现代生物技术在农业中的应用应用ppt课件.ppt

农业现代生物技术推广与应用,我国经济增长方式存在的问题,（一）高投入 经济快速增长在一定程度上是依靠资金、劳动力和自然资源等生产要素的粗放投入实现的 建国60多年，我国GDP增长了15倍，矿产资源消耗增长了40多倍 在“六五”、“七五”、“八五”、 “九五”和“十五” ，每增加1亿元GDP需要的固定资产投入分别是1.8、2.15、1.6、4.49和4.99亿元,我国经济增长方式存在的问题,（二）高消耗 经济快速增长在很大程度上是靠大量消耗物质资源实现的 与欧美国家比火电供电煤耗高22.5%、水泥综合能耗高45%、吨钢可比能耗高21% 农业灌溉用水利用系数只是国外先进水平的一半左右 工业万元产值用水量是国外先进水平的10倍,我国经济增长方式存在的问题,（三）高排放 小机组发电比例高，耗煤就多，粉煤灰和二氧化硫排放量多；草浆造纸比例高，耗水量就大，废水排放量多；低效磷肥比例大，磷矿利用率就低，废渣和废石多 每增加单位GDP的废水排放量比发达国家高4倍，单位工业产值产生固体废弃物比发达国家高10多倍,二氧化硫排放量已居世界第一，2003年达到2120万吨，约90%是燃煤造成的，排放已经大大超过环境自净能力 我国已有约三分之一的国土受到酸雨污染 农药、化肥造成的面源污染严重，70%的河流受到污染，39%的湖泊及东南沿海富营养化,,我国经济增长方式存在的问题,（四）不协调 农业基础薄弱，不仅影响农民收入水平和消费水平，而且影响农村市场开拓 服务业增加值只占GDP的32.8%，不仅低于全世界平均64%的水平，而且低于低收入国家平均45%的水平 社会物流总成本占GDP比重高达20%，约是发达国家的2倍,我国经济增长方式存在的问题,（五）难循环 单向线性过程与闭环反馈式循环过程 全世界钢产量的1/3、铜产量的1/2、纸制品的1/3来自循环使用 我国每年约有500多万吨废钢铁、20多万吨废有色金属、1400多万吨废纸及大量的废塑料、废玻璃等没有回收,我国经济增长方式存在的问题,（六）低效率 第二产业劳动生产率只相当于美国的1/30、日本的1/18、法国的1/16、德国的1/12以及韩国的1/7 每吨标准煤的产出效率相当于美国的28.6%、欧盟的16.8%、日本的10.3% 盲目办开发区，省级以下开发区征地后的土地闲置率高达40%以上,2003年，我国经济增长9.1%，实现的GDP约占世界GDP的4%，但是 原油的消费量为世界的7.4% 原煤的消费量为世界的31% 铁矿石消费量为世界的30% 钢材的消费量为世界的27% 水泥的消费量为世界的40%,,我国经济增长方式存在的问题,作为一个发展中的国家，在未来实现现代化的过程中，增加资源消费量是难以避免的。

但按照传统的发展模式以大量消耗资源来实现工业化，我国的资源需求量将接近于全球的消费总量，这是难以想象的，也是不可能实现的,解决问题的重要途径 在于科技,21世纪的六大高新技术,(1)信息技术 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2)新材料技术 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质基础3)新能源技术 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和生活的物质动力泉源4)生物技术 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、创建新生物的全新领域 (5)海洋技术 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 (6)空间技术 它是探索地球圈外、太阳系、银河系以至整个宇宙的新起点，是当今科技发展的象征 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现代生物技术产业的特点,现代生物技术产业发展与其他生物产业比： (1)三高，即高投入、高风险、高产出(或高回报)； (2)知识与技术高度集成； (3)知识产权和信息已成为一类重要产品； (4)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； (5)金融界将会敏锐地介入生物技术产业，并进行风险投资。

现代应用生物技术展望,二十世纪上半叶,走进50%的美国家庭用了长达60年的时间，而互联网进入半数美国家庭的时间只用了5年时间 目前，单位面积芯片的存储量每18个月增加一倍；主干网的带宽每6个月增加一倍 现代应用生物技术越来越显示出其对相关领域的重要促进作用，特别是人类基因组的研究进展对医药的研究开发产生了重大的影响2003年，世界生物技术产业市场约894亿美元，2010年其市场已经超过3000亿美元 许多专家预计，到本世纪20年代，人类将走向信息时代后崭新的经济时代－－生物经济时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,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分子生物学和细胞生物学基础上，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 这个综合性技术体系包括基因工程、蛋白质工程、细胞工程、酶工程、发酵工程等方面的内容．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，基因工程是现代生物技术的核心基因工程,自1977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、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 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、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转基因农作物,1983年世界上首次获得转基因植物后，至今已经有35科120多种植物转基因获得成功 1986年首批转基因植物被批准进入田间试验，至今国际上已有30个国家批准数千例转基因植物进入田间试验 种植转基因植物的国家从1992年1个增加到1996年的6个， 2002年13个 转基因植物种植面积从1996年170万公顷，1997年1100万公顷，2002年5867万公顷我国2001年栽培转基因植物达150万公顷 栽培的主要转基因植物有：大豆（54%），玉米（28%），棉花（9%），油菜（9%），马铃薯、西葫芦、木瓜等（不到1%） 主要性状：抗除草剂（71%），抗虫（22%），抗病毒和其它性状(7%)。

在中国,国内外首创两系法杂交水稻研究与开发 基因工程抗虫棉研究取得重大突破 抗病小麦生物技术育种全面创新 农业重组微生物应用效果突出、增产明显 转抗茵肽基因的抗青枯病马铃薯率先成功 “试管”牛的研究与开发开始实用化 动物转基因技术某些方面达到国际先进水平,2、蛋白质工程,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所没有的而又具有优良性质的全新的蛋白质 蛋白质工程这一名称最早是1981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，同时广泛应用于制药及其他工业生产中，如干扰素β16、抗体的人源化、新疫苗佐剂、组织纤溶酶原激活物、酶修饰等3、细胞工程,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、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，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，还可以把动物细胞与植物细胞融合在一起。

轰动世界的“多莉”，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皮石斛组织培养,在外植体、培养基、植物生长调节剂、添加剂以及光照、温度、pH等选择与控制方面进行了大量研究，并取得了突破 利用组织培养技术已经有效的解决了铁皮石斛种苗生产问题，现有设施栽培基地苗木均源自组培工厂1/2MS培养基用于种子萌发,,,MS与改良MS培养基用于原球茎增殖和丛芽促成,,,B5培养基用于壮苗的培养,铁皮石斛苗木工厂化组培车间,,,铁皮石斛苗木工厂化组培车间,,,炼苗车间,4、酶工程enzyme engineering,酶工程又称酶工艺学，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所需要的产品。

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（1）对天然酶的开发和生产2）自然酶的分离纯化及鉴定技术3）酶的固定化技术4）酶反应器的研制和应用5）与其它生物技术领域的交叉和渗透 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“三废”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5、发酵工程 fermentation engineering,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，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 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、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，酶、生物高分子、单细胞蛋白等化学工业产品等200多个品种都是发酵工程的产品。

生物农药,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 20世纪70年代末国外就把苏云金杆菌伴孢晶体毒素蛋白基因(BtlCP基因)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，目前已转到假单胞杆菌中，由于该菌对环境适应性强，土壤中广泛存在，可望成为更优良的细菌杀虫剂日本住友化学公司正在研究将苏云金杆菌29个亚种的毒素基因克隆到大肠杆菌中获得广谱杀虫剂近几年来美国已有好几家生物工程公司的好几种广谱杀虫活性的杂合基因Bt新菌株进行了专利注册6、分子杂交与遗传标记,随着分子生物学技术的突破，以遗传标记为研究手段深入到动物、植物、微生物遗传育种学研究以及基因工程、细胞工程、新品系鉴定、生物技术侦破案件等各个方面，广为应用并取得了丰硕成果 分子杂交主要有：Southern blot(DNA)杂交、Northern blot(RNA)杂交、Western blot(蛋白质）杂交 遗传标记指可追踪染色体、染色体某一节段、某个基因座在家系中传递的任何一种遗传特性，包括形态标记（morphological markers）、生化标记（biochemical markers）、细胞标记（cytological markers）和分子标记（molecular markers）等4种类型。