生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)課件

1、1糧食問題全球從糧食過剩走向糧食短缺時(shí)代糧食戰(zhàn)爭迫在眉睫 中國古訓(xùn)道“王者以民為天，而民以食為天。”漢書酈食其傳2聯(lián)合國糧農(nóng)組織2012-3-14就敘利亞的糧食安全形勢發(fā)出特別警報(bào)，對敘利亞國內(nèi)的弱勢群體表示關(guān)切。糧農(nóng)組織在一份報(bào)告中說，自2011年3月中旬以來，敘利亞持續(xù)不斷的動(dòng)亂導(dǎo)致大約140萬人陷入糧食短缺狀態(tài)，成千上萬的民眾逃往鄰國。一些地區(qū)的食物、水和燃料供應(yīng)越來越困難，而且這種情況也影響到牧民，他們的牛群活動(dòng)受限，獸藥和其他物資匱乏。糧食問題糧農(nóng)組織自1981年起，將每年的10月16日定為世界糧食日，以引起人們對世界糧食短缺問題的重視，敦促各國政府采取行動(dòng)增加糧食產(chǎn)量。 糧食問題2

2、010年世界上每7個(gè)人中有1人在挨餓2010主題：團(tuán)結(jié)起來，戰(zhàn)勝饑餓2011主題：糧食價(jià)格走出危機(jī)、實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定 2012主題：辦好農(nóng)業(yè)合作社，糧食安全添保障。 4基因改良作物被許多人看成解決糧食短缺的救星 解決措施袁隆平：一粒種子改變世界 第二章 生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)動(dòng)物植物微生物轉(zhuǎn)維生素A(前體)基因的金色稻Golden Rice 農(nóng)業(yè)生物技術(shù)（agricultural biotechnology）是建立在生物學(xué)、遺傳學(xué)、生理學(xué)、生物化學(xué)等傳統(tǒng)學(xué)科基礎(chǔ)之上的一門新興學(xué)科，從微觀到宏觀可分為三個(gè)層次：一是分子水平，包括基因工程和蛋白質(zhì)工程技術(shù)；二是細(xì)胞和組織水平的基因轉(zhuǎn)化技術(shù)、細(xì)胞培養(yǎng)工程和組織培養(yǎng)工

3、程技術(shù)；三是生物個(gè)體水平的植物育種、動(dòng)物育種和微生物工程等技術(shù)。 生物技術(shù)農(nóng)業(yè)第一節(jié) 植物生物技術(shù)一、植物生物技術(shù)（plant biotechnology）的概念 （1）概念： 是指對植物品質(zhì)和性狀進(jìn)行改造的生物技術(shù)，包括植物組織培養(yǎng)技術(shù)、細(xì)胞工程、基因工程等多種生物技術(shù)，主要是指植物基因工程和與之相關(guān)的植物組織細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)、分子標(biāo)記育種技術(shù)等。 “廣義”的植物生物技術(shù)指提高和改良農(nóng)作物產(chǎn)量、品質(zhì)的所有技術(shù)； “狹義”的植物生物技術(shù)指利用植物器官、組織、細(xì)胞和通過分子水平的操作，促進(jìn)植物繁殖、有用物質(zhì)生產(chǎn)和植物品種遺傳改良的技術(shù)。（2）主要內(nèi)容： 花藥培養(yǎng)技術(shù)、植物組織和體細(xì)胞變異培養(yǎng)技術(shù)、植

4、物原生質(zhì)體培養(yǎng)技術(shù)和基因工程技術(shù)。二、植物生物技術(shù)的發(fā)展簡史1. 細(xì)胞全能性理論的提出1902年，德國植物生理學(xué)家 G. Haberlandt 提出植物細(xì)胞全能性的理論，即植物體細(xì)胞在適當(dāng)?shù)臈l件下，具有不斷分裂和繁殖、發(fā)育成完整植株的能力。2. 20世紀(jì)70年代，美國分子生物學(xué)家 P. Berg 等實(shí)現(xiàn)試管內(nèi)DNA分子重組（以細(xì)菌質(zhì)粒為載體與DNA分子片段的試管重組）；基因文庫及目的基因克隆技術(shù)3. 20世紀(jì)80年代初起，在植物基因轉(zhuǎn)化方面還發(fā)展了其它多種轉(zhuǎn)化技術(shù)，其中有化學(xué)轉(zhuǎn)化法、原生質(zhì)體與圓球體融合法、脂質(zhì)體法、顯微注射法等，但這些方法的轉(zhuǎn)化率均比較低且有的操作技術(shù)不易掌握。二十世紀(jì)八十年

5、代中期，植物生物技術(shù)進(jìn)入快速發(fā)展的時(shí)期。1983年第一個(gè)轉(zhuǎn)基因耐貯藏的番茄問世1992年抗黃瓜花葉病毒和煙草花葉病毒雙價(jià)轉(zhuǎn)基因煙草第1代 生物技術(shù)作物主要目標(biāo)：抗生物脅迫如：抗除草劑、抗蟲等。第 2 代 生物技術(shù)作物主要目標(biāo)：高產(chǎn)、抗逆、高品質(zhì)如：黃金稻、抗旱玉米MON 87460第 3 代生物技術(shù)作物主要目標(biāo)：利用植物生產(chǎn)各種重組蛋白如：乙型肝炎、人生長因子等。Ref.梅曼彤. 略談植物生物技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展. 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2013, 34(3):281-6.植物生物技術(shù)主要進(jìn)展三、植物生物技術(shù)的組成與應(yīng)用1.植物生物技術(shù)的組成植物生物技術(shù)是一門在細(xì)胞水平，特別是在分子水平上對生物體遺

6、傳性實(shí)現(xiàn)巨大的和接近定向改造的一套內(nèi)容繁多和復(fù)雜的技術(shù)，這一技術(shù)的核心是DNA分子重組技術(shù)，由以下三個(gè)不可分割的重要的部份組成。植物基因工程技術(shù)基因克隆轉(zhuǎn)化植物細(xì)胞工程技術(shù)體細(xì)胞雜交細(xì)胞融合植物細(xì)胞組織培養(yǎng)技術(shù)快速繁殖細(xì)胞培養(yǎng)（1）植物基因工程技術(shù) 植物基因工程（plant genetic engineering）技術(shù) 指利用重組DNA技術(shù)，有計(jì)劃地在體外通過人工“剪切”和“拼接”等方法，對生物基因進(jìn)行改造和重新組合，然后再插入、整合到事先準(zhǔn)備好的受體植物基因組中，使重組基因在受體細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，從而使受體植物獲得新的性狀，培育出高產(chǎn)、多抗和優(yōu)質(zhì)的新品種.分載體和目的基因的分離切限制性內(nèi)切酶的應(yīng)用

7、接載體與目的基因連接成重組體轉(zhuǎn)基因序列轉(zhuǎn)入細(xì)胞篩目的基因序列克隆的篩選和鑒定基因工程的基本程序 植物基因工程的技術(shù)流程15轉(zhuǎn)基因植物的制備過程植物基因工程的主要內(nèi)容基因文庫的建立及目的基因的克隆與倍增；基因的亞克隆與基因分子組成結(jié)構(gòu)的分析；植物基因工程載體的研究，外源基因轉(zhuǎn)化植物細(xì)胞技術(shù)及基因整合與表達(dá)以及植物受體細(xì)胞系統(tǒng)的研究等。（2）植物細(xì)胞工程技術(shù) 概念：植物細(xì)胞工程（plant cell engineering）技術(shù) 指以植物組織細(xì)胞為基本單位，在離體條件下進(jìn)行培養(yǎng)、繁殖或人為的精細(xì)操作，使細(xì)胞的某些生物學(xué)特性按人們的意愿發(fā)生改變，從而改良品種或創(chuàng)造新物種，或加速繁殖植物個(gè)體，或獲得有

8、用物質(zhì)的過程。植物細(xì)胞工程的主要內(nèi)容突變的誘發(fā)無性系篩選細(xì)胞雜交細(xì)胞器移植染色體工程次生代謝工程細(xì)胞核移植雜種細(xì)胞篩選一系列技術(shù)一系列技術(shù)所采用技術(shù)的理論基礎(chǔ) 植物細(xì)胞工程通常采用的技術(shù)手段 植物組織培養(yǎng) 植物體細(xì)胞雜交植物細(xì)胞的全能性 植物細(xì)胞組織培養(yǎng)（plant cell and tissue culture）技術(shù) 概念：是指在離體條件下對植物單個(gè)細(xì)胞或小的細(xì)胞團(tuán)進(jìn)行培養(yǎng)使其增殖的技術(shù)。主要內(nèi)容：原生質(zhì)體培養(yǎng)、體胚發(fā)生研究、細(xì)胞的分裂與分化、花藥及花粉培養(yǎng)、莖尖培養(yǎng)及去毒培養(yǎng)、子房培養(yǎng)、孤雌生殖以及試管受精研究等 （3）植物細(xì)胞組織培養(yǎng)技術(shù)植物細(xì)胞融合和組織培養(yǎng)的基本過程2.植物生物技術(shù)的

9、農(nóng)業(yè)應(yīng)用在發(fā)展植物生物技術(shù)的過程中，已經(jīng)逐步明確，根據(jù)各具體技術(shù)的難度不同可劃分為近期應(yīng)用、中期應(yīng)用和未來應(yīng)用三個(gè)階段。近期應(yīng)用的技術(shù)包括無性繁殖（即快繁技術(shù)）、無毒苗木生產(chǎn)技術(shù)、幼胚培養(yǎng)技術(shù)、花藥培養(yǎng)技術(shù)、突變體篩選和次生代謝產(chǎn)物生產(chǎn)技術(shù)等。中期應(yīng)用是今后一段時(shí)期內(nèi)有可能商業(yè)化的生物技術(shù)，如當(dāng)前研究的有用基因的轉(zhuǎn)化、穩(wěn)定整合和表達(dá)技術(shù)，目的是培育出具有抗性的高產(chǎn)轉(zhuǎn)基因新品種。未來應(yīng)用是指深入了解控制植物生長發(fā)育和重要農(nóng)藝性狀的基因的結(jié)構(gòu)、功能和表達(dá)的技術(shù)，這是更長遠(yuǎn)的研究目標(biāo)，只有這些都搞清楚了，生物技術(shù)也才能做到隨心所欲地改良生物。 現(xiàn)在我們只能分離單個(gè)基因，也只能導(dǎo)入12個(gè)外源基因，導(dǎo)入

10、的基因又是隨機(jī)和多位點(diǎn)整合到受體基因組中，可重要的農(nóng)作物性狀卻是多基因控制的，因而還要進(jìn)行大量的基礎(chǔ)研究，還有很長的一段路要走。2.植物生物技術(shù)的農(nóng)業(yè)應(yīng)用農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用實(shí)例（1）植物基因工程的農(nóng)業(yè)應(yīng)用 抗蟲基因工程 農(nóng)業(yè)上防治害蟲的主要措施是化學(xué)農(nóng)藥殺蟲，這種方法不但危害人畜且污染環(huán)境。迄今抗蟲基因工程中應(yīng)用最成功的當(dāng)數(shù)蘇云金桿菌（Bacillus thuringiensis, Bt）毒蛋白基因。 現(xiàn)在用植物基因工程技術(shù)能夠?qū)⒖瓜x基因?qū)胱魑?，使作物自身獲得抗蟲能力，避免了上述問題。利用這種技術(shù)，人類現(xiàn)在已經(jīng)得到了抗蟲的轉(zhuǎn)基因煙草、轉(zhuǎn)基因馬鈴薯、轉(zhuǎn)基因棉花、轉(zhuǎn)基因水稻等作物。目前，獲得轉(zhuǎn)基因抗蟲

11、棉的方法主要是農(nóng)桿菌介導(dǎo)法，其技術(shù)流程見圖 抗蟲棉蘇云金桿菌是一種來源于土壤的微生物，具有高度的殺蟲活性。Bt之所以能夠殺蟲，是因?yàn)槠溲挎咝纬蛇^程中可產(chǎn)生一種殺蟲結(jié)晶蛋白（insecticidal crystal protein, ICP）。Bt毒蛋白對鱗翅目昆蟲有特異的毒性作用。它在昆蟲消化道的堿性條件下，裂解成為活性多肽并造成昆蟲消化道損傷，最終使昆蟲死亡，而對其他生物無害。Source: CAASNon-Bt cottonBt cotton 當(dāng)昆蟲吞食了這些植物后，蛋白酶抑制劑就抑制昆蟲的消化酶，使其不能分解植物蛋白，從而影響昆蟲對食物的消化吸收，導(dǎo)致食欲不振，直至死亡?？共』蚬こ蹋ㄕn

12、外閱讀）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和缺失干擾型序列的遺傳轉(zhuǎn)化，以及反義RNA技術(shù)。煙草花葉病毒（tobacco mosaic virus, TMV）是一種RNA病毒，由單鏈RNA及外殼蛋白所組成，它主要感染煙草等植物。受感染的植物組織具有抵抗TMV再感染的能力。 據(jù)認(rèn)為，這種免疫力是因?yàn)楦腥静《竞蟮募?xì)胞可抑制新侵入病毒釋放mRNA，TMV的外殼蛋白（TMV coat protein）在此過程中起主要作用。 黃瓜花葉病毒（cucumber mosaic virus, CMV）可侵染1 000多種植物，嚴(yán)重地影響了受染植物的產(chǎn)量和

13、質(zhì)量。煙草環(huán)斑病毒（tobacco ring spot virus, TobRV）含有兩個(gè)單鏈RNA分子，它可以廣泛地感染雙子葉植物，并可引起大豆芽枯病?？钩輨┗蚬こ蹋ㄕn外閱讀）人們對制作抗除草劑的轉(zhuǎn)基因作物的生物學(xué)操作有很多設(shè)想，如：抑制植物對除草劑的吸收；降低對除草劑敏感的靶蛋白與除草劑的親和力；賦予植物再新陳代謝過程種使除草劑失活的能力。這些策略的指導(dǎo)下，已經(jīng)培育出了各種抗除草劑的轉(zhuǎn)基因作物，如草甘膦，膦絲菌素等。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，這種作物因不受損害而繼續(xù)生長。美國科學(xué)家已成功地將這種突變的抗草甘

14、膦的5-烯醇丙酮莽草酸-3-磷酸合酶（EPSP）基因引入大豆、煙草中，轉(zhuǎn)化植株獲得了抗草甘膦的能力。 草甘膦（glyphosate）特點(diǎn)：是一種廣譜除草劑，它具有無毒、易分解、無殘留和不污染環(huán)境等特點(diǎn)，因而得到廣泛的使用。它的靶位是植物葉綠體中的一個(gè)重要酶內(nèi)丙酮莽草酸磷酸合成酶（5-enolpyruvyl-shikimate-3-phosphate synthetase, EPSP）。草甘膦通過抑制EPSP活性而阻斷芳香族氨基酸的合成，最終導(dǎo)致受試植物的死亡。抗逆基因工程 目前這項(xiàng)研究主要集中在抗凍、抗寒、抗熱、抗旱、抗鹽堿和解毒植物的品種培養(yǎng)。品質(zhì)改良基因工程 對于禾谷類作物來說，改良品種的

15、品質(zhì)主要在于改良種子貯藏蛋白的營養(yǎng)品質(zhì)。目前對水稻谷蛋白、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)使受體植物的蛋白質(zhì)含量得到提高。轉(zhuǎn)基因的藍(lán)色月季鹽堿地盛開的玫瑰植物生物反應(yīng)器生物反應(yīng)器（bioreactor）是利用酶或生物體（如微生物）所具有的生物功能，在體外進(jìn)行生化反應(yīng)的裝置系統(tǒng)，是一種生物功能模擬機(jī)，如發(fā)酵罐、固定化酶或固定化細(xì)胞反應(yīng)器等。轉(zhuǎn)基因植物作為生物反應(yīng)器來表達(dá)外源蛋白(包括疫苗、抗體、藥用蛋白)，即所謂的分子農(nóng)業(yè)，已成為植物基因工程領(lǐng)域內(nèi)一個(gè)研究的生長點(diǎn)，具有極大的市場前景和商業(yè)價(jià)值。目前，已用于生物反應(yīng)器的植物有煙草、

16、擬南芥、大豆、小麥、水稻、玉米、油菜、馬鈴薯、西紅柿等。（2）植物細(xì)胞工程的農(nóng)業(yè)應(yīng)用離體培養(yǎng)組織培養(yǎng)細(xì)胞培養(yǎng)器官培養(yǎng)原生質(zhì)體培養(yǎng)花藥、花粉和胚培養(yǎng)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。 快速無性繁殖 植物細(xì)胞培養(yǎng)和組織培養(yǎng)技術(shù)可以不經(jīng)過有性世代過程，直接選取營養(yǎng)體細(xì)胞或外殖體（如莖尖、子葉、胚、芽、下胚軸和子房等），在適當(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)液或者培養(yǎng)基中短時(shí)間內(nèi)由愈傷組織誘導(dǎo)產(chǎn)生幼苗從而再生出植株，這就是快速無性繁殖。 快速無性繁殖技術(shù)流程實(shí)際應(yīng)用示例細(xì)胞及原生質(zhì)體培養(yǎng) 內(nèi)生真菌原生質(zhì)體活力的評估普通光下觀察到的原生質(zhì)體；B.熒光下觀察到的原生質(zhì)體。（200）

17、切取接 種愈傷組織的形成試管苗的形成培養(yǎng)室移栽細(xì)胞融合 植物體細(xì)胞雜交過程示意圖第二節(jié) 動(dòng)物生物技術(shù)一、動(dòng)物生物技術(shù)的概念農(nóng)業(yè)動(dòng)物生物技術(shù)（animal biotechnology）是以農(nóng)業(yè)動(dòng)物為主要研究對象，以畜牧業(yè)應(yīng)用為目的，以基因工程和細(xì)胞工程等現(xiàn)代生物技術(shù)為主體的綜合性的技術(shù)體系。農(nóng)業(yè)動(dòng)物生物技術(shù)是生物技術(shù)重要的組成部分，也是當(dāng)今發(fā)展最快的高技術(shù)領(lǐng)域之一。 1978年 第一次生產(chǎn)出基因工程胰島素 1980年 美國最高法院裁定基因工程產(chǎn)品可獲專利 1981年 第一只轉(zhuǎn)基因動(dòng)物（老鼠）誕生 1982年 DNA重組技術(shù)生產(chǎn)的家畜疫苗首次在歐洲上市 1983年 人工染色體首次成功合成 1985

18、年 基因指紋技術(shù)首次作為證據(jù)亮相法庭 1986年 第一個(gè)DNA重組人體疫苗（乙肝疫苗）研制成功 1990年 美國批準(zhǔn)第一個(gè)體細(xì)胞基因治療試驗(yàn) 1990年 人類基因組計(jì)劃正式啟動(dòng) 1990年 第一個(gè)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物（鮭魚）獲批準(zhǔn)養(yǎng)殖 1993年 生物工程產(chǎn)業(yè)組織（BIO）成立 1997年 英國培養(yǎng)出第一只克隆羊“多莉” 1998年 人體胚胎干細(xì)胞系建立 2000年 人類基因組工作框架圖完成 2003年 人類基因組測序工作完成二、動(dòng)物生物技術(shù)的發(fā)展簡史轉(zhuǎn)基因動(dòng)物：超級老鼠具有藝術(shù)感的“綠色熒光蛋白兔子”三、動(dòng)物生物技術(shù)的組成與應(yīng)用1.動(dòng)物生物技術(shù)的組成（1）轉(zhuǎn)基因動(dòng)物技術(shù) 概念：轉(zhuǎn)基因動(dòng)物（geneti

19、cally modified animal）技術(shù) 是指通過人工方法將外源基因?qū)雱?dòng)物受精卵、早期胚胎干細(xì)胞或早期胚胎，使外源基因與動(dòng)物本身的基因組整合，并隨細(xì)胞的分裂和增殖，將外源基因穩(wěn)定的遺傳給下一代的技術(shù)。技術(shù)內(nèi)容：目前制備轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的轉(zhuǎn)基因技術(shù)主要有：顯微注射法、反轉(zhuǎn)錄病毒感染法、精子載體法、人工酵母染色體法、電轉(zhuǎn)移法、胚胎干細(xì)胞法及體細(xì)胞核移植法等。顯微注射法生產(chǎn)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的基本流程 轉(zhuǎn)基因動(dòng)物研究大致分為以下3個(gè)部分 上游部分：克隆目的基因，分析基因的結(jié)構(gòu)并在體外或其他系統(tǒng)中進(jìn)行功能研究；中游部分：設(shè)計(jì)遺傳修飾策略(包括載體系統(tǒng)的構(gòu)建等)，選擇適當(dāng)?shù)陌屑?xì)胞進(jìn)行基因轉(zhuǎn)移和鑒定，在此基礎(chǔ)

20、上將遺傳修飾由細(xì)胞向整體動(dòng)物過渡，實(shí)現(xiàn)對整體動(dòng)物基因組進(jìn)行人為修飾的目的；下游部分：按育種程序進(jìn)行工程動(dòng)物的選育和建系，在整體動(dòng)物的背景上對目的基因的功能進(jìn)行詳細(xì)的研究，并進(jìn)一步開發(fā)利用符合設(shè)計(jì)要求的遺傳工程動(dòng)物。（2）動(dòng)物細(xì)胞工程技術(shù) 概念：動(dòng)物細(xì)胞工程（animal cell engineering）技術(shù)是指應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)的方法，在細(xì)胞水平上對動(dòng)物進(jìn)行遺傳操作，一方面深入探索、改造生物遺傳種性，另一方面應(yīng)用工程技術(shù)手段，大量培養(yǎng)細(xì)胞或動(dòng)物本身，以期收獲細(xì)胞或其代謝產(chǎn)物以及可供利用的動(dòng)物。 技術(shù)內(nèi)容：動(dòng)物細(xì)胞工程技術(shù)主要包括：動(dòng)物細(xì)胞組織培養(yǎng)、動(dòng)物細(xì)胞融合、淋巴細(xì)胞雜交瘤產(chǎn)生單克

21、隆抗體技術(shù)、細(xì)胞核移植和動(dòng)物克隆、染色體轉(zhuǎn)移以及干細(xì)胞研究等等。（3）動(dòng)物生物反應(yīng)器技術(shù)概念：動(dòng)物生物反應(yīng)器（animal bioreactor）技術(shù)是指將藥用蛋白基因?qū)雱?dòng)物的受精卵或早期胚胎，培育成為轉(zhuǎn)基因動(dòng)物，使之在動(dòng)物體內(nèi)(如乳腺、血液等)高效表達(dá)，生產(chǎn)出活性天然藥物蛋白的一種操作技術(shù)。 主要策略： 利用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生物反應(yīng)器生產(chǎn)藥用蛋白有兩種策略。一是將目的基因在同源組織中表達(dá)，進(jìn)而生產(chǎn)蛋白質(zhì)；二是將目的基因構(gòu)建成雜合基因，轉(zhuǎn)入動(dòng)物胚胎，通過轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的分泌器官收集并提純藥用蛋白應(yīng)用：首例是荷蘭人研制的轉(zhuǎn)人乳鐵蛋白基因的牛。目前也已構(gòu)建成人尿激酶、-干擾素、人生長激素、凝血因子IX、纖

22、溶酶原激活物、抗凝血酶等基因的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物。另外，利用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的血液生產(chǎn)人的血紅蛋白可以解決血液來源問題，同時(shí)避免了血液途徑的疾病感染。通過轉(zhuǎn)基因綿羊生產(chǎn)藥用蛋白示意圖 2. 動(dòng)物生物技術(shù)的農(nóng)業(yè)應(yīng)用（1）促進(jìn)動(dòng)物生長，提高飼料轉(zhuǎn)化效率 1982年，美國科學(xué)家將大鼠的生長激素（growth hormone，GH）基因注射到小鼠的受精卵內(nèi)，培育出的轉(zhuǎn)基因小鼠生長加快，體重相當(dāng)于原種小鼠的兩倍，被叫做“超級小鼠” 。（2）動(dòng)物抗病育種 轉(zhuǎn)基因技術(shù)可用于動(dòng)物抗病育種，這是一項(xiàng)很有前途的研究領(lǐng)域。通過克隆特定病毒基因組中的某些編碼片段，對之加以一定形式的修飾后轉(zhuǎn)入畜禽基因組，如果轉(zhuǎn)基因在宿主基因組中得以

23、表達(dá)，那么畜禽對該病毒的感染應(yīng)具有一定的抵抗能力，或者應(yīng)該能夠減輕該種病毒感染時(shí)為機(jī)體帶來的危害。（3）提高動(dòng)物產(chǎn)毛性能 目前，人們已開始用轉(zhuǎn)基因手段培育超細(xì)性細(xì)毛羊，并準(zhǔn)備將彩色毛基因?qū)刖d羊，以生產(chǎn)彩色羊毛，這無疑將給羊毛生產(chǎn)及紡織業(yè)帶來巨大影響。（4）改善畜產(chǎn)品品質(zhì)，提高畜產(chǎn)品質(zhì)量 外源基因在轉(zhuǎn)基因動(dòng)物中能獲得組織特異性（乳腺組織）和發(fā)育特異性表達(dá)，只要轉(zhuǎn)入相關(guān)基因，不僅可以提高乳、肉、蛋、毛等畜產(chǎn)品的產(chǎn)量，而且也可以改變畜產(chǎn)品的質(zhì)量。在改變產(chǎn)乳性狀方面，主要以羊和奶牛為轉(zhuǎn)基因?qū)ο?，國外在這方面的研究已取得了一定進(jìn)展。小結(jié)（轉(zhuǎn)基因動(dòng)植物的區(qū)別）轉(zhuǎn)基因動(dòng)物第三節(jié) 微生物生物技術(shù)一、微生物生

24、物技術(shù)的概念微生物生物技術(shù)（microbial biotechnology）是滲透有工程學(xué)內(nèi)容的微生物學(xué)，是將傳統(tǒng)的發(fā)酵與DNA重組、細(xì)胞融合，分子修飾，基因調(diào)控等新技術(shù)結(jié)合起來的現(xiàn)代微生物發(fā)酵，所以也有人把微生物生物技術(shù)稱為現(xiàn)代微生物工程。它是利用微生物的特定性狀，通過現(xiàn)代生物技術(shù)產(chǎn)生有用物質(zhì)，或者應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)的一種技術(shù)體系。傳統(tǒng)發(fā)酵和現(xiàn)代發(fā)酵工程的比較 比較項(xiàng)目傳統(tǒng)發(fā)酵現(xiàn)代微生物發(fā)酵利用對象本質(zhì)特點(diǎn)發(fā)酵水平經(jīng)濟(jì)效益發(fā)酵設(shè)備自控程度環(huán)境污染微生物利用微生物的固有性能較低較低主要是發(fā)酵罐主要憑經(jīng)驗(yàn)，手工操作較重微生物、酶及動(dòng)、植物細(xì)胞改造或開發(fā)各種新性能較高較高各種生物反應(yīng)器自動(dòng)化，連續(xù)化

25、，計(jì)算機(jī)、優(yōu)化程序控制較輕1978年用遺傳工程 E. coli 生產(chǎn)人胰島素1980年美國聯(lián)邦法院判決遺傳工程改造過的微生物可以授權(quán)專利DNA體外重組1983年根癌土壤桿菌Ti質(zhì)粒用于植物轉(zhuǎn)化1988年發(fā)現(xiàn)病毒的致癌基因美國批準(zhǔn)重組酶用于奶酪制造美國批準(zhǔn)第一個(gè)基因治療人體實(shí)驗(yàn)方案人類基因組計(jì)劃啟動(dòng)（包括E. coli和酵母菌基因組）1996年發(fā)現(xiàn)細(xì)胞介導(dǎo)免疫防御專一性基因工程農(nóng)作物商業(yè)化1997年發(fā)現(xiàn)朊病毒（prion）是一個(gè)新的生物學(xué)感染源1998年美國FDA批準(zhǔn)首個(gè)反義寡核苷酸藥物2001年人類基因組測序完成人類基因芯片商業(yè)化FDA批準(zhǔn)應(yīng)用核酸測試篩查血液中的病毒：HIV和HCV2006年

26、發(fā)現(xiàn)RNAi控制遺傳信息流動(dòng)的基本機(jī)制二、微生物生物技術(shù)發(fā)展簡史從自然界分離的菌種細(xì)胞工程基因工程誘變育種基礎(chǔ)原料培養(yǎng)基配制培養(yǎng)基滅菌種子制備生產(chǎn)用菌種空氣除菌發(fā)酵罐發(fā)酵過程優(yōu)化控制代謝產(chǎn)物分離 純化微生物菌體微生物生物技術(shù)的主要技術(shù)流程三、微生物生物技術(shù)的農(nóng)業(yè)應(yīng)用1.微生物農(nóng)藥概念：微生物農(nóng)藥（microbial pesticide）是指利用微生物及其基因生產(chǎn)或表達(dá)的各種生物活性成分制備出用于防治植物病蟲害、環(huán)衛(wèi)昆蟲、雜草、鼠害以及調(diào)節(jié)植物生長的制劑的總稱。分類：能夠用于制備微生物農(nóng)藥的微生物包括細(xì)菌、真菌、病毒、原生動(dòng)物、線蟲等。按用途，微生物農(nóng)藥包括微生物殺蟲劑、微生物殺菌劑、微生物除草

27、劑、微生物生長調(diào)節(jié)劑、微生物殺鼠劑和微生態(tài)制劑等。與化學(xué)農(nóng)藥相比，微生物農(nóng)藥具有對人畜無毒、安全；不會(huì)在土壤中殘留，不污染環(huán)境；選擇性較強(qiáng)，不殺傷天敵，有利于生態(tài)平衡；不易使害蟲產(chǎn)生抗藥性等優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)用舉例：殺蟲劑、殺菌劑和殺蟲素的研制和應(yīng)用 1正式登記的農(nóng)用殺菌抗生素品種 井崗霉素：是上海農(nóng)藥所1972年分離篩選，對水稻紋枯病有良好防效的農(nóng)用抗生素。 公主嶺霉素：是吉林農(nóng)科院1971年分離的放線菌No.769產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物，具廣譜抗病效果，尤其對禾谷類黑穗病、水稻惡苗病、稻曲病的防效顯著。 農(nóng)抗120：是中國農(nóng)科院生防所針對農(nóng)作物真菌病原菌篩選的一種真菌抗生素，對白粉病、炭疽病、枯萎病、紋枯病

28、等有很好的防效。 春雷霉素：對水稻稻瘟病菌非常敏感，能選擇性抑制某些真菌和一些細(xì)菌的生長。 多氧霉素：防治番茄早疫??； 滅瘟素：防治水稻稻瘟??； 農(nóng)用鏈霉素：防治細(xì)菌性病害。2 臨時(shí)登記的農(nóng)用殺菌抗生素品種 四霉素（梧寧霉素）：防治蘋果樹腐爛??； 中生霉素：防治蘋果輪紋病、白菜軟腐病、水稻白葉枯??； 武夷菌素：防治黃瓜白粉??； 寧南霉素：防治煙草花葉病毒。3 正處于開發(fā)研究階段的品種 殺枯肽：防治水稻白葉枯； 磷氮霉素：防治蔬菜灰霉??； 波拉霉素：防治小麥赤霉病、蔬菜灰霉??； 農(nóng)抗216：防治油菜菌核??； 農(nóng)抗904：防治蔬菜霜霉病。微生物殺菌劑2. 微生物肥料概念：微生物肥料（microbi

29、al fertilizer）又稱菌肥或微生物接種劑（microbial inoculant），是一種以微生物生命活動(dòng)使農(nóng)作物得到特定肥料效應(yīng)的微生物制劑。作用：它能制造或活化土壤中的某些營養(yǎng)元素，增進(jìn)土壤肥力；能直接為作物提供營養(yǎng)元素，并促進(jìn)其吸收利用；能產(chǎn)生多種生理活性物質(zhì)，刺激調(diào)節(jié)作物生長發(fā)育，增加其抗病蟲和抗旱能力；施用微生物肥料可減施化肥，提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)，并有節(jié)約能源、降低成本、保護(hù)土壤和環(huán)境的作用。分類：（根據(jù)微生物肥料的作用機(jī)制） 固氮微生物肥料（主要包括固氮菌肥料與根瘤菌肥料）； 解磷菌類肥料； 解鉀菌類肥料等；3. 微生物飼料概念：微生物飼料（microbial feed），是

30、指從微生態(tài)理論和綠色食品的理念出發(fā)，在微生態(tài)理論指導(dǎo)下，采用有益微生物與飼料混合經(jīng)發(fā)酵、干燥等特殊工藝制成的含活性有益菌的安全、無污染、無殘留的優(yōu)質(zhì)飼料。主要作用機(jī)理是：有選擇地將一種或多種益生微生物菌群制品摻入飼料和飲水中，使其與腸道內(nèi)有益菌形成優(yōu)勢種群，抑制和消滅致病菌群，同時(shí)分泌與合成大量氨基酸、維生素、消化酶類、促生長因子等生物活性物質(zhì)，且能提高飼料轉(zhuǎn)化率，產(chǎn)生免疫、營養(yǎng)、生長刺激等多種作用，達(dá)到促進(jìn)生長和繁殖、防治腸胃疾病、提高成活率、降低成本、消除糞便惡臭、凈化環(huán)境的效果。主要產(chǎn)品：單細(xì)胞蛋白(single cell protein,SCP)，發(fā)酵飼料，微生物添加劑，酶制劑，賴氨酸等。 （主要有乳酸菌類、芽孢桿菌類、酵母菌、霉菌類及部分單細(xì)胞藻類微生物等 ）概念：現(xiàn)代微生物技術(shù)使得人們可以不受土地、季節(jié)、氣候限制，短期內(nèi)在工廠里生產(chǎn)出“天然、營養(yǎng)、保健”的食品，即微生物食品。微生物食品不僅能為人們提供賴以生存的蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、維生素、礦物質(zhì)等生理活性物質(zhì)，而且具備生理保健功能，參與機(jī)體調(diào)節(jié)，改善體內(nèi)微環(huán)境。4. 微生物食品食用菌（香菇、木耳等）螺旋澡（微型藻食品 ）微生態(tài)食品（活菌）（酸奶、干酪、紅茶菌 ）食藥兩用真菌釀酒酵母 Sa