生物技术与农业第七章生物技术与农业课件.ppt

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1、 7 生物技术与农业生物技术与农业学习目的学习目的 了解现代生物技术在农业生产中的广泛运用。了解现代生物技术在农业生产中的广泛运用。认识生物技术在培育高产、抗病、抗逆植物新品认识生物技术在培育高产、抗病、抗逆植物新品系以及在培育优良生产性能的动物新品系、动物系以及在培育优良生产性能的动物新品系、动物快速繁殖、生物反应器等领域的应用。快速繁殖、生物反应器等领域的应用。7.1 7.1 生物技术与种植业生物技术与种植业 长期以来人们不断地寻求提高作物产量和品质的长期以来人们不断地寻求提高作物产量和品质的方法，有性杂交等传统育种方式、化学农药和肥料等方法，有性杂交等传统育种方式、化学农药和肥料等的使用

2、曾做出了巨大的贡献，但其弊端也日渐突出。的使用曾做出了巨大的贡献，但其弊端也日渐突出。现代生物技术将为种植业的发展提供跟广阔的前景。现代生物技术将为种植业的发展提供跟广阔的前景。生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业7 生物技术与农业生物技术与农业7.1.1 7.1.1 生物技术在诱导植物雄性不育中的利用生物技术在诱导植物雄性不育中的利用 植物雄性不育及杂种优势利用是传统育种方法植物雄性不育及杂种优势利用是传统育种方法中的一个重要领域并已取得令人瞩目的巨大成绩。中的一个重要领域并已取得令人瞩目的巨大成绩。利用现代生物技术方法可诱导植物雄性不育，从而利用现代生物技术方法可诱导植

3、物雄性不育，从而产生新的不育材料为育种服务。产生新的不育材料为育种服务。基因工程技术、组织培养、原生质体融合、体基因工程技术、组织培养、原生质体融合、体细胞诱变和体细胞杂交等技术都可以创造植物雄性细胞诱变和体细胞杂交等技术都可以创造植物雄性不育新材料。不育新材料。生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业7.1 生物技术与种植业生物技术与种植业7.1.1.1 组织培养诱导植物雄性不育组织培养诱导植物雄性不育l中国水稻所利用巴斯马提水稻品种进行胚根组织培中国水稻所利用巴斯马提水稻品种进行胚根组织培养，然后将愈伤组织进行辐射，从而选育出巴斯马提养，然后将愈伤组织进行辐射，从而选育出巴

4、斯马提雄性不育系。雄性不育系。l19841988年间凌定厚等以年间凌定厚等以IR24、IR36、IR54等等9个品种，通过种子、幼穗离体培养，筛选到不育突变个品种，通过种子、幼穗离体培养，筛选到不育突变体体48个。个。生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业7.1.1 生物技术在诱导植物雄性不育中的利用生物技术在诱导植物雄性不育中的利用7.1.1.2 基因工程诱导植物雄性不育基因工程诱导植物雄性不育l花粉绒粘层表达花粉绒粘层表达barnase基因阻断花粉正常的发育基因阻断花粉正常的发育而造成败育，形成不育系；花粉绒粘层表达而造成败育，形成不育系；花粉绒粘层表达bastar基基因

5、转化植株中为恢复系形成的二系配套的油菜、烟草因转化植株中为恢复系形成的二系配套的油菜、烟草。l反义反义RNA技术创造了拟南芥、玉米、油菜等植物不技术创造了拟南芥、玉米、油菜等植物不育系育系。生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业7.1.1 生物技术在诱导植物雄性不育中的利用生物技术在诱导植物雄性不育中的利用7.1.1.3 原生质体融合创造不育系原生质体融合创造不育系l萝卜与油菜的原生质体融合而产生的细胞杂种萝卜与油菜的原生质体融合而产生的细胞杂种萝卜质油菜，在一般环境条件下表现为萝卜质油菜，在一般环境条件下表现为“雄性不育雄性不育”。l匈牙利国家自然科学院匈牙利国家自然科学院

6、Menczel等（等（1982）以链霉）以链霉素抗性基因作标记在烟草品种间进行原生质体融合，素抗性基因作标记在烟草品种间进行原生质体融合，实现了烟草细胞质雄性不育基因的转移。实现了烟草细胞质雄性不育基因的转移。生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业7.1.1 生物技术在诱导植物雄性不育中的利用生物技术在诱导植物雄性不育中的利用7.1.2 7.1.2 生物技术培育抗逆性作物品种生物技术培育抗逆性作物品种 植物与环境间有着密不可分的关系，而逆性环境植物与环境间有着密不可分的关系，而逆性环境的出现，特别是病虫害的频繁发生，造成农业上大面的出现，特别是病虫害的频繁发生，造成农业上大面

7、积的减产。积的减产。组织培养、原生质体融合、体细胞杂交等组织培养、原生质体融合、体细胞杂交等生物技术手段创造突变，培育抗逆新品种。不过这些生物技术手段创造突变，培育抗逆新品种。不过这些方法盲目性较大，而且植株遗传变异频率较低，方法盲目性较大，而且植株遗传变异频率较低，植物植物基因工程技术目前已成为一种广泛且有效的培育抗逆基因工程技术目前已成为一种广泛且有效的培育抗逆性植株的手段。性植株的手段。生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业7.1 生物技术与种植业生物技术与种植业7.1.2.1 培育抗除草剂作物培育抗除草剂作物 农田化学除草已成为全球现代农业生产的重要组成部分,全世界除

8、草剂的总用量、施用面积及费用均已超过杀虫剂与杀菌剂。随着大量除草剂的出现,新品种选育和开发难度极大。因此,利用基因工程培育植物的抗除草剂品种越来越受到国内外科学家的关注,它不仅可扩大现有除草剂的应用范围,选用高效率、低毒、低残留、杀草谱广、低成本的除草剂转基因作物,也可减少环境污染,降低农业生产成本。生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业7.1.2 生物技术培育抗逆性作物品种生物技术培育抗逆性作物品种利利用基因工程技术培育抗除草剂作物用基因工程技术培育抗除草剂作物理理想的除草剂必须具想的除草剂必须具有高效、广谱的杀草有高效、广谱的杀草能力能力,且对作物及人且对作物及人畜无害畜

9、无害,在土壤中的在土壤中的残留短残留短,成本不高。成本不高。但现在要开发出但现在要开发出1 1种新种新的符合上述要求的除的符合上述要求的除草剂的成本越来越高草剂的成本越来越高,选择的机率也在明显选择的机率也在明显降低。降低。抗除草剂基因工程抗除草剂基因工程溴苯腈溴苯腈是一种苄腈化合物，抑制光合作用过程中的电子传递，能除宽子叶杂草。是一种苄腈化合物，抑制光合作用过程中的电子传递，能除宽子叶杂草。从土壤中分离出一种叫臭鼻杆菌的细菌，能产生一种溴苯腈的特异从土壤中分离出一种叫臭鼻杆菌的细菌，能产生一种溴苯腈的特异水解酶水解酶，可将，可将溴苯腈水解为溴苯腈水解为3，5二溴二溴4羟基苯甲酸，失去除草功效

10、。控制该水解的基因羟基苯甲酸，失去除草功效。控制该水解的基因(Bxn)已分离出来已分离出来2，4D 是一种激素型除，草剂，浓度过高会对植物有毒害作用，阔叶植物特别是棉花对是一种激素型除，草剂，浓度过高会对植物有毒害作用，阔叶植物特别是棉花对2，4D极其敏感。极其敏感。土壤中富氧产碱菌对土壤中富氧产碱菌对2，4D的分解作用最强，美国和澳大利亚已从该细菌中分的分解作用最强，美国和澳大利亚已从该细菌中分离出离出2，4D单氧化酶基因单氧化酶基因，可分解，可分解 2，4D。草甘膦草甘膦草甘膦，又名镇草宁，是应用最广泛的一种非选择性除草剂，作用机制是破坏植草甘膦，又名镇草宁，是应用最广泛的一种非选择性除草

11、剂，作用机制是破坏植物体内三种芳香族氨基酸物体内三种芳香族氨基酸(Phe，Tyr，Try)生物合成中的关键酶生物合成中的关键酶Epsp。1985年，美国年，美国Calgene公司分离出公司分离出Epsp合成酶基因合成酶基因。l 抗抗EPSP抑制剂基因抑制剂基因 草甘膦草甘膦(glyphosate)是一种广谱除草剂是一种广谱除草剂,它具有无它具有无毒、易分解，无残留和不污染环境等特点，目前已从毒、易分解，无残留和不污染环境等特点，目前已从细菌中分离出一个细菌中分离出一个突变株突变株，它含有抗草甘膦的，它含有抗草甘膦的EPSP合合成酶突变基因。把抗草甘膦基因引入植物，可使这种成酶突变基因。把抗草甘

12、膦基因引入植物，可使这种基因工程作物获得抗草甘膦的能力。此时若用草甘膦基因工程作物获得抗草甘膦的能力。此时若用草甘膦除草，则可选择性地除掉杂草，而这种作物因不受损除草，则可选择性地除掉杂草，而这种作物因不受损害而生长。害而生长。生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业7.1.2.1 培育抗除草剂作物培育抗除草剂作物l 抗抗PPT基因基因膦丝菌素(phosphinothricin，PPT)用作非选择性的除草剂,是植物谷氨酰合成酶(glutaminesynthetase,GS)的抑制剂。现已从Streptomyces hyrscopicu中分离得到抗bialaphos的bar基因，

13、该基因编码的产物称PAT,嵌合的bar基因在CaMV35s启动子的控制下,在烟草、马铃薯和番茄的细胞内得到了表达，转基因植株对高剂量的PPT和bialaphos具有耐受性。生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业7.1.2.1 培育抗除草剂作物培育抗除草剂作物 生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业7.1.2.1 培育抗除草剂作物培育抗除草剂作物转抗转抗EPSP抑制剂基因的棉白杨对抑制剂基因的棉白杨对草甘膦具有耐受性 生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业7.1.2.1 培育抗除草剂作物培育抗除草剂作物7.1.2.2 7.1.2.2 培育抗病

14、虫作物培育抗病虫作物 化学革命给人类带来了农药，农药对人类的发展确实起了重要的作用，但同时也带来了不少严重的问题，如农药的残留在食物链的各个层次富积，危害环境及人类。同时杀虫剂的大量使用，使大量天敌和益虫也蒙受毒害，生物的多样性降低。农药的长期使用，使昆虫及病原体产生抗性，使杀虫剂的应用越来越形成恶性循环。生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业7.1.2 生物技术培育抗逆性作物品种生物技术培育抗逆性作物品种抗病虫转基因作物的益处：抗病虫转基因作物的益处：是一种无环境污染的防治策略，可显著减轻农业对化学农药的依赖，有助于可持续农业系统的建立。农药具有时间上的连续性和空间上的整体

15、性。抗性基因的来源广阔，不受不同生物个体间生殖隔阂的限制，可以在整个生物体中挑选、组合目的基因。育种周期短，治虫成本低。生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业7.1.2.2 培育抗病虫作物培育抗病虫作物l 转转BtBt毒蛋白基因作物毒蛋白基因作物 苏云金杆菌（Bacillus thuringiensis，Bt）是一种来源于土壤的微生物，具有高度的杀虫活性，被作为生物农药商品化应用。Bt之所以能杀虫，是因为其芽孢形成过程中可产生一种杀虫结晶蛋白（ICP）。这种毒蛋白对鳞翅目昆虫有特异的毒性作用。它在昆虫消化道内的碱性条件下，裂解成为活性多肽并造成昆虫消化道损伤，最终可使昆虫死亡

16、，而对其他生物则无害。生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业7.1.2.2 培育抗病虫作物培育抗病虫作物Bt Cry1Ac5l修饰的修饰的BtBt毒蛋白转基因作物毒蛋白转基因作物 苏苏云云金金杆杆菌菌亚亚种种KurstakiKurstaki中中毒毒蛋蛋白白的的晶晶体体结结构构在在大大田田条条件件下下不不稳稳定定，在在植植物物中中的的表表达达亦亦很很不不理理想想，因因此此为为了了提提高高表表达达水水平平，研研究究人人员员截截短短了了该该基基因因，使使其其仅仅表表达达毒毒素素蛋蛋白白的的N N端端部部分分。同同时时插插入入35S35S的的启启动动子子来来控控制制该该基基因因的的表

17、表达达，采采取取这这两两个个办办法法后后使使得得蛋蛋白白质质的的表表达达量量略略有有提高。提高。生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业7.1.2.2 培育抗病虫作物培育抗病虫作物 为为了了进进一一步步提提高高表表达达量量，人人们们将将编编码码位位于于N端端29607位位氨氨基基酸酸残残基基之之间间的的高高度度保保守守区区域域的的基基因因片片段段进进行行克克隆隆后后，在在细细菌菌内内表表达达，实实验验证证明明截截短短的的蛋蛋白白质质与与天天然然蛋蛋白白活性相同，都能够抵御鳞翅目昆虫的侵害。活性相同，都能够抵御鳞翅目昆虫的侵害。人为设计、化学合成的完全修饰后的人为设计、化学合成的

18、完全修饰后的Bt毒蛋白基因。毒蛋白基因。它采用植物偏爱密码子，并删除了可能形成它采用植物偏爱密码子，并删除了可能形成 mRNA二级二级结构的序列。改造过的基因的结构的序列。改造过的基因的G+C含量高达含量高达49%（野生型（野生型基因是基因是37），核酸序列与野生型仅），核酸序列与野生型仅78.9%相同。用这种相同。用这种合成的合成的Bt毒蛋白基因转化植物后，表达量比野生型基因要毒蛋白基因转化植物后，表达量比野生型基因要高高100倍左右，并提高了杀虫活性。倍左右，并提高了杀虫活性。生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业7.1.2.2 培育抗病虫作物培育抗病虫作物1991 99

19、1 年我国科学家成功地将年我国科学家成功地将苏云金芽孢杆菌苏云金芽孢杆菌(Bt)Bt)杀虫杀虫晶体蛋白基因导入棉花晶体蛋白基因导入棉花,获得了转基因植株。获得了转基因植株。19931993年将年将BtBt晶体蛋白基因导入我国棉花品种中晶体蛋白基因导入我国棉花品种中,获得了获得了高抗棉铃虫的抗虫棉。高抗棉铃虫的抗虫棉。19981998年通过国家审定的中棉所年通过国家审定的中棉所2929就是就是1 1个适于北方棉区个适于北方棉区生产的中熟转基因生产的中熟转基因BtBt棉。到目前为止棉。到目前为止,我国已育成我国已育成1010多多个杀虫效果显著、丰产性好、纤维品质优良个杀虫效果显著、丰产性好、纤维品

20、质优良,适用于不适用于不同生态条件种植的品种或品系同生态条件种植的品种或品系,已在已在9 9 个省个省(市市)大面大面积试种、示范和应用。积试种、示范和应用。中国转基因棉花生产面积在中国转基因棉花生产面积在20072007年达年达380380万公顷万公顷,占全国占全国棉花种植面积棉花种植面积69%69%。l 豇豆胰蛋白酶抑制剂豇豆胰蛋白酶抑制剂豇豆胰蛋白酶抑制因子(cowpeatrypsininhibitor，CpT1)一个大约由80个氨基酸组成的小肽，属于Bowman-Birk类型的丝氨酸蛋白酶抑制剂。它的作用位点是酶的催化中心。这一位点的突变可能性甚小。因此可能减少害虫通过突变而产生对Cp

21、Tl的耐受性，而且CpTl抗昆虫谱广，能抗鳞翅目、鞘翅目害虫等，几乎对所有的害虫有效，而对人畜无害。因此，CpTl比苏云金杆菌更有应用价值。生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业7.1.2.2 培育抗病虫作物培育抗病虫作物l几丁质酶基因工程作物几丁质酶基因工程作物在植物抗真菌病害的基因工程研究中，几丁质酶在植物抗真菌病害的基因工程研究中，几丁质酶基因是应用比较成功的一例。几丁质是真菌细胞壁的基因是应用比较成功的一例。几丁质是真菌细胞壁的组分之一，几丁质酶组分之一，几丁质酶(chitinase)可破坏几丁质。美可破坏几丁质。美国科学家已分离出几丁质酶基因并导入烟草中。大田国科学

22、家已分离出几丁质酶基因并导入烟草中。大田试验结果表明，这种转基因烟草抗真菌感染与施用杀试验结果表明，这种转基因烟草抗真菌感染与施用杀真菌剂同样有效，而且收成更好。目前，已将几丁质真菌剂同样有效，而且收成更好。目前，已将几丁质酶基因导入番茄、马铃薯、莴苣和甜菜。这一技术将酶基因导入番茄、马铃薯、莴苣和甜菜。这一技术将对蔬菜和果实类植物抗真菌感染具有重要意义。对蔬菜和果实类植物抗真菌感染具有重要意义。生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业7.1.2.2 培育抗病虫作物培育抗病虫作物转转Bt 基因的玉米受害虫和穗腐病的危害较轻基因的玉米受害虫和穗腐病的危害较轻 生物技术与农业生物技

23、术与农业生物技术与农业生物技术与农业7.1.2.2 培育抗病虫作物培育抗病虫作物 转转Bt基因的抗虫油菜基因的抗虫油菜 生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业7.1.2.2 培育抗病虫作物培育抗病虫作物转转Bt基因的抗虫棉与马铃薯基因的抗虫棉与马铃薯 生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业7.1.2.2 培育抗病虫作物培育抗病虫作物7.1.2.3 培育培育抗重金属镉的作物抗重金属镉的作物 镉对植物的污染会影响固氮过程，降低植物体水分和养分的运输能力，最终抑制植物细胞的光合作用。用哺乳动物基因组编码的金金属属硫硫蛋蛋白白(metollothionein)基因转

24、化植物，可使受体植株获得抗重金属镉的能力。加拿大科学家将中国仓鼠金属硫蛋白基因插入CaMV衍生的载体中，然后用这种重组子感染野生油菜叶片，受感染的叶片能高水平产生金属硫蛋白，并能产生对镉的抗性。生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业7.1.2 生物技术培育抗逆性作物品种生物技术培育抗逆性作物品种7.1.2.4 培育抗病毒作物培育抗病毒作物植物病毒是造成农作物减产的主要原因之一。利用基因工程技术将抗病毒基因转移到植物中，是一种比较理想的抗病毒方法。抗病毒基因工程通常采用的策略是：病毒外壳蛋白基因或其功能蛋白基因、病毒亚基因组序列、卫星DNA、缺失干扰型序列的遗传转化；反义RNA

25、技术等。生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业7.1.2 生物技术培育抗逆性作物品种生物技术培育抗逆性作物品种 烟草花叶病毒烟草花叶病毒TMV外壳蛋白基因引入到烟草细胞中，外壳蛋白基因引入到烟草细胞中，转化植株的细胞中可以产生这种外壳蛋白，并对转化植株的细胞中可以产生这种外壳蛋白，并对TMV感染表现出一定的抗性。感染表现出一定的抗性。将将TMV编码的一种蛋白质编码的一种蛋白质(分子质量分子质量54kDa)的的DNA序列导入植株时，可对高浓度的序列导入植株时，可对高浓度的TMV产生抗性。为了产生抗性。为了赋予植株以病毒抗性，此特殊的赋予植株以病毒抗性，此特殊的DNA序列要比迄今

26、利序列要比迄今利用的外壳蛋白基因更有效。用的外壳蛋白基因更有效。生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业7.1.2.4 培育抗病毒作物培育抗病毒作物美国科学家利用美国科学家利用Ti质粒作为载体，成功地将苜蓿花叶质粒作为载体，成功地将苜蓿花叶病毒病毒AMV 外壳蛋白基因转移到烟草细胞内。外壳蛋白外壳蛋白基因转移到烟草细胞内。外壳蛋白基因在基因在CaMV35s启动子的控制下，在转化植株中所产启动子的控制下，在转化植株中所产生的外壳蛋白具有抗病毒的效果。生的外壳蛋白具有抗病毒的效果。含有黄瓜花叶病毒含有黄瓜花叶病毒CMV的卫星的卫星RNA拷贝的转化植物拷贝的转化植物在受到在受到CMV

27、感染时产生大量的卫星感染时产生大量的卫星RNA。植物细胞内。植物细胞内过量的卫星过量的卫星RNA可以抑制病毒可以抑制病毒RNA的复制，还可能显的复制，还可能显著减轻病状的发展。著减轻病状的发展。生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业7.1.2.4 培育抗病毒作物培育抗病毒作物 转转病病毒毒核核蛋蛋白白基基因因的的番番茄茄和和未未转转基基因因的的番番茄茄不不但但对对CMV的的抗抗性性明明显显不不同，而且植株的生长和果实的品质的差异显著。同，而且植株的生长和果实的品质的差异显著。生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业7.1.2.4 培育抗病毒作物培育抗病毒作物

28、经花叶病毒感染后的南瓜的重量和品质在转基因和未转基因植株之间的经花叶病毒感染后的南瓜的重量和品质在转基因和未转基因植株之间的差异差异。生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业7.1.2.4 培育抗病毒作物培育抗病毒作物 番木瓜是一种富含维生素番木瓜是一种富含维生素C和和A的美味热带水果，然而由于的美味热带水果，然而由于PRSV病毒病毒的侵染和传播，的侵染和传播，番木瓜树果园遭受了毁灭性的打击。番木瓜树果园遭受了毁灭性的打击。生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业7.1.2.4 培育抗病毒作物培育抗病毒作物 运用基因枪介导的转化方法，科学家将运用基因枪介导的转化

29、方法，科学家将PRSV病毒的外壳蛋白转入病毒的外壳蛋白转入到番木瓜树中。转基因的番木瓜树显示出对到番木瓜树中。转基因的番木瓜树显示出对PRSV病毒很强的抗性。病毒很强的抗性。生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业7.1.2.4 培育抗病毒作物培育抗病毒作物7.1.2.5 培育适应极端气候条件的新品种培育适应极端气候条件的新品种将大豆中分离出来的热休克蛋白基因转入烟草中，将大豆中分离出来的热休克蛋白基因转入烟草中，当把这种烟草放在当把这种烟草放在 42条件下时，大豆的热休克蛋条件下时，大豆的热休克蛋白基因就在烟草中表达，并起保护的作用。白基因就在烟草中表达，并起保护的作用。将鱼

30、的抗寒基因导入番茄，获得首例抗寒转基因将鱼的抗寒基因导入番茄，获得首例抗寒转基因番茄，株高番茄，株高2m以上，秋季延长采收期以上，秋季延长采收期1个月。个月。生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业7.1.2 生物技术培育抗逆性作物品种生物技术培育抗逆性作物品种科学家发现科学家发现极地的鱼体极地的鱼体内内有一些有一些特殊蛋白特殊蛋白可以抑制可以抑制冰晶的增长冰晶的增长,从而免受低从而免受低温的冻害温的冻害,正常地生活在正常地生活在寒冷的极地中。将这种抗寒冷的极地中。将这种抗冻蛋白基因从鱼体内分离冻蛋白基因从鱼体内分离出来出来,导入植物体获得转导入植物体获得转基因植物基因植物,目

31、前这种基因目前这种基因已被转入番茄和黄瓜中。已被转入番茄和黄瓜中。极地乌贼日本北海道农业研究所研究员佐藤裕郎从小麦中日本北海道农业研究所研究员佐藤裕郎从小麦中提取出合成抗寒相关提取出合成抗寒相关果聚糖酶果聚糖酶的基因，然后植入的基因，然后植入水稻的染色体，获得了抗寒水稻新品种。研究人水稻的染色体，获得了抗寒水稻新品种。研究人员将这种转基因水稻和现有水稻品种在员将这种转基因水稻和现有水稻品种在12低温低温环境下放置一段时间后，转基因水稻只减产环境下放置一段时间后，转基因水稻只减产30，而一般水稻要减产而一般水稻要减产70。生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业7.1.2.5 培

32、育适应极端气候条件的新品种培育适应极端气候条件的新品种7.1.3 7.1.3 转基因作物品质改良转基因作物品质改良 目前对水稻谷蛋白、菜豆贮存蛋白、小麦贮存蛋白、目前对水稻谷蛋白、菜豆贮存蛋白、小麦贮存蛋白、巴西豆种子蛋白和玉米醇溶蛋白基因的研究较为深入。巴西豆种子蛋白和玉米醇溶蛋白基因的研究较为深入。利用这些基因进行转化会使受体植株的蛋白质含量得利用这些基因进行转化会使受体植株的蛋白质含量得到提高。特别是巴西豆种子蛋白富含必需氨基酸到提高。特别是巴西豆种子蛋白富含必需氨基酸甲硫氨酸，而大多数麦类种子蛋白则缺乏此种氨基酸。甲硫氨酸，而大多数麦类种子蛋白则缺乏此种氨基酸。美国科学家已成功地将玉米

33、醇溶蛋白基因导入向日葵美国科学家已成功地将玉米醇溶蛋白基因导入向日葵的细胞内，在转化植株内得到部分表达。的细胞内，在转化植株内得到部分表达。生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业7.1 生物技术与种植业生物技术与种植业北京农林科学院工作人员经北京农林科学院工作人员经4 4 a a努力努力,将来将来自美国的优质面包小麦品种自美国的优质面包小麦品种CHEYENNECHEYENNE的谷的谷蛋白亚基导入到北京地区推广种植的抗病、蛋白亚基导入到北京地区推广种植的抗病、高产品种高产品种,获得蛋白质含量较高的小麦类型获得蛋白质含量较高的小麦类型,具有较好的前景。具有较好的前景。反义寡核苷酸

34、是一类经人工合成或构建的反义表达载体表达的寡核苷酸片段，长度多为15-30个核苷酸，通过碱基互补原理，干扰基因的解旋、复制、转录、mRNA的剪接加工乃至输出和翻译等各个环节，从而调节细胞的生长、分化等。耐贮藏番茄：反义技术抑制乙烯合成酶、多聚半乳糖醛酸酶的活性，降低番茄在成熟过程中乙烯的形成量，因而延迟了果实的变软，大大提高番茄保藏期。生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业7.1.3 转基因作物品质改良转基因作物品质改良瑞士科学家培育出的一种富含瑞士科学家培育出的一种富含-胡萝卜素的水稻新胡萝卜素的水稻新品种品种“黄金水稻黄金水稻”，可望结束发展中国家人民维，可望结束发展中国

35、家人民维生素生素A摄入量不足的状况摄入量不足的状况。生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业7.1.3 转基因作物品质改良转基因作物品质改良 超级南瓜超级南瓜7.1.4.1植物次级代谢产物的生产植物次级代谢产物的生产 早在1939年,人们已能从特定植物体中分离一些细胞，这些离体细胞能在人造环境中生存并合成人类有用的次生代谢产物，如生物碱、黄酮类化合物等。近年来，利用植物细胞培养技术以及各种植物细胞固定化技术，就可以像固定化微生物那样，在预先设计的生物反应器中高效地、源源不断地生产出具有商业价值的次生代谢产物。7.1.4 植物细胞工程的应用植物细胞工程的应用 生物技术与农业生物技

36、术与农业生物技术与农业生物技术与农业7.1 生物技术与种植业生物技术与种植业 植物次级代谢产品的市场潜能植物次级代谢产品的市场潜能 产产品成分品成分用途用途销销售售额额/亿亿美元美元长春花碱治疗白血病1820(美国)阿吗灵循环系统障碍药525(全世界)奎宁治疗疟疾510(美国)致热素杀虫剂20(全世界)毛地黄心脏病药2055(美国)生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业7.1.4.1植物次级代谢产物的生产植物次级代谢产物的生产快速无性繁殖快速无性繁殖 7.1.4.2 植物细胞培养及遗传操作植物细胞培养及遗传操作 生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业7.1.

37、4 植物细胞工程的应用植物细胞工程的应用花药、花粉、胚的培养（一）花药、花粉、胚的培养（一）单倍体育种技术易于产生纯系品种，便于优良性状的表达，利于筛选从而大大缩短育种时间。花药和花粉组织培养技术是一条非常有效的获取单倍体的途径，该技术在大麦、黑麦、燕麦、水稻、番茄等作物的改良上起到了重要的作用。l我国利用辣椒游离小孢子细胞团培养方法，创造了新型的辣椒聚合杂交育种技术，初步解决了辣椒育种中早熟与大果、早熟与早衰、抗病与优质的矛盾，该技术属国际性难题的突破，已引起国际种苗公司的关注。生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业7.1.4.2 植物细胞培养及遗传操作植物细胞培养及遗传操

38、作l花药、花粉、胚的培养（二）花药、花粉、胚的培养（二）l科学家还通过花药培养创造新的种质资源用于育种工作。如我国育成的单209水稻具有抗稻瘟病和抗白叶枯病的特性，同时在单209水稻群体中还发现了矮秆突变矮秆突变型，这些都是优良的亲本类型。l植物胚培养在克服杂种胚败育、解决种子长时间休眠、提高后代抗性改良品质、测定种子生活力以及进行胚胎发育相关基因研究等方面都具有重要的意义。l同时，花药、花粉、胚、原生质体的培养也是进行转基因等遗传操作的重要基础。生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业7.1.4.2 植物细胞培养及遗传操作植物细胞培养及遗传操作原生质体的融合（一）原生质体的融

39、合（一）l细胞融合能够在细胞水平实现遗传物质的转移和重组，打破种属的界限。这方面典型的技术是原生质体融合技术创造体细胞杂种以实现作物改良。生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业7.1.4.2 植物细胞培养及遗传操作植物细胞培养及遗传操作原生质体的融合（二）原生质体的融合（二）我国科学家通过原生质体融合技术将野生茄子（Solanum torvum）中的抗黄萎病基因转到普通茄子中，获得抗黄萎病和抗青枯病的育种材料；用PEG融合法将甘薯原生质体与其近缘野生种的叶柄（或叶片）原生质体进行融合，从种间体细胞杂种植株中筛选出具有良好结薯性的种间体细胞杂种。生物技术与农业生物技术与农业生物

40、技术与农业生物技术与农业7.1.4.2 植物细胞培养及遗传操作植物细胞培养及遗传操作细胞遗传操作细胞遗传操作 l外源基因向植物转移并能获得性状表达，其中常用和关键的技术是植物细胞培养和组织培养植物再生体系的建立。这样一方面突破传统杂交中种属的界限；同时使基因转移工作在组织或细胞水平上进行而易于操作，并且能快速繁殖以利于性状表达和筛选。生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业7.1.4.2 植物细胞培养及遗传操作植物细胞培养及遗传操作种质种质保存（一）保存（一）l种质资源是进行研究和生产的基本材料，因此种质资源的保存是一项非常重要的工作。常规的种质资源保存具有多方面的局限性，而细

41、胞培养保存则具有非常大的优势，能极大地节约空间，而且不受环境条件的限制。一般是根据细胞的特点，人工创造条件使其生长代谢活动尽量降低，处于休眠状态，以抑制增殖和减少变异。生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业7.1.4.2 植物细胞培养及遗传操作植物细胞培养及遗传操作种质保存（二）种质保存（二）作为世界上最大的细胞库，ATCC早在1992年就已经有了3200多个细胞系入库，而且数量还在不断地增加。此外还有CSH(美)、NCTC(英)、NRRL(英)、KCC(日)等著名的保藏机构，我国也有一些较为大型的保藏机构，足见世界各国对细胞保藏的重视。生物技术与农业生物技术与农业生物技术与

42、农业生物技术与农业7.1.4.2 植物细胞培养及遗传操作植物细胞培养及遗传操作生生物固氮物固氮氮素的来源有工业固定、生物固定和自然放电等。化学氮氮素的来源有工业固定、生物固定和自然放电等。化学氮肥对作物产量提高有显著的作用肥对作物产量提高有显著的作用,但也有其不容忽视的弊但也有其不容忽视的弊病病,那就是能源的消耗、环境的污染和生产成本的提高。那就是能源的消耗、环境的污染和生产成本的提高。而生物固氮则能在常温、常压下合成氮肥而生物固氮则能在常温、常压下合成氮肥,从而大幅度地从而大幅度地节约能源并且不会对环境造成严重的污染。节约能源并且不会对环境造成严重的污染。中国科学院遗传与发育研究所把带有固氮

43、基因的质粒中国科学院遗传与发育研究所把带有固氮基因的质粒PRD1PRD1从大肠杆菌从大肠杆菌K12 jc5564K12 jc5564转移到无固氮能力的水稻根系菌转移到无固氮能力的水稻根系菌45024502Y Y中中,表现出较强的固氮能力表现出较强的固氮能力,经测定接种有该菌的经测定接种有该菌的水稻发育明显优于对照植株。水稻发育明显优于对照植株。生物农药是“可用来防治病、虫、草等有害生物的生物体本身或源于生物，并可作为农药的各种生理活性物质”。7.1.5 生物农药及生物控制生物农药及生物控制 生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业7.1 生物技术与种植业生物技术与种植业l生物农

44、药可分为生物体农药和生物化学农药。生物体农药是指用来防除治病、虫、草等有害生物的商品活体生物，生物化学农药则是指从生物体中分离出的具有一定化学结构，对有害生物有控制作用的生物活性物质。l生物农药本身具有的对人畜毒性小，只杀害虫，与环境相容性好以及病虫害相对不易产生抗性等优点，因此生物农药正日益成为农药产业发展的新趋势。生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业7.1.5 生物农药及生物控制生物农药及生物控制生物农药分类图张兴，马志卿，李广泽，等.生物农药评述棉铃虫棉铃虫斜纹夜蛾斜纹夜蛾甜菜夜蛾甜菜夜蛾微生物农药微生物农药全球植保产品市值300亿美元微生物农药5亿美元主导产品：阿维

45、、Bt、Spinosad我国生物农药主要品种我国生物农药主要品种登记注册近140种，产业化14种。杀虫：6种（阿维、甲基阿维、Bt、苦参碱、烟碱、棉铃虫NPV）杀菌：6种（井冈、农用链霉素、农抗120、多氧霉素 中生菌素、宁南霉素）生长调节剂：2种（赤霉素、芸苔素内酯）超亿元4种：井冈霉素、阿维、Bt、赤霉素。新型生物农药品种新型生物农药品种寡糖丙烷脒激活蛋白多粘类芽孢杆菌地衣类芽孢杆菌海洋地衣芽孢杆菌嗜线虫致病杆菌绿色木霉抑霉菌素放线菌新菌株植物活性物质7.1.5.1 苏云金芽孢杆菌苏云金芽孢杆菌（Bacillus thuringiensis Berliner，Bt）Bt是当前国内外研究最多

46、，应用最广泛的杀虫细菌。目前正朝着大吨位、多品种的方向发展。在苏云金杆菌几十年的开发利用过程中，人们在生物技术育种、发酵工艺改进、新剂型研制、新产品开发等方面取得了不同程度的进展。生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业7.1.5 生物农药及生物控制生物农药及生物控制7.1.5.2 白僵菌白僵菌（Beauveria bassiana）白僵菌是用于防治多种鳞翅目害虫的真菌制剂，目前已进入工业化生产和较大规模应用的虫生真菌有球孢白僵菌、卵孢白僵菌、金龟子绿僵菌等。生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业7.1.5 生物农药及生物控制生物农药及生物控制棉铃虫被白僵菌寄

47、生棉铃虫被白僵菌寄生7.1.5.3 昆虫病毒昆虫病毒 昆虫病毒杀虫剂也是生物防治的重要手段之一，这类杀虫剂具有特异性强、毒力高、稳定性能好、安全无害等优点。进入20世纪80年代以后，这类杀虫剂的研究主要集中在昆虫病毒复合剂的研制、病毒的活体增殖、病毒的提取、基因工程病毒杀虫剂的研究及昆虫病毒培养等领域，并都取得了显著的成就。生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业7.1.5 生物农药及生物控制生物农药及生物控制7.2 生物技术与养殖业生物技术与养殖业l农业动物为人类提供肉、蛋、奶，以及毛皮、绢丝农业动物为人类提供肉、蛋、奶，以及毛皮、绢丝等产品，满足人类对动物蛋白的营养需要或其

48、他生活等产品，满足人类对动物蛋白的营养需要或其他生活需要。需要。l养殖业包括畜牧、水产和其他有关副业，涉及的动养殖业包括畜牧、水产和其他有关副业，涉及的动物门类有贝类、昆虫、鱼类、两栖类、爬行类和哺乳物门类有贝类、昆虫、鱼类、两栖类、爬行类和哺乳类。类。l现代生物技术的迅速发展将为养殖业的革命提供有现代生物技术的迅速发展将为养殖业的革命提供有效的技术手段。效的技术手段。生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业7 生物技术与农业生物技术与农业7.2.1.1 动物转基因技术动物转基因技术将外源基因导入动物的基因组并获得表达，由此将外源基因导入动物的基因组并获得表达，由此产生的动物称

49、为转基因动物（产生的动物称为转基因动物（transgenic animal）。）。转基因技术利用基因重组，打破动物的种间隔离，转基因技术利用基因重组，打破动物的种间隔离，实现动物种间遗传物质的交换，为动物性状的改实现动物种间遗传物质的交换，为动物性状的改良或新性状的获得提供了新方法。良或新性状的获得提供了新方法。生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业7.2 生物技术与养殖业生物技术与养殖业7.2.1 动物分子育种技术动物分子育种技术 动物转基因技术的基本原理动物转基因技术的基本原理动物转基因需要目的基因、合适的载体和动物转基因需要目的基因、合适的载体和受体细胞。受体细胞。动物

50、转基因的步骤：外源基因的获得与鉴动物转基因的步骤：外源基因的获得与鉴定；外源基因导入受精卵；转基因受精卵定；外源基因导入受精卵；转基因受精卵胚胎发育；检测新基因的遗传性表达能力。胚胎发育；检测新基因的遗传性表达能力。生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业7.2.1.1 动物转基因技术动物转基因技术 导入外源基因的方法导入外源基因的方法 显微注射法显微注射法 原核期胚胎的显微注射原核期胚胎的显微注射病毒载体法病毒载体法 反转录病毒载体感染反转录病毒载体感染脂质体介导法脂质体介导法 脂质体人工膜包裹脂质体人工膜包裹DNA DNA 精子介导法精子介导法 成熟精子携带外源成熟精子携带