2019年农业生物安全课件1-3周

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农业生物安全

AgriculturalBiosafety

论文（60%）评分标准

评阅点评分标准（细则）分值

论文有自己的见解，对问题有深刻的分析20分

论文有一定的见解，对问题有一定的分析15分

学术水平

论文中自己的见解不多，有一定的抄袭10分

（20分）

论文大部分是抄袭6分

完全抄袭0分

论点鲜明，论据确凿，概括了重要进展15分

论点正确，论据可靠，概括了主要进展分

论证能力12

（15分）观点正确，论述有一定依据，概括了少许进展10分

观点基本正确，人云亦云，没有概括多少进展5分

论文规范，行文流畅，层次清晰，引用很多文献10分

论文书写基本规范，文理较通畅，引用较多文献8分

论文质量

（10分）层次较清楚，基本符合要求，引用较少文献6分

结构混乱，文不对题，没用引用文献4分

主线明确，条理清晰，讲述流利；PPT制作漂亮15

论文讲述

主线较明确，条理较清晰，讲述较流利；PPT制作一般10

（15分）

主线不明确，条理不清晰，讲述不流利；PPT制作很乱5

论文写作要求

1.论文素材：

•依据近10年发生的农业生物安全事件，阐述自己的认识与见解；

•有关农业生物安全个别知识点的研究进展或个人思考。

2.论文结构：行文包括题目、姓名等（含年级、学号、专业）、中文摘要、

关键词、论文主体（引言、主体和文献）；

3.要求：字数3000-5000,小四，1.5倍行距，A4纸双面打印；

4.论文提交时间：论文讲解时上交。

论文讲解要求

1.提前做好PPT,每人讲解8分钟，提1-2个问题;

1.农业生物安全的主要关注点？

2.农业生物安全的学习、研究的目的?

问题1：农业生物安全的研究范畴?

问题2：中国农业生物是否安全?

登海种业违规扩繁12吨转基因玉米种子DH351并种植于新疆伊

犁州巩留县2590亩土地上。玉米已被铲除，农户获赔418万元。

转基因生物（植物、动物及微生物）、以及由此衍生的转基因食品

课程内容二

净化水;几乎任何污水生长且生长迅速优良饲料，降低作物产量,影响农田排灌

好吃？!生长速度快，竞争力强,危害生态环境美味佳肴，食性广，适应性强,生长快

外来入侵生物：全球每年损失1200亿元

04.0008.000Kilometers

I__________________i__________________I

TheplacesoforiginofinvasiveaquaticplantsinChina.

Blackarrows:aquaticplantsareonlynativetoonecontinent

Greyarrows:aquaticplantsarenativetotwoormorethantwocontinents

Aquaticlnvasions,2016,11:1-9

课程内容三

稻飞虱

本课程的任务及目的

任务：介绍有关转基因生物、入侵生物以及毁灭性病虫害等

方面知识。

目的：了解转基因生物的现状及其安全性、入侵生物和毁灭

性病虫害对当前中国（世界）农业的危害，以及国内

外生物安全法规及生物安全管理的基本办法。

参考书目

馀汝构叶万坪主媪《生物多样I蚣缈热点研究:

外来物种入侵

生物入侵生物安全

理论与实践遗传资源

，”与底>.ix

STj4，…

基因时代的士将安全知识系列

hfi('＞恐慌与其相ENVIRONMENTALIMPAC1SAND

SAFETVREGIKATIONOf

GfcNElRALLYMODIFIEDORGANISMS

■•.

Ptocowlinosof转基因生物安全

theuitcrnationalWorkshoponBi&cafety

ME

转基因生物环境需响与安全管悭

;南京生物安全国际研讨会论文集

*1

部分参考网站

1、Americanbiologicalsafetyassociation(/absa/absa.html)

2、BiosafetyguidelinesandregulationintheAsia-PacificRegion

http:〃/search/site

3、Belgianbiosafetyserver(biosafety.ihe.be)

4、InternationalCentreforGeneticEngineeringandBiotechnology

(/~bsafesrv/)

6、Biotechnologystrategiesandcoordinationoffice-Canada(www.ec.gc.ea/cceb)

7、WorldHealthOrganization(/topics/biosafety/en/)

8\Biosafety(/wiki/Biosafety)

8、中国生物工程开发中心()

9、中国生物安全信息网()

10\中国生物安全网(/biosafety)

农一、农业生物安全概述

业「PlantGMOs

Non-PlantGMOs

生二、转基因生物y转基因生物的效益与风险

物

安降低转基因植物潜在风险的途径

L转基因生物安全性评价的方法

全三、生物入侵

四、毁灭性病虫害

第一章农业生物安全概论

,农业生物安全概念

农业生物安全的提出与演化

Y

我国面临的农业生物安全威胁

J我国农业生物安全研究的主要科学技术问题及其任务

1.1农业生物安全概念

农业生物安全：主要指有效预防与控制农业毁灭性病虫害、农业外来有

害生物入侵、转基因生物潜在危害等所带来的潜在风险,

事关国家粮食安全、生态安全、公共安全及可持续发展

的重大战略问题。

涉及的学科：遗传育种、生物技术、贸易经济学、法律学、政治学等

1.2农业生物安全问题的提出与演化一重要时间点

过

通

斯坦福科学在美国加州召开联合国环境与发展

美国人埃生

{物

尔顿提出家构建抗四世界第一次生物大会《生物多样性全

安

议

书

生物入侵环素和卡那安全会议公约》，正式提出定>

概念霉素的质粒（Asilomar会议）生物安全问题

1954年1973年1975年1992年2000年

1.3我国（全球）面临的农业生物安全威胁

＞转基因生物安全问题已成为制约农业生物技术发展的主要障碍

・我国农业转基因生物技术在国际上已占据重要的一席之地。

至今仅转基因棉花、木瓜等市场化，其它诸如水稻、玉米、大豆尚未批准开放。Why??

•转基因生物安全性争论已成为世界农业生物技术产业发展的重大障碍。

转基因生物安全研究的复杂性与长期性，在知识积累不足的情况下，无法提供有力的、

确切的科学证据。如转基因粮食作物，由于正反意见不统一而使其难以商品化。

＞外来有害生物已成为威胁我国粮食安全、生态安全与公共安全的重大问题

•入侵我国的生物超过754种。在世界自然保护联盟公布的全球100种最具威胁的

外来物种中，中国占一半以上。

•危险性外来有害物种一般具有暴发性、毁灭性、突发性的入侵与掠夺特性。据

估算，中国每年仅烟粉虱、紫茎泽兰、松材线虫等11种外来危险性主要农林病虫

草害就造成574亿的直接经济损失。

•目前的形势：已入侵物种仍肆意扩散蔓延，危害加剧。如鬼画符的危害面积达

130万公顷。新的有害生物不断入侵，呈逐年增多趋势，每年L2个新物种入侵

＞毁灭性农业重大病虫害致害变异与暴发成灾风险不断上升

•由于受农耕制度的变更、生态环境破坏与全球气候变异等诸多因素的影响，中国毁灭性

农业重大病虫害致害变异与暴发成灾风险的机率不断上升。主要表现为：

第一，受气候和环境左右，农作物病虫草鼠害难以预测的突发和暴发性频率增加，作物

受害损失加重。中国每年农作物有害生物年发生面积约4亿公顷，如不进行防治，产量

损失将超过70%以上；在大力防治后仍年损失粮食1600万吨、棉花52万吨、油料93万吨、

其它作物1084万吨，每年病虫草鼠害损失的粮食相当于1亿人的年口粮。

第二，生理小种变异加快。如小麦锈病超过32种

第三，次要病虫害演变成毁灭性的。如飞虱、稻曲病等。

＞农业生物恐怖威胁成为国际性的新问题

•2001年美国炭疽热病菌事件。炭疽菌：一种细菌，可以形成抱子结构，胞囊

具有保护功能，让细菌能够在自然界中长期存活

•国际上已将小麦条锈病菌、稻瘟病菌、赤霉病菌等空气传播、大区域流行、

能导致大面积绝收的病原菌列为生物武器讨论名单，称为“穷人的核武器”

•农业研究领域的恐怖生物：柑桔黄龙病菌、柑桔青霉病菌、柑桔菲律宾白粉病

菌、大豆锈菌、李痘病毒、马铃薯细菌性萎焉褐腐病菌2号变种3号小种、玉米

褐条白粉病菌、马铃薯癌肿病菌、水稻细菌性条斑病菌、柑桔苛养木杆菌等

＞我国丰富的农业野生资源及其多样性丧失加剧

起源中心起源作物

中国一东亚中心水稻、高粱、裸粒无芒大麦、养麦、大豆、茶、大麻、芭麻等

2印度中心水稻、绿豆、饭豆、巫豆、甘蔗、芝麻、红麻等

2A印度一马来亚补充区海技、香蕉等

3中亚细亚中心普通小麦、密穗小麦、印度圆粒小麦、豌豆、蚕豆、非洲棉等

4西亚中心一粒小麦、二粒小W、黑麦、葡萄、石榴、胡桃、无花果、苜蓿等

5地中海中心甜菜、牧草作物、小麦、粒用豆类

6埃塞俄比亚中心小麦、大麦的变种类型极其多样；亚麻既非纤维用也非油用

7南美和中美起源中心玉米变异类型、陆地柝、甘薯、番茄

8南美中心马铃薯

8A智利中心木薯、花生和风梨

8B巴西一巴拉圭中心花生'可可、橡胶树等

陆地植物总数高等植物数栽培植物数起源于中国

全球38953725000035000

中国4770232000840420

起源于中国的作物有3种类型：

第一是原生起源作物，即在中国最早驯化栽培的作物，而后传播

到其他国家，如大豆、粟、黍稷、李、桃、杏；

第二是中国为原生起源地之一的作物，如水稻、亚麻、芥菜、茄

子、甜橙、香蕉；

第三是次生起源的作物，即由国外引进的作物在中国发生很大的

变异并形成丰富的遗传多样性类群，如普通小麦、裸燕麦、中国

高粱、中国萝卜、长就豆等。

我国野生种质资源面临的问题

•野生资源的保护利用研究技术滞后，缺乏系统性与标准化;

•长期对自然资源的掠夺与无情开发，造成资源日益匮乏；

•外来生物的入侵，破坏并侵蚀本土生物多样性;

140

■原有分布点■现存分布点■现存居群数云南疣粒野生稻数量(1970-2010)

120

100

普通野生稻药用野生稻疣粒野生稻

1.4、我国农业生物安全领域的主要科学技术问题及其任务

•危险性外来有害生物入侵

国际研究趋势：1）传入前或传入过程中的预防与预警；2）定殖与种群建立过程中的生物学

与遗传的“前适应性”机制；3）潜伏与扩散传播过程中的生态学与遗传学的“后适应性”机

制；4）爆发成灾过程与生态系统的可入侵性；5）特定生态系统中入侵生物的控制基础研究。

•毁灭性高致病有害生物

由于集约化和大面积推广单一品种，造成有害生理小种演变，新的毒性品种不断出现。从病

原物致病性变异和植物特异抗病性两方面解决品种抗性丧失问题。以及研究无毒基因的功能，

利用抗病基因等。

・转基因生物安全性研究

新的转基因操作技术（减少基因沉默）、基因飘逸的发生过程、规律和环境影响；转基因

植物对生物多样性的影响；转基因生物对生态环境及人类健康的影响。

•农业野生生物资源生物多样性研究

收集考察野生种质资源；

评估外来物种对中国野生资源生物多样性的威胁和风险并建立预警系统;

农业野生资源的分子评价与创新利用。

•主要经济性状基因型鉴定与关键新基因发掘。

建立高通量的基因型鉴定和高效率的新基因发掘技术体系，发掘、克隆控制重

要性状的新基因，获得重要基因的知识产权。

•突破性优异新种质的创制。

利用分子设计技术、染色体工程技术、细胞工程技术、远缘杂交技术等多种技

术，建立高效的外源基因导入和稳定表达等种质创新技术体系。创造具有优质、

专用、多抗、高产、高效、功能因子等多个优异基因聚合、综合性状良好的基

础研究材料和优异新种质。

野生稻资源及其分布

aQglaberrima/Qscitiva](domesticated)

MillionyearsagoTemperate

ilumipatulajaponica

QlongistaminatQSubtropical

0AAOmeridionalisjaponica

Qnivara

Tropical

japonica

GBBmnctatacircum-Basmati

BBCCQminuta/QschweinfurthianaIndicaIB

♦CCQeichingeri/Qofficinalis/

Qrhizomatis/Qmalampuzhaensis

—►CCDDQalta/Qgrandiglumis/QlatifoliaIndica1A

Qaustraliensis

Indica3

Indica2

KKLLQcoarctata

mtha

♦HHKKQschlechteri

circum-Aus

HHJJQlongiglumis/Qridleyi

Qgranulata/Qmeyeriana/

Qneocaledonica

♦OutgroupHEBS3

野生稻中的抗性基因

名称染色体数基因组抗性来源

斑点野生稻24BB褐飞虱、白背飞虱非洲

小粒野生稻48BBCC稻飞虱、稻瘟病、白叶枯、纹枯病菲律宾等

药用野生稻24CC稻飞虱、黑尾叶蝉、白叶枯南亚等

紧穗野生稻24CC稻飞虱、黑尾叶蝉、白叶枯、螟虫斯里兰卡

宽叶野生稻48CCDD褐飞虱拉美

高杆野生稻48CCDD二化螟拉美

大颖野生稻48CCDD白叶枯拉美

澳洲野生稻24EE褐飞虱、黑尾叶蝉澳大利亚

颗粒野生稻24GG褐飞虱、螟虫、白叶枯南亚等

长颖野生稻48HHJJ稻瘟病、白叶枯印尼等

马来野生稻48HHJJ稻水蝇、螟虫南亚

HeattoleranceColdtolerance

A.Extremes

0.barthii(AA)0.granulata(GG)

0.australiensis(EE)

0.meridionalis(AA)

0.glaberrima(AA)

0.longistaminata(AA)

TemperatureMoisture

B.Plasticity

0.longistaminata(AA)0.rid/eyi(HHJJ)

0.punctata(BB.BBCC)0.latifolia(CCDD)

0.meyeriana(GG)0.officinalis(CC)

0.granulata(GG)0.granulata(GG)

Droughttolerance3Flooding

0.barthii(AA)0.schlechteri(HHKK)

0.australiensis(EE)0.latifolia(CCDD)

0.glaberrima(AA)0.grandiglumis(CCDD)

0.longistaminata(AA)0.nd/eyi(HHJJ)

0.punctata(BB.BBCC)

西红柿种质资源及其分子特征

.AccessionColorAlleleChrGeneidMutationEffect

_Heinz1706redr3PsylwtLys389

Galinayellowry3psylG>delLys389>Ser,stop

；1W

1oranger3PsylwtLys389

lidiyellowry3psylG>delLys389>Ser,stop

{RF17

4yellowry3psylG>delLys389>SeGstop

WildtomatoThelarge-fruitedtomato

BlackCherrypurpleogc6bA>delLys35>Asn/fs

。女2■Heinz1706roundOvate2459212746wtGlu279

),■■HCrossCountrypear,ovateovate2459212746G>TGlu279>stop

Orlidipearovate2459212746G>TGlu279>stop

'3/I

Antopear,oxovate2459212746G>TGlu279>stop

wB■lA<<•

WFRpearovate2459212746G>TGlu279>stop

LRF36pearovate2459212746G>TGlu279>stop

♦(J*V/II•.一RF43pearovate2459212746G>TGlu279>stop

Porterovateovate2459212746G>TGlu279>stop

•创建数字化信息数据库网络

基于GIS、航空、航天遥感信息及地面监测信息相结合，充分利用现有的大数据

第二章转基因生物

第一节、转基因生物概述

第二节：PlantGMOs

第三节：转基因动物

第四节：转基因微生物

第五节：转基因生物的效益

第六节：转基因生物的潜在危险

第七节：规避转基因生物潜在危险的可能途径

第八节：转基因生物安全性评价的方法

第一节：转基因生物概述

问题3：如何获得转基因生物(需要的材料或条件)？

问题4：转基因技术是否等同于传统的杂交育种技术？

问题5：转基因生物是“自然的”还是“非自然的”？

问题6：利用基因编辑技术获得的材料等同传统诱变材料？

基因工程：利用人工方法把生物的遗传物质,通常是脱氧核糖核酸(DNA)

分离出来，在体外进行切割、拼装和重组。然后将重组了的DNA导入某种

宿主细胞或个体，从而改变它们的遗传品性；有的还使新的遗传信息在新的

宿主细胞或个体中大量表达，以获得基因产物。

转基因技术与传统杂交育种技术

•传统技术一般只能在生物种内实现基因转移，而转基因技术不受物种亲

缘关系限制，可打破不同物种间天然杂交的屏障；

•传统的杂交和选择技术一般是在生物个体水平上进行，操作对象是整个

基因组，不可能准确地对某个基因进行操作和选择，对后代的表现预见

性较差。而转基因技术所操作和转移的一般是经过明确定义的基因，功

能清楚，后代表现可准确预期。

转基因生物可被定义为遗传物质通过非自然交配和/或非自然重组的方式

发生改变的生物体（即植物、动物或微生物）。

GMO与传统（育）种差异

转基因（育）种

亲本之一：相对有限供体：一切皆有可能

不同育种技术的主要差异

SELECTIVEINTERSPECIESMUTAGENESISTRANSGENESISNEWBREEDING

BREEDINGCROSSES(GMOs)TECHNIQUES

(CRISPR,RNAi)

8,000BCE-today1800's-today1930's4odaY1996-today2014>today

Vr

Examplesoffoods

createdwithtechnique■

MostofthefoodsSomeapples.Pears,grapefruitCom,soy,cotton.Mushrooms,and

weeatwheatandriceandyamsandalfalfaInnatepotato

SelectivelymatingCombiningExposingseedstoAddingawell-Targeted

cropsofthesamedissimilarspecieschemicalsorstudiedgenetoaalterationofa

Descriptionoforsimilarspeciesviabreedingorradiationtodifferentspeciesgeneoritsactivity

topromotegraftingallowingrandomlyaltertoimpartainacropwithout

techniquedesirabletraitsplantsthatDNAtoproducedesirabletraittheinsertionofa

beingpassedontonormallydon,tenhancedtraitsnewgene

nextgenerationreproduceto

exchangeDNA

10,000-10,000-Random/

Genesaffected?

300,000300,000unknown1-31-3

Doweknowwhich

genesarealtered?XXX✓✓

Timetoresearchand

develop5-30years5-30years5+years5-10years3-5years

Regulatorytestsfor

safetytohumans?XXX✓✓

Testedfor

environmentalimpact?XXX✓✓

Seedspatentable?✓✓✓✓V

Usedinnon-GMOand

organicfarming?✓✓✓XX

Callsforlabeling?XXX✓✓

基因工程诞生的背景（理论上的三大发现）

•40年代发现了遗传物质一DNA1944年Avery的肺炎双球菌的转化实验

无毒性的R

有毒性的S

加热杀死后

无毒性的R

型细菌

基因工程诞生的背景（理论上的三大发现）

•50年代搞清了遗传物质的分子机制

1953WatsonandCrick的DNA结构一双螺旋、半保留复制,1958年诺贝尔奖。

•60年代确立了遗传信息的传递方式

1961美国尼伦堡（Ninenberg）确立遗传信息以密码形式传递：3=1=1（3个核

昔酸=1个密码子=1个aa）1966年破译了64个密码，诞生了“密码字典”

基因工程诞生的背景(技术上的三大成果)

•基因工程的工具酶。1966年科学家发现了DNA连接酶;1970年史密斯和威尔科克

斯获得内切酶“加使DNA切割成为可能；1979年鲍梯莫尔和特米恩发现逆转录酶

・基因工程的载体。由于大多数DNA片段并不具备自我复制的功能，使DNA的体

外重组仍然存在问题。Lederberg于20世纪50年代-60年代，相继发现质粒。

•基因的体外重组。1972年美国斯坦福大学的博格(Berg)研究小组利用限制性内

切酶EcoRI和T4DNA连接酶成功地进行了首例基因体外重组实验，获得了包含有猿猴

病毒sv40和人DNA重组的杂种分子。Berg获得1980年诺贝尔化学奖。

讨论课要求：指定人员组成，人人参与。每个组同学的讨论分一样。

论证要求：要有数据、理论（如已发表的文章）支撑自己的观点;

讲解时间：30-35分钟；

其他同学：提问题参与讨论

时间：？？？

第1组：开放转基