现代生物技术在农业中的应用应用ppt课件

农业现农业现 代生物技代生物技 术术 推广与推广与 应应 用用 我国经济增长方式存在的问题我国经济增长方式存在的问题 （一）高投入（一）高投入 p 经济经济 快速增快速增 长长 在一定程度上是依靠在一定程度上是依靠 资资 金、金、 劳动劳动 力力 和自然和自然 资资 源等生源等生 产产 要素的粗放投入要素的粗放投入 实现实现 的的 p 建国建国 60多年，我国多年，我国 GDP增增 长长 了了 15倍，倍， 矿产资矿产资 源源 消耗增消耗增 长长 了了 40多倍多倍 p 在在 “六五六五 ”、 “七五七五 ”、 “八五八五 ”、 “九五九五 ”和和 “十五十五 ” ， 每增加每增加 1亿亿 元元 GDP需要的固定需要的固定 资产资产 投入分投入分 别别 是是 1.8 、 2.15、 1.6、 4.49和和 4.99亿亿 元元 我国经济增长方式存在的问题我国经济增长方式存在的问题 （二）高消耗（二）高消耗 经济经济 快速增快速增 长长 在很大程度上是靠大量消耗物在很大程度上是靠大量消耗物 质资质资 源源 实现实现 的的 q 与欧美国家比火与欧美国家比火 电电 供供 电电 煤耗高煤耗高 22.5%、水泥、水泥 综综 合合 能耗高能耗高 45%、吨、吨 钢钢 可比能耗高可比能耗高 21% q 农业农业 灌灌 溉溉 用水利用系数只是国外先用水利用系数只是国外先 进进 水平的一半水平的一半 左右左右 q 工工 业业 万元万元 产值产值 用水量是国外先用水量是国外先 进进 水平的水平的 10倍倍 我国经济增长方式存在的问题我国经济增长方式存在的问题 （三）高排放（三）高排放 q 小机小机 组发电组发电 比例高，耗煤就多，粉煤灰和二氧化比例高，耗煤就多，粉煤灰和二氧化 硫排放量多；草硫排放量多；草 浆浆 造造 纸纸 比例高，耗水量就大，比例高，耗水量就大， 废废 水排放量多；低效磷肥比例大，磷水排放量多；低效磷肥比例大，磷 矿矿 利用率就低利用率就低 ， 废废 渣和渣和 废废 石多石多 q 每增加每增加 单单 位位 GDP的的 废废 水排放量比水排放量比 发发 达国家高达国家高 4倍倍 ， 单单 位工位工 业产值产业产值产 生固体生固体 废废 弃物比弃物比 发发 达国家高达国家高 10多倍多倍 q 二氧化硫排放量已居世界第一，二氧化硫排放量已居世界第一， 2003年年 达到达到 2120万吨，万吨， 约约 90%是燃煤造成的，是燃煤造成的， 排放已排放已 经经 大大超大大超 过环过环 境自境自 净净 能力能力 q 我国已有我国已有 约约 三分之一的国土受到酸雨三分之一的国土受到酸雨 污污 染染 q农药农药 、化肥造成的面源、化肥造成的面源 污污 染染 严严 重，重， 70%的河流受到的河流受到 污污 染，染， 39%的湖泊及的湖泊及 东东 南沿海富南沿海富 营营 养养 化化 我国经济增长方式存在的问题我国经济增长方式存在的问题 （四）不协调（四）不协调 q农业农业 基基 础础 薄弱，不薄弱，不 仅仅 影响影响 农农 民收入水民收入水 平和消平和消 费费 水平，而且影响水平，而且影响 农农 村市村市 场场 开开 拓拓 q 服服 务业务业 增加增加 值值 只占只占 GDP的的 32.8%，不，不 仅仅 低于全世界平均低于全世界平均 64%的水平，而且的水平，而且 低于低收入国家平均低于低收入国家平均 45%的水平的水平 q 社会物流社会物流 总总 成本占成本占 GDP比重高达比重高达 20% ， 约约 是是 发发 达国家的达国家的 2倍倍 我国经济增长方式存在的问题我国经济增长方式存在的问题 （五）难循环（五）难循环 单向线性过程与闭环反馈式循环过程单向线性过程与闭环反馈式循环过程 q 全世界全世界 钢产钢产 量的量的 1/3、 铜产铜产 量的量的 1/2、 纸纸 制制 品的品的 1/3来自循来自循 环环 使用使用 q 我国每年我国每年 约约 有有 500多万吨多万吨 废钢铁废钢铁 、 20多万多万 吨吨 废废 有色金属、有色金属、 1400多万吨多万吨 废纸废纸 及大量的及大量的 废废 塑料、塑料、 废废 玻璃等没有回收玻璃等没有回收 我国经济增长方式存在的问题我国经济增长方式存在的问题 （六）低效率（六）低效率 q 第二第二 产业劳动产业劳动 生生 产产 率只相当于美国的率只相当于美国的 1/30 、日本的、日本的 1/18、法国的、法国的 1/16、德国的、德国的 1/12以以 及及 韩韩 国的国的 1/7 q 每吨每吨 标标 准煤的准煤的 产产 出效率相当于美国的出效率相当于美国的 28.6%、欧盟的、欧盟的 16.8%、日本的、日本的 10.3% q 盲目盲目 办办 开开 发发 区，省区，省 级级 以下开以下开 发发 区征地后的区征地后的 土地土地 闲闲 置率高达置率高达 40%以上以上 2003年，我国年，我国 经济经济 增增 长长 9.1%， 实现实现 的的 GDP约约 占世界占世界 GDP的的 4%，但是，但是 q 原油的消原油的消 费费 量量 为为 世界的世界的 7.4% q 原煤的消原煤的消 费费 量量 为为 世界的世界的 31% q 铁矿铁矿 石消石消 费费 量量 为为 世界的世界的 30% q 钢钢 材的消材的消 费费 量量 为为 世界的世界的 27% q 水泥的消水泥的消 费费 量量 为为 世界的世界的 40% 我国经济增长方式存在的问题我国经济增长方式存在的问题 作作 为为 一个一个 发发 展中的国家，在未来展中的国家，在未来 实现现实现现 代代 化的化的 过过 程中，增加程中，增加 资资 源消源消 费费 量是量是 难难 以避免以避免 的。但按照的。但按照 传统传统 的的 发发 展模式以大量消耗展模式以大量消耗 资资 源来源来 实现实现 工工 业业 化，我国的化，我国的 资资 源需求量将接源需求量将接 近于全球的消近于全球的消 费总费总 量，量， 这这 是是 难难 以想象的，以想象的， 也是不可能也是不可能 实现实现 的的 解决问题的重要途径解决问题的重要途径 在于科技在于科技 21世纪的六大高新技术世纪的六大高新技术 n (1)信息技术 信息技术 它是高技术群体的先导，它是高技术群体的先导， 是当代待别是未来世纪的知识和技术基础是当代待别是未来世纪的知识和技术基础 。 n (2)新材料技术新材料技术 它是支持和促进高技术 它是支持和促进高技术 发展的基本条件，是高技术及其产业的物发展的基本条件，是高技术及其产业的物 质基础。质基础。 n (3)新能源技术新能源技术 它是替代传统的石化燃 它是替代传统的石化燃 料能源的新途径，是维持和发展社会生产料能源的新途径，是维持和发展社会生产 和生活的物质动力泉源。和生活的物质动力泉源。 n n (4)生物技术生物技术 它是直接或间接利用生物体及其 它是直接或间接利用生物体及其 组分与功能的活动，是揭示生命过程、创建新生组分与功能的活动，是揭示生命过程、创建新生 物的全新领域。物的全新领域。 n (5)海洋技术海洋技术 它是对地球陆地以外的开发，是 它是对地球陆地以外的开发，是 利用地球的洋面、海中和海底资源的现代手段。利用地球的洋面、海中和海底资源的现代手段。 n (6)空间技术空间技术 它是探索地球圈外、太阳系、银 它是探索地球圈外、太阳系、银 河系以至整个宇宙的新起点，是当今科技发展的河系以至整个宇宙的新起点，是当今科技发展的 象征。象征。 n 六大高技术的发展序列是：以信息技术为先导，六大高技术的发展序列是：以信息技术为先导， 以新材料技术为基础，以新能源技术为支拄，沿以新材料技术为基础，以新能源技术为支拄，沿 微尺度领域向生物技术开拓，沿宏尺度领域向海微尺度领域向生物技术开拓，沿宏尺度领域向海 洋和空间技术扩展。洋和空间技术扩展。 现现 代生物技代生物技 术产业术产业 的特点的特点 n 现代生物技术产业发展与其他生物产业比：现代生物技术产业发展与其他生物产业比： n (1)三高，即高投入、高风险、高产出三高，即高投入、高风险、高产出 (或高回或高回 报报 )； n (2)知识与技术高度集成；知识与技术高度集成； n (3)知识产权和信息已成为一类重要产品；知识产权和信息已成为一类重要产品； n (4)以技术研发为主的研究机构或小型公司将以技术研发为主的研究机构或小型公司将 成为技术创新的主力军；成为技术创新的主力军； n (5)金融界将会敏锐地介入生物技术产业，并金融界将会敏锐地介入生物技术产业，并 进行风险投资。进行风险投资。 现代应用生物技术展望现代应用生物技术展望 二十世二十世 纪纪 上半叶上半叶 ,电话电话 走走 进进 50%的美国家庭用了的美国家庭用了 长长 达达 60年年 的的 时间时间 ，而互，而互 联联 网网 进进 入半数美国家庭的入半数美国家庭的 时间时间 只用了只用了 5年年 时时 间间 目前，目前， 单单 位面位面 积积 芯片的存芯片的存 储储 量每量每 18个月增加一倍；主干个月增加一倍；主干 网的网的 带宽带宽 每每 6个月增加一倍个月增加一倍 现现 代代 应应 用生物技用生物技 术术 越来越越来越 显显 示出其示出其 对对 相关相关 领领 域的重要促域的重要促 进进 作用，特作用，特 别别 是人是人 类类 基因基因 组组 的研究的研究 进进 展展 对对 医医 药药 的研究开的研究开 发产发产 生了重大的影响。生了重大的影响。 2003年，世界生物技年，世界生物技 术产业术产业 市市 场场 约约 894亿亿 美元，美元， 2010年其市年其市 场场 已已 经经 超超 过过 3000亿亿 美元。美元。 许许 多多 专专 家家 预计预计 ，到本世，到本世 纪纪 20年代，人年代，人 类类 将走向信息将走向信息 时时 代代 后后 崭崭 新的新的 经济时经济时 代生物代生物 经济时经济时 代代 。 当代六大高技术群体 （先导） （基础） （支柱） 生物技术的基础和应用 （一）生物技术概念（一）生物技术概念 n 生物技术生物技术 是以现代生命科学为基础，与众多相关学科和高 新技术密切结合，利用生物体 (微生物、动物和植物体 )及 其组成部分 (细胞、分子等 )的特性和功能，设计、构建具 有预期性能的新物质或新品系，加工生产产品或为社会提 供服务的综合性技术体系。 它是七十年代初在它是七十年代初在 分子生物学分子生物学 和和 细胞生物学细胞生物学 基础上，结合现代工程学的方法和原理而发基础上，结合现代工程学的方法和原理而发 展起来的一门综合性科学技术。展起来的一门综合性科学技术。 n 这个综合性技术体系包括这个综合性技术体系包括 基因工程基因工程 、 蛋白质工程蛋白质工程 、 细胞工细胞工 程程 、 酶工程酶工程 、 发酵工程发酵工程 等方面的内容它们彼此之间形成等方面的内容它们彼此之间形成 相互联系的整体，各自占有不可替代的重要地位。其中，相互联系的整体，各自占有不可替代的重要地位。其中， 基因工程是现代生物技术的核心。基因工程是现代生物技术的核心。 基因工程基因工程 n 自自 1977年成功地用大肠杆菌生产出生长激素年成功地用大肠杆菌生产出生长激素 释放因子以来，人胰岛素、人生长激素、胸释放因子以来，人胰岛素、人生长激素、胸 腺素、干扰素、尿激酶、肿瘤坏死因子、疯腺素、干扰素、尿激酶、肿瘤坏死因子、疯 牛病疫苗、乙肝病毒疫苗、甲肝病毒疫苗、牛病疫苗、乙肝病毒疫苗、甲肝病毒疫苗、 幼畜腹泻疫苗、青霉素酰化酶基因工程菌株幼畜腹泻疫苗、青霉素酰化酶基因工程菌株 、非典疫苗等数十种基因工程产品相继问世、非典疫苗等数十种基因工程产品相继问世 。 n 优质产毛羊等动物新品种，金色水稻，彩色优质产毛羊等动物新品种，金色水稻，彩色 棉花，抗病虫与除草剂玉米、大豆、棉花、棉花，抗病虫与除草剂玉米、大豆、棉花、 水稻，转基因花卉、蔬菜等都已经获得推广水稻，转基因花卉、蔬菜等都已经获得推广 或取得阶段性成果。或取得阶段性成果。 转基因农作物转基因农作物 n 1983年年 世界上世界上 首次获得转基因植物首次获得转基因植物 后，至今已经有后，至今已经有 35科科 120多种植物转基因获得成功。多种植物转基因获得成功。 n 1986年年 首批转基因植物被批准进入田间试验首批转基因植物被批准进入田间试验 ，至今国际上，至今国际上 已有已有 30个国家批准数千例转基因植物进入田间试验。个国家批准数千例转基因植物进入田间试验。 n 种植转基因植物的种植转基因植物的 国家国家 从从 1992年年 1个增加到个增加到 1996年的年的 6个个 ， 2002年年 13个。个。 n 转基因植物种植转基因植物种植 面积面积 从从 1996年年 170万公顷，万公顷， 1997年年 1100万公顷，万公顷， 2002年年 5867万公顷。我国万公顷。我国 2001年栽培年栽培 转基因植物达转基因植物达 150万公顷。万公顷。 n 栽培的主要转基因植物有：栽培的主要转基因植物有： 大豆（大豆（ 54%），玉米（），玉米（ 28% ），棉花（），棉花（ 9%），油菜（），油菜（ 9%），马铃薯、西葫芦、木瓜），马铃薯、西葫芦、木瓜 等（不到等（不到 1%）。）。 n 主要性状：主要性状： 抗除草剂（抗除草剂（ 71%），抗虫（），抗虫（ 22%），抗病毒），抗病毒 和其它性状和其它性状 (7%)。 在中国在中国 n 国内外首创两系法杂交水稻研究与开发国内外首创两系法杂交水稻研究与开发 n 基因工程抗虫棉研究取得重大突破基因工程抗虫棉研究取得重大突破 n 抗病小麦生物技术育种全面创新抗病小麦生物技术育种全面创新 n 农业重组微生物应用效果突出、增产明显农业重组微生物应用效果突出、增产明显 n 转抗茵肽基因的抗青枯病马铃薯率先成功转抗茵肽基因的抗青枯病马铃薯率先成功 n “试管试管 ”牛的研究与开发开始实用化牛的研究与开发开始实用化 n 动物转基因技术某些方面达到国际先进水动物转基因技术某些方面达到国际先进水 平平 2、蛋白质工程、蛋白质工程 n 核酸控制生物的遗传变异，诞生了基因工程。但基因工程核酸控制生物的遗传变异，诞生了基因工程。但基因工程 原则上只生产自然界中已经存在的蛋白质，但很多天然蛋原则上只生产自然界中已经存在的蛋白质，但很多天然蛋 白的物理、化学性质可能不适于进行工业生产，这就需要白的物理、化学性质可能不适于进行工业生产，这就需要 通过蛋白质工程对其进行改造，进而设计和创造出自然界通过蛋白质工程对其进行改造，进而设计和创造出自然界 所没有的而又具有优良性质的全新的蛋白质。所没有的而又具有优良性质的全新的蛋白质。 n 蛋白质工程这一名称最早是蛋白质工程这一名称最早是 1981年由美国基因公司的年由美国基因公司的 Ulmer提出，随着分子生物学、晶体学及计算机技术的提出，随着分子生物学、晶体学及计算机技术的 迅猛发展，蛋白质工程在最近十几年中取得了长足的进步迅猛发展，蛋白质工程在最近十几年中取得了长足的进步 ，成为研究蛋白质结构和功能的重要手段，同时广泛应用，成为研究蛋白质结构和功能的重要手段，同时广泛应用 于制药及其他工业生产中，如干扰素于制药及其他工业生产中，如干扰素 16、抗体的人源化、抗体的人源化 、新疫苗佐剂、组织纤溶酶原激活物、酶修饰等。、新疫苗佐剂、组织纤溶酶原激活物、酶修饰等。 3、细胞工程、细胞工程 n 是指应用现代细胞生物学、发育生物学、遗传学是指应用现代细胞生物学、发育生物学、遗传学 和分子生物学的理论和方法，在细胞水平上研究和分子生物学的理论和方法，在细胞水平上研究 、开发、利用种类细胞的工程。细胞工程的优势、开发、利用种类细胞的工程。细胞工程的优势 在于避免了分离、提纯、剪切和重组等基因操作在于避免了分离、提纯、剪切和重组等基因操作 ，这项技术可以把不同种属或者不同种类的细胞，这项技术可以把不同种属或者不同种类的细胞 进行融合，如不同的动物或植物细胞，还可以把进行融合，如不同的动物或植物细胞，还可以把 动物细胞与植物细胞融合在一起。动物细胞与植物细胞融合在一起。 n 轰动世界的轰动世界的 “多莉多莉 ”，就是细胞工程研究领域的重，就是细胞工程研究领域的重 大突破。植物细胞及组织培养技术就是当今国内大突破。植物细胞及组织培养技术就是当今国内 外农业领域广泛应用的植物细胞工程。外农业领域广泛应用的植物细胞工程。 多莉羊的克隆 从芬兰多塞特母绵羊的乳腺中取 出乳腺细胞，将其放入低浓度的 营养培养液中，细胞逐渐停止了 分裂，此细胞称之为供体细胞； 从一头苏格兰黑面母绵羊的卵巢 中取出未受精的卵细胞，并立即 将其细胞核除去，留下一个无核 的卵细胞，此细胞称之为受体细 胞； 利用电脉冲的方法，使供体细胞 和受体细胞发生融合，最后形成 了融合细胞，由于电脉冲还可以 产生类似于自然受精过程中的一 系列反应，使融合细胞也能象受 精卵一样进行细胞分裂、分化， 从而形成胚胎细胞； 将胚胎细胞转移到另一只苏格兰 黑面母绵羊的子宫内，胚胎细胞 进一步分化和发育，最后形成一 只小绵羊 。 铁铁 皮石斛皮石斛 组织组织 培养培养 n 在外植体、培养基、植物生在外植体、培养基、植物生 长调节剂长调节剂 、添加、添加 剂剂 以及光照、温度、以及光照、温度、 pH等等 选择选择 与控制方面与控制方面 进进 行了大量研究，并取得了突破。行了大量研究，并取得了突破。 n 利用利用 组织组织 培养技培养技 术术 已已 经经 有效的解决了有效的解决了 铁铁 皮皮 石斛种苗生石斛种苗生 产问题产问题 ， 现现 有有 设设 施栽培基地苗施栽培基地苗 木均源自木均源自 组组 培工厂。培工厂。 1/2MS培养基用于种子萌发培养基用于种子萌发 MS与改良与改良 MS培养基用于培养基用于 原球茎增殖和原球茎增殖和 丛丛 芽促成芽促成 B5培养基用于壮苗的培养 铁铁 皮石斛苗木工厂化皮石斛苗木工厂化 组组 培培 车间车间 铁 皮石斛苗木工厂化 组 培 车间 炼 苗 车间 4、酶工程、酶工程 enzyme engineering n 酶工程又称酶工艺学酶工程又称酶工艺学 ，就是利用酶的催化作用，通过工程，就是利用酶的催化作用，通过工程 学的手段，在一定的生物反应器中，将相应的原料转化成学的手段，在一定的生物反应器中，将相应的原料转化成 所需要的产品。所需要的产品。 n 它是酶学理论与化工技术相结合而形成的一种新技术，主它是酶学理论与化工技术相结合而形成的一种新技术，主 要内容有要内容有 （ 1）对天然酶的开发和生产。（）对天然酶的开发和生产。（ 2）自然酶的）自然酶的 分离纯化及鉴定技术。（分离纯化及鉴定技术。（ 3）酶的固定化技术。（）酶的固定化技术。（ 4）酶）酶 反应器的研制和应用。（反应器的研制和应用。（ 5）与其它生物技术领域的交叉）与其它生物技术领域的交叉 和渗透。和渗透。 n 其应用主要集中于食品工业、轻工业、医药工业和临床诊其应用主要集中于食品工业、轻工业、医药工业和临床诊 断等方面，对传统化学工业的改造和断等方面，对传统化学工业的改造和 “三废三废 ”处理等具有很处理等具有很 大的潜力。高果糖浆、加酶洗衣粉、嫩肉粉、酶传感器以大的潜力。高果糖浆、加酶洗衣粉、嫩肉粉、酶传感器以 及医药医疗中应用的菠萝蛋白酶、纤维素酶、淀粉酶、胃及医药医疗中应用的菠萝蛋白酶、纤维素酶、淀粉酶、胃 蛋白酶，新型青霉素也是酶工程的产物。蛋白酶，新型青霉素也是酶工程的产物。 5、发酵工程、发酵工程 fermentation engineering n 发酵工程发酵工程 是指利用微生物的特定性状，通过现代化工程技术是指利用微生物的特定性状，通过现代化工程技术 ，在生物反应器生产有用的物质的一种技术系统，或直接把，在生物反应器生产有用的物质的一种技术系统，或直接把 微生物应用于工业生产过程的一种新技术。发酵工程的关键微生物应用于工业生产过程的一种新技术。发酵工程的关键 在于优良菌株的获得，除选用常用的诱变、杂交、原生质体在于优良菌株的获得，除选用常用的诱变、杂交、原生质体 融合等方法外，还与基因工程相结合，大力改造菌种。发酵融合等方法外，还与基因工程相结合，大力改造菌种。发酵 工程的内容包括菌种的选育、培养基的配制、灭菌、扩大培工程的内容包括菌种的选育、培养基的配制、灭菌、扩大培 养、接种、发酵过程和产品分离提纯等方面。养、接种、发酵过程和产品分离提纯等方面。 n 现代发酵工程不但应用于生产乙醇类饮料、醋酸和面包，目现代发酵工程不但应用于生产乙醇类饮料、醋酸和面包，目 前常用的抗生素、氨基酸、食品添加剂（味精）、维生素、前常用的抗生素、氨基酸、食品添加剂（味精）、维生素、 胰岛素、干扰素、生长激素和疫苗等多种食品、医疗保健药胰岛素、干扰素、生长激素和疫苗等多种食品、医疗保健药 物，天然杀虫剂、细菌肥料和微生物除草剂等农用生产资料物，天然杀虫剂、细菌肥料和微生物除草剂等农用生产资料 ，酶、生物高分子、单细胞蛋白等化学工业产品等，酶、生物高分子、单细胞蛋白等化学工业产品等 200多个多个 品种都是发酵工程的产品。品种都是发酵工程的产品。 生物农药生物农药 n 生物农药具有对人畜安全、不破坏生态平衡、害虫不易产生物农药具有对人畜安全、不破坏生态平衡、害虫不易产 生抗性等优点，但也存在着药效速度慢、专一性强、受自生抗性等优点，但也存在着药效速度慢、专一性强、受自 然条件影响大的缺点。而利用基因工程改造微生物菌种，然条件影响大的缺点。而利用基因工程改造微生物菌种， 创造出自然界不存在的新型菌种就可以克服这些缺点。创造出自然界不存在的新型菌种就可以克服这些缺点。 n 20世纪世纪 70年代末国外就把苏云金杆菌伴孢晶体毒素蛋白年代末国外就把苏云金杆菌伴孢晶体毒素蛋白 基因基因 (BtlCP基因基因 )转移到大肠杆菌和枯草杆菌中。通过发转移到大肠杆菌和枯草杆菌中。通过发 酵工程进行工业化大量生产，降低了成本，提高了产量，酵工程进行工业化大量生产，降低了成本，提高了产量， 目前已转到假单胞杆菌中，由于该菌对环境适应性强，土目前已转到假单胞杆菌中，由于该菌对环境适应性