棉花的抗逆性大大增強，在減少農(nóng)藥使用的同時，還確保了棉花的產(chǎn)量。

4、關(guān)于農(nóng)業(yè)發(fā)展與植物科學(xué)、生物技術(shù)相結(jié)合并提升抗凍性的猜想

4.1、低溫凍害對植物來說是嚴重的自然災(zāi)害，是限制植物自然分布和栽培區(qū)帶的主要因素，低溫影響植物的生長代謝，引起植物相關(guān)生理指標變化，導(dǎo)致植物受到傷害、減產(chǎn)，嚴重時還會造成植物死亡。因此研究植物的抗寒性，提高植物的抗寒能力，采取有效措施防止低溫的傷害，對確保植物的正常生長，提高產(chǎn)量是非常必要的。植物對低溫脅迫的適應(yīng)性和抵抗能力，既受到系統(tǒng)發(fā)育的遺傳基因所控制，又受到個體發(fā)育中生理生態(tài)所制約。

特別是對于在熱帶、亞熱帶地區(qū)的植物、農(nóng)作物而言，增強植物的抗凍性，是減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)損失的重要方法之一！

4.2、猜想1：能否在其枝葉形態(tài)的基因上進行改造重組，進而提高植物或作物的抗凍性？

在晝夜溫差很大的地區(qū)，植物通常具有千蹄的墊狀形態(tài)，由于無數(shù)莖的繁密排列，使得在墊狀物內(nèi)部保持著一定的水分和均勻的溫度，結(jié)果在寒夜過后的早晨，墊狀植物的溫度通常比大氣溫度高，而在白晝最熱的時候，墊狀植物內(nèi)部的溫度則較室氣中的溫度為低。

因此，可將墊狀植物內(nèi)決定植株形態(tài)的基因剪輯，并將其移入目標植物中，而后將進行過基因重組的植株、墊狀植物與未移入該基因的植株將進行抗寒抗凍性對照實驗，統(tǒng)計實驗結(jié)果并得出其抗凍能力的強弱。得出相關(guān)的抗凍性數(shù)據(jù)后根據(jù)不同的抗凍能力的需求以及抗凍性的增強是否對其他性狀有較大干擾或影響，可進行后續(xù)實驗。

4.3、猜想2：將具有休眠性的植株體內(nèi)的“休眠”基因，轉(zhuǎn)入耐寒性、抗凍性較差的植株體內(nèi)看其是否能增強抗凍性。

這就像是人類這個“家長”，為了強制要求植物“孩子”改變了它的“生活習(xí)慣”，在送給植物一個叫“‘休眠’基因”的鬧鐘又對植物“孩子”說：“秋季冬季要來啦，要早睡覺啦！防止冬季凍傷?！?/p>

許多落葉性的喬灌木植物，在秋季就會停止生長，進入休眠狀態(tài)。這時細胞間斷絕聯(lián)系，各自孤立，生命活動降低，自由水含量減少，能忍受較低的溫度。

植物或作物受基因這個“鬧鐘”的提醒調(diào)控后，進入休眠狀態(tài)后，自由水的比例大大降低。在次年春天氣溫回升時觸發(fā)基因“鬧鐘”喚醒植物或作物。

這樣不僅提升了植物的抗寒抗凍能力和整體抗逆性，還可以間接防止植物體內(nèi)自由水因低溫影響，迅速結(jié)為冰棱或冰刺后刺傷植物或作物內(nèi)部細胞，形成間接保護，使得植物或作物具備一定的應(yīng)對氣溫驟降的自我保護能力。

5、結(jié)束語

植物學(xué)前沿領(lǐng)域的迅猛發(fā)展，必然要求不斷吸收和借鑒其它學(xué)科的先進技術(shù)和手段并加以改進，以發(fā)展適應(yīng)其自身特點的新技術(shù)和新方法，而這些方法又被進一步應(yīng)用到農(nóng)業(yè)科研和生產(chǎn)中。

因此，為了植物科學(xué)和農(nóng)業(yè)發(fā)展的更好結(jié)合，未來，植物科學(xué)與農(nóng)業(yè)發(fā)展應(yīng)在生物技術(shù)和其他前沿技術(shù)的銜接支持下，齊頭并進，發(fā)展到新的高度，造福于世界人民！

參考文獻：

[1]《談中國植物科學(xué)基礎(chǔ)研究與農(nóng)業(yè)發(fā)展》溫明章*，陳越，谷瑞升，羅晶，杜生明 ?國家自然科學(xué)基金委員會生命科學(xué)部，北京 100085

[2]《談中國植物科學(xué)基礎(chǔ)研究與農(nóng)業(yè)發(fā)展》盧 露 （荊楚理工學(xué)院 湖北荊門 448000）

作者簡介：王瀟龍（2001年10月），男，漢族，山東濟南，?？?，武漢工程科技學(xué)院。