生物技术在提升农作物抗病能力中的应用探讨

1、引言

全球人口持续增长且气候变化带来挑战，这让粮食安全问题成了农业领域急需解决的核心问题。联合国粮农组织（FAO）近五年的数据显示，农作物病害每年使全球粮食减产大概 10%-15% 且对发展中国家影响特别大。传统育种方法虽在提高作物抗病性上有些成果，但周期长、效率低这些缺点使其难以满足现代农业快速发展需求。于是生物技术作为新兴手段出现，给农作物抗病能力的提升带来了创新解决办法，并且该技术应用于农业领域推动了抗病品种研发也促进了可持续农业发展。现在全球生物技术市场规模超 400 亿美元且农业相关技术占比一年比一年多，这表明其有着巨大市场潜力和技术价值。

当前提升农作物抗病性主要靠基因工程、分子标记辅助选择和 RNA干扰这三种生物技术手段，它们能精准调控作物基因表达或者抑制病原体活性从而让作物抗病能力显著提高，像基因工程技术就在水稻、小麦等主要粮食作物里成功导入抗病基因使真菌和病毒引发的病害发生率大大降低，并且分子标记辅助选择技术识别抗病性相关遗传标记加快抗病品种选育让育种周期缩短 30%-50% ，还有 RNA 干扰技术应用于病原体防控提供新思路，其靶向沉默病原体关键基因使作物防御机制得到增强，需要注意的是 CRISPR/Cas9 基因编辑技术崛起进一步拓宽抗病育种可能性，不过生物技术用于农业引发很多人讨论其安全性以及对环境的影响，以后随着技术不断优化、法规体系完善，生物技术在保障粮食安全、应对气候变化方面会起更重要作用并给农业可持续发展注入新活力[1]。

2、生物技术在提升农作物抗病能力中的应用

2.1 生物防虫技术在农作物抗病育种中的应用

全球农业遭受的病虫害挑战日益严峻，联合国粮农组织（FAO）的数据表明每年粮食因病虫害损失可达 40% 之高，这对粮食安全构成威胁并且让资源浪费和环境压力进一步加剧。近年来，一种绿色环保的生物防虫技术在提升农作物抗病能力上有着独特的优势，像 Bt 蛋白基因这样通过基因工程技术创新引入抗虫基因能让作物本身具备杀死特定害虫的能力从而减少化学农药用量，而分子标记辅助选择技术能精准定位与抗性有关的遗传位点使抗病品种选育效率得到进一步提升并大大缩短育种周期，RNA干扰技术应用于农作物抗病育种带来新思路，设计靶向害虫关键基因的小 RNA 分子以抑制害虫生长发育或者致死机制进而间接增强作物抗病性，并且 CRISPR/Cas9 基因编辑技术兴起使精准调控作物抗病基因表达成为可能，该技术不但能够快速引入抗病特性还不像传统转基因技术那样可能产生争议，不过这些技术大规模推广还得解决公众接受度低、有潜在生态风险之类的问题，以后把多组学技术和智能育种方法结合起来有助于开发更高效、更稳定的抗病作物品种给现代农业可持续发展提供技术支持。

2.2 生物肥料技术在农作物抗病性增强中的应用

化肥过度使用使土壤退化、环境污染日益严重，于是生物肥料技术慢慢成为增强农作物抗病性的关键手段之一，统计显示 2022 年全球生物肥料市场规模超 15 亿美元且预计接下来几年会以每年 10% 多的速度增长。生物肥料主要是有益微生物及其代谢产物，能直接或者间接让植物更健康且提高抗病性，像根际促生菌（PGPR），它会分泌抗生素、铁载体之类的东西来抑制病原菌生长并且激活植物免疫系统从而让植物对病害更有抵抗力。还有某些固氮菌和解磷菌，它们不但能促使养分吸收，而且调节土壤微生态环境后能使土传病害发生率降低。需要注意的是，生物肥料和传统化学肥料一起施用效果也很显著，研究发现两者合理搭配的话增产和抗病效果都能得到优化 [2]。不过现在生物肥料行业存在产品质量有好有坏、作用机理研究不够等问题，所以以后的研究重点要放在深入分析微生物 - 植物互作网络、开发标准化生产工艺上，有了高通量测序和人工智能技术的帮助，科学家也许能筛选出更多高效抗病功能菌株并在实际生产中广泛利用，这有助于构建绿色高效的农业生产体系。

2.3 微生物组技术在提高农作物抗病性中的潜力

微生物组技术这一新兴前沿领域正在重塑人们对植物健康与抗病性的认知，研究显示植物微生物组对维持生态系统平衡至关重要且在抵御病害侵袭时也起着重要作用，就拿水稻来说，稻瘟病的发生概率直接受根际微生物群落结构变化影响并且人为干预调整微生物组组成能有效削减病害风险，这几年依据合成生物学理念设计的功能性微生物制剂渐渐进入试验阶段，这种产品靠引入特定益生菌群重建健康土壤微生态来增强作物抗病能力，特别值得留意的是借助宏基因组学技术挖掘未培养微生物资源给发现新型抗病相关基因和代谢途径带来无限可能，不过微生物组技术在实际应用时仍面临不少难题，例如怎样让外源微生物在田间环境中长期稳定并保持活性、如何评估它对非靶标生物的影响等，往后随着单细胞测序和计算生物学不断发展，微生物组技术会进一步揭开植物 - 微生物互作的复杂机制进而助力开发更具有针对性的抗病策略，这会给实现农业生产可持续发展目标注入新活力。

3、结论

农作物抗病能力的提升靠生物技术的应用得到了重要支撑，这对农业可持续发展意义重大。这几年全球粮食需求不断增长且气候变化也让农业生产面临的挑战更严峻，于是农作物病害问题就愈发突出了，统计显示2018 到 2023 年全球农作物因病害减产的比例平均在 15% 到 20% ，粮食安全直接受到威胁。在这种时候，基因工程、分子标记辅助选择和 RNA 干扰等生物技术手段优势明显，基因工程技术能把抗病基因导入或者关键代谢途径调控从而使作物抗病性有效提高，分子标记辅助选择让育种周期大大缩短并且抗病品种选育效率也提升了，RNA 干扰技术能精准抑制病原体基因表达进而增强作物防御能力，CRISPR/Cas9 基因编辑技术被引进后给抗病育种带来新方向且由于它精度高成本低所以很受关注。不过生物技术应用仍然存在安全性评估、公众接受度等方面的挑战，以后要是把基层农技人员的实践经验结合起来并促使生物技术和传统农业技术深度融合的话就能实现更高效、更环保的农业生产模式从而给全球粮食安全提供有力保障 [3]。

参考文献

[1] 李先富 . 生物技术在农业种植中的推广应用研究 [J]. 种子科技 ，2020，38（08）：120-121.

[2] 马 晓 艳 . 生 物 技 术 在 农 业 种 植 中 的 具 体 应 用 [J]. 江 西 农业 ，2020，（08）：27-28.

[3] 王 芳 . 农 业 种 植 中 生 物 技 术 的 推 广 应 用 [J]. 农 业 与 技术 ，2018，38（06）：105.