现代农业生物技术的应用

现代农业生物技术的应用主要内容生物技术的重要性基因工程的原理基因工程的应用实例一、生物技术的重要性现代农业：高产、高效、优质、安全、环保现代农业生物技术（基因工程）诺贝尔奖获得者、著名化学家罗伯特·科尔：“20世纪是物理学和化学的世纪，而21世纪则是生物学的世纪”生命科学将取代物理学和化学成为带头学科生物技术产业将成为支柱产业中国科技发展战略温家宝强调，推进我国科技发展，要突出抓好五个战略重点。一要把能源、水资源和环境保护技术放在优先位置。二是把掌握装备制造业和信息产业核心技术的自主知识产权，作为提高我国产业竞争力的突破口。三是把生物技术作为未来高技术产业迎头赶上的重点。四是加快发展空天和海洋技术。五是加强基础科学和前沿技术研究。保障食物安全的重要途径随着人口增长和生活水平的提高，农产品供给数量的需求将呈增长趋势。据测算，我国要保障2020年14.5亿人口的粮食安全，粮食自给率应达到95%以上，主要农产品产量必须增加35%以上。单纯依靠常规技术和扩大生产规模难以实现这一目标，唯有发展生物技术，并与常规技术结合，加快抗病虫、抗逆、高产、优质新品种的培育，才可能满足未来不断增长的农产品需求。确保我国生态安全的重要支撑我国农业生态环境虽有局部改善，但整体恶化的态势仍没有得到有效扭转我国60%的耕地缺乏灌溉条件，7亿多亩农田常年受干旱威胁；5亿亩盐碱荒地有待开发利用。近年来气候异常，重大病虫害频发、干旱、洪涝、冷害不断；农药、化肥污染严重。转基因技术多年的实践表明，转基因作物不仅在提高产量方面成效显著，而且在改善农业生态环境方面也显示出巨大的优势。增加农民收入的重要手段农民增收是“三农”问题的核心我国有700万农户种植转基因抗虫棉，平均每亩可增收节支150元，10年来累计增收超过250亿元。广大农民已经成为种植转基因作物最大的社会群体和最坚定的支持力量。基因在哪里？基因是什么？二、基因工程的原理植物由组织和细胞组成植物细胞的基本结构分离定律（lawofsegregation）紫花白花紫花X紫花白花3：１XＰ：Ｆ１：Ｆ２：豌豆单因子杂交实验与分离定律显微镜技术与染色技术的发展，使人们注意到，细胞分裂时，尤其是减数分裂中，染色体的行为和孟德尔提出的等位基因的分离规律相当一致，所以，确定基因在细胞核中，在染色体上。成对的染色体细胞核DNADNA上具有遗传效应的片段——基因细胞结构脱氧核糖核酸（Deoxyribonucleicacid，DNA）是一种长链聚合物，可组成遗传指令，以引导生物发育与生命机能运作。糖类（五碳糖）与磷酸分子借由酯键相连，组成其长链骨架，排列在外侧，四种碱基（A、G、T、C）排列在内侧。生物大分子•Proteins•Lipids•Carbohydrates•Nucleicacid(核酸)DNA:贮存RNA：传递从DNA到染色体1953年，J.Watson和F.Crike创立DNA双螺旋模型，证实基因是具有一定遗传效应的DNA片段。半保留复制DNA的半保留复制DNA双螺旋模型说明DNA分子能够充当遗传的物质基础。按照双螺旋模型，在细胞分裂时，DNA的合成应是“半保留复制”的模式。1955年，Benzer证实了基因不是最小单位。它仍然是可分的；并非所有的DNA序列都是基因，只有其中某一特定的核苷酸区段才是基因的编码区。基因的结构Reversetranscription宰杀50万只羊才能提取5mg的生长激素。科学家把人的生长激素基因导入细菌，从而形成了能够生产生长激素的“工程菌”侏儒症胰岛素从猪、牛等动物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每2000L培养液就能产生100g胰岛素！使其价格降低了30%-50%!基因工程药品——胰岛素大肠杆菌大肠杆菌的环状DNA②切开人的生长激素基因①剪切③拼接④转入大肠杆菌可以生产生长激素的大肠杆菌⑤挑选大量培养“工程菌”的培育过程提取人的生长激素基因克隆操作体外操作与细胞内表达转基因作物的概念及原理基因是一段DNA分子，它们控制生物的性状。从某种生物中分离控制目的性状的基因，引入到另一种作物或同一种作物，接受了新基因的作物性状就会发生相应的改变，改变了的性状应该符合人类的需求。转入农杆菌中目的基因插入到植物细胞中含有目的基因的染色体DNA基因工程是在分子水平和细胞水平上进行的遗传操作。按照预先设计好的蓝图，把一种生物的基因分离出来，在体外巧妙地进行拼接组合，然后转入另一生物的体内，从而改变其某些遗传性状。含有非自身基因的生物被称为转基因生物什么是基因工程？•在20世纪50年代，美国的栽培大豆患了萎黄病，产量大幅下降，大豆生产出现危机。•20世纪70年代末，我国野生大豆引进到美国，与当地品种杂交，培育出一批抗大豆萎黄病的优良品种，挽救了美国的大豆产业，使美国从大豆进口国一跃成为最大的大豆出口国。怎样使寒冷地带的人吃上美味的西红柿呢？美洲拟蝴蝶鱼抗冻基因普通番茄转基因抗冻番茄转基因番茄野生番茄定向改良作物和家畜品种将细菌的抗虫基因转移到棉花的体内，培育出了抗虫棉品种。用于改变作物的营养成分将豆科植物的蛋白基因转移到马铃薯细胞中，培育出了富含蛋白质的马铃薯。（肉土豆）可以生产某些药物如：生长激素、干扰素等。三、基因工程的应用~~~转基因虫侵害虫侵害抗虫棉“肉”土豆基因工程药物：干扰素转基因超级大南瓜蓝玫瑰“蓝”玫瑰蓝玫瑰是将三色紫罗兰所含的一种刺激蓝色素产生的基因植入玫瑰中，使得花瓣自然生长成蓝色。保质期达2个月保质期7～10天虽然转基因动物比转基因植物诞生早，但其发展比转基因植物要慢得多！主要原因是动物转基因技术操作烦琐、困难，动物细胞培养要求高，不易再生出个体。荷兰的GenPharm公司用转基因牛生产乳铁蛋白，预计每年从牛奶生产出来营养奶粉的销售额是50亿美元。英国罗斯林研究所研制成功的转基因羊，其乳汁中含有α[1]-抗胰蛋白酶，可治疗肺气肿病。这种病在北美比较常见，病人以前只能依赖于注射人的α[1]-抗胰蛋白酶做替代疗法，价格昂贵，而现在用转基因羊来生产，每升这种羊奶可售6000美元。中国工程院院士曾溢涛教授研究小组获得5只转基因山羊。其中一只奶山羊的乳汁中，含有堪称血友病人救星的药物蛋白——有活性的人凝血因子Ⅸ。人羊嵌合体转基因超级鼠乳汁中含有人生长激素的转基因牛转基因荧光猪（左）转基因鲤鱼（上）在食品科学方面的应用扩大食品、饮料及营养素的来源1.对食品资源的改造2.对食品加工过程和食品品质的改良3.在食品处理及分析过程中的应用4.开发新食品材料5.获得功能性保健食品素材6.在农副产品深加工和综合利用方面的应用在疾病治疗方面的应用主要包括：生物制药抗生素基因治疗在诊断试剂方面的应用•临床检测与诊断检测，食品、环境及农业检测——利用单克隆抗体、DNA探针等检测疾病——利用DNA探针、PCR技术等检测食品、环境中的微生物种类和数量在农林和园艺方面的应用1.改良作物和苗木品质，现已有4500多种作物转基因获得成功2.人工种子3.转基因动物4.生物杀虫剂、除草剂等在能源和环境方面的应用废物处理、生物净化及新能源——解决能源危机（1）改变石油开采途径（2）生物量的利用A、燃烧B、微生物作用：在常温下湿物质产生：乙醇、沼气C、碳氢化合物：某些植物（特别是大戟属植物）汁液中含有碳氢化合物可作石油代用品或作提取石油化学工业的各种原材料代用品。D、光合放氢：特殊情况下：绿藻、蓝藻、细菌E、生物电池：生物燃料电池：利用酶或微生物将没有电活性燃料转化为电活性燃料。如甲醇、甲醛、——消除环境污染生化过程代替化学合成过程；生物农药代替化学农药，以虫治虫，菌治菌；阻止有害三废物质过度产生，尽量再循环利用。喷洒工程菌清除石油污染在设备方面的应用在生产金属、生物反应器等方面。——生物冶金，利用细菌把矿物中的不溶性化合物变成可溶性的化合物，再用湿法冶金从溶液中回收金属的方法。——膜生物反应器处理废水在化学方面的应用生物技术从医药领域逐渐向化工领域转移,使传统的以石油为原料的化学工业发生变化,从而向条件温和、以可再生资源为原料的生物加工过程转化。——1,3丙二醇(PDO)是一种重要的化工原料,可以合成聚酯PTT(聚对苯二甲酸丙二酯)。目前国际上主要是采用化学法生成PTT，但其副产物多，选择性差。现已开始研究采用生物发酵法生产1,3丙二醇。ptt一种极具发展前途的新型聚酯高分子材料，1998年被美国评为六大石化新产品之一。具有高弹性、良好的连续印染特性、抗紫外线、抗内应力、低吸水性、低静电以及良好的生物降解性、可循环利用等多种优良特性，因此在地毯工业、服装材料、工程热塑料等众多领域应用前景十分广阔•生物催化合成已成为化学品合成的支柱之一,可以生产有特殊功能、性能、用途或环境友好的化工新材料——采用生物法即采用丙烯腈水合酶催化合成丙烯酰胺，转化率达99.99%以上,比化学法成本低10%以上。由于丙烯酰胺纯度高,聚合生成的聚丙烯酰胺分子质量可达到2000万。丙烯酰胺是一种白色晶体化学物质，是生产聚丙烯酰胺的原料。聚丙烯酰胺主要用于水的净化处理、纸浆的加工及管道的内涂层等目前，生物技术对人们生产和生活的影响越来越大，创造的经济价值越来越大，2001年全球生物技术公司达4284家，其中上市的有622家，销售收入348美元，这些公司主要分布在欧美达85％。专家预计，到2020年后，人类将走向生物经济时代。中国一直把生物技术放在日益重要的位置，以在生物医药、作物和畜牧品种选育等方方面取得了很大成就。噢噢！