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生物实验教学对于学生验证所学的知识、理解知识的发生过程、锻炼动手操作能力等方面具有无可替代的作用。在实际教学中,生物实验常受多方面的限制,制约了生物实验的开展,如有的实验因周期过长无法在课堂上或实验室进行,有的实因验观察对象太微观难看清等等。现代教育技术的发展,为中学生物实验教学的开展提供了技术条件。近年来,笔者把现代教育技术有效地运用到生物实验教学中,优化了实验过程、拓宽了信息渠道、提高了教学效果,为培养学生创新能力发挥了应有作用。
1 利用信息技术装备积累信息,建立教学资源库
计算机网络最大的优势之一,就是信息容量大。信息资源库的建设要从两个方面着手,一是寻找分类网上的相关信息,二是整合各学校和有关部门的教育信息资源。在此基础上建设适用的信息资料库。
1)图片资料可以从生物报刊杂志上选中后,再用扫描仪引入计算机;一些实物可以用数码相机拍摄引入;也可抓图软件从视频资料或Flash中获取,如超级解霸3000、Flashsnap。
2)文本资料也可以当作图片一样,用扫描仪引入,当然最基本是直接录入。
3)购买素材库光盘,在软件商店和音像店都有很多类型的素材光盘,例如自然风光、动物类、植物类,图标类、Gif、Flash等,可以根据需要挑选。
4)各种资料都可以从互联网上搜索下载。可以通过搜索引擎,键入关键词进行搜索。比较常用的搜索引擎有Google、百度。还可以直接访问一些教育教学网站和生物专业网站查找,如生物教学资源网()、中学生物教学资料网(http://)等。
5)为了节省时间减少工作量也可以直接下载一些课件,并根据需要进行一定的修改,最后把所需要的拼起来。
2 借助现代教育技术创设实验情境,营造创新能力培养的环境
现代教育技术有处理文字、图形、图像、音频和视频等多种媒体信息的能力,其良好的交互性能和视听优势,可以为学生创设一个轻松的学习环境。如“用显微镜观察多种多样的细胞”时,首先用录像放出自然界五彩缤纷的鲜花和动物世界等影像资料,让学生感受植物花的多样性、美丽和动物的千奇百怪,然后让学生观察几种植物和动物细胞。在愉悦的实验情景中,学生轻松地掌握了相关知识,学生的创新思维得到了激活。
有些生物实验和内容我们根本无法进行,可运用多媒体技术(如Flash等工具软件)可以进行模拟实验,使许多在正常实验条件下难以观察到的实验事实能真实地显示出来。如在讲述生物群落的演替等内容时,运用多媒体动画,将实验过程动态模拟出来,直观地显现在眼前,学生的感观被充分激活了,可增强学生的求知欲和探究学习的兴趣。
3 运用现代教育技术强化实验设计,增强创新能力培养的效果
利用多媒体技术,可以巧妙地将一些静态实验变为动态实验,也可以将一些动态实验静态处理。例如,在讲述有丝分裂的各时期的染色体行为时,我们将显微摄影的一些图片用Authorware处理,将染色体的行为过程制作成动画,在课堂上运用多媒体手段将活动画面展示出来,让学生直观地看到有丝分裂中染色体行为变化的动态过程,效果会非常好。又如,动物的运动。动物的运动是很快的,很难看清楚的。教师可以利用多媒体以慢放和定格展现给学生,使学生印象深刻。
4 借助信息技术手段拓展生物科学知识,丰富创新能力培养的内容
新课程改革要求教师转变观念,将学生被动的接受式学习转化为主动的参与式学习,让学生充分动脑、动手。学生参与教学活动能提高学生学习的兴趣和求异思维的培养,有利于激发学生的创造性思维。
生物教材中有许多知识都是由实验得出的。教师应引导学生挖掘教材和科技信息中的这些隐性科学知识,鼓励学生多接受一些科技知识和科研成果,如在网上搜集一些生物学科研实验、科研成果应用等资料,让学生真切地体验科研过程,这对培养学生的科研意识是大有帮助的。
总之,创新型教学要求教师在实验教学中创造性地应用现代教学手段,用“创造性的教”为学生“创造性的学”创设条件。生物实验不仅要达到教材常规实验目的,还应培养学生的科学素养和科学态度,更重要的是培养学生的探索精神和创新能力。在信息化背景下,我们要让现代教育技术走进实验教学,培养学生的科学思想和科学方法,提升学生的科学素质。
参考文献
[1]教育部.普通高中生物课程标准[S].北京:人民教育出版社,2003.
[2]陆霞.以信息技术教育为载体培养学生的创新能力[J].中国教育信息化:基础教育,2009(9):44-45.
农业生物技术的主要研究内容包括:增强农作物以及畜禽鱼的抗性、品质改良、提高产量和生产具有特殊用途的物质等。其中以转基因作物的研究和运用最为重要,发展最快。根据统计资料,到2000年,全世界转基因作物推广面积达4420万公顷,比1996年增长了25倍;种植转基因作物的国家从1996年的6个增加到2000年的13个。这其中美国的转基因作物种植面积最广,达到了3030万公顷,占68%;其次为阿根廷,1000万公顷,占23%;加拿大300万公顷,占7%;我国为50万公顷,占1%。
根据有关专家的看法,现代农业生物技术的最新发展趋势表现为:
——研究成果商品化产业化进程加速。目前,农业生物技术作为一项高新技术产业在发达国家业已形成,并处于一个高速发展时期。有关专家预测,本世纪生物技术产品在国际贸易中的份额将达到10%以上,而现代农业生物技术又将占相当的比重。世界银行下属机构预测世界范围内转基因作物产业的交易额为2000年20亿美元,2005年60亿美元,2010年200亿美元;国际农业生物技术应用机构(ISAAA)的预测则分别为30亿美元、80亿美元和280亿美元。
——研究方式集约化、规模化明显。在政府以及公共机构对现代农业生物技术进行投资研究的同时,众多私有企业也开始注意到这一领域将是继计算机和网络技术之后的又一个潜力巨大的经济增长点,私人公司已逐步成为农业生物技术的研究主体。以美国为例,民营机构1992年对这一领域的投资为5.95亿美元,而1999年则达到15亿美元。与此同时,世界范围内出现了生物技术企业领域的兼并和收购狂潮,并购金额从1997年的12.37亿美元陡然升至1999年的138亿美元。一些资产过百亿美元的巨型跨国公司由此形成,过去分散的研究基地也随之向集中化规模化发展。
据业内人士分析,促成公司并购的原因,一方面是为合理利用资源、降低生产成本、优化人员组合,而更重要的原因,则是因为现代农业生物技术产业是一个高技术、高投入、高风险、长周期的产业,小公司在资金、技术、以及抗风险能力上均难以独立对农业生物技术产品进行研发和推广。只有强强联手的大型现代农业生物技术企业才能有效占领市场,与其它企业抗衡。
关键词:生物技术;基因工程;细胞工程
现代生物技术的迅猛发展,成就非凡,推动着科学的进步,促进着经济的发展,改变着人类的生活与思维,影响着人类社会的发展进程。现代生物技术的成果越来越广泛地应用于医药、食品、能源、化工、轻工和环境保护等诸多领域。生物技术是21世纪高新技术革命的核心内容,具有巨大的经济效益及潜在的生产力。专家预测,到2010~2020年,生物技术产业将逐步成为世界经济体系的支柱产业之一。生物技术是以生命科学为基础,利用生物机体、生物系统创造新物种,并与工程原理相结合加工生产生物制品的综合性科学技术。现代生物技术则包括基因工程、蛋白质工程、细胞工程、酶工程和发酵工程等领域。在我国的食品工业中,生物技术工业化产品占有相当大的比重;近年,酒类和新型发酵产品以及酿造产品的产值占食品工业总产值的17%。现代生物技术在食品发酵领域中有广阔市场和发展前景,本文主要阐述现代生物技术在食品发酵生产中的应用。
一、基因工程技术在食品发酵生产中的应用
基因工程技术是现代生物技术的核心内容,采用类似工程设计的方法,按照人类的特殊需要将具有遗传性的目的基因在离体条件下进行剪切、组合、拼接,再将人工重组的基因通过载体导入受体细胞,进行无性繁殖,并使目的基因在受体细胞中高速表达,产生出人类所需要的产品或组建成新的生物类型。
发酵工业的关键是优良菌株的获取,除选用常用的诱变、杂交和原生质体融合等传统方法外,还可与基因工程结合,进行改造生产菌种。
(一)改良面包酵母菌的性能
面包酵母是最早采用基因工程改造的食品微生物。将优良酶基因转入面包酵母菌中后,其含有的麦芽糖透性酶及麦芽糖的含量比普通面包酵母显著提高,面包加工中产生二氧化碳气体量提高,应用改良后的酵母菌种可生产出膨润松软的面包。
(二)改良酿酒酵母菌的性能
利用基因工程技术培育出新的酿酒酵母菌株,用以改进传统的酿酒工艺,并使之多样化。采用基因工程技术将大麦中的淀粉酶基因转入啤酒酵母中后,即可直接利用淀粉发酵,使生产流程缩短,工序简化,革新啤酒生产工艺。目前,已成功地选育出分解β-葡聚糖和分解糊精的啤酒酵母菌株、嗜杀啤酒酵母菌株,提高生香物质含量的啤酒酵母菌株。
(三)改良乳酸菌发酵剂的性能
乳酸菌是一类能代谢产生乳酸,降低发酵产品pH值的一类微生物。乳酸菌基因表达系统分为组成型表达和受控表达两种类型,其中受控表达系统包括糖诱导系统、Nisin诱导系统、pH诱导系统和噬菌体衍生系统。相对于乳酸乳球菌和嗜热链球菌而言,德氏乳杆菌的基因研究比较缺乏,但是已经发现质粒pN42和PJBL2用于构建德氏乳杆菌的克隆载体。有研究发现乳酸菌基因突变有2种方法:第一种方法涉及(同源或异源的)可独立复制的转座子,第二种方法是依赖于克隆的基因组DN断和染色体上的同源部位的重组整合而获得。通过基因工程得到的乳酸菌发酵剂具有优良的发酵性能,产双乙酰能力、蛋白水解能力、胞外多糖的稳定形成能力、抗杂菌和病原菌的能力较强。
二、细胞工程技术在食品发酵生产中的应用
细胞工程是生物工程主要组成之一,出现于20世纪70年代末至80年代初,是在细胞水平上改变细胞的遗传特性或通过大规模细胞培养以获得人们所需物质的技术过程。细胞工程主要有细胞培养、细胞融合及细胞代谢物的生产等。细胞融合是在外力(诱导剂或促融剂)作用下,使两个或两个以上的异源(种、属间)细胞或原生质体相互接触,从而发生膜融合、胞质融合和核融合并形成杂种细胞的现象。细胞融合技术是一种改良微生物发酵菌种的有效方法,主要用于改良微生物菌种特性、提高目的产物的产量、使菌种获得新的性状、合成新产物等。与基因工程技术结合,使对遗传物质进一步修饰提供了多样的可能性。例如日本味之素公司应用细胞融合技术使产生氨基酸的短杆菌杂交,获得比原产量高3倍的赖氨酸产生菌和苏氨酸高产新菌株。酿酒酵母和糖化酵母的种间杂交,分离子后代中个别菌株具有糖化和发酵的双重能力。日本国税厅酿造试验所用该技术获得了优良的高性能谢利酵母来酿制西班牙谢利白葡萄酒获得了成功。目前,微生物细胞融合的对象已扩展到酵母、霉菌、细菌、放线菌等多种微生物的种间以至属间,不断培育出用于各种领域的新菌种。
三、酶工程技术在食品发酵生产中的应用
酶是活细胞产生的具有高效催化功能、高度专一性和高度受控性的一类特殊生物催化剂。酶工程是现代生物技术的一个重要组成部分,酶工程又称酶反应技术,是在一定的生物反应器内,利用生物酶作为催化剂,使某些物质定向转化的工艺技术,包括酶的研制与生产,酶和细胞或细胞器的固定化技术,酶分子的修饰改造,以及生物传感器等。酶工程技术在发酵生产中主要用于两个方面,一是用酶技术处理发酵原料,有利于发酵过程的进行。如啤酒酿制过程,主要原料麦芽的质量欠佳或大麦、大米等辅助原料使用量较大时,会造成淀粉酶、俘一葡聚糖酶、纤维素酶的活力不足,使糖化不充分、蛋白质降解不足,从而减慢发酵速度,影响啤酒的风味和收率。使用微生物淀粉酶、蛋白酶、一葡聚糖酶等制剂,可补充麦芽中酶活力不足的缺陷,提高麦汁的可发酵度和麦汁糖化的组分,缩短糖化时间,减少麦皮中色素、单宁等不良杂质在糖化过程中浸出,从而降低麦汁色泽。二是用酶来处理发酵菌种的代谢产物,缩短发酵过程,促进发酵风味的形成。啤酒中的双乙酰是影响啤酒风味的主要因素,是判断啤酒成熟的主要指标。当啤酒中双乙酰的浓度超过阈值时,就会产生一种不愉快的馊酸味。双乙酰是由酵母繁殖时生成的α-乙酰乳酸和α-乙酰羟基丁酸氧化脱羧而成的,一般在啤酒发酵后期还原双乙酰需要约5~10d的时间。崔进梅等报道,发酵罐中加入α-乙酰乳酸脱羧酶能催化α-乙酰乳酸直接形成羧基丁酮,可缩短发酵周期,减少双乙酰含量。
四、小结
在食品发酵生产中应用生物技术可以提高发酵剂的性能,缩短发酵周期,丰富发酵制品的种类。不仅提高了产品档次和附加值,生产出符合不同消费者需要的保健制品,而且在有利于加速食品加工业的发展。随着生化技术的日益发展,相信会开发出更多物美价廉的发酵制品,使生物加工技术在食品发酵工业中的应用更加广泛。
参考文献
[1]赵志华,岳田利等.现代生物技术在乳品工业中的应用研究[J].生物技术通报.2006,04:78-80.
[2]王春荣,王兴国等.现代生物技术与食品工业[J].山东食品科技.2004,07:31.
[3]徐成勇,郭本恒等.酸奶发酵剂和乳酸菌生物技术育种[J].中国生物工程杂志.2004,(7):27.
食品生物技术手段生产的食品,在一定程度上能够有效解决事物短缺,改良了食品的质量,增加了食品来源。食品生物技术将成为现代食品加工业的核心竞争要素。鉴于此,我国很多中职院校都开设有生物技术课程。但是,就目前而言,中职食品生物技术课程还是以往的教学模式和理论,存在很多不足之处。笔者总结出了以下的几点;
食品生物技术课程教学模式单一。当前,中职院校的食品生物技术课程的创新并没有真正考虑到理论与实践环节。缺少情景教学,还是只注重理论轻实践的模式。食品生物技术作为一门强理论性的课程,如分子生物学、基因工程等部分的内容理论抽象、难懂,传统的黑板教学的模式并不能达到目的。为教师授课还是中规中矩,按照课本的知识给学生进行大满灌式的上课模式,教学模式单一,不能激发学生的学习热情和积极性。
食品生物技术课程评价考核体系不健全。对于当前中职院校中学生学习情况的评价,还是凭一张试卷来评判一个学生的学习成绩。同时,大部分学生也认为对于本课程的学习以后,完成老师布置的作业、有重点的复习考试以后就能得到相应的学分。除此之外,中职院校的食品生物技术课程考核体系不健全,不能够有效的促进和督促学生的学习,并且不能够使学生把主要精力放在本门课的学习上。
缺乏先进的教学设备。就国内而言,很多中职院校的教学资源相对较少。对于一些先进的计算机、多媒体、教学仪器或设备相对较少。这就对于本来很抽象的食品生物技术学科来说,一些抽象的生物技术表述在传统的教学课本中很难使学生完全明白,教学创新遇到很大的阻碍。随着现代生物技术的快速发展,学生很少能获得最新的食品生物技术的发展现状。这就制约了中职食品生物技术课程的创新改革的脚步。
中职食品生物技术课程教学创新的措施
完善教学模式、激发学生的兴趣。对于不同教育类型的学生来说,学生的学习水平、学习习惯、学习基本情况等方面都会存在不同的差别。对于中职教育中的食品生物技术课程来讲;大满灌的教学模式已经不能满足不同层次的学生的需要。它既不利于学生的思维和学习兴趣的培养,也无法让学生从教学中获得满足感。因此,中职教师需在教学方法、教学目标等方面对于不同层次的学生进行不同的教学模式和方法,满足不同层次学生的学习。除此之外,食品生物技术不光只停留在理论教学中,教师需要完善教学形式,可以增加一些实践教学环节,使学习更加接近于生产实践,这样不但可以使学生学习到专业的理论知识,又能使他们加强动手实践能力,激发学生的学习热情和信心。
加强教学评价、促进学生学习。有效对学生的学习情况进行评价是中职教育工作中不可缺少的环节,也是开展不同教学内容的有力保障。中职食品生物技术学科的评价机制可以采用形成性和终结性评价结合的评价机制,其中以形成性评价为主。采取作业布置、沟通、实例分析等评价方法进行,让其占总成绩的65%;终结性评价采用闭卷考试的形式进行,占35%。食品生物技术形成性评价过程中不仅要重视知识和能力的增进。同时,还要重视学生的情感和价值取向在学习中的运用。综合考核学生的协调能力与合作能力、分析解决问题的能力以及创新性能力。
借助先进的教学设备进行生动的教学。对于食品生物技术学科来说,它是一个抽象、复杂、牵扯多学科知识交融的一门学科,对于中职教育学习来说,可以增加一些基础的教学设备如多媒体教学设备来增加教师讲授的全面性。多媒体教学可以模拟不同的教学场景,例如在讲到发酵工程的知识点时候,教师可以用多媒体向学生展示发酵的过程中的物质的变化,让学生一目了然。很大程度上提高了学生的学习热情和积极性。同时,先进的教学设备可以丰富学生的学习途径、学习方式,能够融合不同学科的专业知识,有效的提高了教学的效率。尤其对于食品生物技术来说,先进的教学设备可以将生物技术中需要的不同学科的知识进行融合和展示。
【关键词】现代生物技术;生态环境;污染治理;应用
一、前言
作为一种实际应用效果良好的技术方法,现代生物技术在近期得到了广泛的应用。研究其在生态环境及污染治理中的应用,能够更好地提升现代生物技术的应用水平,从而有效优化生态环境及污染治理的整体效果。
二、现代生物技术的优势特点
生物技术在生态环境及污染治理中的运用不仅良好实现了对环境污染的治理,还有利于改善污染地的生态环境。这种新型的治理污染的方式,不仅污染小,其治理效果也比较明显,还有利于恢复当地原有的生态环境。我国的科研工作者要不断地对这一新技术进行研究与实践,为我国进一步的生态环境治理提供更加科学合理的生物技术支持。
垃圾废弃物是一种较为常见的污染物,我们利用生物技术对其进行处理,能够让其分子结构改变,生物能对发生降解的各种产物和副产物进行重新利用,从而使环境污染程度得到降低,同时也将这些废弃物进行转化,变为可利用资源。
在利用酶促反应处理污染物的过程中,用到的酶是一种活性蛋白质,在常温常压和中性条件下进行的,这就使得大多数的生物技术可以快速的在现场进行。它具有一定的优点:第一,操作比较简单;第二,成本比较低;第三,发生反应的条件比较简单;第四,反应过程较为稳定;第五,效果比较好。这些方面的优点使生物技术得以在生态环境及污染治理中进行普遍应用。
三、常用的几种现代生物技术
1.核酸探针检测技术
核酸探针检测技术。利用能与特定核苷酸序列发生特异性互补的已知核苷酸片段作探针,分析DNA序列及片段长度多态性。被标记的探针直接用来探测溶液、细胞组织内或固定在膜上的同源核酸序列。它具有高度特异性和灵敏性,目前广泛应用于对环境中微生物的检测,定性、定量分析等研究中。
2.酶免疫测定技术
该技术是依据抗原和抗体之间的特异性吸附于固相载体表面,引入一种酶作为示踪物,通过共价键与酶连接形成酶结合物,加入底物后,根据颜色变化判定是否有免疫反应的存在,具有选择性好、灵敏度高、准确、实用性强等优点,广泛应用于监测农药、污染物残留、生物污染物等领域。
3.免疫金标技术
免疫金标技术是将特异性的抗原(或抗体)固定于硝酸纤维素膜,通过毛细作用向前移动,通过目测的胶体金标记物观察显色结果。该技术具有特异性强、操作简便、成本低廉、结果判断明确、时间短等优点,广泛应用于环境污染物的在线检测。
4.PCR技术
PCR即聚合酶链式反应,是指在DNA聚合酶催化下,以特定引物为延伸起点,通过变性、退火、延伸等步骤,体外复制DNA的过程,是一项DNA体外合成放大技术,能快速特异地在体外扩增任何目的DNA。PCR技术具有灵敏度高、特异性强等优点,用于检测大量平行的样品,环境中的生物污染。
四、生物技术在环境污染治理中的应用
生物治理环境污染是我国新世纪面临的新的重大课题。以环境污染的生物治理为主,开展环境微生物学的基础、应用基础和应用研究,为重金属废水、石油废水、印染废水、油脂废水、农药废水以及城市生活垃圾、生活污水等提供效果好、投资省、运行成本低的生物治理技术和设备,以此促进我国的环境工程建设。目前可提供的技术主要有:
1.城市有机垃圾处理技术
将城市垃圾通过分选后综合治理。将可腐有机垃圾生产成优质有机粉肥或有机无机复混粒肥;将可燃有机垃圾采用气化焚烧或生产成板材;无机垃圾用于填埋,处理过程中产生的废气、臭气、粉尘集中处理,废水循环使用,处理场地环境卫生达到国家标准,使垃圾达到无害化和更合理的资源化利用。
2.高新生物工程技术处理油脂化工废水利用来自于自然界又经培养驯化的功能菌株,根据废水和污水的不同性质、组成,配制不同菌株,通过发酵培养形成多功能复合型菌液(亦可制作成干性固体菌剂),用于油脂化工、化工有机废水、食品、印染、生活污水等工业废水处理。
3.生物曝气滤池处理生活污水及资源化利用技术集生物处理和过滤两种功能于一体,出水水质优良,是一种高效的新型生物反应器,极适用于生活污水和工业有机废水的处理及资源化利用。
4.含油污泥高新生物处理技术对我国大中型油田、炼油厂、石化企业等行业中含油污泥、炼油浮渣等进行生物治理,通过生物处理达到回收石油资源和污泥达标排放。
5.油田、炼油废水高新生物处理技术通过对大中型油田、炼油厂废水石油污染物样品采集、降解微生物菌株的分离、筛选,获得石油降解优势微生物,针对含油废水的不同水质特征,选用不同的微生物菌剂处理,使其稳定达标排放。
五、生物技术的发展趋势
1.生物技术在农业中的发展趋势
充分利用我国丰富的和特有的遗传资源,分离克隆有自主知识产权的基因和基因工程品种已刻不容缓,以期在以“基因”为核心的生物技术产业中取得主动。实现单基因生物抗逆向持久性抗逆、生物性抗逆向非生物性抗逆的转移。重视转基因植物的环境安全性评估,借鉴国外的成功经验,防止转基因植物危害的发生与蔓延。随着基因组时代向后基因组时代的过渡,研究重心已经从揭示生命的所有遗传信息转移到整体水平上对生物功能的研究。因此,在整体水平上研究细胞内蛋白质的组成及其活动规律的蛋白质学的发展和成熟,必将与基因组研究互相补充,给农业生物技术带来革命性改变。
2.生物技术在环境中的发展趋势
在污染的处理过程中,传统的物理或化学处理方法常伴随二次污染,且运行费用高,处理问题单一而微生物对各类污染物均有较强、较快的适应性,并可将其作为代谢底物降解和转化因此,生物处理具有效果好、运行费用低、无二次污染等优势,是保障可持续发展的一项最有力的技术措施。生物技术的发展趋势将朝着传统技术的改良、与其他污染处理手段相结合和与现代高新技术相结合等方向发展,研究高效快速的工艺流程。
3.生物技术在工业中的发展趋势
工业生物技术的新崛起有两个巨大的推动力,即社会强烈需求和生物技术的进步。人类社会发展迫切需要解决的问题是资源、能源、人口、环境问题.随着生物技术突破性进展,使得人类可以设计和构建新一代的工业生物技术,可高效快速地将各类可再生生物质资源转化为新的资源和能源。工业生物技术在生物能源、生物材料以及生物质资源化方面发挥着重要作用。其中生物能源、生物材料、生物质资源化等都是现在以及将来发展的重中之重。
六、结束语
通过对现代生物技术在生态环境及污染治理中应用的相关研究,我们可以发现,该项技术的多项优势特点决定了其在生态环境及污染治理中的应用地位,有关人员应该从其客观实际需求出发,研究制定最为优化可行的实施策略。
参考文献:
[1] 米红霞.试析生物技术在生态环境及污染治理中的运用[J].资源节约与环保.2012(09):139-140.
关键词:有机农业;生物技术;种植;应用
有机农业产品开始成为现代人追求的新时尚,归根结底还是因为有机农产品更加的绿色环保、健康养生。而在有机农业种植中,生物技术的应用不但提高了有机农业产量,更重要的是增加了农业生产的可持续性,这对于现代有机农业生产具有重要意义。若能够合理利用,扩大有机农业生产范围、推进有机农业发展并非难题。
1.生物技术在有机农业生产中的作用
生物技术是新兴的科技产物,近些年来才被真正投入到实际生产中。生物技术最大的优势在于投资成本低、产量大,在农业生产中的优势体现十分显著,并且能够有效促进农业产量的提高。在实际的使用中,不但能够有效增加作物产量,且投资成本低,在提高资源的利用率、推进可持续发展农业上也有着明显优势。因此,在推广应用中得到了一致的肯定,能够进一步推进绿色可持续农业发展。
2.生物技术在有机农业种植中的应用
生物技术随着科技的进步不断发展,其在农业种植领域中发挥了重要作用,并且在不断的实践中总结经验,得到了长足的发展。目前生物技术主要被应用在下面几个领域中:
2.1转基因
转基因技术应用到农业种植领域中,即通过将某一农作物的优良基因转移到另一农作物上,以达到提高农产品产量、产品质量的目的。转基因技术的工作原理是通过对某一农作物的基因进行改造,并重新组合,最终将其导入到生物体内,其中,目的基因的提取是转基因技术的核心,据调查了解,当前农业种植中应用最多的生物技术则属于转基因技术,转基因技术对农业种植具有十分重要的意义,在农业种植领域中,常用的基因有种子贮藏蛋白质基因、苏云金杆菌抗虫基因等,由于植物中提取的目的基因具有良好的性能,因此,利用转基因技术提取植物中的目的基因,并将其转移到另一农作物上,不仅可以促进农作物的生长,也可以提高农产品产量、质量,因此,转基因技术应用在农业种植中具有重要作用,其可以有效促进农业的可持续发展。随着我国对生物技术的不断研究,转基因技术将会得到进一步发展,并且转基因技术的应用规模也会逐渐扩大,据资料表明,当前转基因类植物的种植范围正在不断扩大,在我国农业种植中,利用转基因技术种植的植物面积呈进一步扩大的趋势。除此之外,在农业种植中生物技术最为突出的则属于杂交育种技术,杂交育种技术与转基因技术相比,其操作更为简单,在农业种植实践中,杂交育种技术已取得了良好的效果。
2.2组织培养
通过人工诱导技术,在组织细胞全能性基础上进行组织培养,以此实现通过某组织得到完整植株的技术便是组织培养生物技术。该技术实现的基础要求便是植物细胞在操作时需要处于无菌状态,从而保证植物细胞发育能够正常良好,最终得到的植株也完整。该技术在农业种植中的应用不但能够提高植物的产量,并且还能在提高生长速率的同时,获得优良的植株品种,这是因为植株在生长过程中处于无菌状态,因而有效避免了外界病毒对植株幼苗的侵害。基于这一点,该技术对于作物产量的提升、优良品种的获取具有积极作用,并且在实践应用中也得到了广泛的认可,是值得大力推广的生物技术之一。但是,虽然该技术的优势明显,但需要注意的是:在组织培养过程中,植物组织的培育条件十分严格,阳光、温度以及湿度条件必须满足组织生长需求,并且培养基的成分、pH值等也必须严格依照组织生长规律进行调节,对外界因素的控制也是影响植物组织培养效果的关键。除此之外,在为组织发育提供优良条件的基础上,还应当在初代培养过程中处理外植体褐变问题,这是因为接种外植体时极易产生褐变,这会直接对组织培养结果造成影响,因此外植体褐变预防工作也是组织培养工作的重点。
2.3制作生物农药
生物技术的出现、发展给现代农业发展带来了新的契机,由于生物技术的环保性高,可持续发展性强,因而在农业生产中,尤其是农业种植领域取得了巨大的效果。生物农业作为新兴的生物技术在种植领域也开始得到应用,生物农药是通过生物代谢产物达到杀灭农业害虫的效果。该技术的应用不但有效保护了农作物免受害虫侵袭,同时还避免了化学农药对环境的破坏,是绿色农业发展的又一保障,因此生物技术被应用在农业制作商具有着广阔的发展空间。在基因工程中,很多药品都来源于生物组织,但是这种材料提取工艺较精细,且提取困难,因而成本较高。但是生物农药的制作可以进行工业化生产,这种大规模的生产制作可以利用微生物进行生产,通过在微生物中导入需要的生物基因,利用该基因产生需要的药物,这种生物制药模式不但能够降低生产难度,解决原料来源问题,还可以形成规模化生产,降低生物农药生产成本。这种通过生物技术制造的生物农药虽然目前没有得到推广,但是随着生物技术的完善,生物农药的制造水平将会越来越高,生物农药也将在农业生产中发挥重要的作用。
结语
农业种植是有机农业生产的重要环节,生物技术作为新兴技术被应用在农业种植中取得了可喜的成果,因此在未来,生物技术在有机农业领域具有广阔的发展空间。目前较为常见的生物技术主要包括转基因技术、组织培养技术、生物农药技术等,其中转基因技术是目前生物技术在农业种植领域影响最大的技术。而其他生物技术研究例如生物固氮技术、光合作用研究等是未来生物技术研究的攻关重点,对于突破科研瓶颈具有重要意义。其技术的突破也为未来有机农业发展开拓新的发展空间,不断推进农业生产水平的提高。
参考文献
[1]浅严昕辉.生物技术在农业种植中的应用[J].吉林农业,2016(17):39.
关键词 现代生物技术;农业生产;应用;影响
中图分类号 S188 文献标识码 A 文章编号 1007-5739(2013)07-0336-01
现代生物技术也称生物工程,是现代生物科学和工程技术相结合的产物。现代生物技术对农业发展产生着深刻而广泛的影响。近几年来,随着科技的不断进步,技术的不断发展,现代生物技术已经不是一个遥不可及的梦想,而是存在于现实当中,并且为人们服务。随之而来的就是现代生物技术对农业的发展做出的长足贡献。
现代生物技术在农业上的应用主要是进行农业生物遗传改良和创制,其在现代农业上的主要研究内容主要有增强农作物以及畜禽鱼的抗性、品质改良、提高产量和生产具有特殊用途的物质等。为农业生产提供了新品种、新方法、新资源,并且显示出了其巨大的潜力,呈现出加速发展的态势。
1 现代生物技术在农业生产中的应用
1.1 植物育种和繁殖
随着生物技术的不断发展,其在植物育种和繁殖中的应用越来越多,如将一些品种的优良性状通过基因工程转入到另一个品种中去,以获得更高的产量、质量,或者是提高该品种的抗性,减少传统的种植过程中繁琐的病虫害防治、防倒伏等操作,较传统的育种更省时、更具效益,在当前农业生产中已显示出巨大的经济效益,并展示了植物基因工程在未来农业生产中的广阔前景。抗虫、抗病、抗除草剂的转基因棉花、玉米、大豆、油菜等已进入大规模商业化应用阶段。
1.2 生物固氮
农业土壤的氮素流失是水体富营养化的主要原因。生物技术的利用能为这些问题的解决提供潜在的、真正有价值的帮助。生物固氮不仅节约能源,而且不会对环境造成威胁。近年来,固氮基因工程的发展迅速,基因组学和功能基因组学的建立赋予了生物固氮研究新的内涵和研究策略,对生物固氮的研究增加了新的动力。如我国已成功地构建了12株水稻粪产碱菌耐氨工程菌。施用这种细菌可节约化肥1/5,平均增产5.0%~12.5%。
1.3 生物农药
生物农药是指利用生物活体或其代谢产物防治病虫草鼠害的一类农药。目前,在实际应用中,生物农药泛指可以进行大规模生产的微生物源农药。近年来我国生物农药得到了较大发展,已初步形成40余家研究机构大约300家生产企业。如阿维菌素具有很强的触杀活性、胃毒活性和杀虫广谱性;另一主打产品抗菌素类的井冈霉素至今仍是防治水稻纹枯病的当家品种。
1.4 动物体细胞克隆及生物反应器的应用
1997年世界上第1个体细胞克隆绵羊“多莉”的诞生,标志着动物核移植技术取得了重大突破,用转基因植物和动物器官组织高效表达和生产活蛋白的生物反应器研究与开发近年也取得了显著的进展。
2 现代生物技术对农业的影响
2.1 农作物的毒性问题
转基因农作物一般情况下均是将细菌和病毒作为载体,通过将需要转入的基因连接在细菌和病毒上,再将其导入受体细胞中,最终使受体细胞表现出人类需要的表现型。在基因的转移中使用的最多的为反转录病毒,研究表明,反转录病毒有可能会诱发癌症和其他疾病。
2.2 抗药性和过敏性
研究表明,棉铃虫已对转基因抗虫棉产生抗性。转基因抗虫棉对第1、第2代棉铃虫有很好的毒杀作用,但第3、第4代棉铃虫已对转基因棉产生抗性。如果此种具有转基因抗性的害虫变成对转基因表达蛋白具有抗性的超级害虫,就需要喷洒更多的农药,将会对农田和自然生态环境造成更大的危害。
2.3 环境生态问题
利用生物技术生产出抗旱、耐盐、抗病虫害作物同时,也导致生物多样性遭受严重破坏,导致一些物种的灭绝,甚至使杂草对除草剂产生抗性而成为“超级杂草”,从而严重威胁其他作物的正常生长和生存。由此,造成严重的基因污染问题,破坏原有的自然生态平衡,导致生物多样性的丧失[1-2]。
2.4 对农业生态系统造成危害
转基因植物、动物、微生物脱离当地农业生态系统所造成的危害,许多有意或无意的动植物引起当地严重的农业生态问题。引发自生作物成为严重的杂草问题,转基因作物通过杂交后产生杂种影响食物安全等,有些已经成为当地的有害动植物。
3 生物技术及农业发展的展望
我国农业生物技术起步晚,与发达国家尚有一定差距,但是发展顺利,进步较快,在国家政策的扶持下,尤其是在国家“863”计划、“973”计划和“国家转基因植物研究与产业化专项”的直接支持下,已取得了很大的成绩,历经了20多年的发展和积累,已经初步建成了世界上为数不多的转基因育种科技创新和产业发展体系,已拥有一批抗病虫、抗除草剂、抗旱、营养改良等重要基因的自主知识产权和核心技术,水稻、棉花、玉米等转基因作物的基础研究和应用研究也已取得了一批高水平的科技成果,形成了自己的特色与优势。随着农业生物技术研究的深入,一系列基因农作物新品种正逐渐走向市场。预测在21世纪,将有更多的优良农作物新品种在农业生产中得到广泛推广,并为消费者所接受[3-7]。
现代生物技术是一把双刃剑,有其好的一面,也有其不好的一面,对于现代农业发展方面的优势是不言而喻的,其贡献也是有目共睹的。总的来说,现代生物技术对当代农业做出的贡献是不能磨灭的也是不容忽视的。我国的生物产业会在充分利用制度、资源以及人才与技术上的优势上,抓住有利时机并大力推进生物高新技术在现代农业上的应用,在即将到来的生物世纪里,真正占据自己的位置,促进农业快速发展。
4 参考文献
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[4] 李亚军.浅谈生物技术给农业带来的利与弊[J].今日科苑,2008(2):198.
[5] 张永军,吴孔明,彭于发,等.转基因植物的生态风险[J].生态学报,2002(11):161-169.
1.1PCR核酸技术
PCR核酸技术是构成分子生物技术的核心技术,也是整个技术中最具有广阔应用前景的一项实用技术。PCR核酸技术由三部分构成:PCR-SSCP技术、PCR-DGGE技术及PCR-RFLP技术。a)PCR-SSCP技术是PCR核酸技术的一个重要构成,通过将银染方法技术和荧光检测技术结合研究,对SSCP凝胶DNA谱带结构的高效率方法进行合理优化分析,使整个SSCP凝胶DNA谱带结构获得保障,进而通过检测分析提取的环境样品的试验对应内容,通过提取出环境样本中的DNA组别对整个试验后续过程进行有效分析[1];b)PCR-DGGE技术是对生命物理学内容的实际应用,按照一定顺序检测生命物质碱基,获得变性试剂解链不同的内容物质反映,对样本进行检测,达到研究目的。可以从环境样本中提出相关样本基因组别的DNA,为后续试验提供样本。按照PCR扩增原理扩增样本DNA数量,保障目标基因组的数量;c)PCR-RFLP技术虽然也属于PCR核酸技术,但与上述两种技术相比有较大不同。PCR-RFLP技术通过利用限制性核酸内切酶,对不同位置在特异的位点上结合,进行有关的DNA识别,通过识别试验了解DNA的双链结构,分析整个试验。这项试验的具体操作方法是通过在被当作引物的物质内,单独添加项目标记,使这个标记项目具有位置的一定性,这项标记可以在后续实验中作相应的类型对比参照,在进行DNA结构切割实验的过程时,需要对样本内采用相应的限制性核酸内切酶,得到相应的DNA双链片段[2]。
1.2PCR的测线技术研究
微生物环境技术研究需要按照生物学有关内容,利用分子生物技术使微生物环境中能偶分离出一些崭新的、有价值的研究群体或不同类型种类的生命特征。因而对微生物环境中各品种、各类别和种类的确定,可以为新微生物群体的发现提供有力的技术保障,使PCR测序技术能够在微生物环境检测中发挥实际应用价值。
1.3基因探针测试技术的研究
基因探针是通过对微生物环境中的特异性研究,对单链DNA的片段进行序列研究,在结合解链的相关操作步骤中,根据碱基结构生物学的互补原理,对微生物环境中提取的样品进行相应交互反应对照观察。在提取的微生物样本中微生物基因探针上进行相应位置标记,可以在微生物繁殖过程中进行有效对比观察,使微生物环境中生物技术的发展获得有效、直观的保障[3]。
2分子生物技术在环境工程微生物领域中的应用
2.1环境排放对微生物多样性的影响
自然环境中存在数量众多的生物种类,生物结构和类型存在很大不同。众多生物的结构微小,不容易被直接观察到,却广泛地生存在生物介质如河流的底泥、污水等处,这些被统称为微生物。随着工业的快速发展,环境污染逐渐加重,使微生物的生物学结构发生一定程度变化。在保障环境治理的同时,也要对微生物进行观察和了解,通过与环境因素的有效结合,使微生物研究获得有研究价值的资料。要了解环境首先要从环境的生物群上进行研究,要治理环境就要从环境工程的微生物群种中进行研究,选取相应方法技术,提供有价值的研究数据。在生活、生产中的垃圾排放要进行管理和规划,控制垃圾排放对微生物生物结构变化产生的影响,保障微生物群的多样性和生物学良性发展。
2.2对污染物的降解作用
现代工业的快速发展使污染物增多,严重地破坏了生态环境。其中有的化学物质很难被有效清除,对环境的影响有直接的破坏作用,分子生物技术是可以通过微生物对环境的影响使环境的结构产生一定变化,为污染物的降解提供新的解决途径。中国的分子生物技术需要根据时展的客观需要,研究微生物修复的相关机制,得到微生物改善土壤和水质的有效性方法,这种降解过程与传统降解过程相比具有对生态环境保护和协调作用。
2.3石油降解技术应用
中国工业发展的重要特点是能源消耗速度快,社会发展离不开能源。目前环境污染治理与工业发展速度不协调,石油等能源污染问题使环境治理工作的难度加大。石油污染的类型是多种多样的,污染可以出现在石油生产中,也可以出现在海上石油平台,多种多样的污染问题使污染处理困难重重。分子生物技术可以在石油降解工作发挥很大作用,分子生物技术比传统降解技术具有多种优势且成本相对低廉,应大力发展分子生物技术和石油降解的相关研究。
3结语
关键词:农业种植 生物技术 推广 应用
农业种植中的生物技术是一门对生物体进行改造和利用的技术,在农业种植中,生物技术对生物机体以及细胞利用先进的生物工程原理,对生物体进行的改造,从而促进农业的生产。农业种植中利用生物技术可提高农作物的产量,增加农作物的抗虫病性,改善农作物的质量,对促进我国农业发展起到了重要的作用。
一.生物技术在农业种植中的运用与作用
农业种植中的生物技术就是转基因技术,就是在生物体外对DNA分子进行人工剪切与拼接,对基因进行改造和重新组合,再导入生物体内的基因得以表达。其核心技术就是提取目的基因,是将供体生物的细胞内提取出来,从而达到最终目的。
其中一个关键的环节就是对多细胞生物的检测,就是将每个受体细胞单独培养并诱导发育成完整个体,检测个体是否摄入目的基因,摄入的基因是否已表达。进而再淘汰无变化的个体,保留有相应变化的个体来进一步培养。
通过转基因技术在农业上的应用,会使得农作物的品种得到改良,现在随着生物技术的发展,其应用也不断呈现广泛的趋势。我们知道转基因植物的种植规模在不断扩大,目前耕地面积的大部分都在采用转基因技术种植技术。
在当前的农业生产中,转基因技术是最为广泛的一种生物技术。转基因技术的应用,对农业种植有着极为重要的作用,其可将一种作物的优良基因转移到另一种的作物品种当中,使得农作物产量与质量得到提高。
除此外还有杂交育种技术的应用,其所为杂交育种技术就是在生物的体细胞中,控制同一性状的遗传因子成对存在,使其不相融合,在形成配子时,成对的遗传因子会发生分离,分离后的遗传因子进入不同的配子中,随配子遗传给下一代。这也是一种十分常见的生物种植技术,其操作方式比较简单,且这种技术的推广时间比较早,我们对杂交技术的应用已经有了丰富的经验,这些生物技术的应用都使得农业种植的难度降低。
农业种植现代化过程中,怎样把高新技术同传统农业技术结合起来,走出一条符合中国特色的农业现代化道路,是我国农业科技工作者的任务,特别是在我们有限的耕地与人口不断增长的条件下,离开科学技术是不可能生产出足够的农产品来维持中国人口的温饱。
生物技术就是一项我国发展生态农业的领先技术,是被有关专家称为农业史上的第三次革命。生物技术可广泛用于种养业、林业与环境治理,维护人们的身体保健。它具有增产、除病等作用,是生产绿色有机食品不可缺少的新技术。通过生物技术在农业上的的综合使用,可以全面改善农作物生态环境以及农作物对各类营养成分的吸收能力,还有农作物自身对各种病害的抗病性能力,杀灭或抑制各种病害的滋生,降低或清除土壤环境中各类化学药物残留。
二.农业种植中生物技术的组织培养技术
组织培养技术在农业中的利用,不仅可以增加植物生长的速度,而且能够在有限的时间内,培育出更好的优良品种。利用组织培养技术,可以有效地防止病毒对作物农作物的侵害,保证植物种苗无病毒,促进良种经济作物的快速发展。
在现在农业种植中,对于组织培养技术的应用,其主要是建立在细胞的全能性的基础之上,是通过人工的诱导,保证植物组织在无菌状态下进行良好的发育,最终成为完整的一种生物技术。
在应用组织培养技术要注意保证在培养基组成、pH值、渗透压等各种化学环境条件,及植物组织培养中温度、光照以及湿度等各种环境条件,使得能够有效地促进组织培养育苗的生长和发育。当组织培养技术扩散到培养基后,就会抑制其他酶的活性,从而影响所接种外植体的培养。所以一定要加强对这个环节的处理。关于初代培养旨在获得无菌材料和无性繁殖系,即接种某种外植体后,最初的几代培养。要用诱导或分化的培养基,就是培养基中含有较多的细胞分裂素与少量的生长素。
三.农业种植中生物技术制作生物农药
生物农药是农业种植中生物技术的一部分,它的形成,简单来说,就是利用生物的新陈代谢,将它作为制作农药制品的有效成分,通过化学手段制作农药的方法,可以起到达到良好的使用效果,还可以良好的保护环境的作用,更加重要的是提高了植株的耐药性,可见利用生物技术制作农药,在具农业种植中有着深远的影响。
在农业生产中,很多药品的生产就是从生物组织中提取的。但大都受材料来源限制,致使其产量有限,价格也是非常的昂贵。而微生物生长的迅速比较快,容易被控制,适于大规模工业化的生产。所以我们可将生物合成相应药物成分的基因,最后导入微生物细胞内,使其产生相应的药物,这样不仅能够解决产量问题,也能降低生产的成本。避免了对环境造成的污染,同时也利于农业的可持续发展。
结语:
农业种植中的生物技术已经成为农民种植中不可缺少的法宝,大部分农民都开始使用,生物技术越来越受到欢迎。此后我们还会加大生物技术推广,加大资金的投入,加强科技宣传的力度,使广大农民都能应用生物技术种植无污染的农作物,促进农业增产与增收。
参考文献:
[1]张开荣、黄萍,探讨农业种植中生物技术的推广及应用[J].中国农业信息,2011(25)
[2]张丽双,浅议生物技术在农业种植中的推广与应用[J].中国科技博览,2011(11)