林業(yè)生物技術(shù)1任課教師：曾艷玲研究方向：林業(yè)生物技術(shù)辦公室：生科樓B628辦公室電話：85623406手機號碼-mail:zengyanling110@126.com2一、教學目的掌握生物技術(shù)的基本概念和方法。了解林業(yè)生物技術(shù)發(fā)展歷史及應用，認識生物技術(shù)對社會的影響。學會根據(jù)實際情況設(shè)計實驗方案。能夠閱讀林業(yè)生物技術(shù)的相關(guān)英文文獻。3二、教學安排及成績分配教學時間：

1～8周，32學時復習考試：

9～10周成績評定：期末考試70％，平時成績30％（到課情況10％，課后作業(yè)20％）4三、課程設(shè)置第一章（3）緒論第二章（3）細胞工程原理第三章（3）原生質(zhì)體技術(shù)第四章（3）基因工程原理第五章（3）基因重組及表達調(diào)控第六章（4）基因工程酶學基礎(chǔ)第七章（4）基因工程常用載體第八章（4）基因工程基本技術(shù)第九章（3）基因工程與生物信息學第十章（2）轉(zhuǎn)基因植物及其應用5四、相關(guān)參考書1、譚曉風編著，林業(yè)生物技術(shù)，中國林業(yè)出版社，2008.2、林順權(quán)主編，園藝植物生物技術(shù)（研究生教學用書），高等教育出版社，2005.3、吳乃虎，基因工程原理（第二版），2001，科學出版社4、樓士林等，基因工程，2006，科學出版社5、閆新甫，轉(zhuǎn)基因植物，2003，科學出版社6、張獻龍，植物生物技術(shù)（第2版），2012，科學出版社6五、網(wǎng)址http:///（NationalCenterforBiotechnologyInformation）http://（ExpertProteinAnalysisSystem）http://（生物圖片）http:///（中國生命科學論壇）http:///（生物谷）http:///bbs/（丁香園）7第一章緒論12生物技術(shù)的含義和內(nèi)容植物生物技術(shù)的發(fā)展簡史3生物技術(shù)的應用81.生物技術(shù)的概念？2.林業(yè)生物技術(shù)現(xiàn)狀和展望？3.生物技術(shù)的發(fā)展史？思考討論？9人類歷史上的三次技術(shù)革命18世紀60年代英國以瓦特的蒸汽機為主導的第一次技術(shù)革命

19世紀70年代以電力為主導的第二次技術(shù)革命自第二次世界大戰(zhàn)之后，以電子計算機、原子能利用、宇航技術(shù)、生物技術(shù)等的出現(xiàn)，標志著第三次產(chǎn)業(yè)革命的到來10高新技術(shù)生物技術(shù)航天航空技術(shù)新材料技術(shù)信息技術(shù)新能源技術(shù)海洋技術(shù)111、林業(yè)生物技術(shù)的含義和內(nèi)容什么是生物技術(shù)（Biotechnology）？121.1生物技術(shù)的分類及含義1、生物技術(shù)的含義和內(nèi)容植物生物技術(shù)動物生物技術(shù)微生物生物技術(shù)林業(yè)生物技術(shù)？生物技術(shù)以生命科學為基礎(chǔ)，利用生物體系和工程原理，生產(chǎn)生物制品和創(chuàng)造新物種的綜合性科學技術(shù)以植物離體培養(yǎng)和分子生物學為基礎(chǔ)技術(shù)，所形成的以細胞工程和基因工程為主體，酶工程和生化工程等領(lǐng)域有不同發(fā)展的技術(shù)科學13根據(jù)其應用的行業(yè)不同可以劃分為農(nóng)業(yè)生物技術(shù)林業(yè)生物技術(shù)醫(yī)藥生物技術(shù)環(huán)境生物技術(shù)工業(yè)生物技術(shù)

1、生物技術(shù)的含義和內(nèi)容生物技術(shù)14生物技術(shù)基因工程細胞工程發(fā)酵工程酶工程蛋白質(zhì)工程根據(jù)生物學研究與應用技術(shù)可以劃分為151、基因工程(geneengineering)定義：將來源于不同生物的DNA在體外經(jīng)過酶切、連接，構(gòu)成重組的DNA分子，然后轉(zhuǎn)入受體細胞，使外源基因在受體細胞中得到表達的過程。按照人們的設(shè)定目標分子水平定向改良生物種類品種性狀可穩(wěn)定遺傳的新基因和新性狀1、生物技術(shù)的含義和內(nèi)容162、細胞工程(cellengineering)定義：指在細胞水平上的遺傳操作，即通過細胞融合、核質(zhì)移植、染色體或基因移植以及組織和細胞培養(yǎng)等方法，創(chuàng)建新的種質(zhì)、改良品種、改進繁殖方法及大規(guī)模生產(chǎn)生物產(chǎn)品的技術(shù)。

廣義概念:

包括所有生物組織、器官及細胞的離體操作和培養(yǎng)技術(shù)；狹義概念:

指細胞融合和細胞培養(yǎng)技術(shù)。1、生物技術(shù)的含義和內(nèi)容17細胞工程的分類組織和器官培養(yǎng)技術(shù)細胞融合技術(shù)染色體導入技術(shù)胚胎和細胞核移植技術(shù)干細胞技術(shù)細胞遺傳工程

植物細胞工程動物細胞工程微生物細胞工程根據(jù)研究對象根據(jù)技術(shù)范圍1、生物技術(shù)的含義和內(nèi)容18定義：酶學原理與化工技術(shù)相結(jié)合而形成的應用技術(shù)領(lǐng)域，它是在一定的反應裝置里，利用酶的催化作用，將相應的原料轉(zhuǎn)化為有關(guān)物質(zhì)的技術(shù)。3、酶工程(enzymeengineering)酶工程應用1、生物技術(shù)的含義和內(nèi)容19定義：將微生物、生物化學和化學工程學的基本原理有機地結(jié)合起來，利用微生物（工程菌）的生長和代謝活動來生產(chǎn)各種有用物質(zhì)的工程技術(shù)。微生物發(fā)酵罐4、發(fā)酵工程(fermentationengineering)1、生物技術(shù)的含義和內(nèi)容205、蛋白質(zhì)工程(proteinengineering)定義：又稱第二代基因工程，是利用基因工程等技術(shù)改良天然蛋白質(zhì)的學科，它需要蛋白質(zhì)化學、蛋白質(zhì)結(jié)晶學、計算機輔助設(shè)計等學科的配合，通過對天然編碼蛋白質(zhì)的基因進行修飾，以獲取比天然蛋白質(zhì)更理想的新型蛋白質(zhì)。

1、生物技術(shù)的含義和內(nèi)容211.2生物技術(shù)的發(fā)展三階段1、生物技術(shù)的含義和內(nèi)容第一代產(chǎn)品:自然發(fā)酵，附加值低、中

中國人最早懂得了制醬、釀酒、造醋－－傳統(tǒng)的釀造和發(fā)酵工業(yè)22第二代產(chǎn)品:初步的物理、化學遺傳分析、細胞雜交、物理化學、誘變育種，附加值中、高1、生物技術(shù)的含義和內(nèi)容23第三代產(chǎn)品:基因工程、細胞工程；附加值高、很高1、生物技術(shù)的含義和內(nèi)容241、生物技術(shù)的含義和內(nèi)容1.3生物技術(shù)涉及的學科它包括分子生物學、細胞生物學、微生物學、免疫生物學、人體生理學、動物生理學、植物生理學、微生物生理學、生物化學、生物物理學、遺傳學等幾乎生物科學所有的次級學科，又結(jié)合了化學、化學工程學、數(shù)學、微電子技術(shù)、計算機科學等尖端基礎(chǔ)學科，是一門多學科互相滲透的綜合性學科生物技術(shù)樹25美國：1999年政府投資高達180億美元。美國現(xiàn)有1300多家專業(yè)生物技術(shù)公司和15.3萬多從業(yè)者，其生物技術(shù)產(chǎn)品銷售額在1998年就達到了134億美元，到2008年達到362億美元。

1996-2010年，生物技術(shù)為發(fā)展中和發(fā)達國家?guī)砹送瑯拥睦鄯e經(jīng)濟效益（均為390億）1、生物技術(shù)的含義和內(nèi)容1.4生物技術(shù)現(xiàn)狀及展望現(xiàn)狀26在農(nóng)業(yè)生物技術(shù)方面：集中在大豆、玉米和棉花上。第一階段：抗病蟲和耐除草劑；第二階段：提高作物的品質(zhì)。比如：全球第一例轉(zhuǎn)基因食品－－calgene公司的延熟番茄（1993）；抗玉米螟的轉(zhuǎn)基因玉米，抗棉鈴蟲的棉花、耐除草劑的大豆等。在美國，經(jīng)GM修飾或改造的作物或食品，1999年已達7000萬英畝，目前大約有50％大豆、33％棉花、大量的玉米、少量的馬鈴薯、油菜和南瓜均是GM。1、生物技術(shù)的含義和內(nèi)容271、生物技術(shù)的含義和內(nèi)容中國：1986年啟動“863”高技術(shù)規(guī)劃的提出，農(nóng)業(yè)生物技術(shù)列為優(yōu)先發(fā)展項目。（植物組織培養(yǎng)技術(shù)，特別是莖尖脫毒快繁技術(shù)）1995年，掌握了轉(zhuǎn)基因植物的全套技術(shù)，包括目標基因的分離、克隆、Ti質(zhì)粒介導的表達載體的構(gòu)建及目標基因表達的檢測。由于基礎(chǔ)研究較弱，加上投資強度較低（3～5億人民幣/5年）,“七五”、“八五”、“863”計劃中的相關(guān)部分的主市調(diào)只能是：跟蹤、模仿和引進?？笴MV及TMV的煙草、抗鱗翅目害蟲的棉花，50～100萬畝?？姑x水稻、抗鱗翅目害蟲楊樹、抗病毒馬鈴薯進入大田試驗。特別是組培苗技術(shù)的發(fā)展，每年出口美國、荷蘭、日本等國約千萬多株。281、生物技術(shù)的含義和內(nèi)容2001年種植面積>100萬公頃的轉(zhuǎn)基因作物：大豆（3330萬hm2，占全世界轉(zhuǎn)基因作物的63%，均為抗除草劑大豆）、玉米（980萬hm2

，占19%）、棉花（680萬hm2

，占13%）、油菜（270萬hm2

，占5%）；其它還有水稻、小麥、花生、向日葵、亞麻、甘藍、馬鈴薯等，番茄、煙草、南瓜和木瓜等50多種轉(zhuǎn)基因作物已培育成功。主要分布在美國（3570萬hm2）、阿根廷（1180萬hm2）、加拿大（320萬hm2）和中國（150萬hm2）等國。29

1.關(guān)于植物的繁殖（方式、速度等）；

2.關(guān)于動物的繁殖與性別控制（數(shù)量、性別）；

3.動物克?。嚎寺【d羊Dolly（英國羅林斯研究所），克隆印度野牛（瀕危物種）；1、生物技術(shù)的含義和內(nèi)容展望304.生物反應器研究：美國開發(fā)了可生產(chǎn)人凝血酶原III的轉(zhuǎn)基因羊；我國自行研制表達人凝血因子

Ⅸ的轉(zhuǎn)基因山羊（治療血友?。?；英國PPL制藥公司也培育出可制造人胰蛋白酶抑制劑基因的克隆羊，在羊奶中能產(chǎn)生胰蛋白酶抑制劑，可用于治療人類的哮喘病和肺氣腫；荷蘭制藥公司制備了可大量生產(chǎn)人乳鐵蛋白和促紅細胞生成素（EPO）的轉(zhuǎn)基因牛。1、生物技術(shù)的含義和內(nèi)容315.動物或人體器官的復制（用于器官移植）：目前人造皮膚和人造耳朵已經(jīng)成功，都是利用皮膚細胞進行培養(yǎng)得到的。人類角膜、心臟肺瓣、血管、耳、胰臟、肌肉、乳房組織替代物等工程化組織均已能在實驗室里生長。1、生物技術(shù)的含義和內(nèi)容321、生物技術(shù)的含義和內(nèi)容弊端生物安全問題花粉Bt玉米馬利筋帝王蝶幼蟲死亡44%（室內(nèi)）帝王蝶事件331996年7月5日，英國科學家伊恩·威爾穆特領(lǐng)導的研究小組在蘇格蘭的羅斯林研究所培育出世界上第一只體細胞克隆羊“多利”。但“多利”因患有進行性肺病，且病情不斷惡化，研究人員不得不于2003年2月14日對其實施了“安樂死”。1、生物技術(shù)的含義和內(nèi)容克隆羊多利342、植物生物技術(shù)的發(fā)展簡史胚胎（器官）組織細胞基因（DNA）351838-1839年，德國科學家Schleide

和Schwann發(fā)表了細胞學說，奠定了組織培養(yǎng)的理論基礎(chǔ)。1902年，德國植物學家Haberlandt的早期嘗試。在論文中描述了培養(yǎng)細胞的生長情況，但沒有觀察到細胞的分裂增值。1904年，Hanning進行幼胚培養(yǎng)獲得小苗（蘿卜，辣根）；1922年，Kotte和Robbins（Haberlandt的學生），培養(yǎng)豌豆和玉米的莖尖培養(yǎng)，形成根和缺綠的葉片，可進行有限的生長（部分成功）；2、植物生物技術(shù)的發(fā)展簡史2.1理論淵源和實踐肇始植物生物技術(shù)始于細胞培養(yǎng)準備萌芽（1902-1929）361933年，李繼侗發(fā)現(xiàn)胚乳對胚培養(yǎng)的促進作用（銀杏）；1934年，Gautheret培養(yǎng)形成層，獲得愈傷組織（山毛櫸、黑楊）；同年，White培養(yǎng)番茄的根尖細胞，建立了第一個能夠活躍分裂的單細胞無性系（28年，1600代），系統(tǒng)研究了光照、溫度、pH、培養(yǎng)基組成對培養(yǎng)物的影響；1937年，White發(fā)明了第一個人工合成培養(yǎng)基；1937-1939年，愈傷組織的繼代培養(yǎng)獲得成功（胡蘿卜，煙草）；1943年，White重新提出“植物細胞全能性”學說，出版了《植物組織培養(yǎng)手冊》，標志著植物組培技術(shù)的建立，被譽為“植物組織培養(yǎng)之父”；1948年，Skoog和崔澂發(fā)現(xiàn)腺嘌呤對煙草莖段培養(yǎng)物的芽的形成有誘導作用（腺嘌呤/IAA）；

2、植物生物技術(shù)的發(fā)展簡史奠基19301950371955年，Miller發(fā)現(xiàn)了激動素（6-糖基腺嘌呤），其活性比腺嘌呤高30000倍（分裂素/生長素）；1958年，Steward（美國）和Reinert（德國）分別由胡蘿卜的髓細胞誘導形成胚狀體，形成新植株，首次證明“細胞全能性”理論；1960年，Cocking（英國）采用“酶解法”分離番茄幼根原生質(zhì)體成功，為原生質(zhì)體的培養(yǎng)和融合奠定了基礎(chǔ)；同年，Morel（法國）采用蘭花微莖尖培養(yǎng)技術(shù)，誘導出小球體（原球莖），并獲得脫毒苗，舉世聞名的“蘭花工業(yè)”由此崛起（1個芽在一年內(nèi)可繁育出400萬個植株）；1964-1966年，Guha和Maheshwari培養(yǎng)毛葉曼陀羅的花藥，獲得單倍體植株；2、植物生物技術(shù)的發(fā)展簡史迅速發(fā)展（1950年以后）3870年代以后，原生質(zhì)體培養(yǎng)、原生質(zhì)體融合的研究形成熱潮80年代以后，基因克隆、遺傳轉(zhuǎn)化的研究更是如火如荼，在許多方面取得了令人矚目的成果2、植物生物技術(shù)的發(fā)展簡史培養(yǎng)煙草的葉肉原生質(zhì)體，得到再生植株（Takebe和Nagata，1971）；誘導不同種的煙草原生質(zhì)體融合，并將其培養(yǎng)再生成完整的雜種植株（Carlson，1972）；大豆和煙草（科間）原生質(zhì)體融合成功，得到大數(shù)量的細胞分裂（加拿大華人高國楠，1974）；

1978年，Melchers等獲得了番茄和馬鈴薯屬間體細胞雜種－Potamato。391973年，重組DNA技術(shù)誕生，植物基因工程始于20世紀80年代（Monsanto公司）。Fraley1984年在Science發(fā)表“利用農(nóng)桿菌來轉(zhuǎn)移外源DNA至白花丹葉煙草原生質(zhì)體中”。表明：定向改造植物成為可能。2、植物生物技術(shù)的發(fā)展簡史伯格（P.Berg）

（美國生物化學家）

抗病基因，抗蟲基因，抗凍蛋白基因，耐貯運基因，耐除草劑基因，高產(chǎn)基因，品質(zhì)改良基因，甜味蛋白基因，雄性不育基因，植物性食用疫苗等。熒光酶基因；轉(zhuǎn)基因煙草、棉花、大豆、番茄已進入商品化生產(chǎn)。40412004年6月30日，充滿神秘色彩的藍玫瑰在東京與世人見面，令人驚嘆不已。經(jīng)過14年苦心研究，日本三得利公司與澳大利亞一家生物技術(shù)公司利用移植基因和三色紫羅蘭中的藍色色素合成培植出了世界上第一株藍玫瑰，并有望在未來4年打入市場。據(jù)研究人員介紹，這些藍玫瑰的顏色完全出自色素圖譜中，在自然界中是不存在的。美麗的藍色轉(zhuǎn)基因玫瑰2、植物生物技術(shù)的發(fā)展簡史423、生物技術(shù)的應用3.1在農(nóng)林產(chǎn)業(yè)中的應用－－農(nóng)業(yè)科學離體繁殖的技術(shù)特點：繁殖系數(shù)大、周年生產(chǎn)、繁殖速率快、苗木遺傳性狀整齊一致。如蘭花，400萬原球莖/年·外植體。無病毒株的培養(yǎng)：果樹－－柑橘、蘋果、草莓、葡萄等蔬菜－－馬鈴薯、大蒜、洋蔥等花卉－－蘭花、菊花、康乃馨、水仙、唐菖蒲等

A、良種繁育及脫毒苗木。43組培快繁和工廠化育苗桉樹工廠化育苗楊樹工廠化育苗泡桐工廠化育苗