浅谈植物科学与农业发展

2021-11-24王潇龙徐芯雨从志洋

科技信息·学术版 2021年21期

王潇龙徐芯雨从志洋

摘要：在当下的高速工业化、城市化的进程中，农业的发展不可轻视，反而更应该加以重视，应当利用已取得的先进学术成果和技术成果反哺到农业的发展中，进而保证农业生产力的稳定、持续、高产、安全，因为农业，这个千百年来人类生存的发展基础，它小可以关系到个人的温饱，大到国家根本甚至人类的生存发展，因此在这个人类历史文明从未有过的高速发展的时代，要让农业的发展紧跟时代步伐！而要想让农业的发展“不掉队”，那就需要植物科学来贡献一定的力量，所以，本文将在植物科学和农业发展这两个板块的基础上展开一定的讨论，也将适当举例说明。

关键词：植物科学、农业发展、生物技术、抗逆性、抗冻性

1、植物科学的本质及基本研究目的

1.1、植物科学的主要任务是了解和揭示植物世界各级生活的客观规律，包括结构、功能和生长。

1.2、还要了解植物发育、进化、分布及其与环境的相互作用等规律。充分了解植物在自然界中的平衡调节作用，优化人类的生存环境，为当下“绿水青山就是金山银山”的生态理念而做出相应的贡献。

1.3、从客观角度进行分类，可分为：植物生理学、植物细胞学、植物遗传学、植物化学等，强化了人类对植物的多方面认识，并有利于人类对某些植物或整个植物界进行深入了解和研究，而后将取得的成果通过不同的技术手段加以应用，从而更好地解决人类的农业生产生活中所遇到的问题，从而不断地促进农业的发展和农业生产力的提升，不断夯实人类发展的基础，为工业、服务业和高新技术产业及其他第三产业提供强有力的保障。

由于，地球的历史远远早于人类的历史，植物的好多物种应该可以说是地球上“元老”级的物种，植物的门类分支较多，整个系统的复杂性和多样性也并非几句话可以概括，因此，植物学是一把打开植物界潜在科学价值大门的一把金钥匙，植物学的发展还会长久的继续下去，人类对植物科学的研究任重而道远！

2、世界农业的发展现状及对未来发展的要求

根据《2015世界粮食不安全状况》中指出：全世界依然有7.95亿人在挨饿。联合国粮农组织的数据显示，全球主要粮食作物的年增产量已经停滞不前，对化肥的使用已经达到临界点，如果不对这钟状况采取妥善措施，全世界将可能会面临粮食不足的困境。

当下，受城市化和全球化气候变化的影响因素，全球可耕地面积在不断缩小，还有病虫害的爆发对人类农业的影响。

例如：2020年，非洲部分地区和亚洲中部和南部受到沙漠蝗虫的影响，部分地区几乎绝收。

因此，农业要取得进一步的发展，其产业的升级变革是必然趋势。

依据当下农业的发展变化看，现代农业形成一种趋势，例如：健康农业、有机农业、垂直农业、绿色农业、循环农业、观光农业等等。上述举例大体可以分为规模化农业、新型农业主体、高科技农业这三大类。

在人口不断膨胀，可耕地面积不断减少的情况下，农业也必须顺应时代发展的潮流，向着规模化、高效化、高产化、可持续化的方向不断发展，其相应的科学技术及相关的研究领域也会向上述四个方面靠拢。

3、带动农业“工业革命”的“蒸汽机”——生物技术

3.1、生物技术的作用

植物学的不断进步和发展壮大，生物技术可以说是这其中的“大功臣”。这既要求生物技术能跟上植物学研究的方向与进度，还要能实际操作应用于农业生产之中。生物技术并非只是简单的“生物技术”这四个字，它还有些“兄弟姐妹”，如：转基因技术、生物信息技术、植物分子生物学技术等等。也别小瞧了他的“兄弟姐妹”，它们在农业领域中得到发展和应用，为农业基础研究和遗传育种提供了技术保证。

对于人类来说，它们既是很好的帮手，又是必不可少的工具，在植物科学和農业发展这两大板块之间，生物技术是一座必不可少的沟通桥梁，它是人类将“成果”转化为“果实”的转换器。

3.2、生物技术应用案例

我国科学工作者培育的转基因抗虫棉的抗虫基因来源于苏云金芽孢杆菌中的Bt毒蛋白基因，该基因的表达产物毒蛋白能够抗虫。这是其通过限制性内切酶切割特定的DNA序列，然后以质粒为载体将其转入到目的DNA（棉花的DNA序列）中，再用连接酶将其与棉花的DNA链相缝合链接，可以将其理解为基因的重新组合，而后通过DNA的测序，确保其成功转入即可。

抗棉虫的“抗”主要是因为外源Bt基因整合到棉株体中后，可以在棉株体合成一种叫δ-内毒素的伴孢晶体，该晶体是一种蛋白质晶体，被棉铃虫的幼虫吞食后，在其肠道碱性条件和酶的作用下，或单纯在碱性条件下，伴孢晶体能水解成毒性肽，并很快发生毒性，致其死亡。

最终实现，棉花的抗逆性大大增强，在减少农药使用的同时，还确保了棉花的产量。

4、关于农业发展与植物科学、生物技术相结合并提升抗冻性的猜想

4.1、低温冻害对植物来说是严重的自然灾害，是限制植物自然分布和栽培区带的主要因素，低温影响植物的生长代谢，引起植物相关生理指标变化，导致植物受到伤害、减产，严重时还会造成植物死亡。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温的伤害，对确保植物的正常生长，提高产量是非常必要的。植物对低温胁迫的适应性和抵抗能力，既受到系统发育的遗传基因所控制，又受到个体发育中生理生态所制约。

特别是对于在热带、亚热带地区的植物、农作物而言，增强植物的抗冻性，是减少农业生产损失的重要方法之一！

4.2、猜想1：能否在其枝叶形态的基因上进行改造重组，进而提高植物或作物的抗冻性？

在昼夜温差很大的地区，植物通常具有千蹄的垫状形态，由于无数茎的繁密排列，使得在垫状物内部保持着一定的水分和均匀的温度，结果在寒夜过后的早晨，垫状植物的温度通常比大气温度高，而在白昼最热的时候，垫状植物内部的温度则较室气中的温度为低。

因此，可将垫状植物内决定植株形态的基因剪辑，并将其移入目标植物中，而后将进行过基因重组的植株、垫状植物与未移入该基因的植株将进行抗寒抗冻性对照实验，统计实验结果并得出其抗冻能力的强弱。得出相关的抗冻性数据后根据不同的抗冻能力的需求以及抗冻性的增强是否对其他性状有较大干扰或影响，可进行后续实验。

4.3、猜想2：将具有休眠性的植株体内的“休眠”基因，转入耐寒性、抗冻性较差的植株体内看其是否能增强抗冻性。

这就像是人类这个“家长”，为了强制要求植物“孩子”改变了它的“生活习惯”，在送给植物一个叫“‘休眠’基因”的闹钟又对植物“孩子”说：“秋季冬季要来啦，要早睡觉啦！防止冬季冻伤。”

许多落叶性的乔灌木植物，在秋季就会停止生长，进入休眠状态。这时细胞间断绝联系，各自孤立，生命活动降低，自由水含量减少，能忍受较低的温度。

植物或作物受基因这个“闹钟”的提醒调控后，进入休眠状态后，自由水的比例大大降低。在次年春天气温回升时触发基因“闹钟”唤醒植物或作物。

这样不仅提升了植物的抗寒抗冻能力和整体抗逆性，还可以间接防止植物体内自由水因低温影响，迅速结为冰棱或冰刺后刺伤植物或作物内部细胞，形成间接保护，使得植物或作物具备一定的应对气温骤降的自我保护能力。

5、结束语

植物学前沿领域的迅猛发展，必然要求不断吸收和借鉴其它学科的先进技术和手段并加以改进，以发展适应其自身特点的新技术和新方法，而这些方法又被进一步应用到农业科研和生产中。

因此，为了植物科学和农业发展的更好结合，未来，植物科学与农业发展应在生物技术和其他前沿技术的衔接支持下，齐头并进，发展到新的高度，造福于世界人民！