七年级生物上册第一单元第1章生物学研究生命的科学生命科学研究进展素材新版苏科版.docx

生物学 研究生命的科学 生命科学研究进展我国生命科学与生物技术在农业生产中的应用摘要：对国内外有关生命科学与生物技术在农业中的应用进行了综述，指出生命科学与生物技术对农业发展起到了很大的促进作用，从基因组学所带来的深刻的科学革命、技术革命、研究方法革命、组织方式革命、产业革命和深远的社会革命等方面，阐述了农业生物技术为构筑国家未来核心竞争力将带来重大发展机遇。关键词：生命科学，生物技术，基因，农业生态，粮食生产21世纪将是生命科学的世纪，生命科学和生物技术将会极大地应用于国家的农业、工业和安全。全球范围内，生命科学与生物技术的研究进展迅速，新成果、新技术不断涌出，其在农业生产中的应用也不断出现新的突破。我国是一个生物资源大国，拥有全球10%的生物遗传资源。丰富的动植物和微生物资源(约26万种)和56个民族为发展生命科学与生物技术提供了充足的材料。近20年来，生命科学与生物技术的飞速发展为世界各国医疗业、制药业、农业、环保等行业开辟了广阔的发展前景。作为“对全社会最为重要并可能改变未来工业和经济格局的技术”，生命科学与生物技术日益受到世界各国的普遍关注。中国作为一个拥有近13亿人口的大国，在人口与健康领域及农业领域面临着巨大的挑战，发展生命科学与生物技术对实现我国社会经济可持续发展有着重要的意义。近年来，我们国家在生命科学和生物技术领域的原始创新能力有大幅度提高。1 我国近年来生命科学发展状况大的生物技术的范围，包括基因核蛋白工程、细胞工程、组织工程，动物克隆等诸多方面，涉及的领域包括医学、药物、海洋等各个方面的，例如像个体化疾病诊断、治疗和预防等等。我国生命科学基础性研究的优先发展领域包括基因组和功能基因组学、重大疾病相关基因的识别、分子生物学与生物化学、细胞和发育生物学、神经生物学、动植物区系的系统演化与协同进化、生物信息学等1。基因组研究：在基因组这一前沿领域，我国科学家承担了人类基因组1%的测序任务，是继美、英、法、日、德后成为正式参加国际人类基因组合作项目的第6个国家，也是惟一加入该计划的发展中国家；克隆了功能新基因的全长cDNA多条，已申请一批国内外专利；证明了东亚人群的基因组与其他现代人群一样起源于非洲等。最近，中国科学院在水稻基因组研究中取得重大进展，已经发表了水稻基因组的框架序列，并在参加水稻基因组完成序列图测定的国际合作中率先完成了第四号染色体的工作。我国在微生物基因组测序方面也已成为主要的参加国，迄今已完成了钩端螺旋体等6个微生物的全基因组测序。疾病相关基因研究：我国科学家充分发挥人类遗传资源优势，近年来取得了疾病致病基因定位、克隆的一系列进展。首先在急性早幼粒白血病的致病基因克隆和功能研究方面取得突破，继而克隆了耳聋、短指（趾）等一批单基因疾病的致病基因，近来又定位了II型糖尿病、原发性高血压和鼻咽癌的基因。其他前沿领域：在诸如生物化学和分子生物学、神经生物学、进化生物学等方面，近年来我国生命科学界也取得了不少国际一流成果。例如，发现了与精子成熟和保护有关的抗菌肽基因、揭示了果蝇有与高等动物类似的认知行为，首次观察到植物防止自交的一种新的繁育机制等。在系统发育和动植物区系演化方面，完成了255卷的植物志、动物志、中国隐花植物志，这些工作均得到国际同行的高度评价。2 我国生物技术领域的主要进展我国生物技术研究与开发重点领域：高产优质农作物的遗传育种、转基因技术和动物克隆、生物反应器、基因和蛋白质工程疫苗及药物、基因治疗等。农业生物技术：我国在超级杂交稻研究与组合应用上处于世界领先地位，已选育出一批两系法亚种间杂交稻新组合，较好地实现了杂种优势与理想株型的结合。育成的超级杂交稻组合比现在生产上应用的杂交稻组合增产1525。在植物基因工程研究开发方面，我国已经有转基因耐贮藏番茄、转查尔酮合成酶基因矮牵牛、抗病毒甜椒、抗病毒番茄、抗虫棉花5种自主研制的转基因植物通过了国家商品化生产许可，并有20余种转基因植物进入环境释放阶段。在动物生物技术研究与开发方面也取得了可喜的成绩：转基因鱼研究达到了国际领先水平；获得了生产人药用蛋白的转基因动物；获得了山羊、牛等一大批克隆动物，其生产水平已达到国际先进。此外，部分畜禽基因工程疫苗已经达到了商业化生产的阶段。医药生物技术：经多年努力，基因工程药物产业初具规模，批准上市的产品有18种，进入一、二期临床的有21种，处于临床前开发的有35种。产品市场占有率不断提高，例如1b干扰素国内市场占有率已达60%。治疗性乙型肝炎疫苗初露端倪，人工血液的核心技术已实现重大转让。通过产学严的结合，我国基因工程制药业具备一定生产能力的企业已有60多家。生物技术药物由仿制逐步向创新转变，在世界前10种销量最大的品种中，我国能生产8种。此外，肿瘤免疫治疗、抗血管治疗等取得了一系列突破与重要进展；基因治疗的关键技术实现突破，恶性肿瘤、B型血友病等5种治疗方案进入临床试验。中国的生物技术产品销售额已从1986年的2.6亿元人民币上升到2000年的200亿元人民币。3 我国生命科学与生物技术存在的问题及对策 我国生物技术发展还存在一些问题：创新能力不足，投入不足，人才不足，基础设施不足；部门研究计划之间的协调不够，投入渠道多而协调机制少，导致计划重复而效率不高；科技研究与产业的结合不紧，企业研究力量相对薄弱，研究机构与企业之间缺乏有效的合作机制；同时，法制建设跟不上科技的发展。针对这些问题，政府有关部门和有关研究发展计划提出了一些新思路，如实施人才、专利、标准“三大战略”，发挥国家级高新技术园区和高技术产业化基地的骨干作用，建立不同研究计划之间的协调机构并逐渐简化和集中资助渠道，加强国立科研机构与地方、企业的联合，鼓励科研机构的项目组或单位的适当时机转制，建立国家和机构的生物伦理委员会。为进一步加强重点领域的研发，近年来我国新建了人类基因组研究中心、生物信息中心、转基因动物基地、作物设计中心、药物筛选基地等一批基地，通过市场机制，对生物技术要素进行整合，形成知识链、技术链、产业链的连接，组成研究、开发航母；抓大放小，促进关键产业的结构调整，孕育大的产业集团；注意引进通晓生物技术研究开发全过程的“领军”人物，形成临界状态。4 我国生命科学与生物技术在农业中的应用4.1 重要农艺性状基因的克隆与基因功能研究2002年12月，我国科学家首次绘制完成水稻基因组“精细图”，“精细图”的覆盖率达97，其中97的基因精确定位在染色体上，其中覆盖基因组94的染色体定位序列的单碱基准确率为9999 ，还预测出约6万个水稻基因，制备出全基因组基因芯片，为大规模分离抗病、高产、优质的相关基因奠定了基础。近5年来，我国建成了包括水稻、小麦等主要作物的遗传资源收集和研究中心，收集鉴定和创造了一大批具有特殊抗性的遗传资源，建立了主要农作物病害和逆境抗性的筛选与鉴定体系；完善了水稻、小麦、棉花等农杆菌介导的高效遗传转化体系和TDNA插入突变技术体系，建立容量超过20万份的水稻突变体库；发现重要农艺性状新基因或数量性状位点(QTL)657个，分离了一系列具有自主知识产权的高抗草甘膦基因、特殊抗病杀虫基因和抗旱、耐盐或低温胁迫的转录调控因子，克隆了稻谷分蘖控制基因(MOC1)、抗白叶枯病优异新基因Xa23、水稻抗稻瘟病基因、抗盐相关的SKC1基因、控制矮化的基因、小麦抗白粉病基因、棉花纤维品质相关基因、抗黄萎病相关新基因等一批重要功能基因；明确了纤维细胞发育调控基因与棉花体内乙烯代谢的关系，发现棉花抗黄萎病相关基因与黄酮代谢的一个新支路，阐明了Boro 型水稻细胞质雄性不育和育性恢复的分子机理，以及对称植物花瓣形成控制机理等37。4.2 生物技术育种近年来，在分子标记、转基因、细胞工程等现代育种技术领域，相继创制出一批水稻、小麦、棉花、玉米、大豆、油菜、甘蓝和辣椒等作物育种新材料，构建了新型抗逆、抗病虫害或抗草甘膦转基因水稻、油菜、玉米、小麦和棉花株系等，取得了超级稻、优质专用小麦、高产优质玉米、转基因抗虫棉、高油大豆、双低油菜、转基因杨树、北京黑猪、中国荷斯坦牛、中国美利奴羊、小型蛋鸡、新吉富罗非鱼、中国对虾黄海一号等一批新成果。近5年来，在高产、优质、抗病、抗逆作物新品种选育方面，共培育并成功推广种植水稻、小麦、玉米、大豆、棉花和油菜等作物新品种650个，创造了1 200多份具有优良特性的遗传新材料，累计推广面积超过1.17亿hm2，增产粮食600多亿kg，直接经济效益731.5亿元，培育高科技种业15家，创造了巨大的社会与经济效益，为保障我国粮食安全、农业增效、农民增收做出了显著贡献1011。4.3 生物农药在微生物农药研究领域，我国科学家独立鉴定和克隆的新型Bt基因数目已超过30个，约占同期国际命名Bt基因总数的1/3。Bt菌剂WG-001是我国第一个通过安全性审定获准商品化生产的基因工程微生物杀虫剂，工程菌“荧光93”是我国利用生物技术对细菌进行遗传改良的最早的实践。经过多年坚持自主原始创新，已相继开发出了200多种具有自主知识产权和中国特色的生物农药产品，如木霉制剂、Bt、绿僵菌、白僵菌、阿维菌素、井岗霉素、中生菌素等，部分产品和技术已经通过合作等方式输出到国际市场。近年来，运用基因控制技术、分子标记技术发掘新的生物农药制剂或产品，应用现代细胞工程和先进发酵技术提高单位产品的产量和生产效率，在棉铃虫病毒原药、Harpin蛋白研究、聚半乳糖醛酸酶水剂、白僵菌可湿性粉剂、粘帚霉可湿性粉剂、除多种恶性杂草的生物除草剂等新型生物农药技术与工艺研制上取得创新，生物源农药的活性成分已达到200多种，登记注册的产品已超过1 000个，其中生物化学农药124种、微生物生物农药68种、植物源生物农药10种，总产值约65亿元。4.4 转基因安全性评价技术研究在转基因植物环境安全性评价与检测监测技术体系方面，完成了转基因大豆、玉米和水稻环境安全性评价的行业标准，建立了适应我国国情的转基因植物安全性评价的技术体系；评价了国外转基因大豆、玉米和油菜对我国环境的潜在影响；系统监测研究了转基因抗虫棉大规模商业化种植对靶标生物、非靶标生物、农田生态系统群落结构和生物多样性的影响，制定了转基因抗虫棉环境风险的管理策略，为转基因作物的安全性管理和转基因抗虫棉的持续利用提供了技术支撑；形成了独立自主与国际领先水平进行平等对话和交流的技术能力与平台3,4,13。参考文献：1 李建华.我国生命科学与生物技术的发展现状与对策J.中华医学克雅管理杂志，2005，18（3）：132133，140.2 陈和平，白崇军.美国农业生物技术政策J.全球科技经济瞭望，2007，12：12203 中国农业科学院2005年中国农业科学院年鉴M北京：中国农业科技出版社，2005，37634 中国农业科学院2006年中国农业科学院年鉴M北京：中国农业科技出版社，2006，47795 李富鹏，张凌，王国丰等.大豆耐盐相关基因STL的克隆与分析J分子植物育种，2006，4(4)：4644686 陈浩东，Karplus J V，马红，等走向成熟的中国植物生物学研究J中国农业科技导报，2007，9(4)：1107 张启发中国科学家阐明Boro U型水稻细胞质雄性不育和育性恢复的分子机理J分子植物育种，2006，4(4)：451 4528 马桂莲，张琴.世界农业生物技术发展概况及我国发展展望J.安徽农学通报，2007，13（19）：8788.9 李争，马春艳，冯中朝.国外农业生物技术产业政策研究及其对我国的启示J.产业发展，2007，9：434510 科学技术部网.863计划为我国创制了一批优异育种新材料EB/OL.2006-08-16. http: /.c