生物技術(shù)和農(nóng)業(yè)發(fā)展和應(yīng)用

1、生物技術(shù)和農(nóng)業(yè)發(fā)展和應(yīng)用學(xué)習(xí)目的 了解現(xiàn)代生物技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的廣泛運(yùn)用。認(rèn)識(shí)生物技術(shù)在培育高產(chǎn)、抗病、抗逆植物新品系以及在培育優(yōu)良生產(chǎn)性能的動(dòng)物新品系、動(dòng)物快速繁殖、生物反應(yīng)器等領(lǐng)域的應(yīng)用。7.1 生物技術(shù)與種植業(yè) 長(zhǎng)期以來(lái)人們不斷地尋求提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)的方法，有性雜交等傳統(tǒng)育種方式、化學(xué)農(nóng)藥和肥料等的使用曾做出了巨大的貢獻(xiàn)，但其弊端也日漸突出?，F(xiàn)代生物技術(shù)將為種植業(yè)的發(fā)展提供跟廣闊的前景。 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.1.1 生物技術(shù)在誘導(dǎo)植物雄性不育中的利用 植物雄性不育及雜種優(yōu)勢(shì)利用是傳統(tǒng)育種方法中的一個(gè)重要領(lǐng)域并已取得令人矚目的巨大成績(jī)。利用現(xiàn)代生物技術(shù)方法可誘導(dǎo)植物雄性不

2、育，從而產(chǎn)生新的不育材料為育種服務(wù)。 基因工程技術(shù)、組織培養(yǎng)、原生質(zhì)體融合、體細(xì)胞誘變和體細(xì)胞雜交等技術(shù)都可以創(chuàng)造植物雄性不育新材料。 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.1 生物技術(shù)與種植業(yè)7.1.1.1 組織培養(yǎng)誘導(dǎo)植物雄性不育中國(guó)水稻所利用巴斯馬提水稻品種進(jìn)行胚根組織培養(yǎng)，然后將愈傷組織進(jìn)行輻射，從而選育出巴斯馬提雄性不育系。19841988年間凌定厚等以IR24、IR36、IR54等9個(gè)品種，通過(guò)種子、幼穗離體培養(yǎng)，篩選到不育突變體48個(gè)。 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.1.1 生物技術(shù)在誘導(dǎo)植物雄性不育中的利用7.1.1.2 基因工程誘導(dǎo)植物雄性不育花粉絨粘層表達(dá)barnase基因阻斷花粉正常的發(fā)育而造成敗育，形

3、成不育系；花粉絨粘層表達(dá)bastar基因轉(zhuǎn)化植株中為恢復(fù)系形成的二系配套的油菜、煙草 。反義RNA技術(shù)創(chuàng)造了擬南芥、玉米、油菜等植物不育系 。 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.1.1 生物技術(shù)在誘導(dǎo)植物雄性不育中的利用7.1.1.3 原生質(zhì)體融合創(chuàng)造不育系蘿卜與油菜的原生質(zhì)體融合而產(chǎn)生的細(xì)胞雜種蘿卜質(zhì)油菜，在一般環(huán)境條件下表現(xiàn)為“雄性不育”。匈牙利國(guó)家自然科學(xué)院Menczel等（1982 ）以鏈霉素抗性基因作標(biāo)記在煙草品種間進(jìn)行原生質(zhì)體融合，實(shí)現(xiàn)了煙草細(xì)胞質(zhì)雄性不育基因的轉(zhuǎn)移。 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.1.1 生物技術(shù)在誘導(dǎo)植物雄性不育中的利用7.1.2 生物技術(shù)培育抗逆性作物品種 植物與環(huán)境間有著密不可分的關(guān)系

4、，而逆性環(huán)境的出現(xiàn)，特別是病蟲(chóng)害的頻繁發(fā)生，造成農(nóng)業(yè)上大面積的減產(chǎn)。組織培養(yǎng)、原生質(zhì)體融合、體細(xì)胞雜交等生物技術(shù)手段創(chuàng)造突變，培育抗逆新品種。不過(guò)這些方法盲目性較大，而且植株遺傳變異頻率較低，植物基因工程技術(shù)目前已成為一種廣泛且有效的培育抗逆性植株的手段。 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.1 生物技術(shù)與種植業(yè)7.1.2.1 培育抗除草劑作物 農(nóng)田化學(xué)除草已成為全球現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要組成部分,全世界除草劑的總用量、施用面積及費(fèi)用均已超過(guò)殺蟲(chóng)劑與殺菌劑。隨著大量除草劑的出現(xiàn),新品種選育和開(kāi)發(fā)難度極大。因此,利用基因工程培育植物的抗除草劑品種越來(lái)越受到國(guó)內(nèi)外科學(xué)家的關(guān)注,它不僅可擴(kuò)大現(xiàn)有除草劑的應(yīng)用范圍,選用高效

5、率、低毒、低殘留、殺草譜廣、低成本的除草劑轉(zhuǎn)基因作物,也可減少環(huán)境污染,降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本。 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.1.2 生物技術(shù)培育抗逆性作物品種 抗EPSP抑制劑基因 草甘膦(glyphosate)是一種廣譜除草劑,它具有無(wú)毒、易分解，無(wú)殘留和不污染環(huán)境等特點(diǎn)，目前已從細(xì)菌中分離出一個(gè)突變株，它含有抗草甘膦的EPSP合成酶突變基因。把抗草甘膦基因引入植物，可使這種基因工程作物獲得抗草甘膦的能力。此時(shí)若用草甘膦除草，則可選擇性地除掉雜草，而這種作物因不受損害而生長(zhǎng)。 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.1.2.1 培育抗除草劑作物 抗PPT基因 膦絲菌素(phosphinothricin，PPT)用作非選擇性的除

6、草劑,是植物谷氨酰合成酶(glutamine synthetase,GS)的抑制劑?，F(xiàn)已從Streptomyces hyrscopicu中分離得到抗bialaphos的bar基因，該基因編碼的產(chǎn)物稱(chēng)PAT, 嵌合的bar基因在CaMV35s啟動(dòng)子的控制下,在煙草、馬鈴薯和番茄的細(xì)胞內(nèi)得到了表達(dá)，轉(zhuǎn)基因植株對(duì)高劑量的PPT和bialaphos具有耐受性。 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.1.2.1 培育抗除草劑作物 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.1.2.1 培育抗除草劑作物轉(zhuǎn)抗EPSP抑制劑基因的棉白楊對(duì)草甘膦具有耐受性 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.1.2.1 培育抗除草劑作物7.1.2.2 培育抗病蟲(chóng)作物 化學(xué)革命給人類(lèi)帶來(lái)了農(nóng)

7、藥，農(nóng)藥對(duì)人類(lèi)的發(fā)展確實(shí)起了重要的作用，但同時(shí)也帶來(lái)了不少?lài)?yán)重的問(wèn)題，如農(nóng)藥的殘留在食物鏈的各個(gè)層次富積，危害環(huán)境及人類(lèi)。同時(shí)殺蟲(chóng)劑的大量使用，使大量天敵和益蟲(chóng)也蒙受毒害，生物的多樣性降低。農(nóng)藥的長(zhǎng)期使用，使昆蟲(chóng)及病原體產(chǎn)生抗性，使殺蟲(chóng)劑的應(yīng)用越來(lái)越形成惡性循環(huán)。 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.1.2 生物技術(shù)培育抗逆性作物品種抗病蟲(chóng)轉(zhuǎn)基因作物的益處：是一種無(wú)環(huán)境污染的防治策略，可顯著減輕農(nóng)業(yè)對(duì)化學(xué)農(nóng)藥的依賴(lài)，有助于可持續(xù)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的建立。農(nóng)藥具有時(shí)間上的連續(xù)性和空間上的整體性?？剐曰虻膩?lái)源廣闊，不受不同生物個(gè)體間生殖隔閡的限制，可以在整個(gè)生物體中挑選、組合目的基因。育種周期短，治蟲(chóng)成本低。 生物技術(shù)與農(nóng)

8、業(yè)7.1.2.2 培育抗病蟲(chóng)作物 轉(zhuǎn)Bt毒蛋白基因作物 蘇云金桿菌（Bacillus thuringiensis， Bt）是一種來(lái)源于土壤的微生物，具有高度的殺蟲(chóng)活性，被作為生物農(nóng)藥商品化應(yīng)用。Bt之所以能殺蟲(chóng)，是因?yàn)槠溲挎咝纬蛇^(guò)程中可產(chǎn)生一種殺蟲(chóng)結(jié)晶蛋白（ICP）。這種毒蛋白對(duì)鱗翅目昆蟲(chóng)有特異的毒性作用。它在昆蟲(chóng)消化道內(nèi)的堿性條件下，裂解成為活性多肽并造成昆蟲(chóng)消化道損傷，最終可使昆蟲(chóng)死亡，而對(duì)其他生物則無(wú)害。 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.1.2.2 培育抗病蟲(chóng)作物修飾的Bt毒蛋白轉(zhuǎn)基因作物 蘇云金桿菌亞種Kurstaki中毒蛋白的晶體結(jié)構(gòu)在大田條件下不穩(wěn)定，在植物中的表達(dá)亦很不理想，因此為了提高表達(dá)水

9、平，研究人員截短了該基因，使其僅表達(dá)毒素蛋白的N端部分。同時(shí)插入35S的啟動(dòng)子來(lái)控制該基因的表達(dá)，采取這兩個(gè)辦法后使得蛋白質(zhì)的表達(dá)量略有提高。 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.1.2.2 培育抗病蟲(chóng)作物 為了進(jìn)一步提高表達(dá)量，人們將編碼位于N端29607位氨基酸殘基之間的高度保守區(qū)域的基因片段進(jìn)行克隆后，在細(xì)菌內(nèi)表達(dá)，實(shí)驗(yàn)證明截短的蛋白質(zhì)與天然蛋白活性相同，都能夠抵御鱗翅目昆蟲(chóng)的侵害。 人為設(shè)計(jì)、化學(xué)合成的完全修飾后的Bt毒蛋白基因。它采用植物偏愛(ài)密碼子，并刪除了可能形成 mRNA二級(jí)結(jié)構(gòu)的序列。改造過(guò)的基因的G+C含量高達(dá)49%（野生型基因是37），核酸序列與野生型僅78.9%相同。用這種合成的Bt毒蛋白

10、基因轉(zhuǎn)化植物后，表達(dá)量比野生型基因要高100倍左右，并提高了殺蟲(chóng)活性。 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.1.2.2 培育抗病蟲(chóng)作物 豇豆胰蛋白酶抑制劑 豇豆胰蛋白酶抑制因子(cowpea trypsin inhibitor，CpT1) 一個(gè)大約由80個(gè)氨基酸組成的小肽，屬于Bowman-Birk 類(lèi)型的絲氨酸蛋白酶抑制劑。它的作用位點(diǎn)是酶的催化中心。這一位點(diǎn)的突變可能性甚小。因此可能減少害蟲(chóng)通過(guò)突變而產(chǎn)生對(duì)CpTl的耐受性，而且CpTl 抗昆蟲(chóng)譜廣，能抗鱗翅目、鞘翅目害蟲(chóng)等，幾乎對(duì)所有的害蟲(chóng)有效，而對(duì)人畜無(wú)害。因此，CpTl比蘇云金桿菌更有應(yīng)用價(jià)值。 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.1.2.2 培育抗病蟲(chóng)作物 幾丁質(zhì)酶基

11、因工程作物 在植物抗真菌病害的基因工程研究中，幾丁質(zhì)酶基因是應(yīng)用比較成功的一例。幾丁質(zhì)是真菌細(xì)胞壁的組分之一，幾丁質(zhì)酶(chitinase) 可破壞幾丁質(zhì)。美國(guó)科學(xué)家已分離出幾丁質(zhì)酶基因并導(dǎo)入煙草中。大田試驗(yàn)結(jié)果表明，這種轉(zhuǎn)基因煙草抗真菌感染與施用殺真菌劑同樣有效，而且收成更好。目前，已將幾丁質(zhì)酶基因?qū)敕?、馬鈴薯、萵苣和甜菜。這一技術(shù)將對(duì)蔬菜和果實(shí)類(lèi)植物抗真菌感染具有重要意義。 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.1.2.2 培育抗病蟲(chóng)作物轉(zhuǎn)Bt 基因的玉米受害蟲(chóng)和穗腐病的危害較輕 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.1.2.2 培育抗病蟲(chóng)作物 轉(zhuǎn)Bt基因的抗蟲(chóng)油菜 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.1.2.2 培育抗病蟲(chóng)作物轉(zhuǎn)Bt基因的抗

12、蟲(chóng)棉與馬鈴薯 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.1.2.2 培育抗病蟲(chóng)作物7.1.2.3 培育抗重金屬鎘的作物 鎘對(duì)植物的污染會(huì)影響固氮過(guò)程，降低植物體水分和養(yǎng)分的運(yùn)輸能力，最終抑制植物細(xì)胞的光合作用。用哺乳動(dòng)物基因組編碼的金屬硫蛋白(metollothionein) 基因轉(zhuǎn)化植物，可使受體植株獲得抗重金屬鎘的能力。加拿大科學(xué)家將中國(guó)倉(cāng)鼠金屬硫蛋白基因插入CaMV衍生的載體中，然后用這種重組子感染野生油菜葉片，受感染的葉片能高水平產(chǎn)生金屬硫蛋白，并能產(chǎn)生對(duì)鎘的抗性。 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.1.2 生物技術(shù)培育抗逆性作物品種7.1.2.4 培育抗病毒作物 植物病毒是造成農(nóng)作物減產(chǎn)的主要原因之一。利用基因工程技術(shù)將抗

13、病毒基因轉(zhuǎn)移到植物中，是一種比較理想的抗病毒方法。 抗病毒基因工程通常采用的策略是：病毒外殼蛋白基因或其功能蛋白基因、病毒亞基因組序列、衛(wèi)星DNA、缺失干擾型序列的遺傳轉(zhuǎn)化；反義RNA技術(shù)等。 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.1.2 生物技術(shù)培育抗逆性作物品種 煙草花葉病毒TMV外殼蛋白基因引入到煙草細(xì)胞中，轉(zhuǎn)化植株的細(xì)胞中可以產(chǎn)生這種外殼蛋白，并對(duì)TMV感染表現(xiàn)出一定的抗性。 將TMV編碼的一種蛋白質(zhì)(分子質(zhì)量54kDa)的DNA序列導(dǎo)入植株時(shí)，可對(duì)高濃度的TMV產(chǎn)生抗性。為了賦予植株以病毒抗性，此特殊的DNA序列要比迄今利用的外殼蛋白基因更有效。 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.1.2.4 培育抗病毒作物美國(guó)科學(xué)家利

14、用Ti質(zhì)粒作為載體，成功地將苜蓿花葉病毒AMV 外殼蛋白基因轉(zhuǎn)移到煙草細(xì)胞內(nèi)。外殼蛋白基因在CaMV35s啟動(dòng)子的控制下，在轉(zhuǎn)化植株中所產(chǎn)生的外殼蛋白具有抗病毒的效果。 含有黃瓜花葉病毒CMV的衛(wèi)星RNA拷貝的轉(zhuǎn)化植物在受到CMV感染時(shí)產(chǎn)生大量的衛(wèi)星RNA。植物細(xì)胞內(nèi)過(guò)量的衛(wèi)星RNA可以抑制病毒RNA的復(fù)制，還可能顯著減輕病狀的發(fā)展。 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.1.2.4 培育抗病毒作物 轉(zhuǎn)病毒核蛋白基因的番茄和未轉(zhuǎn)基因的番茄不但對(duì)CMV的抗性明顯不同，而且植株的生長(zhǎng)和果實(shí)的品質(zhì)的差異顯著。 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.1.2.4 培育抗病毒作物 經(jīng)花葉病毒感染后的南瓜的重量和品質(zhì)在轉(zhuǎn)基因和未轉(zhuǎn)基因植株之間的差

15、異 。 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.1.2.4 培育抗病毒作物 番木瓜是一種富含維生素C和A的美味熱帶水果，然而由于PRSV病毒的侵染和傳播，番木瓜樹(shù)果園遭受了毀滅性的打擊。 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.1.2.4 培育抗病毒作物 運(yùn)用基因槍介導(dǎo)的轉(zhuǎn)化方法，科學(xué)家將PRSV病毒的外殼蛋白轉(zhuǎn)入到番木瓜樹(shù)中。轉(zhuǎn)基因的番木瓜樹(shù)顯示出對(duì)PRSV病毒很強(qiáng)的抗性。 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.1.2.4 培育抗病毒作物7.1.2.5 培育適應(yīng)極端氣候條件的新品種將大豆中分離出來(lái)的熱休克蛋白基因轉(zhuǎn)入煙草中，當(dāng)把這種煙草放在 42條件下時(shí)，大豆的熱休克蛋白基因就在煙草中表達(dá)，并起保護(hù)的作用。 將魚(yú)的抗寒基因?qū)敕?，獲得首例抗寒轉(zhuǎn)基因番茄

16、，株高2m以上，秋季延長(zhǎng)采收期1個(gè)月。 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.1.2 生物技術(shù)培育抗逆性作物品種日本北海道農(nóng)業(yè)研究所研究員佐藤裕郎從小麥中提取出合成抗寒相關(guān)果聚糖酶的基因，然后植入水稻的染色體，獲得了抗寒水稻新品種。研究人員將這種轉(zhuǎn)基因水稻和現(xiàn)有水稻品種在12低溫環(huán)境下放置一段時(shí)間后，轉(zhuǎn)基因水稻只減產(chǎn)30，而一般水稻要減產(chǎn)70 。 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.1.2.5 培育適應(yīng)極端氣候條件的新品種7.1.3 轉(zhuǎn)基因作物品質(zhì)改良 目前對(duì)水稻谷蛋白、菜豆貯存蛋白、小麥貯存蛋白、巴西豆種子蛋白和玉米醇溶蛋白基因的研究較為深入。利用這些基因進(jìn)行轉(zhuǎn)化會(huì)使受體植株的蛋白質(zhì)含量得到提高。特別是巴西豆種子蛋白富含必需氨基

17、酸甲硫氨酸，而大多數(shù)麥類(lèi)種子蛋白則缺乏此種氨基酸。美國(guó)科學(xué)家已成功地將玉米醇溶蛋白基因?qū)胂蛉湛募?xì)胞內(nèi)，在轉(zhuǎn)化植株內(nèi)得到部分表達(dá)。 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.1 生物技術(shù)與種植業(yè)耐貯藏番茄：反義技術(shù)抑制乙烯合成酶、多聚半乳糖醛酸酶的活性，降低番茄在成熟過(guò)程中乙烯的形成量，因而延遲了果實(shí)的變軟，大大提高番茄保藏期。 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.1.3 轉(zhuǎn)基因作物品質(zhì)改良瑞士科學(xué)家培育出的一種富含-胡蘿卜素的水稻新品種“黃金水稻”，可望結(jié)束發(fā)展中國(guó)家人民維生素A攝入量不足的狀況。 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.1.3 轉(zhuǎn)基因作物品質(zhì)改良植物次級(jí)代謝產(chǎn)物的生產(chǎn) 早在1939年,人們已能從特定植物體中分離一些細(xì)胞，這些離體細(xì)胞能

18、在人造環(huán)境中生存并合成人類(lèi)有用的次生代謝產(chǎn)物，如生物堿、黃酮類(lèi)化合物等。近年來(lái)，利用植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)以及各種植物細(xì)胞固定化技術(shù)，就可以像固定化微生物那樣，在預(yù)先設(shè)計(jì)的生物反應(yīng)器中高效地、源源不斷地生產(chǎn)出具有商業(yè)價(jià)值的次生代謝產(chǎn)物。 7.1.4 植物細(xì)胞工程的應(yīng)用 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.1 生物技術(shù)與種植業(yè) 植物次級(jí)代謝產(chǎn)品的市場(chǎng)潛能 產(chǎn)品成分用途銷(xiāo)售額/億美元長(zhǎng)春花堿治療白血病1820(美國(guó))阿嗎靈循環(huán)系統(tǒng)障礙藥525(全世界)奎寧治療瘧疾510(美國(guó))致熱素殺蟲(chóng)劑20(全世界)毛地黃心臟病藥2055(美國(guó)) 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)植物次級(jí)代謝產(chǎn)物的生產(chǎn)快速無(wú)性繁殖 7.1.4.2 植物細(xì)胞培養(yǎng)及遺傳操作

19、 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.1.4 植物細(xì)胞工程的應(yīng)用花藥、花粉、胚的培養(yǎng)（一） 單倍體育種技術(shù)易于產(chǎn)生純系品種，便于優(yōu)良性狀的表達(dá)，利于篩選從而大大縮短育種時(shí)間?；ㄋ幒突ǚ劢M織培養(yǎng)技術(shù)是一條非常有效的獲取單倍體的途徑，該技術(shù)在大麥、黑麥、燕麥、水稻、番茄等作物的改良上起到了重要的作用。我國(guó)利用辣椒游離小孢子細(xì)胞團(tuán)培養(yǎng)方法，創(chuàng)造了新型的辣椒聚合雜交育種技術(shù)，初步解決了辣椒育種中早熟與大果、早熟與早衰、抗病與優(yōu)質(zhì)的矛盾，該技術(shù)屬?lài)?guó)際性難題的突破，已引起國(guó)際種苗公司的關(guān)注。 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.1.4.2 植物細(xì)胞培養(yǎng)及遺傳操作花藥、花粉、胚的培養(yǎng)（二）科學(xué)家還通過(guò)花藥培養(yǎng)創(chuàng)造新的種質(zhì)資源用于育種工作。如我

20、國(guó)育成的單209水稻具有抗稻瘟病和抗白葉枯病的特性，同時(shí)在單209水稻群體中還發(fā)現(xiàn)了矮稈突變型，這些都是優(yōu)良的親本類(lèi)型。 植物胚培養(yǎng)在克服雜種胚敗育、解決種子長(zhǎng)時(shí)間休眠、提高后代抗性改良品質(zhì)、測(cè)定種子生活力以及進(jìn)行胚胎發(fā)育相關(guān)基因研究等方面都具有重要的意義。同時(shí)，花藥、花粉、胚、原生質(zhì)體的培養(yǎng)也是進(jìn)行轉(zhuǎn)基因等遺傳操作的重要基礎(chǔ)。 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.1.4.2 植物細(xì)胞培養(yǎng)及遺傳操作原生質(zhì)體的融合（一） 細(xì)胞融合能夠在細(xì)胞水平實(shí)現(xiàn)遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)移和重組，打破種屬的界限 。這方面典型的技術(shù)是原生質(zhì)體融合技術(shù)創(chuàng)造體細(xì)胞雜種以實(shí)現(xiàn)作物改良。 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.1.4.2 植物細(xì)胞培養(yǎng)及遺傳操作原生質(zhì)體的

21、融合（二）我國(guó)科學(xué)家通過(guò)原生質(zhì)體融合技術(shù)將野生茄子（Solanum torvum）中的抗黃萎病基因轉(zhuǎn)到普通茄子中，獲得抗黃萎病和抗青枯病的育種材料；用PEG融合法將甘薯原生質(zhì)體與其近緣野生種的葉柄（或葉片）原生質(zhì)體進(jìn)行融合，從種間體細(xì)胞雜種植株中篩選出具有良好結(jié)薯性的種間體細(xì)胞雜種。 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.1.4.2 植物細(xì)胞培養(yǎng)及遺傳操作細(xì)胞遺傳操作 外源基因向植物轉(zhuǎn)移并能獲得性狀表達(dá)，其中常用和關(guān)鍵的技術(shù)是植物細(xì)胞培養(yǎng)和組織培養(yǎng)植物再生體系的建立。這樣一方面突破傳統(tǒng)雜交中種屬的界限；同時(shí)使基因轉(zhuǎn)移工作在組織或細(xì)胞水平上進(jìn)行而易于操作，并且能快速繁殖以利于性狀表達(dá)和篩選。 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.1.

22、4.2 植物細(xì)胞培養(yǎng)及遺傳操作種質(zhì)保存（一） 種質(zhì)資源是進(jìn)行研究和生產(chǎn)的基本材料，因此種質(zhì)資源的保存是一項(xiàng)非常重要的工作。常規(guī)的種質(zhì)資源保存具有多方面的局限性，而細(xì)胞培養(yǎng)保存則具有非常大的優(yōu)勢(shì)，能極大地節(jié)約空間，而且不受環(huán)境條件的限制。一般是根據(jù)細(xì)胞的特點(diǎn)，人工創(chuàng)造條件使其生長(zhǎng)代謝活動(dòng)盡量降低，處于休眠狀態(tài)，以抑制增殖和減少變異。 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.1.4.2 植物細(xì)胞培養(yǎng)及遺傳操作種質(zhì)保存（二）作為世界上最大的細(xì)胞庫(kù)，ATCC早在1992年就已經(jīng)有了3200多個(gè)細(xì)胞系入庫(kù)，而且數(shù)量還在不斷地增加。此外還有CSH(美)、NCTC(英)、NRRL(英)、KCC(日)等著名的保藏機(jī)構(gòu)，我國(guó)也有一些

23、較為大型的保藏機(jī)構(gòu)，足見(jiàn)世界各國(guó)對(duì)細(xì)胞保藏的重視。 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.1.4.2 植物細(xì)胞培養(yǎng)及遺傳操作 生物農(nóng)藥是“可用來(lái)防治病、蟲(chóng)、草等有害生物的生物體本身或源于生物，并可作為農(nóng)藥的各種生理活性物質(zhì)”。 7.1.5 生物農(nóng)藥及生物控制 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.1 生物技術(shù)與種植業(yè)生物農(nóng)藥可分為生物體農(nóng)藥和生物化學(xué)農(nóng)藥。生物體農(nóng)藥是指用來(lái)防除治病、蟲(chóng)、草等有害生物的商品活體生物，生物化學(xué)農(nóng)藥則是指從生物體中分離出的具有一定化學(xué)結(jié)構(gòu)，對(duì)有害生物有控制作用的生物活性物質(zhì)。生物農(nóng)藥本身具有的對(duì)人畜毒性小，只殺害蟲(chóng)，與環(huán)境相容性好以及病蟲(chóng)害相對(duì)不易產(chǎn)生抗性等優(yōu)點(diǎn)，因此生物農(nóng)藥正日益成為農(nóng)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新趨勢(shì)

24、。 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.1.5 生物農(nóng)藥及生物控制7.1.5.1 蘇云金芽孢桿菌（Bacillus thuringiensis Berliner，Bt） Bt是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究最多，應(yīng)用最廣泛的殺蟲(chóng)細(xì)菌。目前正朝著大噸位、多品種的方向發(fā)展。在蘇云金桿菌幾十年的開(kāi)發(fā)利用過(guò)程中，人們?cè)谏锛夹g(shù)育種、發(fā)酵工藝改進(jìn)、新劑型研制、新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)等方面取得了不同程度的進(jìn)展。 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.1.5 生物農(nóng)藥及生物控制7.1.5.2 白僵菌（Beauveria bassiana） 白僵菌是用于防治多種鱗翅目害蟲(chóng)的真菌制劑，目前已進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)和較大規(guī)模應(yīng)用的蟲(chóng)生真菌有球孢白僵菌、卵孢白僵菌、金龜子綠僵菌等。 生物

25、技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.1.5 生物農(nóng)藥及生物控制棉鈴蟲(chóng)被白僵菌寄生7.1.5.3 昆蟲(chóng)病毒 昆蟲(chóng)病毒殺蟲(chóng)劑也是生物防治的重要手段之一，這類(lèi)殺蟲(chóng)劑具有特異性強(qiáng)、毒力高、穩(wěn)定性能好、安全無(wú)害等優(yōu)點(diǎn)。進(jìn)入20世紀(jì)80年代以后，這類(lèi)殺蟲(chóng)劑的研究主要集中在昆蟲(chóng)病毒復(fù)合劑的研制、病毒的活體增殖、病毒的提取、基因工程病毒殺蟲(chóng)劑的研究及昆蟲(chóng)病毒培養(yǎng)等領(lǐng)域，并都取得了顯著的成就。 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.1.5 生物農(nóng)藥及生物控制7.2 生物技術(shù)與養(yǎng)殖業(yè)農(nóng)業(yè)動(dòng)物為人類(lèi)提供肉、蛋、奶，以及毛皮、絹絲等產(chǎn)品，滿(mǎn)足人類(lèi)對(duì)動(dòng)物蛋白的營(yíng)養(yǎng)需要或其他生活需要。養(yǎng)殖業(yè)包括畜牧、水產(chǎn)和其他有關(guān)副業(yè)，涉及的動(dòng)物門(mén)類(lèi)有貝類(lèi)、昆蟲(chóng)、魚(yú)類(lèi)、兩棲類(lèi)、

26、爬行類(lèi)和哺乳類(lèi)?，F(xiàn)代生物技術(shù)的迅速發(fā)展將為養(yǎng)殖業(yè)的革命提供有效的技術(shù)手段。 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.2.1.1 動(dòng)物轉(zhuǎn)基因技術(shù)將外源基因?qū)雱?dòng)物的基因組并獲得表達(dá)，由此產(chǎn)生的動(dòng)物稱(chēng)為轉(zhuǎn)基因動(dòng)物（transgenic animal）。轉(zhuǎn)基因技術(shù)利用基因重組，打破動(dòng)物的種間隔離，實(shí)現(xiàn)動(dòng)物種間遺傳物質(zhì)的交換，為動(dòng)物性狀的改良或新性狀的獲得提供了新方法。 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.2 生物技術(shù)與養(yǎng)殖業(yè)7.2.1 動(dòng)物分子育種技術(shù) 動(dòng)物轉(zhuǎn)基因技術(shù)的基本原理動(dòng)物轉(zhuǎn)基因需要目的基因、合適的載體和受體細(xì)胞。動(dòng)物轉(zhuǎn)基因的步驟：外源基因的獲得與鑒定；外源基因?qū)胧芫?；轉(zhuǎn)基因受精卵胚胎發(fā)育；檢測(cè)新基因的遺傳性

27、表達(dá)能力。 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.2.1.1 動(dòng)物轉(zhuǎn)基因技術(shù) 導(dǎo)入外源基因的方法 顯微注射法 原核期胚胎的顯微注射病毒載體法 反轉(zhuǎn)錄病毒載體感染脂質(zhì)體介導(dǎo)法 脂質(zhì)體人工膜包裹DNA 精子介導(dǎo)法 成熟精子攜帶外源DNA入卵 胚胎干細(xì)胞法 全能性干細(xì)胞攜帶外源基 因?qū)肱咛?原始生殖細(xì)胞法 PGC攜帶外源基因?qū)肱咛?生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.2.1.1 動(dòng)物轉(zhuǎn)基因技術(shù) 轉(zhuǎn)基因技術(shù)在動(dòng)物生產(chǎn)上的應(yīng)用 促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)，提高產(chǎn)量；改良品質(zhì)性狀，提高產(chǎn)品品質(zhì)；增強(qiáng)動(dòng)物抗病能力和抵抗不良環(huán)境能力，提高生產(chǎn)效益；研制動(dòng)物生物反應(yīng)器。 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.2.1.1 動(dòng)物轉(zhuǎn)基因技術(shù) 轉(zhuǎn)基因魚(yú)2006年珠江水產(chǎn)研究所科研人員成

28、功地將紅色熒光蛋白基因轉(zhuǎn)入唐魚(yú)，使唐魚(yú)的身體由原來(lái)的暗綠色變成紅色，具有很好的觀賞性。 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.2.1.1 動(dòng)物轉(zhuǎn)基因技術(shù) 轉(zhuǎn)基因家禽生產(chǎn)轉(zhuǎn)基因雞的方法可分為蛋產(chǎn)出前的操作和產(chǎn)出后的操作兩種類(lèi)型。 雞作為生物反應(yīng)器具有突出的優(yōu)點(diǎn)：產(chǎn)物易收集，且不易污染；雞蛋成分簡(jiǎn)單，產(chǎn)物易分離；雞飼養(yǎng)成本低，世代間隔短。用雞蛋生產(chǎn)珍貴的藥物外源蛋白， 是轉(zhuǎn)基因雞生產(chǎn)的一個(gè)十分誘人的領(lǐng)域。 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.2.1.1 動(dòng)物轉(zhuǎn)基因技術(shù)轉(zhuǎn)基因雞操作要領(lǐng)（引自Mozdziak和Petitte ，美國(guó)北卡州立大學(xué)網(wǎng)頁(yè)）。第一步，構(gòu)建載體第二步，轉(zhuǎn)化受體細(xì)胞第三步，收獲病毒顆粒第四步，顯微注射到早期雞胚，封殼

29、，孵化第五步，出殼小雞PCR篩選第六步，轉(zhuǎn)基因雞育成 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.2.1.1 動(dòng)物轉(zhuǎn)基因技術(shù) 轉(zhuǎn)基因家畜哺乳動(dòng)物體外受精和胚胎移植技術(shù)為轉(zhuǎn)基因家畜的成功提供了有效的技術(shù)手段。轉(zhuǎn)基因家畜除了與其他轉(zhuǎn)基因農(nóng)業(yè)動(dòng)物一樣瞄準(zhǔn)抗病性和生產(chǎn)性能以外，還因其與人的生物學(xué)相似性，在器官移植、藥物生產(chǎn)和特殊疾病模型等方面顯示出特殊的價(jià)值。轉(zhuǎn)基因豬、牛、馬、羊、兔等家畜正逐步走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)用階段。 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.2.1.1 動(dòng)物轉(zhuǎn)基因技術(shù)2000年3月出生的轉(zhuǎn)基因牛，能產(chǎn)生殺滅引起乳腺炎病原菌的溶葡球菌酶。 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.2.1.1 動(dòng)物轉(zhuǎn)基因技術(shù) 7.2.1.2 分子標(biāo)記技術(shù)與動(dòng)物育種 目前常用

30、的分子標(biāo)記已有十多種：限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性(RFLP)、DNA指紋 (DFR)、PCR、隨機(jī)擴(kuò)增多態(tài)性DNA（RAPD)、隨機(jī)擴(kuò)增微衛(wèi)星多態(tài)性（RAMP)、特異性擴(kuò)增多態(tài)性(SAP)、微衛(wèi)星DNA (microsatellite repeats) 標(biāo)記、小衛(wèi)星DNA (minisatellite DNA) 標(biāo)記、擴(kuò)增片段長(zhǎng)度多態(tài)性(AFLP)、單鏈構(gòu)型多態(tài)性 (SSCP)、線(xiàn)粒體DNA的限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性(mtDNA RFLP)、差異顯示 (differential display) 法等。 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.2.1 動(dòng)物分子育種技術(shù) 分子標(biāo)記方法可用于：構(gòu)建分子遺傳圖譜和基因定位?；虻谋O(jiān)

31、測(cè)、分離和克隆親緣關(guān)系的分析DNA標(biāo)記輔助選種性別診斷與控制突變分析 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.2.1.2 分子標(biāo)記技術(shù)與動(dòng)物育種動(dòng)物繁殖新技術(shù)人工授精及精液的冷凍保存 胚胎移植 胚胎的冷凍保存 體外胚胎生產(chǎn) 胚胎分割 性別控制技術(shù) 發(fā)情、排卵及分娩控制 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.2 生物技術(shù)與養(yǎng)殖業(yè)人工授精及精液的冷凍保存 人工授精就是利用合適的器械采集公畜的精液，經(jīng)過(guò)品質(zhì)檢查、稀釋或保存等適當(dāng)?shù)奶幚?，再用器械把精液適時(shí)地輸入到發(fā)情母畜的生殖道內(nèi)，以代替公母畜直接交配而使其受孕的方法。 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.2.2 動(dòng)物繁殖新技術(shù) 人工授精的優(yōu)越性（一） 能最大限度地發(fā)揮公畜的種用價(jià)值，提高了公畜的配種效能?？?/p>

32、通過(guò)對(duì)種公畜嚴(yán)格的選擇，保留最優(yōu)秀的個(gè)體用于配種，成為增殖良種家畜和改良畜種的有力手段。節(jié)約飼養(yǎng)管理費(fèi)用，降低了生產(chǎn)成本。有助于解決母畜不孕問(wèn)題和提高受胎率。 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.2.2.1 人工授精及精液的冷凍保存 人工授精的優(yōu)越性（二） 可防止各種疾病，特別是生殖系統(tǒng)傳染性疾病的傳播?？梢越鉀Q因公母畜不愿交配的問(wèn)題?？墒鼓感蟮呐浞N不受地區(qū)的限制。為選育工作提供了選用優(yōu)秀公畜配種的方便。為開(kāi)展遠(yuǎn)緣種間雜交試驗(yàn)研究工作提供了有效的技術(shù)手段。 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.2.2.1 人工授精及精液的冷凍保存胚胎移植 胚胎移植是將一頭良種母畜配種后的早期胚胎取出，移植到另一頭同種的生理狀態(tài)相同的母畜體內(nèi)，使之

33、繼續(xù)發(fā)育成為新個(gè)體。胚胎移植實(shí)際上是由產(chǎn)生胚胎的供體和養(yǎng)育胚胎的受體分工合作共同繁殖后代。 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.2.2 動(dòng)物繁殖新技術(shù) 胚胎移植的意義可以使一頭優(yōu)秀的母畜一次排出許多倍于平常的卵子數(shù)，免除了其本身的妊娠期因而能留下許多倍于尋常的后代數(shù)。便于保種和國(guó)際間的貿(mào)易。使肉牛產(chǎn)雙犢，提高生產(chǎn)率。防疫和克服不孕。胚胎移植可作為胚胎學(xué)、遺傳學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)的研究手段。 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.2.2.2 胚胎移植胚胎的冷凍保存 胚胎冷凍保存技術(shù)包括胚胎的冷凍和解凍?？箖鰟┓N類(lèi)和濃度、加入抗凍劑的速度、解凍的速度、稀釋的速度和溫度都關(guān)系到冷凍胚胎的成敗。抗凍劑的毒性、胚胎滲透壓的變化及冰晶形成是保存胚胎必

34、須考慮的因素。 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.2.2 動(dòng)物繁殖新技術(shù) 胚胎冷凍保存的用途及優(yōu)越性可解決胚胎移植需要同期發(fā)情受體的數(shù)量問(wèn)題；可在世界范圍內(nèi)運(yùn)輸種質(zhì)，同時(shí)還可以降低成本；可建立種質(zhì)庫(kù)，有利于動(dòng)物的種質(zhì)保存，減少飼養(yǎng)和維持動(dòng)物所需的巨額費(fèi)用，避免世代延續(xù)可能產(chǎn)生的變異和意外事故產(chǎn)生的破壞；可保存即將滅絕的畜種。 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.2.2.3 胚胎的冷凍保存7.2.2.4 體外胚胎生產(chǎn) 體外胚胎生產(chǎn)是指將原來(lái)在輸卵管進(jìn)行的精卵結(jié)合生成胚胎的過(guò)程人為地改在體外進(jìn)行。體外生產(chǎn)胚胎的工藝過(guò)程包括卵母細(xì)胞體外成熟、體外受精和胚胎培養(yǎng)。 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.2.2 動(dòng)物繁殖新技術(shù) 體外胚胎生產(chǎn)的意義提供大量胚胎進(jìn)行商業(yè)性胚胎移植。進(jìn)行胚胎切割前的體外早期培養(yǎng)以降低成本。為基礎(chǔ)研究提供大量已知準(zhǔn)確發(fā)育時(shí)期的胚胎。 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)7.2.2.4 體外胚胎生產(chǎn)7.2.2.5 胚胎分割 胚胎分割是將一枚胚胎用顯微手術(shù)的方法分割成二分、四分甚至八分胚，經(jīng)體內(nèi)或體外培養(yǎng)，然后移植入受