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1、生物技术与农业生物工程概论现在学习的是第1页，共88页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方法，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、化学农药和肥料等的使用曾做出有性杂交等传统育种方式、化学农药和肥料等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。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现在学习的是第2页，共88页7.1.1 7.1.
2、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。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现在学习的是第3页，共88页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养，然后中国水稻所利用巴斯马提水稻品种进
3、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雄性不育系。将愈伤组织进行辐射，从而选育出巴斯马提雄性不育系。l19841988年间凌定厚等以年间凌定厚等以IR24、IR36、IR54等等9个品种，个品种，通过种子、幼穗离体培养，筛选到不育突变体通过种子、幼穗离体培养，筛选到不育突变体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现在学习的是第4页，共88页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
4、育而造基因阻断花粉正常的发育而造成败育，形成不育系；花粉绒粘层表达成败育，形成不育系；花粉绒粘层表达bastar基因转化基因转化植株中为恢复系形成的二系配套的油菜、烟草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、油菜等植物不育系技术创造了拟南芥、玉米、油菜等植物不育系。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现在学习的是第5页，共88页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
5、产生的细胞杂种萝卜萝卜质油菜，在一般环境条件下表现为质油菜，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Menczel等（等（1982）以链霉素）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，实现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。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现在学习的是第6页，共88页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
6、物与环境间有着密不可分的关系，而逆性环境的出现，植物与环境间有着密不可分的关系，而逆性环境的出现，植物与环境间有着密不可分的关系，而逆性环境的出现，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，造成农业上大面积的减产。特别是病虫害的频繁发生，造成农业上大面积的减产。特别是病虫害的频繁发生，造成农业上大面积的减产。特别是病虫害的频繁发生，造成农业上大面积的减产。组织组织组织组织培养、原生质体融合、体细胞杂交等生物技术手段创造突培养、原生质体融合、体细胞杂交等生物技术手段创造突培养、原生质体融合、体细胞杂交等生物技术手段创造突培养、原生质体融合、体细胞杂交等生物技术手段
7、创造突变，培育抗逆新品种。不过这些方法盲目性较大，而且植变，培育抗逆新品种。不过这些方法盲目性较大，而且植变，培育抗逆新品种。不过这些方法盲目性较大，而且植变，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，株遗传变异频率较低，株遗传变异频率较低，株遗传变异频率较低，植物基因工程技术目前已成为一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性植株的手段。种广泛且有效的培育抗逆性植株的手段。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现在学习的是第7页，共88页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
8、已成为全球现代农业生产的重要组成部分,全世界除草剂的总用量、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现在学习的是第8页，共88页l 抗抗EPSP抑制剂基因抑制剂基因 草甘膦(glyphosate)是一种广谱除草剂,它具有无毒、易分解
9、，无残留和不污染环境等特点，目前已从细菌中分离出一个突变株，它含有抗草甘膦的EPSP合成酶突变基因。把抗草甘膦基因引入植物，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。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现在学习的是第9页，共88页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
10、抗bialaphos的bar基因，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现在学习的是第10页，共88页 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现在学习的是第11页，共88页转抗转抗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
11、与农业7.1.2.1 培育抗除草剂作物培育抗除草剂作物现在学习的是第12页，共88页7.1.2.2 培育抗病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现在学习的是第13页，共88页抗病虫转基因作物的益处：是一种无环
12、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现在学习的是第14页，共88页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
13、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，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现在学习的是第15页，共88页l修饰的修饰的BtBt毒蛋白转基因作物毒蛋白转基因作物 苏云金杆菌亚种Kurstaki中毒蛋白的晶体结构在大田条件下不稳定，在植物中的表达亦很不理想，因此为了提高表达水平，研究人员截短了该基因，使其仅表达毒素蛋白的N端部分。同时插入35S的启动子来控制该基因的表达，采取这两个办法后使得蛋白质的表达量略有
14、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现在学习的是第16页，共88页 为了进一步提高表达量，人们将编码位于N端29607位氨基酸残基之间的高度保守区域的基因片段进行克隆后，在细菌内表达，实验证明截短的蛋白质与天然蛋白活性相同，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Bt毒蛋白基因。它采用植物偏爱密码子，并删除了可能形成mRNA二级结构的序列。改造过的基因的G+C含量高达49%（野生型基因是37），核酸序列与野生型仅78.9%相同。用这种合成的Bt毒蛋白基因转化植物后，表达量比野生型基因要高100倍左右，并提
15、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现在学习的是第17页，共88页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CpTl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
16、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现在学习的是第18页，共88页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(chitinase)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。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
17、虫作物培育抗病虫作物现在学习的是第19页，共88页转转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现在学习的是第20页，共88页 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现在学习的是第21页，共88页转转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现在学习的是第22页
18、，共88页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属硫蛋白(metollothionein)基因转化植物，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现在学习的是第23页，共88页7.1.2.4 培育抗病毒
19、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现在学习的是第24页，共88页 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，转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，并对化植株的细胞中可以产生这种外壳蛋白，并对TMV
20、感染表感染表现出一定的抗性。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序列序列导入植株时，可对高浓度的导入植株时，可对高浓度的TMV产生抗性。为了赋予植产生抗性。为了赋予植株以病毒抗性，此特殊的株以病毒抗性，此特殊的DNA序列要比迄今利用的外壳序列要比迄今利用的外壳蛋白基因更有效。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现在学习的是第25页，共88页美国科学家利用美国科学家利用Ti质粒作为载体，成功地将苜蓿花叶病质粒作为载体，成功地将苜蓿花叶病毒毒AMV 外壳蛋白
21、基因转移到烟草细胞内。外壳蛋白基因在外壳蛋白基因转移到烟草细胞内。外壳蛋白基因在CaMV35s启动子的控制下，在转化植株中所产生的外壳蛋启动子的控制下，在转化植株中所产生的外壳蛋白具有抗病毒的效果。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拷贝的转化植物在受到拷贝的转化植物在受到CMV感染时产生大量的卫星感染时产生大量的卫星RNA。植物细胞内过量的卫。植物细胞内过量的卫星星RNA可以抑制病毒可以抑制病毒RNA的复制，还可能显著减轻病状的发的复制，还可能显著减轻病状的发展。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
22、培育抗病毒作物现在学习的是第26页，共88页 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同，而而且且植植株株的的生长和果实的品质的差异显著。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现在学习的是第27页，共88页 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。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
23、育抗病毒作物现在学习的是第28页，共88页 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病毒的侵染和传播，病毒的侵染和传播，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现在学习的是第29页，共88页 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方法，科学家将PRSV病毒的外壳蛋白转入到番木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
24、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现在学习的是第30页，共88页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，当把这将大豆中分离出来的热休克蛋白基因转入烟草中，当把这种烟草放在种烟草放在 42条件下时，大豆的热休克蛋白基因就在烟草条件下时，大豆的热休克蛋白基因就在烟草中表达，并起保护的作用。中表达，并起保护的作用。将鱼的抗寒基因导入番茄，获得首例抗寒转基因番茄，株将鱼的抗寒基因导入番茄，获得首例抗寒转基因番茄，株高高2m以上，秋季延长采收期以上，秋
25、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现在学习的是第31页，共88页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果聚糖酶的基因，然后植入水稻的染色体，获成抗寒相关果聚糖酶的基因，然后植入水稻的染色体，获成抗寒相关果聚糖酶的基因，然后植入水稻的染色体，获成抗寒相关果聚糖酶的基因，然后植入水稻的染色体，获得了抗寒水稻新品种。研究
26、人员将这种转基因水稻和现有得了抗寒水稻新品种。研究人员将这种转基因水稻和现有得了抗寒水稻新品种。研究人员将这种转基因水稻和现有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水稻品种在水稻品种在水稻品种在1212低温环境下放置一段时间后，转基因低温环境下放置一段时间后，转基因水稻只减产水稻只减产30，而一般水稻要减产，而一般水稻要减产，而一般水稻要减产，而一般水稻要减产7070。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现在学习的是第32页，共88页7.1.3 7.1.3 转基因作物品质改良转基因
27、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、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。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。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现在学习的是第33页，共88页耐贮藏番茄：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
28、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现在学习的是第34页，共88页瑞士科学家培育出的一种富含-胡萝卜素的水稻新品种“黄金水稻”，可望结束发展中国家人民维生素A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现在学习的是第35页，共88页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
29、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现在学习的是第36页，共88页 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 产产产产品成分品成分品成分品成分用途用途用途用途销销销销售售售售额额额额/亿亿亿亿美元美元美元美元长长春花碱春花碱治治疗疗白血病白血病181820(20(美国美国)阿阿吗吗灵灵循循环环系系统统障碍障碍药药5 525(25(全世界全世界)奎宁奎宁治
30、治疗疟疗疟疾疾5 510(10(美国美国)致致热热素素杀杀虫虫剂剂20(20(全世界全世界)毛地黄毛地黄心心脏脏病病药药202055(55(美国美国)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现在学习的是第37页，共88页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7.1.4 植物细胞工程的应用植物细胞工程的应用现在学习的是第38页，共88页花药、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，
31、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作现在学习的是第39页，共88页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
32、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现在学习的是第40页，共88页原生质体的融合（一）原生质体的融合（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
33、。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现在学习的是第41页，共88页原生质体的融合（二）原生质体的融合（二）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技
34、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现在学习的是第42页，共88页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现在学习的是第43页，共88页种质种质保存（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
35、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现在学习的是第44页，共88页种质保存（二）种质保存（二）种质保存（二）种质保存（二）作为世界上最大的细胞库，ATCCATCC早在早在19921992年就已经年就已经有了有了3200多个细胞系入库，而且数量还在不断地增加。多个细胞系入库，而且数量还在不断地增
36、加。此外还有此外还有CSH(CSH(美美)、NCTC(NCTC(英英)、NRRL(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。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现在学习的是第45页，共88页 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
37、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现在学习的是第46页，共88页l生物农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现在学习的是第47页，共88页7.1.5.1 苏云金芽孢杆菌苏云金芽孢杆菌
38、（Bacillus thuringiensis Berliner，Bt）Bt是当前国内外研究最多，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现在学习的是第48页，共88页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
39、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生棉铃虫被白僵菌寄生现在学习的是第49页，共88页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现在学习的是第
40、50页，共88页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、绢丝等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他生活需要。产品，满足人类对动物蛋白的营养需要或其他生活需要。l养殖业包括畜牧、水产和其他有关副业，涉及的动物门类养殖业包括畜牧、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、爬行类和哺乳类。有贝类、昆虫、鱼类、两栖类、爬行类和哺乳类。l现代生物技术的迅速发展将为养殖业的革命提供有效的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。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
41、生物技术与农业7 生物技术与农业生物技术与农业现在学习的是第51页，共88页7.2.1.1 动物转基因技术动物转基因技术l l将外源基因导入动物的基因组并获得表达，由此产生的动将外源基因导入动物的基因组并获得表达，由此产生的动将外源基因导入动物的基因组并获得表达，由此产生的动将外源基因导入动物的基因组并获得表达，由此产生的动物称为转基因动物（物称为转基因动物（物称为转基因动物（物称为转基因动物（transgenic animaltransgenic animal）。）。l l转基因技术利用基因重组，打破动物的种间隔离，实现动转基因技术利用基因重组，打破动物的种间隔离，实现动转基因技术利用基因重
42、组，打破动物的种间隔离，实现动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，为动物性状的改良或新性状的获物种间遗传物质的交换，为动物性状的改良或新性状的获物种间遗传物质的交换，为动物性状的改良或新性状的获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。得提供了新方法。得提供了新方法。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现在学习的是第52页，共88页 动物转基因技术的基本原理动物转基因技术的基本原理l l动物转基因需要动物转基因需要目
43、的基因、合适的载体和目的基因、合适的载体和受体细胞。受体细胞。l l动物转基因的步骤：动物转基因的步骤：外源基因的获得与鉴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现在学习的是第53页，共88页 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
44、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脂质体人工膜包裹脂质体人工膜包裹DNA DNA DNA DNA 精子介导法精子介导法精子介导法精子介导法 成熟精子携带外源成熟精子携带外源成熟精子携带外源成熟精子携带外源DNADNA入卵入卵入卵入卵 胚胎干细胞法胚胎干细胞法 全能性干细胞携带外源基全能性干细胞携带外源基 因导入胚胎因导入胚胎 原始生殖细胞法原始生殖细胞法原始生殖细胞法原始生殖细胞法 PGCPGCPGCPGC携带外源基因导入胚胎携带外源基因导入胚胎 生物技
45、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现在学习的是第54页，共88页 转基因技术在动物生产上的应用转基因技术在动物生产上的应用 l l促进动物生长，提高产量；促进动物生长，提高产量；l l改良品质性状，提高产品品质；改良品质性状，提高产品品质；l l增增强强动动物物抗抗病病能能力力和和抵抵抗抗不不良良环环境境能力，提高生产效益；能力，提高生产效益；l l研制动物生物反应器。研制动物生物反应器。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现在学习的是第55页，共88页 转基因鱼转基因鱼
46、2006年珠江水产研究所科研人员成功地将红色荧光蛋白基因转入唐年珠江水产研究所科研人员成功地将红色荧光蛋白基因转入唐鱼，使唐鱼的身体由原来的暗绿色变成红色，具有很好的观赏性。鱼，使唐鱼的身体由原来的暗绿色变成红色，具有很好的观赏性。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7.2.1.1 动物转基因技术动物转基因技术现在学习的是第56页，共88页 转基因家禽转基因家禽l l生产转基因鸡的方法可分为蛋产出前的操生产转基因鸡的方法可分为蛋产出前的操作和产出后的操作两种类型。作和产出后的操作两种类型。l l鸡作为生物反应器具有突出的优点：产物鸡作为生物反应器具有突出的优点：产物易收集，
47、且不易污染；鸡蛋成分简单，产易收集，且不易污染；鸡蛋成分简单，产物易分离；鸡饲养成本低，世代间隔短。物易分离；鸡饲养成本低，世代间隔短。l l用鸡蛋生产珍贵的药物外源蛋白，用鸡蛋生产珍贵的药物外源蛋白，是转基是转基因鸡生产的一个十分诱人的领域。因鸡生产的一个十分诱人的领域。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现在学习的是第57页，共88页转基因鸡操作要领转基因鸡操作要领（引自Mozdziak和Petitte，美国北卡州立大学网页）。第一步，构建载体第二步，转化受体细胞第三步，收获病毒颗粒第四步，显微注射到早期鸡胚，封壳，孵化第五步
48、，出壳小鸡PCR筛选第六步，转基因鸡育成 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现在学习的是第58页，共88页 转基因家畜转基因家畜l l哺乳动物体外受精和胚胎移植技术为转哺乳动物体外受精和胚胎移植技术为转基因家畜的成功提供了有效的技术手段。基因家畜的成功提供了有效的技术手段。l l转基因家畜除了与其他转基因农业动物转基因家畜除了与其他转基因农业动物一样瞄准抗病性和生产性能以外，还因一样瞄准抗病性和生产性能以外，还因其与人的生物学相似性，在器官移植、其与人的生物学相似性，在器官移植、药物生产和特殊疾病模型等方面显示出药物生产和特殊疾
49、病模型等方面显示出特殊的价值。特殊的价值。l l转基因猪、牛、马、羊、兔等家畜正逐转基因猪、牛、马、羊、兔等家畜正逐步走出实验室进入实用阶段步走出实验室进入实用阶段。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7.2.1.1 动物转基因技术动物转基因技术现在学习的是第59页，共88页20002000年年年年3 3月出生的转基因牛，能产生杀灭引起乳腺炎病原菌的月出生的转基因牛，能产生杀灭引起乳腺炎病原菌的月出生的转基因牛，能产生杀灭引起乳腺炎病原菌的月出生的转基因牛，能产生杀灭引起乳腺炎病原菌的溶葡球菌酶。溶葡球菌酶。溶葡球菌酶。溶葡球菌酶。生物技术与农业生物技术与农业生物技术与农业
50、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现在学习的是第60页，共88页 7.2.1.2 分子标记技术与动物育种分子标记技术与动物育种 l l目前常用的分子标记已有十多种：目前常用的分子标记已有十多种：目前常用的分子标记已有十多种：目前常用的分子标记已有十多种：l l限制性片段长度多态性限制性片段长度多态性(RFLP)(RFLP)(RFLP)(RFLP)、DNADNADNADNA指纹指纹指纹指纹 (DFR)(DFR)(DFR)(DFR)、PCRPCRPCRPCR、随机扩增多态性、随机扩增多态性、随机扩增多态性、随机扩增多态性DNADNA（RAPD)RAPD)RAPD)RAPD)