1、2018/7/22,1,农业生物技术 Agriculture Biotechnology,于元杰, 8242903（O）,2018/7/22,2,成绩组成：,平时成绩：30% 其中平时测验：20%课堂笔记：10% 期末考试：70% 考试形式：闭卷,2018/7/22,3,1、农业生物技术，温孚江，中国科技社，20022、人工种子，陈正华，高教社，19903、生物工程与生命，高教司，高教社，20004、生物技术导论，雷特迪吉，科学社，20025、生物技术概论，宋思扬，科学社，19996、生物技术与抗除草剂作物，苏少泉，化工社，2002,主要参考书1,2018/7/22,4,7、现代环境生物技术，
2、王建龙，清华社，20018、现代生物技术导论，瞿礼嘉，高教社，19989、植物细胞工程与育种，胡含，北工大社，199010、植物原生质体培养，孙勇如，科学社 ，199111、植物组织培养手册，颜昌敬，上海科技社，199012、中国生物技术产业发展报告，中国生物工程学会，化学工业社，2003,主要参考书2,2018/7/22,5,1、中国生物工程杂志2、农业生物技术学报3、生物工程学报4、生物技术5、生物技术通报6、生物技术通讯,主要参考杂志,2018/7/22,6,1、CCTV-4探索发现2、CCTV-7科学世界3、CCTV-7星火科技4、CCTV-7科技苑5、CCTV-10科普系列6、CCT
3、V-10走进科学,其他参考来源,2018/7/22,7,课程目的,生物技术21世纪的支柱产业 推动世界农业跨越式发展。 多视角展示，系统、科学、通俗地讲述：成就、发展状况、应用前景、存在问题以及解决的思路和途径等。 授课目的：能够对现代生物技术在世界农业领域中的应用和发展，具有一个全面系统地了解和把握，从而拓展学生的知识面，提高学生认识农业科技的素质和能力。,2018/7/22,8,第一章 绪论 第二章 现代农业细胞工程 第三章 现代农业基因工程 第四章 现代农业微生物工程 第五章 分子标记技术在植物改良上的应用 第六章 农业生物反应器 第七章 生物技术专利 第八章 农业生物技术产业化 第九章
4、 生物技术安全性评价,课程体系,2018/7/22,9,第一章 绪论,第一节 生物技术的含义 第二节 生物技术的内容 第三节 农业生物技术的发展 第四节 农业生物技术的应用,广义：生物技术是指利用有机体的操作技术。 现代：指以现代生命科学为基础，结合先进的工程技术手段，按照预先的设计蓝图改造生物体或加工生物原料，为人类生产出所需产品或达到某种目的。,生物技术（ biotechnology ）又称生物工程（ bioengineering ）。,第一节 生物技术的含义,2018/7/22,11,对含义的认识,工程技术手段是指基因工程、细胞工程、蛋白质（酶）工程和发酵工程等新技术。 改造生物体是指获
5、得优良品质的动物、植物或微生物品系； 生物原料则指生物体的某一部分或生物生长过程所能利用的物质。 生产所需产品包括粮食、医药、食品、化工原料、能源、金属等各种产品； 达到某种目的则包括疾病的预防、诊断与治疗、环境污染的检测和治理等。,1、生物技术的研究对象 一切生命有机体,陆地生物 海洋生物 空间生物,含义,微生物 动物 植物,2、生物技术的门类,现 代 生 物 工 程,含义,农业生物技术 医药生物技术 家畜生物技术 海洋生物技术 环境生物技术 生物技术疫苗 生物技术诊断,3、生物技术的学科属性 多学科互相渗透的综合性学科。,含义,2018/7/22,15,4、农业生物技术的含义,农业生物技术
6、：应用于农业领域的生物技术。种植业植物类、真菌类微生物 养殖业陆地动物、海洋生物 生产资料农药、肥料、饲料等,一、生物技术的体系,根据操作对象及操作技术，分为四大工程： 1、基因工程（gene engineering） 2、细胞工程（cell engineering） 3、蛋白质(酶)工程（protein or enzyme engineering） 4、发酵工程（fermentation engineering）,第二节 生物技术的内容,2018/7/22,17,二、四大工程之间的关系,微生物 工程菌 发酵工程 基因工程 蛋白质/酶 蛋白质/酶工程 产品 动植物个体/细胞 细胞工程 优良动植
7、物品系,三、生物技术的特点,1、高技术类型：1）生物技术高技术之首2）航天技术 3）信息技术 4）激光技术 5）自动化技术 6）新能源技术7）新材料技术,2018/7/22,19,2、高技术的基本特征,1）高效益高额利润 2）高智力创造性和突破性 3）高投入大量的资金投入 4）高竞争时效性竞争激烈 5）高风险竞争导致高风险 6）高势能国家发展意义重大,3、生物技术的特点,1、高效和经济 工程生物提高产量和品质；高效生产特殊商品（药物）。 2、清洁低耗和可持续发展 资源低耗；治理污染；改善环境；拓展生存空间 3、可遗传、易扩散与自主扩展 工程生物的双重性：造福和灾难 4、直接影响人类伦理和人性尊
8、严 人工操纵生物遗传物质，克隆人问题,第三节 农业生物技术的发展,1917年，匈牙利 karl， “生物技术”： 甜菜喂猪。利用生物将原材料转变为产品。传统生物技术（20世纪70s前）生物技术现代生物技术（20世纪70s后）,1、起源 中国：石器时代，谷物造酒周代，豆腐、酱和醋明代，种植痘苗预防天花世界：公元前6000年，啤酒发酵公元前4000年，制作面包公元前200年，古埃及，枣椰树交叉授粉，改良品质。沿用至今。,一、传统生物技术的发展,第三节,1857年，法国Pasteur，霉菌纯种培养技术 1878年，啤酒酵母单一培养技术 1881年，细菌的纯粹培养技术 利用酵母大规模发酵生产。 191
9、7年，Karl，“生物技术” 1929年，抗生素-盘尼西林 1946年，细菌生产-氨基酸 20世纪60年代，发酵技术和酶技术广泛应用。,2、发展,传统生物技术主要通过微生物的初级发酵来生产商品，仅局限在微生物技术的领域。主要产品： 1）医药业：抗生素、维生素、氨基酸等 2）轻工食品业：酶制剂、酵母、氨基酸、饮料等 3）化工业：酒精、丙酮、丁醇、沼气等 4）农林业：抗生素农药 5）环保业：生物治理污染,3、特点,1、现代生物技术的建立 1944，Avery，DNA遗传信息 1953年， Watson和Crick，提出 DNA双螺旋结构.1961年，Nirenberg，破解遗传密码，DNA蛋白质。
10、 1972年，Herber和Stanley， DNA体外重组技术.成为现代生物技术建立的标志。,二、现代生物技术的发展,第三节,2018/7/22,26,2、现代生物技术进展历程,1972，DNA体外重组技术，建立标志。 1975，单克隆抗体技术 1976，DNA测序技术 1980，生物专利 1982，重组疫苗获得批准 1988，PCR技术 1990，人类基因组计划启动 1997，克隆羊多莉 1998，艾滋病疫苗人体试验 2001，人类基因组“精确图”公布 2003，人类基因组序列图绘制成功，后基因组时代,2018/7/22,27,3、现代生物技术的发展趋势,基因操作技术日新月异； 基因工程药
11、物和疫苗突飞猛进； 转基因植物和动物取得重大突破； 阐明生物体基因组及蛋白质的结构与功能； 基因治疗取得重大进展； 蛋白质工程的发展； 生物信息学。,2018/7/22,28,三、国外生物技术的发展特点,（一）世界领先的美国 （二）迎头赶上来的日本 （三）西欧的新发展,第三节,2018/7/22,29,（一）世界领先的美国,20世纪70年代，率先发展国际领先地位， “生物技术”产业。1976年，旧金山，Genentech公司，世界第一家生物技术公司。10年内，注册资本超过50亿美元。特点：大学+企业，分散、自由发展状态。,2018/7/22,30,20世纪80年代，全方位发展,1、制药与诊断方
12、面 企业占50%。 2、农业方面 基因移植，胚胎工程。 3、工业方面 酶催化、基因重组化学工业；细胞蛋白食品和饲料工业；微生物采矿能源工业；生物传感器电子工业。 4、环保方面 微生物治污、生物降解、吸收核废物等技术；细菌灭蚊剂、氧化酶除酚等。,2018/7/22,31,20世纪90年代至今，保持领先地位,美国生物技术的发展特点：一、从自由分散研究转向相对集中二、以民间投资转向国家投入三、由侧重基础研究转向基础与应用并进,2018/7/22,32,人类基因组计划,Human Genome Project，HGP1、 HGP的提出2、 HGP的目标3、 HGP的实施4、 HGP精神,2018/7/
13、22,33,1、HGP的提出,两大背景：1945的原子弹核辐射基因突变研究的需要。 1975的肿瘤计划失败的推动。1985，能源部提出HGP草案。 1986-1988，专题报告提交国会。 1988，美国国家卫生院提出资助。 1988.11，国会批准能源部和国家卫生院负责HGP。,2018/7/22,34,2、HGP的目标,1990.10.1，HGP正式启动。原计划1990-2005，15年，投资30亿美元。 目标：人类24条染色体全部核苷酸序列，并对其他生物进行类似研究。,2018/7/22,35,3、HGP的实施,HGP分为两步骤，四阶段。两步骤：制图和测序四阶段：1）构建遗传图；2）构建物
14、理图；3）建立重叠克隆系；4）完成核苷酸序列测定。 实施特点：全球化（6个国家，1100科学家）美国（主持）54%，英国（1989）33%，法国（1990）2.8%，日本（1990）7%，中国（1993）1%，德国（1995）2.2%。 中国：1993开始，1999注册启动。北京华大研究中心、国家南方基因研究中心和国家北方基因研究中心。主要负责3号染色体3000万个碱基对序列测定。,2018/7/22,36,1992-2000，遗传图谱完成 1995-2001，物理图谱完成 2000.6.26，HGP工作草图（work draft） 2001.1.12，HGP精确图（精确度99.99%） 20
15、03.4.14，HGP完成图（99%序列，精确度99.99%） HGP在生物信息科学、数据处理、知识产权及社会伦理学研究等方面取得较大进展。,2018/7/22,37,4、HGP精神,1）团结协作精神 2）高度负责精神,2018/7/22,38,（二）迎头赶上的日本,发展特点：起步迟、基础差；起点高、发展快。1968年，第二经济大国,2018/7/22,39,生物技术发展四项措施：,1、增加经费和扩大投资高技术发展为首选，重视生物技术。 2、实施培育发展政策人才：派出去，拉进来；财税保护；技术引进，专利购买；国际合作 3、统一计划和分头实施政府统一部署，各省厅分头实施 ：通产省基础研究；农林省
16、基础应用并重；厚生省癌症；文部省基因重组；科技厅推广开发。 4、制定庞大的中长期战略人类新领域研究计划，1520年，71亿美元,2018/7/22,40,20世纪末新计划：,1）糖工程计划2）“人体基因组”数据库,2018/7/22,41,（三）西欧的新发展,1990，欧共体，第三个科技发展总体规划，57亿欧元。生物技术是重点之一。1、分子水平：蛋白质、基因结构和功能2、细胞水平：新陈代谢及细胞机理3、人类生态学和生物学：环境、基因资源1990年，“尤里卡计划”，生物技术9项，经费5亿欧元。,2018/7/22,42,四、中国生物技术的发展现状,起步较迟，目标明确， 措施得力，成果显著。1、
17、“863计划”高技术研究发展计划纲要2、“973”计划国家重点基础研究发展规划 3、“火炬计划”商品化、产业化、国际化4、“星火计划”推科技，促城乡5、“科技攻关（支撑）计划”专项攻关,2018/7/22,43,（一）应用研究成果,1、医药生物技术诊断试剂：肝、肾、心血管生物药物：乙肝疫苗、人干扰素、白细胞介素2、人红细胞生成素、碱性成纤维细胞生长因子、链激酶等 2、植物生物技术转基因植物，植物快繁脱毒和分子标记等。中国：转基因植物种植面积最大的国家，并成为继美国之后第二个拥有转基因抗虫棉花的国家。 3、动物生物技术家畜胚胎工程进入国际先进行列。,2018/7/22,44,（二）基础研究成果,
18、新基因克隆400个新基因，阐明10个功能，Xa21 基因表达调控总体接近国际先进，个别处于领先。原核细胞增强子理论；构建15种新型基因载体。 基因测序水稻基因组测序，阐明中国痘苗病毒基因组一级结构。 人类基因组研究染色体显微切割和显微基因克隆技术。,2018/7/22,45,（三）中国面临的挑战,过多的仿制： 人干扰素a1b首创，基因工程药物均仿制国外。 低水平的重复：18家公司研制白细胞介素2。 人才的短缺：专业人才及管理人才紧缺。,2018/7/22,46,一、生物技术的商业化 二、生物技术对人类的贡献 三、生物技术对人类的影响 四、生物技术的规范化管理,第四节 农业生物技术的应用,201
19、8/7/22,47,一、生物技术的商业化,（一）生物技术商业化的前景 （二）生物技术商业化的特点,2018/7/22,48,（一）生物技术商业化的前景,Genentech公司：1976年成立1980年股票上市 1982年生产销售世界上第一种基因工程蛋白药物重组人胰岛素。 目前，世界生物技术公司：美国1300多家，欧洲800多家，日本300多家。,2018/7/22,49,（二）工程商业化的特点,1、技术高度密集 研究生产一体化模式（公司+实验室） 2、市场扩张迅速 美国：1994，40亿美元；1998，123亿。世界：20世纪80s，100亿；21世纪初，6000亿。 3、资金投入巨大 加拿大
20、，Allelix公司，注册资本1亿美元。 4、产品不断增加 实用化、商品化和产业化。世界，胚胎移植公司200多家，20万头/年；美国，兰花中心10多个，年产值1亿美元。 5、竞争愈演愈烈 1998，制药公司GW和SK合并，1900亿美元，全球第二。公司目标日趋集中，产品更加专一。,2018/7/22,50,2、现代生物技术的进展,广泛应用在农业、医药、轻工业、食品、环保、海洋和能源等方面。 世界转基因作物统计情况（1998）,2018/7/22,51,二、生物技术对人类的贡献,生物技术广泛应用在农业、医药、轻工业、食品、环保、海洋和能源等方面。 （一）改善农业生产，解决食品短缺 （二）提高生命
21、质量，延长人类寿命 （三）解决能源危机，治理环境污染 （四）制造工业原料，生产贵重金属,2018/7/22,52,（一）改善农业生产，解决食品短缺,现代农业优质高产、无污染、无病虫、高效益的绿色生态农业。1、培育植物的优良品种 2000后，世界转基因植物，3000多项。（详见第三章）,2018/7/22,53,2、研制新型生物制剂,利用微生物技术，研制生物农药、生物饲料、生物肥料以及生物植物等，服务于农业生产，提高农业产量和品质。 （详见第四章）,2018/7/22,54,3、植物种苗的快速繁殖,微繁殖技术：利用细胞工程技术对优良品种进行大量的快速无性繁殖，实现工业化生产。花卉、果树、蔬菜、药
22、用植物和农作物的快速繁殖，实现商品化生产。我国试管苗的生产线：葡萄、苹果、香蕉、柑橘、花卉等。 （详见第二章）,2018/7/22,55,4、发展畜牧业生产,利用生物技术，快速繁殖动物，培育优良品系，提高动物的生产性能和产品品质。动物胚胎工程及动物转基因工程 （详见其后内容）,2018/7/22,56,（二）提高生命质量，延长人类寿命,医药生物技术：生物技术领域中最活跃，产业发展最迅速，效益最显著。 医药生物技术应用领域：新药开发、新诊断技术、新治疗技术、预防措施。,2018/7/22,57,美国生物产品销售预测（亿美元）,2018/7/22,58,1、药品的研制和开发 效用独特、价格昂贵的新
23、药抗生素，约100种，每年约100亿美元。目前，20多种工程药上市，400多种临床，2000多试验。1993年，10种基因药，77亿美元。2003年，130亿美元。 2、疾病的预防和诊断安全高效的 重组疫苗1998，艾滋病疫苗，人体试验。2001，单克隆抗体，100亿美元。DNA探针，遗传性疾病和传染性疾病。,2018/7/22,59,3、基因治疗技术1990，ADA（腺苷脱氨酶基因），标志人类疾病基因治疗的开始。目前恶性肿瘤、遗传病、代谢性疾病、传染病等60个方案正在实施中。 4、器官移植人工培养用于器官移植的组织和器官。主要利用转基因动物。,2018/7/22,60,（三）解决能源危机，治
24、理环境污染,1、解决能源危机乙醇生物能源废弃物 沼气或氢气石油开采：一次汲取，30%，二次加压注水，20%；三次生物采油，近20%。 2、治理环境污染节约能源，避免环境污染微生物净化环境生物废物利用,2018/7/22,61,（四）制造工业原料，生产贵重金属,1、制造工业原料生物发酵和固定化酶技术，食品工业 氨基酸类：20多种 酸味剂：柠檬酸、乳酸、苹果酸、VC 甜味剂：高果糖浆、甜精、氯化砂糖 2、生产贵重金属冶金工业，细菌浸矿，提炼金属金、银、铜、铀、锰、钥、锌、钻、镍、钡、锭等,生物技术双刃剑：造福人类（如前者）毁灭人类（生物武器） 生物技术的安全性问题,三、对人类的影响,1976年6月23日，美国，重组DNA研究准则，规定物理防护和生物防护。物理防护：P1P4四级，级别越高防护越严。生物防护：Ek1Ek3三级1998年1月19日，生物技术公约，禁止政府投资进行克隆人试验。,四、生物技术的规范化管理,2018/7/22,64,思考题,对生物技术含义的认识和理解 生物技术的四大体系# 高技术的基本特征 生物技术的主要特点# 现代生物技术建立的标志及其发展 人类基因组的概况 我国与生物技术有关的科技发展计划# 我国面临的现代生物技术的挑战 生物技术商业化的特点 生物技术的应用前景,
