生物多样性保护与利用第四章1111

4.1 遗传多样性利用 4.1.1 细胞繁殖 （植物组织培养、动物克隆） 4.1.2 细胞融合 4.1.2.1 体细胞融合生物技术 （多倍体育种、转基因） 4.1.2.2 性细胞融合生物技术 （杂交育种、人工受精） 4.2 物种多样性利用 4.2.1 种植业开发 4.2.2 养殖业开发 4.3 生态系统多样性利用 4.3.1 种养业链接 沼气 4.3.2 种养业结合 人工模拟生态系统 第四章 生物多样性利用 生物技术是 20世纪末人类科技史上最令人瞩目的高新技术，它迅猛地冲击着生物学的各个领域，为人类解决疾病防治、食品短缺、资源匮乏、环境污染等重大问题发挥了巨大的作用，并逐渐发展成为强大的现代生物技术产业。随着人类文明的进步，人类对自身的行为越来越谨慎，尤其对人类自身的健康和生态平衡更加关注。生物多样性利用 植物基因工程是运用分子手段，将人工设计或从生物中获得目的基因导入植物体内，从而实现对植物的遗传改良。 从 1999年开始，我国设立 “国家转基因植物研究与产业化专项 ”基金项目，将我国转基因植物研究和开发推向新高潮。生物多样性利用转基因技术的定义 将人工分离和修饰过的基因导入到生物体基因组中，由于导入基因的表达，引起生物体的性状的可遗传的修饰，这一技术称之为转基因技术（ Transgene technology）。转基因技术 转基因技术： 1.外源 DNA的分离与鉴别 2.目标基因的剪切与载体 3.目标基因的导入与拷贝 4.受体细胞的接纳与融合 转基因技术四过程分离 （鉴别） 剪切 （载体） 导入 （感染法等） 重组基因剪切酶 限制性内切核糖酶导入 感染法、金箔法、鸟枪法等植物转基因技术 1农杆菌介导转化法 2基因枪介导转化法 3花粉管通道法动物转基因技术 1核显微注射法 2精子介导的基因转移 3核移植转基因法 自 1983年第一例转基因烟草植株问世以来，转基因农作物在全球范围内飞速发展，种植面积直线上升。 1995年种植面积仅 120万 hm2， 1998年达到了2780万 hm2， 1999年又增加了 1200多万 hm2，达到 3990万 hm2。 2001年全球转基因作物种植面积超过 5000万 hm2， 2002年更是创出了历史新高，达 5867万 hm2。 据国际有关方面预测，到 2010年，世界转基因食物的市场总收入将达 30000亿美元，其中仅转基因食物的种子收入就可达 3000亿美元。一、转基因作物的产业化概况 20世纪 80年代以后，随着 “863”计划的实施，我国植物基因工程的研究和开发迅速发展，截至 2000年我国正在研究和开发的转基因植物有 47种，涉及的各类基因 103个，但转基因技术发展的总体水平还较低。 19961997年，我国在小范围内推广了转基因植物（包括两种抗棉铃虫棉花 -Bt棉及 Bt+CpT 棉、转花色矮牵牛、耐储存番茄、抗病毒番茄和抗黄瓜花叶病毒的甜椒）商业化种植后，转基因植物种植面积才迅速扩大。在这 6种作物中，番茄和甜椒的商品化种植还未形成规模，抗虫棉是目前我国种植面积最大，并能大规模进入国际市场的一种转基因植物。 我国是世界上第二个有转基因抗虫棉花自主知识产权的国家，国内已有 12个抗虫棉品种通过审定。 2002年抗虫棉种植面积占棉花总种植面积的 40%，累计推广面积达 133.3万 hm2，减少农药用量 30%，增加皮棉 1亿 kg，创经济效益 50亿元人民币。总体上看，虽然我国转基因棉花出口增长迅速，但总量并不大，棉花质量与其他产棉大国相比存在着差距，在国际竞争中处于劣势，而且棉花价格比国际市场高约30%。生物多样性利用 1. 转基因植物释放引发 “超级杂草 ” 目前转入植物的基因以抗除草剂的为多，其次以抗虫和抗病毒，然后是抗逆。当这些基因通过基因流逐渐在野生种群中定居后就使得作物的野生亲缘种具有了选择优势的潜在可能。通过花粉的传播与受精将某些基因（主要是抗除草剂基因）漂入野生近缘种或近缘杂草而产生难以控制的“超级杂草 ”。由于超级杂草可产生严重的经济和生态上的后果，因而转基因作物可能转变为杂草便成为最主要风险之一。虽然超级杂草目前并不存在，一旦成为现实，则后果十分严重。为防止超级杂草的产生应采取有效的措施与对策来进行预防 。二、转基因植物的潜在风险与生物安全性 2. 转基因植物中 35S启动子的生物安全性 启动子是基因表达所必需的，决定了外源基因表达的空间、时间和表达的强度等，是人们定向改造生物的重要限制因素 。 最常用的启动子是 35S启动子，该启动子能够在植物组织中高水平表达。因此， 35S启动子已经被引入许多转基因植物中。 35S启动子的潜在风险： （ 1）如果 35S启动子插入到原来整合到植物基因组中的隐性病毒基因组旁，可能会重新活化病毒。 （ 2）如果该启动子插入到某一编码毒素蛋白的基因上游，可能会增强该毒素的合成。 （ 3）当转基因植物被动物或人类食用时， 35S启动子可能会通过基因的水平插入到某一致癌基因上游，活化并且导致癌症的发生。 上述任何一种情况使人们有足够的理由关心 35S启动子的安全性。生物多样性利用 3. 载体骨架序列的生物安全性 T-DNA是指两侧边界以内被转移到植物中的 DNA区域，包括报告基因、标记基因、多克隆位点和启动子 T-DNA双元载体的骨架序列即 T-DNA边界以外的DNA序列。 载体骨架序列整合到植物染色体上所导致的安全问题还不清楚，但这些序列有可能会逃逸到环境中产生表达有负作用的蛋白质，而且载体骨架序列可能会影响植物正常基因的表达和促进转基因的重排等生物多样性利用 4. 抗生素抗性标记基因的生物安全性 抗生素抗性标记基因的生物安全问题是指其抗性基因转移所导致的在环境中的传播 。 目前，转基因作物都使用细菌编码的抗生素抗性基因作为选择性标记。 由于在过去的几年里，已经有越来越多的报道指出细菌可以获得对多种抗生素的抗性，这导致人们开始怀疑转基因植物中的抗性基因是否会转移到细菌中 。 有关抗生素抗性标记基因的安全性的另一个考虑是，转基因植物中的标记基因是否会通过食物在肠道中水平转移至微生物，从而影响抗生素治疗的有效性，这种怀疑使转基因植物的安全性讨论更加复杂 。 编码抗生素抗性标记基因的 DNA从植物细胞中释放出来后，很快被降解成小片段，甚至核苷酸。因此，植物 DNA在进入有肠道微生物存在的小肠下段、盲肠及结肠前已被降解。即使 DNA完整地存在，DNA转移并整合进受体细胞也是一个非常复杂的过程。生物多样性利用 5. 转基因食品的安全性 1994年美国 Caigene公司的转基因延熟番茄经 FDA批准上市，成为第一例通过安全评价的转基因植物食品。迄今为止，全世界已有 40多个可能作为食品来源的转基因植物获得批准上市。主要包括延熟番茄，抗除草剂的玉米、棉花、大豆和油菜，抗虫的马铃薯、棉花和玉米，抗病毒的西葫芦、南瓜和番木瓜，雄性不育的玉米和莴苣，以及改变油脂特性的油菜和大豆等。 转基因植物由于采用遗传工程操作的特殊手段，可能存在无法预测的其它性状的改变，从而带来某些转基因植物食品的安全性问题。 转基因食品对人类的危害主要有 3大类： （ 1）可能含有已知或未知的毒素，对人体产生毒害作用。 （ 2）可能含有已知或未知的过敏源，引起人体的过敏反应。 （ 3）这种食品某些营养成分或营养质量可能产生变化，使人体出现某种病症。生物多样性利用 我国是转基因农产品的重要进口国，主要来源是美国、阿根廷、加拿大，出口则以非转基因农产品为主。随着我国加入 WTO，国内市场将不断对外开放，国外的转基因产品势必涌入我国，我国的转基因产品也将打入国际市场，我国将面临着转基因产品进出口贸易带来的机遇和挑战。 面对世界生物技术的迅速发展，尽快制定出我国生物安全的战略和对策是当务之急 。 2001年 5月 23日，国务院公布了农业转基因生物安全管理条例。 2002年 1月 5日，农业部公布了农业转基因生物安全评价管理办法、农业转基因生物进口安全管理办法、农业转基因生物标识管理办法 3个配套文件，规定我国对转基因作物实行安全评价审批和标识申报制度。要求对大豆、玉米、油菜籽、棉花种子及番茄等 17种农业原材料及其直接加工品作出标识。 卫生部也发布了一个专门针对 “转基因加工食品 ”的标识办法。 2002年 4月 8日出台的转基因食品卫生管理办法规定从 2002年 7月 1日起，对 “转基因动植物、微生物或其直接加工品为原料生产的食品和食品添加剂 ”必须进行标识。这些法规的颁布实施，标志着我国对农业生物技术产品的安全管理纳入了法制化的轨道。我国的生物安全对策 1.食品安全说不清。 自转基因食品问世 5年来，全球约有 2亿多人食用过数千种转基因食品，尚未报道过一例食品安全事件。但国外曾发现有少数几种可导致实验动物过敏，因而停止其商品化生产。转基因食品的研制目前只有动物实验，而无人体试验或长期观察。 2.生物富集说不清。 食物链中有益物质的富集或有害物质的集聚对上一级生物的健康极为关键。目前，转基因作物大多用于饲料，这类转基因生物加入其原来没有的抗病虫害基因或抗杂草基因，其本体会有哪些富集变化，被家畜富集后又会怎样，人食用后会产生什么影响等问题，尚缺少全面系统的科研结论。 3.药食关系说不清。 利用转基因技术可建立动物药库和植物药库，如吃一个西红柿就能预防乙肝。但这种转基因药物对人体有无风险仍需进行长期研究监测才能说得清。 转基因生物的七个说不清 4.生态影响说不清。 转基因生物具有自然生物所不具备的优势，若被释放到环境中，可造成原有的生态平衡被打破，改变物种间的竞争关系。 5.基因污染说不清。 转基因生物造成的基因漂移可能会破坏野生生物的遗传多样性。例如转基因作物花粉随风飘散，由此造成的基因污染将防不胜防。 6.全球监管说不清。 现今许多转基因生物产品较多的国家，采劝外松内紧 ”政策，向一些发展中国家出口转基因产品却不告之。这种现象对保护全球生物安全十分不利。作为生物大国的美国，甚至拒绝签署 生物安全议定书 。 7.机遇泡沫说不清。 随着公众对转基因生物的深入了解和各国政府监管力度的加大，转基因产品的商业利润有所下降，科研经费也明显减少。但也有许多专家指出，转基因技术是解决全球食物短缺的重要手段，是