林业生物技术：1_绪论

1231 8周周， ，32学时学时910周周期末考试期末考试7070，平时成绩，平时成绩3030 （到课情况（到课情况1010，课后作业，课后作业2020）45谭晓风编著，林业生物技术，中国林业出版社，谭晓风编著，林业生物技术，中国林业出版社，2008.2008.2 2、林顺权主编，园艺植物生物技术（研究生教学用、林顺权主编，园艺植物生物技术（研究生教学用书），高等教育出版社，书），高等教育出版社，2005.2005.4 4、6五、网址712生物技术的含义和内容生物技术的含义和内容植物生物技术的发展简史植物生物技术的发展简史3生物技术的应用生物技术的应用81.1. 生物技术的概念？生物技术的概念？2.2.林业生物技术现状和展望？林业生物技术现状和展望？3.3. 生物技术的发展史？生物技术的发展史？思考讨论思考讨论9人类历史上的三次技术革命人类历史上的三次技术革命18世纪60年代英国以瓦特的蒸汽机为主导的第一次技术革命 19世纪70年代以电力为主导的第二次技术革命 自第二次世界大战之后，以电子计算机、原子能利用、宇航技术、生物技术等的出现，标志着第三次产业革命的到来 10生物技术生物技术航天航空技术航天航空技术新材料技术新材料技术信息技术新能源技术新能源技术海洋技术海洋技术111、林、林业业生物技生物技术术的含的含义义和内容和内容什么是生物技术什么是生物技术（Biotechnology）？121、生物技、生物技术术的含的含义义和内容和内容植物生物技术植物生物技术动物生物技术动物生物技术微生物生物技术微生物生物技术林业生物技术林业生物技术生物技生物技术术以生命科学为基础，利用以生命科学为基础，利用生生物体系和工程原理物体系和工程原理，生产，生产生生物制品物制品和和创造新物种创造新物种的综合的综合性科学技术性科学技术以植物离体培养和分子生物学以植物离体培养和分子生物学为基础技术，所形成的为基础技术，所形成的以细胞以细胞工程和基因工程为主体工程和基因工程为主体，酶工，酶工程和生化工程等领域有不同发程和生化工程等领域有不同发展的技术科学展的技术科学131、生物技、生物技术术的含的含义义和内容和内容14151、生物技、生物技术术的含的含义义和内容和内容161、生物技、生物技术术的含的含义义和内容和内容17细胞工程的分类细胞工程的分类组织和器官培养技术组织和器官培养技术细胞融合技术细胞融合技术染色体导入技术染色体导入技术胚胎和细胞核移植技术胚胎和细胞核移植技术干细胞技术干细胞技术细胞遗传工程细胞遗传工程 植物细胞工程植物细胞工程动物细胞工程动物细胞工程微生物细胞工程微生物细胞工程根据研究对象根据研究对象根据技术范围根据技术范围1、生物技、生物技术术的含的含义义和内容和内容18酶工程应用酶工程应用1、生物技、生物技术术的含的含义义和内容和内容19微生物发酵罐微生物发酵罐1、生物技、生物技术术的含的含义义和内容和内容201、生物技、生物技术术的含的含义义和内容和内容211、生物技、生物技术术的含的含义义和内容和内容第一代产品第一代产品: :自然发酵，附加值低、中自然发酵，附加值低、中22第二代产品第二代产品: :初步的物理、化学遗传分析、细胞初步的物理、化学遗传分析、细胞杂交、物理化学、诱变育种，附加值中、高杂交、物理化学、诱变育种，附加值中、高1、生物技、生物技术术的含的含义义和内容和内容23第三代产品第三代产品: :基因工程、细胞工程；附加值高、很高基因工程、细胞工程；附加值高、很高1、生物技、生物技术术的含的含义义和内容和内容241 、生物技、生物技术术的含的含义义和内容和内容它包括分子生物学、细胞生它包括分子生物学、细胞生物学、微生物学、免疫生物物学、微生物学、免疫生物学、人体生理学、动物生理学、人体生理学、动物生理学、植物生理学、微生物生学、植物生理学、微生物生理学、生物化学、生物物理理学、生物化学、生物物理学、遗传学等几乎生物科学学、遗传学等几乎生物科学所有的次级学科，又结合了所有的次级学科，又结合了化学、化学工程学、数学、化学、化学工程学、数学、微电子技术、计算机科学等微电子技术、计算机科学等尖端基础学科，是一门多学尖端基础学科，是一门多学科互相渗透的综合性学科科互相渗透的综合性学科生物技术树生物技术树25美国：美国：19991999年政府投资高达年政府投资高达180180亿美元。亿美元。 美国现有美国现有13001300多家专业生物多家专业生物技术公司和技术公司和15.315.3万多从业者，其万多从业者，其生物技术产品销售额在生物技术产品销售额在19981998年就年就达到了达到了134134亿美元，到亿美元，到20082008年达年达到到362362亿美元。亿美元。 1996-20101996-2010年，生物技术为年，生物技术为发展中和发达国家带来了同样的发展中和发达国家带来了同样的累积经济效益（均为累积经济效益（均为390390亿）亿）1、生物技、生物技术术的含的含义义和内容和内容现状现状26在农业生物技术方面：集中在在农业生物技术方面：集中在大豆大豆、玉米玉米和和棉花棉花上。上。第一阶段：抗病虫和耐除草剂抗病虫和耐除草剂；第二阶段：提高作物的品质提高作物的品质。比如：全球第一例转基因食品calgene公司的延熟番茄（1993）；抗玉米螟玉米螟的转基因玉米，抗棉铃虫棉铃虫的棉花、耐除草剂耐除草剂的大豆等。在美国，经GM修饰或改造的作物或食品，1999年已达7000万英亩，目前大约有50大豆、33棉花、大量的玉米、少量的马铃薯、油菜和南瓜均是GM。1、生物技、生物技术术的含的含义义和内容和内容271、生物技、生物技术术的含的含义义和内容和内容中国：中国：1986年启动年启动“863”高技术规划的提出，高技术规划的提出，农业生物技术列为优先发展项目。（植农业生物技术列为优先发展项目。（植物组织培养技术，特别是茎尖脱毒快繁物组织培养技术，特别是茎尖脱毒快繁技术）技术）1995年，掌握了转基因植物的全套技年，掌握了转基因植物的全套技术，包括目标基因的分离、克隆、术，包括目标基因的分离、克隆、Ti质质粒介导的表达载体的构建及目标基因表粒介导的表达载体的构建及目标基因表达的检测。达的检测。由于基础研究较弱，加上投资强度较低由于基础研究较弱，加上投资强度较低（35亿人民币亿人民币/5年年）,“七五七五”、“八八五五”、“863”计划中的相关部分的主计划中的相关部分的主市调只能是：市调只能是：跟踪、模仿和引进跟踪、模仿和引进。抗CMV及TMV的烟草、抗鳞翅目害虫的棉花，50100万亩。抗螟虫水稻、抗鳞翅目害虫杨树、抗病毒马铃薯进入大田试验。特别是组培苗技术的发展，每年出口美国、荷兰、日本等国约千万多株。281、生物技、生物技术术的含的含义义和内容和内容2001年种植面积年种植面积100万公顷的转基因作物：万公顷的转基因作物： 大豆（大豆（3330万万hm2，占全世界转基因作物的，占全世界转基因作物的63%，均为抗除草，均为抗除草剂大豆）、玉米（剂大豆）、玉米（980万万hm2 ，占，占19% ）、棉花（）、棉花（680万万hm2 ，占，占13% ）、油菜（）、油菜（270万万hm2 ，占，占5%）；）； 其它还有水稻、小麦、花生、向日葵、亚麻、甘蓝、马铃薯等，番其它还有水稻、小麦、花生、向日葵、亚麻、甘蓝、马铃薯等，番茄、烟草、南瓜和木瓜等茄、烟草、南瓜和木瓜等50多种转基因作物已培育成功多种转基因作物已培育成功。主要分布在主要分布在美国（美国（3570万万hm2）、）、阿根廷（阿根廷（1180万万hm2）、）、加拿大（加拿大（320万万hm2）和中国（和中国（150万万hm2）等国。）等国。29 1. 关于植物的繁殖（方式、速度等）；关于植物的繁殖（方式、速度等）； 2.关于动物的繁殖与性别控制（数量、性别）；关于动物的繁殖与性别控制（数量、性别）； 3.动物克隆：克隆绵羊动物克隆：克隆绵羊Dolly（英国罗林斯研究所），（英国罗林斯研究所），克隆印度野牛（濒危物种克隆印度野牛（濒危物种 ）；）；1、生物技、生物技术术的含的含义义和内容和内容展望展望304.生物反应器研究：美国开发了可生产人凝血酶原生物反应器研究：美国开发了可生产人凝血酶原III的转基的转基因羊；我国自行研制表达人凝血因子因羊；我国自行研制表达人凝血因子 的转基因山羊（治的转基因山羊（治疗血友病）；英国疗血友病）；英国PPL制药公司也培育出可制造人胰蛋白制药公司也培育出可制造人胰蛋白酶抑制剂基因的克隆羊，在羊奶中能产生胰蛋白酶抑制剂，酶抑制剂基因的克隆羊，在羊奶中能产生胰蛋白酶抑制剂，可用于治疗人类的哮喘病和肺气肿；荷兰制药公司制备了可用于治疗人类的哮喘病和肺气肿；荷兰制药公司制备了可大量生产人乳铁蛋白和促红细胞生成素（可大量生产人乳铁蛋白和促红细胞生成素（EPO）的转基）的转基因牛。因牛。1、生物技、生物技术术的含的含义义和内容和内容315.动物或人体器官的复制（用于器官移植）：动物或人体器官的复制（用于器官移植）： 目前人造皮肤和人造耳朵已经成功，都是利用皮目前人造皮肤和人造耳朵已经成功，都是利用皮肤细胞进行培养得到的。人类角膜、心脏肺瓣、血肤细胞进行培养得到的。人类角膜、心脏肺瓣、血管、耳、胰脏、肌肉、乳房组织替代物等工程化组管、耳、胰脏、肌肉、乳房组织替代物等工程化组织均已能在实验室里生长。织均已能在实验室里生长。1、生物技、生物技术术的含的含义义和内容和内容321、生物技、生物技术术的含的含义义和内容和内容弊端弊端生物安全问题生物安全问题花花粉粉BtBt玉米玉米马利筋马利筋帝王蝶幼虫帝王蝶幼虫死亡死亡44%44%（室内）（室内）帝王蝶事件帝王蝶事件33 1996年年7月月5日，英国科学家伊恩日，英国科学家伊恩威尔穆特领导的研威尔穆特领导的研究小组在苏格兰的罗斯林研究所培育出世界上第一只体究小组在苏格兰的罗斯林研究所培育出世界上第一只体细胞克隆羊细胞克隆羊“多利多利”。但。但“多利多利”因患有进行性肺病，因患有进行性肺病，且病情不断恶化，研究人员不得不于且病情不断恶化，研究人员不得不于2003年年2月月14日对日对其实施了其实施了“安乐死安乐死”。1、生物技、生物技术术的含的含义义和内容和内容克隆羊多利克隆羊多利342、植物、植物生物技术的发展简史生物技术的发展简史胚胎（器官）胚胎（器官）组织组织细胞细胞基因（基因（DNA）351838-1839年，德国科学家年，德国科学家Schleide 和和Schwann发表了发表了细胞学说细胞学说，奠定了组织培养的，奠定了组织培养的理论基础理论基础。1902年，德国植物学家年，德国植物学家Haberlandt的早期尝试。的早期尝试。 在论文中描述了培养细胞的生长情况，但没有观察在论文中描述了培养细胞的生长情况，但没有观察到细胞的分裂增值。到细胞的分裂增值。1904年，年，Hanning进行幼胚培养获得小苗（萝卜，进行幼胚培养获得小苗（萝卜，辣根）；辣根）；1922年，年，Kotte和和Robbins（Haberlandt的学生），的学生），培养豌豆和玉米的茎尖培养，形成根和缺绿的叶片，培养豌豆和玉米的茎尖培养，形成根和缺绿的叶片，可进行有限的生长（部分成功）；可进行有限的生长（部分成功）；2、植物、植物生物技术的发展简史生物技术的发展简史植物生物技术始于细胞培养植物生物技术始于细胞培养准备准备萌芽萌芽（1902-1929）361933年，李继侗发现胚乳对胚培养的促进作用（银杏）年，李继侗发现胚乳对胚培养的促进作用（银杏） ；1934年，年，Gautheret培养形成层，获得愈伤组织（山毛榉、培养形成层，获得愈伤组织（山毛榉、黑杨）；同年，黑杨）；同年，White培养番茄的根尖细胞，建立了第一个培养番茄的根尖细胞，建立了第一个能够活跃分裂的单细胞无性系（能够活跃分裂的单细胞无性系（28年，年，1600代），系统研究代），系统研究了光照、温度、了光照、温度、pH、培养基组成对培养物的影响；、培养基组成对培养物的影响；1937年，年，White发明了发明了第一个人工合成培养基第一个人工合成培养基；1937-1939年，愈伤组织的继代培养获得成功（胡萝卜，烟年，愈伤组织的继代培养获得成功（胡萝卜，烟草）；草）；1943年，年，White重新提出重新提出“植物细胞全能性植物细胞全能性”学说，出版了学说，出版了植物组织培养手册植物组织培养手册，标志着植物组培技术的建立，被誉，标志着植物组培技术的建立，被誉为为“植物组织培养之父植物组织培养之父”；1948年，年，Skoog和崔澂发现腺嘌呤对烟草茎段培养物的芽的和崔澂发现腺嘌呤对烟草茎段培养物的芽的形成有诱导作用（腺嘌呤形成有诱导作用（腺嘌呤/IAA）；）；2、 、植物生物技术的发展简史植物生物技术的发展简史奠基奠基19301950371955年，年，Miller发现了激动素（发现了激动素（6-糖基腺嘌呤），糖基腺嘌呤），其活性比腺嘌呤高其活性比腺嘌呤高30000倍（分裂素倍（分裂素/生长素）；生长素）；1958年，年，Steward（美国）和（美国）和Reinert（德国）分（德国）分别由胡萝卜的髓细胞诱导形成胚状体，形成新植株，别由胡萝卜的髓细胞诱导形成胚状体，形成新植株，首次证明首次证明“细胞全能性细胞全能性”理论理论；1960年，年，Cocking（英国）采用（英国）采用“酶解法酶解法”分离番分离番茄幼根原生质体成功，为原生质体的培养和融合奠茄幼根原生质体成功，为原生质体的培养和融合奠定了基础；同年，定了基础；同年，Morel（法国）采用兰花微茎尖培（法国）采用兰花微茎尖培养技术，诱导出小球体（原球茎），并获得脱毒苗，养技术，诱导出小球体（原球茎），并获得脱毒苗，举世闻名的举世闻名的“兰花工业兰花工业”由此崛起（由此崛起（1个芽在一年内个芽在一年内可繁育出可繁育出400万个植株）；万个植株）；1964-1966年，年，Guha和和Maheshwari培养毛叶曼陀培养毛叶曼陀罗的罗的花药花药，获得，获得单倍体植株单倍体植株；2、 、植物生物技术的发展简史植物生物技术的发展简史迅速发展迅速发展（1950年以后）年以后）3870年代以后，原生质体培养、原生质体融合的研究年代以后，原生质体培养、原生质体融合的研究形成热潮形成热潮80年代以后，基因克隆、遗传转化的研究更是如火年代以后，基因克隆、遗传转化的研究更是如火如荼，在许多方面取得了令人瞩目的成果如荼，在许多方面取得了令人瞩目的成果2、 、植物生物技术的发展简史植物生物技术的发展简史 培养烟草的叶肉原生质体，得到培养烟草的叶肉原生质体，得到再生植株（再生植株（Takebe和和Nagata，1971）；）； 诱导不同种的烟草原生质体融合，诱导不同种的烟草原生质体融合，并将其培养再生成完整的杂种植株并将其培养再生成完整的杂种植株（Carlson，1972）；）； 大豆和烟草（科间）原生质体融大豆和烟草（科间）原生质体融合成功，得到大数量的细胞分裂合成功，得到大数量的细胞分裂（加拿大华人高国楠，（加拿大华人高国楠，1974）；）； 1978年，Melchers等获得了番茄和马铃薯属间体细胞杂种Potamato。391973年，重组年，重组DNA技术诞生，植物基因工程始技术诞生，植物基因工程始于于20世纪世纪80年代（年代（Monsanto公司）公司） 。Fraley1984年在年在Science 发表发表“利用农杆菌来利用农杆菌来转移外源转移外源DNA至白花丹叶烟草原生质体中至白花丹叶烟草原生质体中”。表明：表明：定向改造植物成为可能定向改造植物成为可能。2、 、植物生物技术的发展简史植物生物技术的发展简史 抗病基因，抗虫基因，抗冻蛋白基因，耐贮运基因，耐除草剂基因，高产基因，品质改良基因，甜味蛋白基因，雄性不育基因，植物性食用疫苗等。荧光酶基因；转基因烟草烟草、棉花棉花、大豆大豆、番茄番茄已进入商品化生产。4041 2004年年6月月30日，充满神秘日，充满神秘色彩的蓝玫瑰在东京与世人见面，色彩的蓝玫瑰在东京与世人见面，令人惊叹不已。经过令人惊叹不已。经过14年苦心研年苦心研究，日本三得利公司与澳大利亚究，日本三得利公司与澳大利亚一家生物技术公司利用移植基因一家生物技术公司利用移植基因和三色紫罗兰中的蓝色色素合成和三色紫罗兰中的蓝色色素合成培植出了世界上第一株蓝玫瑰，培植出了世界上第一株蓝玫瑰，并有望在未来并有望在未来4年打入市场。据年打入市场。据研究人员介绍，这些蓝玫瑰的颜研究人员介绍，这些蓝玫瑰的颜色完全出自色素图谱中，在自然色完全出自色素图谱中，在自然界中是不存在的。界中是不存在的。美美丽丽的的蓝蓝色色转转基因玫瑰基因玫瑰2、 、植物生物技术的发展简史植物生物技术的发展简史423、 、生物技术的应用生物技术的应用离体繁殖的技术特点：离体繁殖的技术特点：繁殖系数大、周年生繁殖系数大、周年生产、繁殖速率快、苗木遗传性状整齐一致产、繁殖速率快、苗木遗传性状整齐一致。如兰花，如兰花，400万原球茎万原球茎/年年外植体。外植体。无病毒株的培养：无病毒株的培养：果树柑橘、苹果、草莓、葡萄等果树柑橘、苹果、草莓、葡萄等蔬菜马铃薯、大蒜、洋葱等蔬菜马铃薯、大蒜、洋葱等花卉兰花、菊花、康乃馨、水仙、唐菖花卉兰花、菊花、康乃馨、水仙、唐菖蒲等蒲等 A、良种繁育及脱毒苗木。、良种繁育及脱毒苗木。43组培快繁和工厂化育苗组培快繁和工厂化育苗桉树工厂化育苗杨树工厂化育苗泡桐工厂化育苗44B、种、种质资质资源的保存。源的保存。3、 、生物技术的应用生物技术的应用2m2的面积保存的面积保存800多个葡萄品种，每个品种多个葡萄品种，每个品种6株，每年转移一次，已保存了株，每年转移一次，已保存了15年。而在田年。而在田间保存则需要间保存则需要15亩土地。亩土地。野生枇杷种质资源圃45C、育种上的、育种上的应应用。用。3、 、生物技术的应用生物技术的应用分子分子育种育种细胞细胞育种育种转基因育种转基因育种分子标记辅分子标记辅助选择育种助选择育种原生质体育种体细胞杂交育种多倍体育种提高农作物和林木的生产量改善农产品和林产品的品质提高农作物和林木品种的抗病、抗虫、抗逆性能减少农药化肥的使用及其对环境的污染463、 、生物技术的应用生物技术的应用 在美国，在美国，Pioneer HiBrd International 公司，公司，利用转基因玉米，年产利用转基因玉米，年产3亿磅亿磅多羟基丁酸，多羟基丁酸，可用于可用于制造食品和服装的塑料。制造食品和服装的塑料。 美国科学家最近培育出一种新型转基因西红柿，美国科学家最近培育出一种新型转基因西红柿，它因其中含有一种名为花色素苷的物质而呈现出奇它因其中含有一种名为花色素苷的物质而呈现出奇异的紫色，还具有预防癌症和心肌梗塞的功能。异的紫色，还具有预防癌症和心肌梗塞的功能。 木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶可用于食品和制革；生木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶可用于食品和制革；生物碱中的莨菪烷、利血平，甾体类中的地奥皂甙元、物碱中的莨菪烷、利血平，甾体类中的地奥皂甙元、强心配糖体等可用于治病，萜类中的人参皂甙、人强心配糖体等可用于治病，萜类中的人参皂甙、人参醇等可制作保健品，天然色素类如类胡萝卜素、参醇等可制作保健品，天然色素类如类胡萝卜素、叶黄素可用于食品加工。叶黄素可用于食品加工。能产生胰岛素的黄瓜能产生胰岛素的黄瓜473、 、生物技术的应用生物技术的应用1、转基因植物作为指示植物测报环境污染或分解有害物、转基因植物作为指示植物测报环境污染或分解有害物质如质如分解二恶英；多羟基丁酸分解二恶英；多羟基丁酸；2、抗逆、抗病虫的转基因植物；、抗逆、抗病虫的转基因植物； 如染色体工程，基因功能等的研究，已形成了一门新的学如染色体工程，基因功能等的研究，已形成了一门新的学科植物体细胞遗传学（科植物体细胞遗传学（plant somatic cell genetics）。）。