外来物种入侵.ppt

外来物种入侵,因为上帝在这个星球创造的最小的生物感染了它们. 因为无数人类的死亡换来的人性和在这个星球生物圈生存的权利. 而这个权利帮助我们对抗一切挑战因为我们或生或死都有意义.,小龙虾，学名克氏原螯虾，原产于墨西哥，后向北美扩散。二战期间由日本传入我国南京地区，随后在江浙一带迅速繁衍。,生物从外地自然传入或人为引种后成为野生状态，并对本地生态系统造成一定危害的现象，我们把它称之为外来物种的入侵。,一.什么是外来物种入侵,凤眼莲/水葫芦：1901年，作为观赏植物引入，上个世纪五六十年代被作为猪饲料推广。17个省份河道、湖泊和池塘中，覆盖率可达100%，导致大量水生动植物死亡。-美丽杀手。,二.外来物种入侵事例,外来物种入侵事例微甘菊-植物杀手,20多年前作为护滩植物引入我国,外来物种入侵事例,豚草，又名三裂叶豚草：原产北美，约在20世纪30年代传入我国东南沿海地区，是世界性恶性害草。适应性广，生命力强，危及农牧业生产。其花粉又是引起人类花粉过敏症的主要致病原。,1859年，欧洲野兔被移民从英国带到了澳大利亚。澳大利亚没有鹰、狐狸这些天敌到1907年，兔子已扩散到了澳大利亚的东西两岸，遍布整块大陆，至今已繁衍出六亿后代。,外来物种入侵事例-野兔,外来物种入侵事例福寿螺：原产亚马逊河流域。,先作为高蛋白质食物最先被引入台湾，1981年引入广东，后又被引入其他省份。,一只雌性福寿螺1年产24008700个卵，孵化率高。福寿螺也是卷棘口吸虫、广州管圆线虫的中间宿主。,外来物种入侵事例-牛蛙,极其危险的外来入侵种, 已被列为全球100 种最具危害的入侵种原产于北美洲,是北美最大的蛙类,最大体重可达2 kg 食性广泛多样,适应能力强,寿命长,缺乏天敌控制已导致世界许多地区蛙类和蛇类种群数量的严重下降、分布区缩小和局部绝灭。,三、外来物种的种类：,1）有益外来物种：获取较高的经济效益，提高当地生态系统的物种多样性。2）有害外来物种：对当地生态系统造成某种危害或对人类造成健康威胁的物种。3）入侵物种：物种引入后失去控制，或者是无意识的物种引入，给当地的生态系统造成巨大的损害和破坏，引起巨大的经济损失，这些外来物种被视为入侵物种。,四、外来物种的引入途径,1.人为引入：（1）作为养殖或种植品种引入（2）作为鲜活食品引入（3）其它目的引入 由于园林、观赏、环境等的需要而引入的物种。,2. 海运船只及压舱水带入3. 伴随引入4. 生物技术新品种的产生：随着现代生物技术的进步，人们已经能够利用现代手段去改善和优化某些物种的性状，将人类需要的某些性状移植到目标物种中去，获得经过遗传修饰的生物体。但这种遗传修饰生物体的释放具有一定的生态风险，包括由此形成的物种入侵。,第一，严重破坏生物的多样性，并加速物种的灭绝。 第二，严重破坏生态平衡。第三，可能携带的病原微生物对其他生物的生存甚至对人类健康构成直接威胁。 第四，给受害各国造成巨大的经济损失。,五.外来物种入侵的严重后果,六.入侵生物的防治对策,1实行全面检疫，阻止外来种的偶然入侵2 采取全面的生态评估和监测，防范引进品种的入侵3 化学防治4 机械防治 5 生物防治 6 提高公众防范意识,2003年3月,国家环保总局公布的第一批（16种）有害外来物种分别为： 紫茎泽兰，薇甘菊、空心莲子草、豚草、毒麦、互花米草、飞机草、水葫芦、假高梁、蔗扁蛾、湿地松粉蚧、强大小蠹、美国白蛾、非洲大蜗牛、福寿螺、牛蛙。,非洲大蜗牛,飞机草,毒麦,空心莲子草,假高粱,美国白蛾,强大小蠹,蔗扁蛾,食人鲳,食人鱼是亚马逊流域最具代表性的动物，以其贪婪、残忍而闻名，所以人们将它比之为鱼类“黑手党”。据了解，食人鱼用其锐利的三角形牙齿和强壮的下颚，将动物的肉吞噬殆尽。据有关实验证明，食人鱼完全可以在铁板上咬出清晰的牙印，可以一口咬下16立方厘米的肉，而咬断骨头、树枝更是易如反掌。,亚洲鲤鱼对于美国来说，是一个著名的入侵物种，它已经侵入了北美洲五大湖之中。白宫专门举行了“亚洲鲤鱼峰会”。,在美国伊利诺伊河上演了惊奇一幕：一名女子在捕猎亚洲鲤鱼时，却遭亚洲鲤突袭。一条亚洲鲤突然跃出水面，猛力拍打这名女子的面部。,1681年，最后一只渡渡鸟被残忍的杀害了。 我们人类是不是入侵的外来物种？,仅产于印度洋毛里求斯岛上一种不会飞的鸟。这种鸟在被人类发现后仅仅200年的时间里，便由于人类的捕杀和人类活动的影响彻底绝灭，堪称是除恐龙之外最著名的已灭绝动物之一。连锁效应 奇怪的是，渡渡鸟灭绝后，与渡渡鸟一样是毛里求斯特产的一种珍贵的树木大颅榄树也渐渐稀少，似乎患上了不孕症。 到了20世纪80年代，毛里求斯只剩下13株大颅榄树，这种名贵的树眼看也要从地球上消失了。,转基因技术与作物育种,DNA IS EVERYWHERE,植物？动物？,物种？,Field after one round of application of Roundup herbicide,Insect infestation on Bt (right) and non-Bt (left) cotton bolls/programs/lifesciences/TransgenicCrops/images/cotton.jpg,Wild-type corn showing infestation - Bt corn is resistant to this,Potatoes are one of many plants being used to produce vaccines （蔬果疫苗）/sept_issue/images/breakthrough/veggievaccine.jpg,Golden rice and normal (white)/ wsjbiotech.html,嗯？！真的？,吃了预防传染病！,美国（俄勒冈州立大学、卡尔琼斯）最近培育出具有预防癌症和心肌梗塞功能的转基因西红柿。,丹麦培育出地雷探测草 。,转基因快讯,北大克隆出多种耐逆功能基因。,美国（康涅狄格州大学、马克布兰德）最近培育出含青蛙基因转基因杜鹃花抗病新品种。,转基因作物,作物转基因育种就是根据育种目标，从供体生物中分离目的基因，经 DNA重组与遗传转化或直接运载进入受体作物，经过筛选获得稳定表达的遗传工程体，并经过田间试验与大田选择育成转基因新品种或种质资源。转基因作物（GMC，genetically modified crops）,优势：1.拓宽可利用的基因资源；2.培育高产、优质、高抗优良品种提供了崭新的育种途径；3.可以对植物的目标性状进行定向变异和定向选择；4. 可以大大提高选择效率，加快育种进程。此外，还可将植物作为生物反应器生产药物等生物制品。,First biotech plant product Flavr Savr tomato,Traditional crossbreeding,Recombinant DNA techniques,由中国农科院生物工程中心开发的Bt棉对棉铃虫有显著的抗性。与对照相比减少农药用量80，并减少用工150个/hm2，以上两者可使每公顷节省1500元，Bt转基因棉种深受棉农的欢迎。,转基因育种的程序,基因分离,体外重组,转化,转化体,安全性评价,结合常规育种,转基因品种,遗传稳定性评价,市场开发,载体的构建,农杆菌介导基因枪轰击,筛选,（四）转基因方法主要有两类：第一类是以载体为媒介的遗传转化，也称为间接转移系统法。第二类是外源目的DNA的直接转化。,1.载体介导转移系统最常见的转基因方法。将外源基因重组进入适合的载体系统，通过载体将携带的外源基因导入植物细胞，整合在核染色体组中并随核染色体复制和表达。农杆菌Ti质粒（tumor-inducing plasmid）或 Ri质粒(root-indcingplasmid)介导法是迄今为止植物基因工程中应用最多、机理最清楚、最理想的载体转移方法。,农杆菌共培养侵染,诱导愈伤组织,分化生芽,生根,叶盘转化法,(1)叶盘法 双子叶植物较为常用、简单有效的方法。,叶盘法转化操作 叶片消毒 切割 预培养 接种 共培养 脱菌 筛选长芽 生根,(2)真空渗入法将适宜转化的健壮植株倒置浸于装有携带外源目的基因的农杆菌渗入培养基的容器中，经真空处理，造伤，使农杆菌通过伤口感染植株，在农杆菌的介导下，发生遗传转化。简便、快速、可靠，不需要组织培养。(3)愈伤组织共培养(4)原生质体共培养,2.外源基因直接导入法（1）化学刺激法细胞融合剂：聚乙二醇（PEG）、聚乙烯醇（PVC）,(2)基因枪轰击法 （微弹轰击技术micro-projectile bombardment) 将外源DNA包裹在微小的钨粉或金粉颗粒的表面，借助高压动力射入受体细胞或组织，最后整合到植物基因组并得以表达。步骤简单易行：适合于大多数细胞或组织，克服了受体材料的限制，不必制备原生质体，具有相当广泛的应用范围，已经成为植物细胞转化最有效方法之一。到目前为止，利用基因枪法已经在烟草、豆类和多数禾本科农作物、果树花卉和林木等植物上获得转基因植株。单子叶植物,“Gene Gun” Technique,Gene gun,(4)微注射法 细胞操作： 利用琼脂糖包埋、聚赖氨酸粘连和微吸管吸附等方式将受体细胞（原生质体或生殖细胞）固定，然后将供体DNA或RNA直接注射进入受体细胞。子房注射法或花粉管通道法： 具有较大子房或胚囊的植株可在田间进行活体操作。操作简便、成本低。,利用显微注射仪通过机械方法将DNA注入细胞质或核内。,显微注射法（microinjection):,（五）转化体的筛选和鉴定1.转化体的筛选外源目的基因转化频率低目的基因已被整合到核基因组并表达转化细胞更少使用特异性选择标记基因（selectable marker genes）进行标记，有效地选择出真正转化细胞。常用选择标记基因： 抗生素抗性基因 除草剂抗性基因将选择标记基因与适当启动子构成嵌合基因，克隆到质粒载体上，与目的基因同时进行转化。标记基因在受体细胞表达，使转化细胞具有抵抗相应抗生素或除草剂的能力而存活下来。非转化细胞则被抑制、杀死。,2.转化体的鉴定 通过筛选得到的再生植株初步证明标记基因整合进入受体细胞。至于目的基因是否整合到受体核基因组、是否表达，还必须对抗性植株进一步检测。,DNA水平的鉴定 检测内容：是否整合、拷贝数、整合位置。 检测方法：特异性PCR（以外源基因两侧序列设计引物） Southern杂交（外源目的基因序列为探针）,特异性PCR检测外源基因整合到受体,(2) 转录水平的鉴定常用的方法Northern杂交（标记的RNA为探针对总RNA杂交）RT-PCR 检测,mRNA,cDNA,PCR,（3）翻译水平的鉴定为检测外源基因转录形成的mRNA能否翻译，还必须进行翻译或者蛋白质水平检测。主要方法：Western杂交 免疫检测,（六）转化体的安全性评价和育种利用根据有关转基因产品的管理规定、在可控制的条件下进行安全性评价和大田育种利用研究。通过转基因方法往往难以直接获得理想的品种（系）原因：外源基因失活、纯合致死、花粉致死、其它性状变化等。因此获得转化体后，应结合杂交、回交、自交等常规转育手段，最终选育综合性状优良的转基因品种。,转基因作物的遗传特点 少数外源基因整合到植株能稳定遗传，正常表达，符合孟德尔遗传。 大多失活或表现复杂的遗传方式。原因：外源基因受宿主基因组排斥而发生片段 丢失、重排；多拷贝；整合随机性；,一、整合机制1、同源重组2、位点特异性重组3、转座4、异常重组,二、整合后外源基因表现不表达1、基因丢失2、基因沉默表达1、符合孟德尔遗传2、独立转化体之间差异3、无规律,转基因作物的生物安全性,直至今天，转基因作物的安全性在全球范围内引起了激烈的争论。 反对者认为转基因作物具有极大的潜在危险，可能会对人类健康和人类生存环境造成威胁。 在欧洲，转基因作物被一些媒体称之为“恶魔食品”（frankenstein food）。Frankenstein是英国科幻小说中由一个科学家创造、最终又毁灭了这个科学家的怪物。那么，人类研制与种植转基因作物到底是毁灭自己，还是拯救自己呢？,对转基因作物的安全性争论，国际上有几个典型的事件。 Pusztai事件： 英国Rowett研究所有位Pusztai博士，他用转雪花莲凝集素基因的土豆喂大鼠，1998年秋天在英国电视台发表讲话，声称大鼠食用了这种土豆后，体重和器官重量减轻，免疫系统受到了破坏。 后果：绿色和平组织、地球之友等反生物技术组织把这种土豆说成“杀手”，并策划了破坏转基因作物试验地等行动，焚烧了印度的两块试验田，甚至美国加州大学戴维斯分校的非转基因试验材料也遭破坏，以致研究生毕业论文都无法如期完成。 英国皇家学会组织了同行评审，并于1999年月发表评论，指出Pusztai的试验有六方面的错误：不能确定转基因和非转基因马铃薯的化学成分有差异；对食用转基因土豆的大鼠，未补充蛋白质以防止饥饿；供试动物数量少，饲喂几种不同的食物，且都不是大鼠的标准食物，缺少统计学意义；试验设计差；统计方法不当；试验结果无一致性等。,斑蝶事件： 1999年5月，康奈尔大学的一个研究组在Nature杂志上发表文章，声称转基因抗虫玉米的花粉飘到一种名叫“马利筋”的杂草上，用马利筋叶片饲喂美国大斑蝶，导致44的幼虫死亡。 这一实验结果在科学上没有说服力：玉米的花粉非常重，扩散不远，在玉米地以外米，马利筋叶片/CM2上只找到一个玉米花粉；2000年开始在美国三个州和加拿大进行的田间试验都证明，抗虫玉米花粉对斑蝶并不构成威胁，实验室试验中用倍于田间的花粉量来喂大斑蝶的幼虫，也没有发现对其生长发育有影响。 斑蝶减少的真正原因，一是农药的过度使用，二是墨西哥生态环境的破坏。,加拿大“超级杂草”事件： 由于基因漂流，在加拿大油菜地里发现了个别油菜植株可以抗一种、两种或三种除草剂，因而有人称此为“超级杂草”，并怪罪于转基因。 基因漂流并不是从转基因作物开始。如果没有基因漂流，就不会有进化，世界上也就不会有这么多种的植物和现在的作物栽培品种。举例来说，小麦由、三个基因组组成，它是由分别带有、基因组的野生种经过基因漂流合成的。所以，以此来禁止转基因作物，也是没有道理的。,中国t抗虫棉破坏环境事件： 2002年6月3日，南京环科所与绿色和平组织在北京召开会议，月日China daily上发表了题为“GM Cotton Damage Enviroment”的文章。 当天,绿色和平组织在其网站上刊登了南京环科所、绿色和平组织顾问薛达元先生长达26页的英文报告，从而再次引发国际争论，在欧、美产生巨大反响。 月日德国农业报发表了题为 “中国研究：棉破坏环境巨大”。 绿色和平组织的“中国项目主管”声称：“棉农将面对不受控制的超级害虫”、 “转基因抗虫棉不但没有解决问题，反而制造了更多的问题”、“棉农将被迫使用更多、更毒的农药”。 事实上，抗虫棉在中国实践多年，深受广大棉农的欢迎。中国、美国、德国、加拿大、比利时、印度等国的科学家已在网上纷纷发表评论，反驳绿色和平组织的观点。,争论的实质 现在转基因作物的安全性已经成了国际贸易的技术壁垒。 由于某些媒体的炒作，对消费者的心理和转基因作物的产业化已经产生了很大的负面影响。 我们的判断？,Next Generation of Transgenic Crops,Plant-based vaccines Enhanced nutritional contentFunctional foods and phytoceuticalsTransgenic plants for phytoremediation Plant-derived plastics and polymers,By genetically modifying plants we can:,Reduce pesticide useConserve fuel and waterPreserve non-pest insect populationsIncrease food production per hectare of farmlandEnable crops to grow in sub-optimal conditionsIncrease the nutritional value of food,Current Products,Transgenic SoybeanRoundup Ready Resistant to Roundup HerbicideReduces the amount of herbicide applied to cropsAltered Fatty-acid contentChanges the nutritional value,Field after one round of application of Roundup herbicide,Current Products,CanolaHerbicide resistantBetter for the environmentAltered fatty-acid compositionA value-added food,/ens/pics11/ canolaprods.jpg,Current Products,TomatoFlavr Savr TomatoDelayed softening Consumers get a better tasting tomatoFailedVirus resistant tomatoResistant to pestsDecreases the amount of pesticide applied to crops,Transgenic tomato plants show resistance (left) while non-transformed plants are susceptible to cucumber mosaic virus under field conditions (right)/online/feature/BioTechnology/Images/2.4.jpg,Current Products,CornBt CornThe Monarch Butterfly debate:A microbial gene added results in the crop being resistant to insectsDoes it impact the Monarch Butterfly?Well planned experiments are critical to the survival of biotechnology,Wild-type corn showing infestation - Bt corn is resistant to this,Current Products,CottonYes clothes can be made from transgenic crops!Bollgard cotton Insect resistanceLowers pesticide usage,Insect infestation on Bt (right) and non-Bt (left) cotton bolls/programs/lifesciences/TransgenicCrops/images/cotton.jpg,Current Products,SquashVirus resistantReduces crop loss due to infestation and decreases pesticide use,/online/feature/BioTechnology/Images/2.3.jpgTransgenic Freedom II squash showing resistance to both zucchini yellow mosaic virus and watermelon mosaic virus 2 (right) compared to non-transformed plants that are susceptible (left),Current Products,PapayaVirus resistantRestored the papaya industry in HawaiiReduced crop lossJapan blocked imports of transgenic papaya,Current Products,Golden RiceBiotechnologys poster child?A true value added foodVitamin A enriched rice prevents disease and blindnessGolden in colour,Golden rice and normal (white),Can GMOs have health benefits?,Some plants have been altered to increase the nutritional valuePharmaceuticals, Plantibodies, and Edible VaccinesResearch has looked at transgenic plants as production vehicles for anti-cancer antibodiesEdible vaccines are closer than we think,Edible Vaccines,Plants producing vaccines could eliminate or simplify vaccine distribution problems in developing nations,How a transgenic plant containing a vaccine is /final/ infds/la_infds.htm,Edible Vaccines,May have advantages over injected vaccinesPlants being studied include potato, banana, papaya, tomato, lettuce, carrot, rice, wheat, corn and soybean Quite a salad!,Potatoes are one of many plants being used to produce vaccines/sept_issue/images/breakthrough/veggievaccine.jpg,Edible Vaccines,Tomato and potato plant can make antigens from Hepatitis B, E. Coli and V. choleraeFeeding to test animals induces an immune responsePotatoes fed to human volunteers induced and immune response to an inactive form of the E. coli toxin,Other Cool Plant Biotech Products,Blue Carnations and RosesNature can not make theseNon-allergenic peanutsKids can take peanut butter sandwiches to school again!Decaffeinated coffeeLess processing,我们所要了解的-转基因植物的潜在风险: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。如果这些基因逐渐在野生种群中定居后，就具有选择优势的潜在可能，成为难以控制的“超级杂草”。,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空间、表达时间和表达强度等，是人们定向改造生物的重要限制因素。潜在风险问题: 35S启动子内有一重组热点。（1）如果35S启动子插入到隐性病毒基因组旁，可能会重新活化病毒。（2）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后，35S启动子可能会插入到某一致癌基因上游，活化并且导致癌变。,3. 抗生素抗性标记基因的生物安全性抗生素抗性标记基因是否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。在过去的几年里，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。抗性标记基因是否会通过食物在肠道中水平转移至体内微生物，从而影响抗生素治疗的有效性。抗性标记基因产物是否使人体产生抗药性（食品安全性）。,4. 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。转基因食品对人类的可能危害主要有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）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。,国外对转基因食品管理的现状,1. 国际组织 实质等同原则 表型性状的等同 成分等同 2000年卡塔赫纳生物安全协定书62个国家签署 2001年生物安全议定书 130多个国家签署 2003年生物技术食品的风险评估草案 226个国家表示欢迎,2. 美国, 1992年美国公布了转基因作物不需由作市场前评价，除非它引起新的安全性问题。2000 年4月，在国会科学委员会下属的基础研究委员会的调查报告中，坚持认为没有科学的证据之前不能将GMF作为一个新的食品级别 2000年1月美国政府对转基因玉米的种植颁布了限令，以防止害虫对转基因玉米中毒素形成抗药性。美国环境保护局限令美国大部分玉米产区的农场主应至少种植20的传统玉米，在同时种植玉米和棉花的地区，传统玉米要达到50 2001年7月出台了转基因食品管理草案规定，来源于植物且被用于人类或动物的GMF在进入市场之前至少120天，生物工程制造商必须提出申请，并提供此类食品的相关资料，以确认此类食品与相应的传统产品相比具有等同的安全性,3. 欧盟,欧盟对GMF持反对态度，1998年提出转基因技术安全性之后，其反对态度更加强硬。他们对转基因技术培育的农作物、家畜以及再加工食品加以抵制，尤其对美国的转基因玉米