生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)第一頁(yè)，共81頁(yè)。學(xué)習(xí)目的了解現(xiàn)代生物技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的廣泛運(yùn)用。認(rèn)識(shí)生物技術(shù)在培育高產(chǎn)、抗病、抗逆植物新品系以及在培育優(yōu)良生產(chǎn)性能動(dòng)物新品系、動(dòng)物快速繁殖、生物反應(yīng)器等領(lǐng)域的應(yīng)用。第二頁(yè)，共81頁(yè)。7.1生物技術(shù)與種植業(yè)7.1.1植物雄性不育及雜種優(yōu)勢(shì)利用在19世紀(jì)中葉，人們就對(duì)植物雄性不育現(xiàn)象進(jìn)行了報(bào)道。目前已在43個(gè)科、162多個(gè)屬的610多種植物中發(fā)現(xiàn)了這種現(xiàn)象，其中的主要作物有馬鈴薯、番茄、亞麻、洋蔥、棉、高粱、玉米、煙草、胡蘿卜、甜菜、小麥、水稻、大麥、谷子、油菜、大豆、甘薯、大白菜、小黑麥等。第三頁(yè)，共81頁(yè)。植物雄性不育的主要特征是花粉發(fā)育不良或功能不正常。但其雌蕊發(fā)育正常，能接受正?；ǚ鄱芫Y(jié)實(shí)。不同作物的不育材料，具體的不育特征可能差別很大。不育雌性不育（無實(shí)踐意義）雄性不育(三型說)質(zhì)遺傳型質(zhì)核互作遺傳型(應(yīng)用價(jià)值最大)核遺傳型二型說第四頁(yè)，共81頁(yè)。對(duì)于自花受粉的植物利用雄性不育可以培育不育系，利用不育系生產(chǎn)雜交種子，為農(nóng)作物增加產(chǎn)量和改善品質(zhì)提供優(yōu)良種源。雄性不育從基因控制水平來分，可分為細(xì)胞質(zhì)雄性不育（CMS）和核雄性不育（GMS）。第五頁(yè)，共81頁(yè)。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用:不育系——雄蕊花藥不育，無法實(shí)現(xiàn)傳粉受精作用，雌蕊可育；保持系——作用是給不育系受粉，雜交后代仍保持雄性不育；恢復(fù)系——該品系含恢復(fù)基因，給不育系受粉后其后代是可育的，并能形成雜種優(yōu)勢(shì)，提高作物品質(zhì)。第六頁(yè)，共81頁(yè)。我國(guó)雜交優(yōu)勢(shì)的利用1.水稻三系雜種優(yōu)勢(shì)利用1973年實(shí)現(xiàn)水稻三系配套、并成功的應(yīng)用于大田生產(chǎn)。1981年，獲得國(guó)家第一個(gè)特等發(fā)明獎(jiǎng)，以第一個(gè)農(nóng)業(yè)技術(shù)專利轉(zhuǎn)讓美國(guó)。1991年，全國(guó)雜交稻種植面積為26083.5萬畝，增產(chǎn)效果明顯(50-75kg/畝)。第七頁(yè)，共81頁(yè)。1997年，全國(guó)雜交稻種植面積為25987.5萬畝，約占水稻種植面積的62.84%，總產(chǎn)12236.34萬噸，單產(chǎn)468.67公斤/畝，比全國(guó)水稻平均產(chǎn)量增11.17%。雜交稻制種156.9萬畝，制種平均產(chǎn)量為181.33公斤/畝。第八頁(yè)，共81頁(yè)。油菜三系雜種優(yōu)勢(shì)的利用：目前我國(guó)油菜雜種優(yōu)勢(shì)的利用居世界首位。1972年，傅廷棟等發(fā)現(xiàn)“波里馬”油菜細(xì)胞質(zhì)雄性不育；1976年，湖南農(nóng)科院首先實(shí)現(xiàn)“波里馬”雄性不育的三系配套。1980年，李殿榮等發(fā)現(xiàn)“陜2A”油菜細(xì)胞質(zhì)雄性不育；1983年實(shí)現(xiàn)“陜2A”油菜雄性不育的三系配套；第九頁(yè)，共81頁(yè)。油菜雜交種：秦油2號(hào)（李殿榮，1986）、華雜2號(hào)（華中農(nóng)大，1992）、川油12號(hào)（四川省農(nóng)科院，1992）、蜀雜1號(hào)（潘濤等，1989）、油研5號(hào)（貴州省油料作物研究所，1992）等細(xì)胞質(zhì)雄性不育系雜種審定、登記和推廣應(yīng)用。1992年，我國(guó)雜種油菜種植面積已近1.33×106hm2，約占油菜總面積的20％。第十頁(yè)，共81頁(yè)。中國(guó)工程院院士、“玻里馬”細(xì)胞質(zhì)雄性不育發(fā)現(xiàn)者傅廷棟先生第十一頁(yè)，共81頁(yè)。7.1.2植物抗逆性研究傳統(tǒng)抗逆性植物的培育方法——在一定逆性環(huán)境選擇壓力下，采用隨機(jī)篩選或通過誘變、組織培養(yǎng)、原生質(zhì)體融合、體細(xì)胞雜交等方法定向篩選；現(xiàn)代抗逆性植物的培育方法——基因工程技術(shù)。第十二頁(yè)，共81頁(yè)。7.1.2.1抗除草劑作物膦絲菌素（PPT）——非選擇性除草劑，植物谷氨酰胺合成酶（GS）的抑制劑。抑制GS酶活性將導(dǎo)致植物體內(nèi)氨的迅速積累，并最終引起其死亡。第十三頁(yè)，共81頁(yè)。草甘膦——由赫斯特公司開發(fā)生產(chǎn)，化學(xué)名稱4-[羥基（甲基）膦?；鵠-DL-高丙氨酸，屬膦酸類除草劑，是谷氨酰胺合成抑制劑，非選擇性（滅生性）觸殺型除草劑。作為除草劑獲得登記使用是1984年。是世界大噸位農(nóng)藥品種，也是世界第二大轉(zhuǎn)基因作物耐受除草劑。毒性低，較為安全，在土壤中易于降解，對(duì)作物安全，不易飄移，除草譜廣，活性高，用量少，環(huán)境壓力小，殺草迅速，能快速殺死100種以上的禾本科和闊葉雜草，可用水做基劑，使用安全方便。第十四頁(yè)，共81頁(yè)。草銨膦是一個(gè)優(yōu)秀的滅生性除草劑，非常適合做抗性基因，赫斯特公司積極發(fā)展轉(zhuǎn)基因作物，以草銨膦為目標(biāo)，進(jìn)行抗性基因轉(zhuǎn)移、選育抗性作物品種，目前，已經(jīng)成功將草銨膦的抗性基因?qū)肓怂?、小麥、玉米、甜菜、煙草、大豆、棉花、馬鈴薯、番茄、油菜、甘蔗等20多種作物中，已經(jīng)成功商業(yè)化種植的耐草銨膦作物系列LibrtyLinkSystem幾乎包括了所有主要作物，有大豆、玉米、油菜、甜菜、馬鈴薯、棉花與水稻，這些轉(zhuǎn)基因作物在以美國(guó)為主的廣大北美地區(qū)普遍種植，而且近年來正在亞洲、澳洲、歐洲部分國(guó)家及地區(qū)推廣種植起來。第十五頁(yè)，共81頁(yè)。7.1.2.2抗昆蟲作物蘇云金芽孢桿菌為革蘭氏陽(yáng)性土壤桿菌，它在芽孢形成過程中產(chǎn)生稱為δ-內(nèi)毒素的殺蟲伴胞晶體蛋白，這些蛋白具有很高的殺蟲活性。在過去的幾十年了，已確定數(shù)十種蘇云金芽孢桿菌菌系及130多種它們編碼的殺蟲晶體蛋白，近幾年克隆Bt基因已轉(zhuǎn)入植物，并在植物體內(nèi)高效表達(dá)。人們?cè)谘芯恐邪l(fā)現(xiàn)，在芽孢形成前的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段，可分泌和產(chǎn)生另一種非δ-內(nèi)毒素的殺蟲營(yíng)養(yǎng)蛋白，即Vip蛋白，被稱之為第二代殺蟲蛋白。第十六頁(yè)，共81頁(yè)。豇豆胰蛋白酶抑制劑(CpTI)基因是一個(gè)有效的抗蟲基因，然而，在某些情況下由于CpTI在轉(zhuǎn)基

因植物中表達(dá)水平較低，影響了轉(zhuǎn)基因植物的抗蟲性。中國(guó)科學(xué)院朱禎、李向輝研究室通過轉(zhuǎn)CpTI煙草（表達(dá)量占可溶性蛋白的0.5%以上）表明，CpTI能抗煙草夜蛾、玉米螟、粘草煙草方蛾、漢馬夜蛾等，其抗蟲效果比P1-Ⅱ（馬鈴薯蛋白酶抑制劑）好。第十七頁(yè)，共81頁(yè)。7.1.2.3抗真菌作物嗜球果傘素A和B是德國(guó)Anke和Steglich教授于1977年首次從嗜球果傘培養(yǎng)液中分離得到的。嗜球果傘是一種生長(zhǎng)在松樹球果上一種較小的可食用蘑菇。嗜球果傘素具有很強(qiáng)的抗植物病原真菌活性，屬于一類新型的抗真菌抗生素。嗜球果傘素和小奧德蘑素能顯著抑制大多數(shù)需氧腐生植物病原菌，很弱的殺蟲活性，沒有抗細(xì)菌活性。它們的作用方式是選擇性地抑制線粒體的呼吸作用。第十八頁(yè)，共81頁(yè)。7.1.2.4抗重金屬鎘的作物鎘對(duì)植物的危害表現(xiàn)在其破壞葉綠素，從而降低光合作用，還能使花粉敗育，影響植物生長(zhǎng)、發(fā)育和繁殖。用含鎘0.04mg/L的水進(jìn)行農(nóng)業(yè)灌溉時(shí)，土壤和稻米就會(huì)受到明顯的污染。日本的痛痛病就是鎘污染所致。鎘的主要污染源有電鍍、采礦、冶煉、燃料、電池和化學(xué)工業(yè)等排放的廢水。法國(guó)煙草研究所在轉(zhuǎn)基因抗除草劑、抗PVY病毒上做了大量的研究，并獲得了硫蛋白轉(zhuǎn)基因煙草，具有降解金屬鎘的作用。第十九頁(yè)，共81頁(yè)。7.1.2.5抗病毒作物將病毒外殼蛋白基因移植到農(nóng)作物中，使農(nóng)作物能抵抗病毒感染，培育出抗病毒番茄、抗病毒煙草、抗病毒黃瓜等抗病毒作物品種。我國(guó)也已有轉(zhuǎn)基因抗病毒煙草、番茄和甜椒品種獲得了商業(yè)化應(yīng)用許可。

抗病毒的作物的基因可能與其它病毒發(fā)生重組，而產(chǎn)生超級(jí)病毒，給作物帶來毀滅性的災(zāi)難；以及對(duì)生物多樣性的影響等等。第二十頁(yè)，共81頁(yè)。7.1.3生物農(nóng)藥及生物控制生物農(nóng)藥是“可用來防治病、蟲、草等有害生物的生物體本身或源于生物，并可作為‘農(nóng)藥’的各種生理活性物質(zhì)?！鄙镛r(nóng)藥可分為生物體農(nóng)藥（指用來防除病、蟲、草等有害生物的商品活性生物）和生物化學(xué)農(nóng)藥（指從生物體中分離出的具有一定化學(xué)結(jié)構(gòu)，對(duì)有害生物有控制作用的生物活性物質(zhì)）。第二十一頁(yè)，共81頁(yè)。蘇云金芽孢桿菌實(shí)用意義：細(xì)菌殺蟲劑—生物農(nóng)藥少數(shù)芽孢桿菌在—δ內(nèi)毒素，稱為伴孢晶體。形成芽孢的同時(shí)，會(huì)在芽孢旁形成一顆菱形或雙錐形的堿溶性蛋白晶體第二十二頁(yè)，共81頁(yè)。7.1.3.2白僵菌白僵菌是一種廣譜性的昆蟲病原真菌，對(duì)700多種有害昆蟲都能寄生,致病性強(qiáng)、適應(yīng)性強(qiáng)。在多種農(nóng)林害蟲的生物防治中都取得了明顯成效。例如在中國(guó)防治玉米螟和松毛蟲、在巴西防治小蔗螟、在歐洲防治西方五月鰓金龜?shù)?，都獲得了成功。由于其能快速、有效地控制蟲口，同時(shí)不傷害其他天敵昆蟲和有益生物，從而可以有效地與其它殺蟲因子協(xié)同作用并維持物種的多樣性，而且其容易大量生產(chǎn)，防治成本較有競(jìng)爭(zhēng)力，因而其研究成果具有廣泛的應(yīng)用前景。

第二十三頁(yè)，共81頁(yè)。目前，我國(guó)是生產(chǎn)和應(yīng)用白僵菌殺蟲劑的第一大國(guó)，每年施用面積約50萬公頃，在防治松毛蟲和玉米螟方面作出了重要貢獻(xiàn)。我國(guó)生產(chǎn)白僵菌制劑主要采用液固兩相法，采用本法生產(chǎn)球孢白僵菌的成功使我國(guó)成為世界上唯一能批量生產(chǎn)真菌高孢粉的國(guó)家。在我國(guó)，白僵菌粉劑生產(chǎn)采用兩步發(fā)酵法，第一步采用液體深層發(fā)酵技術(shù)制備芽生孢子，然后大接種量進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵獲得分生孢子產(chǎn)品。第二十四頁(yè)，共81頁(yè)。7.1.3.3昆蟲病毒昆蟲病毒是以昆蟲作為宿主，并在宿主種群中流行傳播的一類病毒。至今發(fā)現(xiàn)的昆蟲病毒已超過1000多株，涉及11個(gè)目的900多種昆蟲，據(jù)統(tǒng)計(jì)我國(guó)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的昆蟲病毒有200余株。昆蟲病毒在形態(tài)、結(jié)構(gòu)上突出的特點(diǎn)是大都在宿主細(xì)胞內(nèi)形成蛋白結(jié)晶性質(zhì)的包涵體。家蠶膿病的多角體，就是包涵體的一種。包涵體內(nèi)的病毒粒子只有當(dāng)它們從包涵體中釋放出來以后，才有侵染宿主細(xì)胞的能力。包涵體具有保護(hù)病毒免受不良環(huán)境影響的作用。除了形成包涵體的病毒外，還有許多不形成包涵體的昆蟲病毒。第二十五頁(yè)，共81頁(yè)。根據(jù)包涵體的有無、形態(tài)、生成部位等特點(diǎn)，而大體分成五類：

（1）核型多角體病毒，多角體于細(xì)胞核內(nèi)形成；

（2）質(zhì)型多角體病毒，多角體于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)出現(xiàn)；

（3）顆粒體病毒，橢圓形顆粒狀包涵體存在于細(xì)胞核或細(xì)胞質(zhì)內(nèi)；（4）昆蟲痘病毒，橢圓形與紡錘形包涵體存在于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，但紡錘形包涵體是不包埋病毒粒子的；

（5）非包涵體病毒，不形成包涵體，病毒粒子游離地存在于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)或細(xì)胞核內(nèi)。第二十六頁(yè)，共81頁(yè)。第二十七頁(yè)，共81頁(yè)。7.1.4植物細(xì)胞工程的應(yīng)用7.1.4.1植物次生代謝產(chǎn)物產(chǎn)品成分用途銷售額/億美元長(zhǎng)春花堿治療白血病18-20（美國(guó)）阿嗎靈循環(huán)系統(tǒng)障礙病5-25（全世界）奎寧治療瘧疾5-10（美國(guó)）致熱素殺蟲劑20（全世界）毛地黃心臟病藥20-55（美國(guó)）第二十八頁(yè)，共81頁(yè)。7.1.4.2植物再生技術(shù)植物細(xì)胞培養(yǎng)和組織培養(yǎng)對(duì)于農(nóng)作物的改良有巨大的意義：不同物種原生質(zhì)體的融合胚、花藥、花粉的培養(yǎng)快速無性繁殖植物基因轉(zhuǎn)移的基礎(chǔ)第二十九頁(yè)，共81頁(yè)。7.1.5分子育種技術(shù)的應(yīng)用轉(zhuǎn)基因農(nóng)產(chǎn)品是指利用分子生物手段，將某些生物基因轉(zhuǎn)移到農(nóng)作物物種上，使其性狀或產(chǎn)物出現(xiàn)變異。如轉(zhuǎn)基因棉花加進(jìn)抗棉鈴蟲的基因，不懼蟲害而又保持高產(chǎn)性狀；而轉(zhuǎn)基因大豆不僅抗除草劑而且含油量高。

自1983年首例轉(zhuǎn)基因植物--煙草問世，至今全球已有120多種植物獲得轉(zhuǎn)基因植株。有報(bào)告說，全球轉(zhuǎn)基因植物種植面積增加了3.35倍，由1996年的170萬公頃躍升到2002年的5870萬公頃。第三十頁(yè)，共81頁(yè)。美國(guó)是世界上第一個(gè)批準(zhǔn)轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物商業(yè)化種植的國(guó)家，其轉(zhuǎn)基因作物種植面積一直居世界首位。2000年美國(guó)轉(zhuǎn)基因作物種植面積達(dá)3030萬公頃，占世界轉(zhuǎn)基因作物種植面積的68％。

目前，最主要的轉(zhuǎn)基因作物是大豆和玉米，這兩種作物的種植面積大約占全球轉(zhuǎn)基因作物總面積的80％。其中轉(zhuǎn)基因大豆占全球轉(zhuǎn)基因作物面積約60％，轉(zhuǎn)基因棉花和油菜的種植面積位居第三和第四。第三十一頁(yè)，共81頁(yè)。轉(zhuǎn)基因作物給人類帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。1995年，世界轉(zhuǎn)基因農(nóng)產(chǎn)品的銷售額大約為0.84億美元，1999年達(dá)到30億美元左右。世界轉(zhuǎn)基因農(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)銷售額在５年間增長(zhǎng)了36倍?？茖W(xué)研究和實(shí)踐都表明，目前主要產(chǎn)業(yè)化的抗除草劑和抗蟲轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物可有效地防治雜草和蟲害，大幅減少用工投入，大幅降低了化學(xué)殺蟲劑的用量，并在保護(hù)環(huán)境和提高農(nóng)民收入等方面發(fā)揮了作用，社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。專家預(yù)計(jì)，今后包括轉(zhuǎn)基因抗蟲棉在內(nèi)的全球轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物面積將會(huì)進(jìn)一步增長(zhǎng)。第三十二頁(yè)，共81頁(yè)。我國(guó)是世界上最大的棉花生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，但由于生物災(zāi)害及不良?xì)夂蛴绊?，棉花生產(chǎn)每年有上百億元的損失。我國(guó)自1991年啟動(dòng)轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的研究，并正式列入國(guó)家863計(jì)劃，成為國(guó)家"八五"重大關(guān)鍵技術(shù)項(xiàng)目和"九五"重大中試轉(zhuǎn)化項(xiàng)目。轉(zhuǎn)基因抗蟲棉作為新的棉花品種類型，在中國(guó)種植推廣速度相當(dāng)快。1996年，全國(guó)轉(zhuǎn)基因抗蟲棉種植面積僅15萬畝左右，2000年達(dá)到900萬畝，2002年達(dá)到3750多萬畝。在主要產(chǎn)棉區(qū)，播種轉(zhuǎn)基因抗蟲棉面積最大的三個(gè)省是河北、山東和河南。第三十三頁(yè)，共81頁(yè)。中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所已成功地人工合成和改造了來自天蠶蛾的抗菌肽基因，并導(dǎo)入我國(guó)馬鈴薯主栽品種米拉，獲得抗病性提高Ｉ∽Ⅲ級(jí)的抗青枯病的轉(zhuǎn)基因株系，現(xiàn)已經(jīng)農(nóng)業(yè)部批準(zhǔn)在四川省進(jìn)行環(huán)境釋放。1987年我國(guó)首次獲得轉(zhuǎn)Ｂt基因的煙草和番茄以來，相繼獲得了轉(zhuǎn)Ｂt基因的棉花、水稻、玉米等。

第三十四頁(yè)，共81頁(yè)。我國(guó)首批列入標(biāo)識(shí)管理的轉(zhuǎn)基因農(nóng)產(chǎn)品有五個(gè)大類：一是大豆種子、大豆、大豆粉、大豆油、豆粕；二是玉米種子、玉米、玉米油、玉米粉；三是油菜種子、油菜籽、油菜籽油、油菜籽粕；四是棉花種子；五是番茄種子、鮮番茄、番茄醬。第三十五頁(yè)，共81頁(yè)。國(guó)際水稻基因組測(cè)序計(jì)劃啟動(dòng)于1998年，是繼人類基因組計(jì)劃后的又一重大國(guó)際合作的基因組研究項(xiàng)目。國(guó)際水稻測(cè)序計(jì)劃由中國(guó)、日本、美國(guó)等10個(gè)國(guó)家和地區(qū)參加，測(cè)序?qū)ο鬄槿毡揪祝?2％的堿基對(duì)解析完畢。解析結(jié)果表明，粳米有４億堿基對(duì)，基因?yàn)?萬至6萬個(gè)，日本承擔(dān)了55％的任務(wù)，中國(guó)承擔(dān)了10％的任務(wù)。中國(guó)科學(xué)家率先圓滿完成第4號(hào)染色體精確測(cè)序圖。測(cè)序圖拼接后總長(zhǎng)為3500萬個(gè)堿基對(duì)，精確度為99.99，覆蓋染色體全長(zhǎng)序列98％（僅留下7個(gè)小的空洞），達(dá)到了國(guó)際公認(rèn)的基因組測(cè)序完成圖的標(biāo)準(zhǔn)。7.1.6水稻基因組計(jì)劃第三十六頁(yè)，共81頁(yè)?！爸袊?guó)雜交水稻基因組計(jì)劃”由中國(guó)科學(xué)院北京基因組研究所。水稻基因組序列是世界上第一個(gè)完成的重要農(nóng)作物基因組，也是世界上首次利用全基因組“霰彈法”策略對(duì)大型植物基因組進(jìn)行測(cè)序。在完成序列分析的同時(shí)，在世界上首次研發(fā)出全基因組的生物芯片，直接為水稻的功能研究提供最直接和全面的基礎(chǔ)科學(xué)支持，對(duì)闡明水稻雜種優(yōu)勢(shì)的分子機(jī)理和推動(dòng)我國(guó)水稻的高產(chǎn)、抗病蟲害研究具有重要的指導(dǎo)意義。第三十七頁(yè)，共81頁(yè)。2002年4月5日，《科學(xué)》雜志以14頁(yè)的篇幅發(fā)表《水稻(秈稻)基因組的工作框架序列圖》，并以青山襯托下的云南哈尼梯田作為該期的封面。同時(shí)，《科學(xué)》雜志還配以大量評(píng)論文章，高度評(píng)價(jià)這一工作是“具有最重要意義的里程碑性工作”，對(duì)“新世紀(jì)人類的健康與生存具有全球性的影響”，“永遠(yuǎn)改變了我們對(duì)植物學(xué)的研究”，并祝賀論文作者“對(duì)世界科學(xué)乃至全人類里程碑的貢獻(xiàn)”。隨后，在GenomeResearch雜志又以封面文章形式發(fā)表方法論文章兩篇。第三十八頁(yè)，共81頁(yè)。

2002年12月12日，中國(guó)科學(xué)院、科技部、國(guó)家計(jì)委和自然科學(xué)基金委聯(lián)合舉行了“中國(guó)水稻(秈稻)基因組‘精細(xì)圖’完成”新聞發(fā)布會(huì)，再次將“中國(guó)雜交水稻基因組計(jì)劃”推向一個(gè)新的高度。“中國(guó)雜交水稻基因組計(jì)劃”不僅完成了秈稻基因組的工作框架圖和基因“精細(xì)圖”，而且還完成了粳稻基因“精細(xì)圖”的組裝和分析。2003年5月，通過國(guó)際合作，該集體成功研制了覆蓋6萬個(gè)基因外顯子的“高精度、高密度、高覆蓋率”的水稻全基因組芯片。第三十九頁(yè)，共81頁(yè)。7.2現(xiàn)代生物技術(shù)與養(yǎng)殖業(yè)7.2.1動(dòng)物轉(zhuǎn)基因技術(shù)與分子育種轉(zhuǎn)基因動(dòng)物是指以實(shí)驗(yàn)方法導(dǎo)入外源基因，在染色體組內(nèi)穩(wěn)定整合并能遺傳給后代的一類動(dòng)物。1981年，第一次成功地將外源基因?qū)雱?dòng)物胚胎，創(chuàng)立了轉(zhuǎn)基因動(dòng)物技術(shù)。1982年獲得轉(zhuǎn)基因小鼠。轉(zhuǎn)入大鼠的生長(zhǎng)激素基因，使小鼠體重為正常個(gè)體的二倍，因而被稱為“超級(jí)小鼠”。此后相繼培育成功了轉(zhuǎn)基因兔、綿羊、豬、魚、昆蟲、牛、雞、山羊、大鼠等轉(zhuǎn)基因動(dòng)物。第四十頁(yè)，共81頁(yè)。由于轉(zhuǎn)基因動(dòng)物體系打破了自然繁殖中的種間隔離，使基因能在種系關(guān)系很遠(yuǎn)的機(jī)體間流動(dòng)，它將對(duì)整個(gè)生命科學(xué)產(chǎn)生全局性影響。因此，轉(zhuǎn)基因動(dòng)物技術(shù)在1991年第一次國(guó)際基因定位會(huì)議上被公認(rèn)是遺傳學(xué)中繼連鎖分析、體細(xì)胞遺傳和基因克隆之后的第四代技術(shù)，被列為生物學(xué)發(fā)展史上126年中第14個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。一般來講，根據(jù)不同的目的，轉(zhuǎn)基因動(dòng)物操作可以簡(jiǎn)單地劃分為四種類型：（l）疾病型轉(zhuǎn)基因動(dòng)物；（2）利用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物制藥；（3）動(dòng)物改良型；（4）基礎(chǔ)生物學(xué)研究。第四十一頁(yè)，共81頁(yè)。轉(zhuǎn)基因動(dòng)物在諸多領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景：

1、轉(zhuǎn)基因動(dòng)物是對(duì)多種生命現(xiàn)象本質(zhì)深入了解的工具，如研究基因結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系，細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)的相互關(guān)系，胚胎發(fā)育調(diào)控以及腫瘤等；

2、可以用來建立多種疾病的動(dòng)物模型，進(jìn)而研究這些疾病的發(fā)病機(jī)理及治療方法；第四十二頁(yè)，共81頁(yè)。

3、由于轉(zhuǎn)基因動(dòng)物技術(shù)可以改造動(dòng)物的基因組，使家畜、家禽的經(jīng)濟(jì)性狀改良更加有效，如使生長(zhǎng)速度加快、瘦肉率提高，肉質(zhì)改善，飼料利用率提高，抗病力增強(qiáng)等。對(duì)于動(dòng)物遺傳資源保護(hù)的意義更加深遠(yuǎn)，對(duì)挽救瀕危物種是必不可少的；4、轉(zhuǎn)基因動(dòng)物可作為醫(yī)用或食用蛋白的生物反應(yīng)器。第四十三頁(yè)，共81頁(yè)。轉(zhuǎn)基因動(dòng)物技術(shù)在畜牧業(yè)中的應(yīng)用

1985年，科學(xué)家第一次將人的生長(zhǎng)激素基因?qū)胴i的受精卵獲得成功，轉(zhuǎn)基因豬與同窩非轉(zhuǎn)基因豬比較，生長(zhǎng)速度和飼料利用效率顯著提高，胴體脂肪率也明顯降低。1988年，有人將小鼠抗流感基因轉(zhuǎn)入了豬體內(nèi)，使轉(zhuǎn)基因豬增強(qiáng)了對(duì)流感病毒的抵抗能力。第四十四頁(yè)，共81頁(yè)。1991年，英國(guó)科學(xué)家將人的α1-抗胰蛋白酶基因轉(zhuǎn)入綿羊受精卵，成功地在4只母綿羊乳中都表達(dá)了人的α1-抗胰蛋白酶，而且從綿羊乳中純化的α1-抗胰蛋白酶與人血漿中的α1-抗胰蛋白酶具有相同的生物學(xué)活性。我國(guó)科學(xué)家也成功培育了乳汁中含有活性人凝血因子IX的轉(zhuǎn)基因綿羊。美國(guó)耶魯大學(xué)醫(yī)學(xué)院的神經(jīng)生物學(xué)家在最新一期的《細(xì)胞》雜志上發(fā)表了《轉(zhuǎn)基因可遙控果蠅》。第四十五頁(yè)，共81頁(yè)。7.2.1.2分子標(biāo)記生物技術(shù)與動(dòng)物育種DNA標(biāo)記輔助選擇育種是利用與重要經(jīng)濟(jì)性狀連鎖的DNA標(biāo)記或功能基因來改良動(dòng)物品種的現(xiàn)代分子育種技術(shù)；轉(zhuǎn)基因育種則是通過向受體動(dòng)物轉(zhuǎn)移有重要功能的基因或一組功能相關(guān)的基因來提高動(dòng)物的生產(chǎn)性能的育種技術(shù)。第四十六頁(yè)，共81頁(yè)。DNA標(biāo)記輔助選擇對(duì)于遺傳力低的性狀如產(chǎn)仔數(shù)、肉質(zhì)性狀和屠體性狀等，改良效率是傳統(tǒng)育種方法的幾倍、甚至幾十倍。如果在進(jìn)行育種選擇時(shí)，DNA標(biāo)記或功能基因覆蓋了整個(gè)基因組并且達(dá)到一定的密度和遺傳效應(yīng)，則往往又稱為動(dòng)物基因組育種。DNA標(biāo)記輔助選擇技術(shù)不能創(chuàng)造變異，也不能夠在不同物種間進(jìn)行優(yōu)良功能基因的轉(zhuǎn)遞，而轉(zhuǎn)基因技術(shù)則能夠達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，因此，這兩種育種技術(shù)有很強(qiáng)的互補(bǔ)性，合稱為分子育種技術(shù)，并將成為未來動(dòng)物品種改良的關(guān)鍵技術(shù)。第四十七頁(yè)，共81頁(yè)。1992年，國(guó)際上第一種基因標(biāo)記開始應(yīng)用于農(nóng)業(yè)動(dòng)物品種改良，標(biāo)志著動(dòng)物育種走進(jìn)了一個(gè)嶄新的時(shí)代。加拿大全部的豬種都經(jīng)過至少一種基因標(biāo)記輔助的改良，美國(guó)和英國(guó)70%的豬種經(jīng)過至少二種DNA標(biāo)記的選擇改良，而雞、牛種上分別至少有6種DNA標(biāo)記或功能基因標(biāo)記在進(jìn)行商業(yè)化應(yīng)用。第四十八頁(yè)，共81頁(yè)。我國(guó)科學(xué)家在中國(guó)豬的高產(chǎn)仔數(shù)基因、高溫應(yīng)激綜合癥基因、肉質(zhì)基因、脂肪蓄積基因、牛的“雙肌”基因、高產(chǎn)奶量基因、流產(chǎn)基因、奶蛋白量基因、雞矮小基因、快慢羽基因、白血病抗性基因等方面都已發(fā)明了相應(yīng)的DNA標(biāo)記或基因標(biāo)記技術(shù)，多數(shù)還獲得了自主的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。2001年9月18日美國(guó)專利局授予了我國(guó)第一個(gè)關(guān)于畜禽DNA標(biāo)記的專利，專利名稱是“DNAMarkersforPigLitterSize”（豬產(chǎn)仔數(shù)的DNA標(biāo)記），專利號(hào)為US6,291,174B1。第四十九頁(yè)，共81頁(yè)。常用的分子標(biāo)記限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性（RFLP）、DNA指紋（DFR）、PCR、隨機(jī)擴(kuò)增多態(tài)性DNA（RAPD）、隨機(jī)擴(kuò)增微衛(wèi)星多態(tài)性（RAMP）、特異性擴(kuò)增多態(tài)性（SAP）、微衛(wèi)星DNA標(biāo)記、小衛(wèi)星DNA標(biāo)記、擴(kuò)增片段長(zhǎng)度多態(tài)性(AFLP)、單鏈構(gòu)型多態(tài)性（SSCP）、線粒體DNA的限制性多態(tài)性、差異顯示法等。第五十頁(yè)，共81頁(yè)。分子標(biāo)記在生物學(xué)的應(yīng)用構(gòu)建分子遺傳圖譜和基因定位基因的監(jiān)測(cè)、分離和克隆親緣關(guān)系的分析DNA標(biāo)記輔助選種性別診斷與控制突變分析第五十一頁(yè)，共81頁(yè)。7.2.2動(dòng)物繁殖新技術(shù)7.2.2.1人工受精及精液的冷凍保存人工受精就是利用合適的器械采集公畜的精液，經(jīng)過品質(zhì)檢查、稀釋或公母畜直接交配而使其受孕的方法。人工受精的有點(diǎn)：共8點(diǎn)。第五十二頁(yè)，共81頁(yè)。7.2.2.2胚胎移植自從1890年Heape在英國(guó)劍橋大學(xué)首次報(bào)道獲得兔子胚胎移植成功；1975年1月在美國(guó)科羅拉多州召開了第一屆國(guó)際胚胎移植學(xué)會(huì)成立大會(huì)，標(biāo)志著胚胎移植技術(shù)進(jìn)入了打撈的更高的發(fā)展階段。；在我國(guó)起步較晚，1973年家兔胚胎移植成功，1974年綿羊、1978年奶牛、1980年奶山羊胚胎移植成功；1976-1977年家兔胚胎和綿羊胚胎低溫（10℃）保持1天和10天后移植成功；第五十三頁(yè)，共81頁(yè)。1980年綿羊胚胎超低溫保存后，移植產(chǎn)羔；1982牛胚胎冷凍374天后移植產(chǎn)犢3頭；馬胚胎移植成功。90年代前后分割牛羊成功。動(dòng)物胚胎移植主要是通過對(duì)優(yōu)良供體母畜作同期排卵處理和體內(nèi)胚胎生產(chǎn)或體外人工授精（IVF）的方法，以大量獲得優(yōu)良的動(dòng)物胚胎后再將其移植給普通代孕受體母牛進(jìn)行快速繁殖優(yōu)良動(dòng)物的生物技術(shù)。第五十四頁(yè)，共81頁(yè)。胚胎移植的意義：共5點(diǎn)胚胎移植的主要內(nèi)容包括：供體和受體母牛的選擇，供體母牛的超數(shù)排卵，供體與受體母牛的同期發(fā)育，胚胎的回收，胚胎質(zhì)量的鑒別，胚胎的冷凍保存，胚胎移植，受體的妊娠診斷等。7.2.2.3胚胎的冷凍保存胚胎的冷凍保存主要在三步平衡法和一步細(xì)管法，將胚胎裝管后利用程控冷凍儀進(jìn)行冷凍，冷凍后投入液氮容器進(jìn)行保存。第五十五頁(yè)，共81頁(yè)。7.2.2.4體外胚胎生產(chǎn)體外胚胎生產(chǎn)是指將原來在輸卵管進(jìn)行的精卵結(jié)合生成胚胎的過程人為地改在體外進(jìn)行。體外胚胎生產(chǎn)的意義體外胚胎生產(chǎn)的工藝卵母細(xì)胞體外成熟；體外受精；胚胎培養(yǎng)。第五十六頁(yè)，共81頁(yè)。7.2.2.5胚胎分割所謂卵分割技術(shù)是把胚胎內(nèi)的細(xì)胞一個(gè)個(gè)分離開，變成單個(gè)受精卵細(xì)胞，再進(jìn)行繁殖研究，其目的是用人工方法促進(jìn)一個(gè)受精卵變成2份、4份等等。早期胚胎用顯微手術(shù)的方法第五十七頁(yè)，共81頁(yè)。7.2.2.6性別控制技術(shù)動(dòng)物的性別控制是指人為地干預(yù)或操作，使動(dòng)物按人們的愿望繁殖所需性別后代的技術(shù)。性別控制技術(shù)的目的常用性別控制與鑒定方法：X精子和Y精子的分離胚胎性別鑒定細(xì)胞學(xué)方法免疫學(xué)方法分子生物學(xué)方法第五十八頁(yè)，共81頁(yè)。7.2.2.7發(fā)情、排卵及分娩控制發(fā)情控制是有效地干預(yù)家畜的繁殖過程，提高繁殖效率的一種手段，包括認(rèn)為改變牛的發(fā)情時(shí)間而使牛群同期發(fā)情、增加母牛的排卵數(shù)等。同期發(fā)情又稱同步發(fā)情或控情技術(shù)，是對(duì)一群母牛使用某些激素或其他藥物來改變它們自然發(fā)情周期的進(jìn)程，調(diào)整到相同的階段，使分散發(fā)情變成集中發(fā)情，并在數(shù)日內(nèi)同時(shí)進(jìn)行配種。第五十九頁(yè)，共81頁(yè)。同期發(fā)情的意義

:（1）同期發(fā)情能有計(jì)劃的集中安排牛群的配種和產(chǎn)犢，便于人工授精的開展，有效的推動(dòng)冷凍精液的普及應(yīng)用，可以節(jié)約時(shí)間和勞力，降低費(fèi)用，提高工作效率；（2）使原來的步伐青母牛發(fā)情配種和縮短產(chǎn)犢間隔，從而提高繁殖率；（3）可以使牛群的妊娠和分娩時(shí)間相應(yīng)地比較集中，產(chǎn)下后代年齡也比較整齊，仔畜的培育，斷奶孕階段也相繼可以做到同期化，便于組織大規(guī)模養(yǎng)牛業(yè)生產(chǎn)與科學(xué)化飼養(yǎng)管理；（4）可以供給胚胎的母牛和接受胚胎的母牛的生殖器官屬于相同的生理狀態(tài)，為胚胎移植創(chuàng)造條件。第六十頁(yè)，共81頁(yè)。誘發(fā)分娩亦稱引產(chǎn)，是指在母牛妊娠末期或分娩前數(shù)日內(nèi)，利用激素誘發(fā)母牛在預(yù)定的日期或時(shí)間內(nèi)分娩，產(chǎn)出正常犢牛的一項(xiàng)繁殖管理措施。誘發(fā)分娩的優(yōu)點(diǎn)在于（1）可是牛群的分娩時(shí)間趨于一致，有利于牛群的管理工作；（2）可以合理組織人力，有計(jì)劃地利用產(chǎn)房和其它設(shè)施；（3)有準(zhǔn)備地進(jìn)行助產(chǎn)工作和護(hù)理工作，減少母牛犢牛的損傷事故；（4）可以得到體個(gè)大小和年齡比較一致的犢牛，便于產(chǎn)業(yè)化商品牛生產(chǎn)。第六十一頁(yè)，共81頁(yè)。誘發(fā)分娩不僅對(duì)肉牛業(yè)有較大的實(shí)用價(jià)值，而且對(duì)于放牧的奶牛群來說更具有重大的意義，它有利于放牧季節(jié)的同期化，即使牛群泌乳期的開始時(shí)間與草場(chǎng)生長(zhǎng)旺盛季開始時(shí)間一致。以保證牛奶生產(chǎn)維持較高水平，同時(shí)還可以預(yù)防難產(chǎn)的發(fā)生，合理安排棚舍，調(diào)節(jié)產(chǎn)犢季節(jié)等，如新西蘭對(duì)放牧奶牛進(jìn)行誘發(fā)分娩，每年處理達(dá)100萬頭以上，成為當(dāng)?shù)貥O為重要的一項(xiàng)技術(shù)措施。誘發(fā)分娩常用的藥物是前列腺素F型和E型（PGF,PGE),也有糖皮質(zhì)類激素（長(zhǎng)效和短效)的。

第六十二頁(yè)，共81頁(yè)。7.2.3生物技術(shù)在動(dòng)物飼料工業(yè)上的應(yīng)用7.2.3.1DNA重組生長(zhǎng)激素的研究與應(yīng)用美國(guó)Monsanto等公司已投資數(shù)十億美元，成功研制出DNA重組牛生長(zhǎng)激素（BST）和豬生長(zhǎng)激素（PST）。美國(guó)食品和藥物管理局（FDA）已于1993年11月第一次正式批準(zhǔn)該公司生產(chǎn)的牛BST可以上市。豬的試驗(yàn)研究表明，注射PST能提高豬生長(zhǎng)10％-30％，改善飼料轉(zhuǎn)化率5％-15％，提高胴體瘦肉率10％-20％，此產(chǎn)品正在FDA的審批中。第六十三頁(yè)，共81頁(yè)。7.2.3.2發(fā)酵工程技術(shù)研究與應(yīng)用大多數(shù)飼用酶制劑、添補(bǔ)氨基酸、飼用維生素、抗生素和益生菌是由微生物發(fā)酵工程技術(shù)生產(chǎn)的。由特異微生物發(fā)酵生產(chǎn)的飼用外源酶制劑包括β-葡萄糖酶、戊聚糖酶和植酸酶等。前2種酶制劑添加于以大麥、小麥、黑麥、燕麥和次粉為主的家禽飼糧中，能分解飼糧中的抗?fàn)I養(yǎng)因子葡聚糖和戊聚糖，提高養(yǎng)分的消化利用，因而，飼料效率提高，生產(chǎn)性能改善，而且，因糞便中葡聚糖和戊聚糖這類粘稠物質(zhì)排出的減少，雞胸肉及雞蛋的品質(zhì)提高。第六十四頁(yè)，共81頁(yè)。在雞、豬飼糧中添加植酸酶，能明顯提高以植物性原料為主的飼糧中植酸磷的消化利用，降低無機(jī)磷的添加量，故能有效地減少磷排出和對(duì)環(huán)境的污染，且氨基酸和其它礦物元素的消化利用也有提高。目前，由特異微生物發(fā)酵生產(chǎn)的飼用添補(bǔ)氨基酸主要有賴氨酸、蛋氨酸、色氨酸和蘇氨酸。第六十五頁(yè)，共81頁(yè)。一些西方發(fā)達(dá)國(guó)家嚴(yán)格限制在畜禽飼糧中使用抗生素，尤其是歐盟全面禁止使用抗生素作為畜禽的防病促生長(zhǎng)飼料添加劑。目前，他們對(duì)另一類經(jīng)發(fā)酵生產(chǎn)的稱為“益生菌”的生物學(xué)活性物質(zhì)產(chǎn)生了極大的興趣，因?yàn)檫@類物質(zhì)具有與抗生素相似的功能而無抗生素的抗藥性和組織殘留問題。益生菌是一類可在動(dòng)物和人體應(yīng)用的單一的活的微生物的培養(yǎng)物或多種混合的活的微生物的培養(yǎng)物，這些活的微生物包括真菌、酵母菌和細(xì)菌，正常情況下來源于動(dòng)物腸道，可能通過在胃腸道中的粘膜細(xì)胞上搶先附著，并大量繁殖，建立優(yōu)勢(shì)菌群，從而將有害的病原微生物排出體外，因而促進(jìn)動(dòng)物的健康和生長(zhǎng)。第六十六頁(yè)，共81頁(yè)。

外源酶制劑應(yīng)用的目的主要有四：第一，彌補(bǔ)動(dòng)物體內(nèi)源酶分泌的不足，如用于幼畜和病畜上；第二，分解動(dòng)物飼糧中的抗?fàn)I養(yǎng)因子，如葡聚糖、戊聚糖、植酸和纖維等，從而提高飼料養(yǎng)分的消化利用率；第三，分解某些飼料中的毒素因子，如棉酚和異硫氰酸酯等，提高這些飼料原料的利用潛力；第四，在體外對(duì)難消化的動(dòng)物副產(chǎn)品，如羽毛粉和皮革粉等進(jìn)行預(yù)處理，從而提高這些動(dòng)物副產(chǎn)品的利用價(jià)值。第六十七頁(yè)，共81頁(yè)。7.2.3.3寡肽、寡糖添加劑研究與應(yīng)用寡糖不僅能排出動(dòng)物消化道的病原菌或抑制其生長(zhǎng)，能刺激機(jī)體的免疫功能，增強(qiáng)抗病力，而且能有效破壞飼料中的黃曲霉毒素，消除此毒素對(duì)動(dòng)物的有害影響。寡糖添加劑既有抗生素的作用，又沒有抗生素的抗藥性和殘留問題，而且也有抗生素不具備的特性，因此有人把此類添加劑也稱為“益生素”。第六十八頁(yè)，共81頁(yè)。7.2.3.4天然植物提取物的研究開發(fā)

目前世界各國(guó)廣泛使用的藥物飼料添加劑多為抗生素和化學(xué)合成藥，這些添加劑在畜禽飼料中長(zhǎng)期使用所帶來的副作用已引起人們的普遍關(guān)注。因此，開發(fā)天然藥物，以代替現(xiàn)有抗生素和化學(xué)合成藥物飼料添加劑，是目前的研究熱點(diǎn)。以常山酮為主要成分的抗球蟲藥“速丹”，荷蘭Alltech公司從絲蘭屬植物中提取出消除糞臭素的活性成分“CU”，目前已形成產(chǎn)品。第六十九頁(yè)，共81頁(yè)。7.2.3.5有機(jī)微量元素添加劑研究與應(yīng)用與無機(jī)態(tài)微量元素添加利比較，有機(jī)微量元素絡(luò)合物或螯合物可能有如下優(yōu)點(diǎn)：①不吸潮結(jié)塊，有利于預(yù)混生產(chǎn)；②不氧化破壞維生素，便于微量元素與維生素混合生產(chǎn)預(yù)混料；③在胃腸道不易受抗?fàn)I養(yǎng)因子的干擾而更多地吸收利用，同時(shí)減少微量元素排出的環(huán)境污染；④在體內(nèi)有特殊的代謝路徑，能增強(qiáng)動(dòng)物的免疫機(jī)能，抗應(yīng)激，能改善肉質(zhì)，且不影響其他元素的代謝。第七十頁(yè)，共81頁(yè)。另一類有機(jī)微量元素添加劑產(chǎn)品，是通過特異生物技術(shù)培育成能特別富集微量元素的微生物，從而生產(chǎn)富含微量元素的微生物產(chǎn)品。美國(guó)有關(guān)公司已研制成含1000×10-6～2000×10-6硒的硒酵母和1000×10-6鉻的鉻酵母產(chǎn)品。第七十一頁(yè)，共81頁(yè)。７.２.３.６營(yíng)養(yǎng)重分配制研究與應(yīng)用應(yīng)用營(yíng)養(yǎng)重分配劑的目的，是調(diào)控動(dòng)物體內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)代謝路徑，把用于生產(chǎn)脂肪的養(yǎng)分轉(zhuǎn)向肌肉生產(chǎn)。國(guó)外研究較多的是β-腎上腺素能興奮劑，表明在改善動(dòng)物生產(chǎn)性能、提高胴體肌肉含量和降低胴體脂肪含量上有明顯效果，且不影響肉質(zhì)。但美國(guó)FDA迄今僅批準(zhǔn)使用一種β-腎上腺素能興奮劑—美國(guó)Elanco公司生產(chǎn)的Ractopamine，而仍禁止其它β-腎上腺素能興奮劑產(chǎn)品在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用，理由是尚需進(jìn)一步的安全性研究資料。第七十二頁(yè)，共81頁(yè)。7.2.4禽畜基因工程疫苗基因工程亞單位苗基因工程活載體苗合成肽苗基因缺失疫苗基因疫苗2003年11月，豬偽狂犬病(基因缺失)活疫苗(S