农业生物技术1-绪论.ppt

农业生物技术 Agriculture Biotechnology 于元杰 8242903（O） Date 1 成绩组成： 平时成绩：30% 其中 平时测验：20% 课堂笔记和考勤：10% 期末考试：70% 考试形式：闭卷 Date 2 1、农业生物技术，温孚江，中国科技社，2002 2、人工种子，陈正华，高教社，1990 3、生物工程与生命，高教司，高教社，2000 4、生物技术导论，雷特迪吉，科学社，2002 5、生物技术概论，宋思扬，科学社，1999 6、生物技术与抗除草剂作物，苏少泉，化工社，2002 主要参考书1 Date 3 7、现代环境生物技术，王建龙，清华社，2001 8、现代生物技术导论，瞿礼嘉，高教社，1998 9、植物细胞工程与育种，胡含，北工大社，1990 10、植物原生质体培养，孙勇如，科学社 ，1991 11、植物组织培养手册，颜昌敬，上海科技社，1990 12、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 Date 4 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 Date 5 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、CCTV-10走进科学 其他参考来源 Date 6 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。 Date 7 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 分子标记技术及 其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 生物技术安全性评价 课程体系 Date 8 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 Date 9 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 ）。 第一节第一节 生物技术的含义生物技术的含义 Date 10 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。 Date 11 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 含义含义 微生物 动物 植物 Date 12 2、生物技术的门类 现 代 生 物 工 程 含义含义 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 Date 13 3、生物技术的学科属性 多学科互相渗透的综合性学科。 含义含义 学科类目学 科 种 类 生物科学 分子生物学、细胞生物学、微生物学、（人体、动物、植物、 微生物）生理学、生物化学、生物物理学、分子遗传学、免疫 学 基础科学化学、化学工程学、数学、机械制造学等 尖端科学微电子技术、计算机科学、自动化控制等 Date 14 4、农业生物技术的含义 农业生物技术：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 Date 15 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） 第二节第二节 生物技术的内容生物技术的内容 Date 16 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 优良动植物品系 Date 17 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 Date 18 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 Date 19 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严 人工操纵生物遗传物质，克隆人问题 Date 20 第三节第三节 农业生物技术的发展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） Date 21 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 第三节第三节 Date 22 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。 1917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 Date 23 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 Date 24 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。 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 第三节第三节 Date 25 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 Date 26 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。 Date 27 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 第三节第三节 Date 28 （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。 Date 29 20世纪80年代，全方位发展 1、制药与诊断方面 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。 Date 30 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：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 Date 31 人类基因组计划 Human Genome Project，HGP 1、 HGP的提出 2、 HGP的目标 3、 HGP的实施 4、 HGP精神 Date 32 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 。Date 33 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。 Date 34 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。 Date 35 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%） 2003.4.14，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。 Date 36 4、HGP精神 1）团结协作精神 2）高度负责精神 Date 37 （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 Date 38 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 Date 39 20世纪末新计划： 1）糖工程计划 2）“人体基因组”数据库 Date 40 （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。 Date 41 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、 “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、“科技支撑（攻关）计划”专项攻关 Date 42 （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。 Date 43 （二）基础研究成果 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。Date 44 （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。 Date 45 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 第四节第四节 农业生物技术的应用农业生物技术的应用 Date 46 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 Date 47 （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。 Date 48 （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，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。 Date 49 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） 作物的特性批准项数所占比例（%） 抗除草剂129729.6 抗虫104623.8 品质好88620.2 抗病毒4369.9 农艺性状好2114.8 抗真菌2084.7 其他3036.9 Date 50 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 Date 51 （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） 作物的特性批准项数所占比例（%） 抗除草剂129729.6 抗虫104623.8 品质好88620.2 抗病毒4369.9 农艺性状好2114.8 抗真菌2084.7 其他3036.9 Date 52 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） Date 53 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） Date 54 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） Date 55 （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。 Date 56 美国生物产品销售预测（亿美元） 领域1998年2003年2008年 疾病治疗91.2161270 疾病诊断213143 农业4.21023 特制品3.9920 非医疗检验2.746 合计123215362 Date 57 1、药品的研制和开发 效用独特、价格昂贵的新药 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