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1、4.1 遗传多样性利用遗传多样性利用4.1.1 细胞繁殖细胞繁殖（植物组织培养、动物克隆）（植物组织培养、动物克隆）4.1.2 细胞融合细胞融合4.1.2.1 体细胞融合生物技术体细胞融合生物技术（多倍体育种、转基因）（多倍体育种、转基因）4.1.2.2 性细胞融合生物技术性细胞融合生物技术（杂交育种、人工受精）（杂交育种、人工受精）4.2 物种多样性利用物种多样性利用4.2.1 种植业开发种植业开发4.2.2 养殖业开发养殖业开发4.3 生态系统多样性利用生态系统多样性利用4.3.1 种养业链接种养业链接沼气沼气4.3.2 种养业结合种养业结合人工模拟生态系统人工模拟生态系统 第四章第四章
2、生物多样性利用生物多样性利用 生物技术是生物技术是20世纪末人类科技史上最令世纪末人类科技史上最令人瞩目的高新技术，它迅猛地冲击着生物人瞩目的高新技术，它迅猛地冲击着生物学的各个领域，为人类解决疾病防治、食学的各个领域，为人类解决疾病防治、食品短缺、资源匮乏、环境污染等重大问题品短缺、资源匮乏、环境污染等重大问题发挥了巨大的作用，并逐渐发展成为强大发挥了巨大的作用，并逐渐发展成为强大的现代生物技术产业。随着人类文明的进的现代生物技术产业。随着人类文明的进步，人类对自身的行为越来越谨慎，尤其步，人类对自身的行为越来越谨慎，尤其对人类自身的健康和生态平衡更加关注。对人类自身的健康和生态平衡更加关注
3、。生物多样性利用生物多样性利用 植物基因工程是运用分子手段，将人植物基因工程是运用分子手段，将人工设计或从生物中获得目的基因导入植物工设计或从生物中获得目的基因导入植物体内，从而实现对植物的遗传改良。体内，从而实现对植物的遗传改良。 从从1999年开始，我国设立年开始，我国设立“国家转基国家转基因植物研究与产业化专项因植物研究与产业化专项”基金项目，将基金项目，将我国转基因植物研究和开发推向新高潮。我国转基因植物研究和开发推向新高潮。生物多样性利用生物多样性利用转基因技术的定义转基因技术的定义 将人工分离和修饰过的基因导入到生将人工分离和修饰过的基因导入到生物体基因组中，由于导入基因的表达，引
4、物体基因组中，由于导入基因的表达，引起生物体的性状的可遗传的修饰，这一技起生物体的性状的可遗传的修饰，这一技术称之为转基因技术（术称之为转基因技术（Transgene technology）。）。转基因技术转基因技术转基因技术：转基因技术：1.外源外源DNA的分离与鉴别的分离与鉴别2.目标基因的剪切与载体目标基因的剪切与载体3.目标基因的导入与拷贝目标基因的导入与拷贝4.受体细胞的接纳与融合受体细胞的接纳与融合 转基因技术四过程转基因技术四过程 分离分离（鉴别）（鉴别）剪切剪切（载体）（载体）导入导入（感染法等）（感染法等）重组重组基因剪切酶基因剪切酶限制性内切核糖酶限制性内切核糖酶导入导入感
5、染法、金箔法、鸟枪法等感染法、金箔法、鸟枪法等植物转基因技术植物转基因技术1农杆菌介导转化法农杆菌介导转化法2基因枪介导转化法基因枪介导转化法3花粉管通道法花粉管通道法动物转基因技术动物转基因技术1核显微注射法核显微注射法 2精子介导的基因转移精子介导的基因转移 3核移植转基因法核移植转基因法 自自1983年第一例转基因烟草植株问世以来，转基年第一例转基因烟草植株问世以来，转基因农作物在全球范围内飞速发展，种植面积直线因农作物在全球范围内飞速发展，种植面积直线上升。上升。1995年种植面积仅年种植面积仅120万万hm2，1998年达到了年达到了2780万万hm2，1999年又增加了年又增加了1
6、200多万多万hm2，达，达到到3990万万hm2。2001年全球转基因作物种植面积年全球转基因作物种植面积超过超过5000万万hm2，2002年更是创出了历史新高，年更是创出了历史新高，达达5867万万hm2。据国际有关方面预测，到据国际有关方面预测，到2010年，世界转基因食年，世界转基因食物的市场总收入将达物的市场总收入将达30000亿美元，其中仅转基亿美元，其中仅转基因食物的种子收入就可达因食物的种子收入就可达3000亿美元。亿美元。一、转基因作物的产业化概况一、转基因作物的产业化概况 20世纪世纪80年代以后，随着年代以后，随着“863”计划的实施，我国植物基因工程的计划的实施，我国
7、植物基因工程的研究和开发迅速发展，截至研究和开发迅速发展，截至2000年我国正在研究和开发的转基因植年我国正在研究和开发的转基因植物有物有47种，涉及的各类基因种，涉及的各类基因103个，但转基因技术发展的总体水平还个，但转基因技术发展的总体水平还较低。较低。19961997年，我国在小范围内推广了转基因植物（包括两种抗棉铃年，我国在小范围内推广了转基因植物（包括两种抗棉铃虫棉花虫棉花-Bt棉及棉及Bt+CpT棉、转花色矮牵牛、耐储存番茄、抗病毒番棉、转花色矮牵牛、耐储存番茄、抗病毒番茄和抗黄瓜花叶病毒的甜椒）商业化种植后，转基因植物种植面积才茄和抗黄瓜花叶病毒的甜椒）商业化种植后，转基因植物
8、种植面积才迅速扩大。在这迅速扩大。在这6种作物中，番茄和甜椒的商品化种植还未形成规模，种作物中，番茄和甜椒的商品化种植还未形成规模，抗虫棉是目前我国种植面积最大，并能大规模进入国际市场的一种转抗虫棉是目前我国种植面积最大，并能大规模进入国际市场的一种转基因植物。基因植物。我国是世界上第二个有转基因抗虫棉花自主知识产权的国家，国内已我国是世界上第二个有转基因抗虫棉花自主知识产权的国家，国内已有有12个抗虫棉品种通过审定。个抗虫棉品种通过审定。2002年抗虫棉种植面积占棉花总种植年抗虫棉种植面积占棉花总种植面积的面积的40%，累计推广面积达，累计推广面积达133.3万万hm2，减少农药用量，减少农
9、药用量30%，增，增加皮棉加皮棉1亿亿kg，创经济效益，创经济效益50亿元人民币。总体上看，虽然我国转基亿元人民币。总体上看，虽然我国转基因棉花出口增长迅速，但总量并不大，棉花质量与其他产棉大国相比因棉花出口增长迅速，但总量并不大，棉花质量与其他产棉大国相比存在着差距，在国际竞争中处于劣势，而且棉花价格比国际市场高约存在着差距，在国际竞争中处于劣势，而且棉花价格比国际市场高约30%。生物多样性利用生物多样性利用1. 转基因植物释放引发转基因植物释放引发“超级杂草超级杂草” 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。当这
10、些基因通过基因流逐渐在野生种病毒，然后是抗逆。当这些基因通过基因流逐渐在野生种群中定居后就使得作物的野生亲缘种具有了选择优势的潜群中定居后就使得作物的野生亲缘种具有了选择优势的潜在可能。通过花粉的传播与受精将某些基因（主要是抗除在可能。通过花粉的传播与受精将某些基因（主要是抗除草剂基因）漂入野生近缘种或近缘杂草而产生难以控制的草剂基因）漂入野生近缘种或近缘杂草而产生难以控制的“超级杂草超级杂草”。由于超级杂草可产生严重的经济和生态上的。由于超级杂草可产生严重的经济和生态上的后果，因而转基因作物可能转变为杂草便成为最主要风险后果，因而转基因作物可能转变为杂草便成为最主要风险之一。虽然超级杂草目前
11、并不存在，一旦成为现实，则后之一。虽然超级杂草目前并不存在，一旦成为现实，则后果十分严重。为防止超级杂草的产生应采取有效的措施与果十分严重。为防止超级杂草的产生应采取有效的措施与对策来进行预防对策来进行预防。二、转基因植物的潜在风险二、转基因植物的潜在风险与生物安全性与生物安全性 2. 转基因植物中转基因植物中35S启动子的生物安全性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的空间、时间和表启动子是基因表达所必需的，决定了外源基因表达的空间、时间和表达的强度等，是人们定向改造生物的重要限制因素达的强度等，是人们定向改造生物的重要限制因素。最常用的启动子是最常用的启动子是35
12、S启动子，该启动子能够在植物组织中高水平表启动子，该启动子能够在植物组织中高水平表达。因此，达。因此，35S启动子已经被引入许多转基因植物中。启动子已经被引入许多转基因植物中。35S启动子的潜在风险：启动子的潜在风险：（1）如果）如果35S启动子插入到原来整合到植物基因组中的隐性病毒基启动子插入到原来整合到植物基因组中的隐性病毒基因组旁，可能会重新活化病毒。因组旁，可能会重新活化病毒。（2）如果该启动子插入到某一编码毒素蛋白的基因上游，可能会增）如果该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。强该毒素的合成。（3）当转基因植物被动物或人类食用时，）当转基因植物被动物或人类
13、食用时，35S启动子可能会通过基启动子可能会通过基因的水平插入到某一致癌基因上游，活化并且导致癌症的发生。因的水平插入到某一致癌基因上游，活化并且导致癌症的发生。上述任何一种情况使人们有足够的理由关心上述任何一种情况使人们有足够的理由关心35S启动子的安全性。启动子的安全性。生物多样性利用生物多样性利用3. 载体骨架序列的生物安全性载体骨架序列的生物安全性T-DNA是指两侧边界以内被转移到植物中的是指两侧边界以内被转移到植物中的DNA区域，包括报告基因、标记基因、多克隆位点和区域，包括报告基因、标记基因、多克隆位点和启动子启动子T-DNA双元载体的骨架序列即双元载体的骨架序列即T-DNA边界以
14、外的边界以外的DNA序列。序列。载体骨架序列整合到植物染色体上所导致的安全载体骨架序列整合到植物染色体上所导致的安全问题还不清楚，但这些序列有可能会逃逸到环境问题还不清楚，但这些序列有可能会逃逸到环境中产生表达有负作用的蛋白质，而且载体骨架序中产生表达有负作用的蛋白质，而且载体骨架序列可能会影响植物正常基因的表达和促进转基因列可能会影响植物正常基因的表达和促进转基因的重排等的重排等生物多样性利用生物多样性利用4. 抗生素抗性标记基因的生物安全性抗生素抗性标记基因的生物安全性抗生素抗性标记基因的生物安全问题是指其抗性基因转移所导致的在抗生素抗性标记基因的生物安全问题是指其抗性基因转移所导致的在环
15、境中的传播环境中的传播。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。由于在过去的几年里，已经有越来越多的报道指出细菌可以获得对多由于在过去的几年里，已经有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会转移到细菌中。有关抗生素抗性标记基因的安全性的另一个考虑是，转基因植物中的有关抗生素抗性标记基因的安全性的另一个考虑是，转基因植物中的标记基因是否会通过食物在肠道中水平转移至微生物，从而影响抗生标记
16、基因是否会通过食物在肠道中水平转移至微生物，从而影响抗生素治疗的有效性，这种怀疑使转基因植物的安全性讨论更加复杂素治疗的有效性，这种怀疑使转基因植物的安全性讨论更加复杂。 编码抗生素抗性标记基因的编码抗生素抗性标记基因的DNA从植物细胞中释放出来后，很快被从植物细胞中释放出来后，很快被降解成小片段，甚至核苷酸。因此，植物降解成小片段，甚至核苷酸。因此，植物DNA在进入有肠道微生物在进入有肠道微生物存在的小肠下段、盲肠及结肠前已被降解。即使存在的小肠下段、盲肠及结肠前已被降解。即使DNA完整地存在，完整地存在，DNA转移并整合进受体细胞也是一个非常复杂的过程。转移并整合进受体细胞也是一个非常复杂
17、的过程。生物多样性利用生物多样性利用5. 转基因食品的安全性转基因食品的安全性1994年美国年美国Caigene公司的转基因延熟番茄经公司的转基因延熟番茄经FDA批准上市，成为批准上市，成为第一例通过安全评价的转基因植物食品。迄今为止，全世界已有第一例通过安全评价的转基因植物食品。迄今为止，全世界已有40多个可能作为食品来源的转基因植物获得批准上市。主要包括延熟番多个可能作为食品来源的转基因植物获得批准上市。主要包括延熟番茄，抗除草剂的玉米、棉花、大豆和油菜，抗虫的马铃薯、棉花和玉茄，抗除草剂的玉米、棉花、大豆和油菜，抗虫的马铃薯、棉花和玉米，抗病毒的西葫芦、南瓜和番木瓜，雄性不育的玉米和莴苣
18、，以及米，抗病毒的西葫芦、南瓜和番木瓜，雄性不育的玉米和莴苣，以及改变油脂特性的油菜和大豆等。改变油脂特性的油菜和大豆等。转基因植物由于采用遗传工程操作的特殊手段，可能存在无法预测的转基因植物由于采用遗传工程操作的特殊手段，可能存在无法预测的其它性状的改变，从而带来某些转基因植物食品的安全性问题。其它性状的改变，从而带来某些转基因植物食品的安全性问题。转基因食品对人类的危害主要有转基因食品对人类的危害主要有3大类：大类：（1）可能含有已知或未知的毒素，对人体产生毒害作用。）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。）可能含有已知或未知的
19、过敏源，引起人体的过敏反应。（3）这种食品某些营养成分或营养质量可能产生变化，使人体出现）这种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。某种病症。生物多样性利用生物多样性利用我国是转基因农产品的重要进口国，主要来源是美国、阿根廷、加拿大，出我国是转基因农产品的重要进口国，主要来源是美国、阿根廷、加拿大，出口则以非转基因农产品为主。随着我国加入口则以非转基因农产品为主。随着我国加入WTO，国内市场将不断对外开放，国内市场将不断对外开放，国外的转基因产品势必涌入我国，我国的转基因产品也将打入国际市场，我国外的转基因产品势必涌入我国，我国的转基因产品也将打入国际市场，我国将面临着转
20、基因产品进出口贸易带来的机遇和挑战。国将面临着转基因产品进出口贸易带来的机遇和挑战。面对世界生物技术的迅速发展，尽快制定出我国生物安全的战略和对策是当面对世界生物技术的迅速发展，尽快制定出我国生物安全的战略和对策是当务之急务之急。2001年年5月月23日，国务院公布了农业转基因生物安全管理条例。日，国务院公布了农业转基因生物安全管理条例。2002年年1月月5日，农业部公布了农业转基因生物安全评价管理办法、农日，农业部公布了农业转基因生物安全评价管理办法、农业转基因生物进口安全管理办法、农业转基因生物标识管理办法业转基因生物进口安全管理办法、农业转基因生物标识管理办法3个个配套文件，规定我国对转
21、基因作物实行安全评价审批和标识申报制度。要求配套文件，规定我国对转基因作物实行安全评价审批和标识申报制度。要求对大豆、玉米、油菜籽、棉花种子及番茄等对大豆、玉米、油菜籽、棉花种子及番茄等17种农业原材料及其直接加工品种农业原材料及其直接加工品作出标识。作出标识。卫生部也发布了一个专门针对卫生部也发布了一个专门针对“转基因加工食品转基因加工食品”的标识办法。的标识办法。2002年年4月月8日日出台的转基因食品卫生管理办法规定从出台的转基因食品卫生管理办法规定从2002年年7月月1日起，对日起，对“转基因动转基因动植物、微生物或其直接加工品为原料生产的食品和食品添加剂植物、微生物或其直接加工品为原
22、料生产的食品和食品添加剂”必须进行标必须进行标识。这些法规的颁布实施，标志着我国对农业生物技术产品的安全管理纳入识。这些法规的颁布实施，标志着我国对农业生物技术产品的安全管理纳入了法制化的轨道。了法制化的轨道。我国的生物安全对策我国的生物安全对策1.食品安全说不清。食品安全说不清。自转基因食品问世自转基因食品问世5年来，全球约有年来，全球约有2亿多人食用过数千种转基因食亿多人食用过数千种转基因食品，尚未报道过一例食品安全事件。但国外曾发现有少数几种可导致品，尚未报道过一例食品安全事件。但国外曾发现有少数几种可导致实验动物过敏，因而停止其商品化生产。转基因食品的研制目前只有实验动物过敏，因而停止
23、其商品化生产。转基因食品的研制目前只有动物实验，而无人体试验或长期观察。动物实验，而无人体试验或长期观察。 2.生物富集说不清。生物富集说不清。食物链中有益物质的富集或有害物质的集聚对上一级生物的健康极为食物链中有益物质的富集或有害物质的集聚对上一级生物的健康极为关键。目前，转基因作物大多用于饲料，这类转基因生物加入其原来关键。目前，转基因作物大多用于饲料，这类转基因生物加入其原来没有的抗病虫害基因或抗杂草基因，其本体会有哪些富集变化，被家没有的抗病虫害基因或抗杂草基因，其本体会有哪些富集变化，被家畜富集后又会怎样，人食用后会产生什么影响等问题，尚缺少全面系畜富集后又会怎样，人食用后会产生什么
24、影响等问题，尚缺少全面系统的科研结论。统的科研结论。 3.药食关系说不清。药食关系说不清。利用转基因技术可建立动物药库和植物药库，如吃一个西红柿就能预利用转基因技术可建立动物药库和植物药库，如吃一个西红柿就能预防乙肝。但这种转基因药物对人体有无风险仍需进行长期研究监测才防乙肝。但这种转基因药物对人体有无风险仍需进行长期研究监测才能说得清。能说得清。 转基因生物的七个说不清转基因生物的七个说不清4.生态影响说不清。生态影响说不清。转基因生物具有自然生物所不具备的优势，若被释放到环境中，可造转基因生物具有自然生物所不具备的优势，若被释放到环境中，可造成原有的生态平衡被打破，改变物种间的竞争关系。成
25、原有的生态平衡被打破，改变物种间的竞争关系。 5.基因污染说不清。基因污染说不清。转基因生物造成的基因漂移可能会破坏野生生物的遗传多样性。例如转基因生物造成的基因漂移可能会破坏野生生物的遗传多样性。例如转基因作物花粉随风飘散，由此造成的基因污染将防不胜防。转基因作物花粉随风飘散，由此造成的基因污染将防不胜防。 6.全球监管说不清。全球监管说不清。现今许多转基因生物产品较多的国家，采劝外松内紧现今许多转基因生物产品较多的国家，采劝外松内紧”政策，向一些政策，向一些发展中国家出口转基因产品却不告之。这种现象对保护全球生物安全发展中国家出口转基因产品却不告之。这种现象对保护全球生物安全十分不利。作为
26、生物大国的美国，甚至拒绝签署十分不利。作为生物大国的美国，甚至拒绝签署生物安全议定书生物安全议定书。 7.机遇泡沫说不清。机遇泡沫说不清。随着公众对转基因生物的深入了解和各国政府监管力度的加大，转基随着公众对转基因生物的深入了解和各国政府监管力度的加大，转基因产品的商业利润有所下降，科研经费也明显减少。但也有许多专家因产品的商业利润有所下降，科研经费也明显减少。但也有许多专家指出，转基因技术是解决全球食物短缺的重要手段，是一次可以避免指出，转基因技术是解决全球食物短缺的重要手段，是一次可以避免风险的农业技术革命。风险的农业技术革命。转基因生物的七个说不清转基因生物的七个说不清沼气池沼气池沼气沼
27、气沼渣沼渣沼液沼液桑树桑树桑蚕桑蚕鱼类鱼类桑叶桑叶蚕沙蚕沙桑椹桑椹桑条桑条蚕丝蚕丝蚕蛹蚕蛹鱼肉鱼肉鱼粪鱼粪塘泥塘泥桑基鱼塘桑基鱼塘鱼塘里也可鱼塘里也可能有虾米、能有虾米、泥鳅、螃蟹、泥鳅、螃蟹、鳖鳖大豆大豆地瓜地瓜坊坊油油坊坊粉粉猪猪猪粪猪粪豆油豆油猪肉猪肉粉皮粉皮粉条粉条粉丝粉丝农产品加工农产品加工豆油猪肉豆油猪肉炖粉条炖粉条大豆大豆炒地炒地瓜瓜你喜欢你喜欢 哪道菜？哪道菜？OMG！脑袋不能养鱼！脑袋不能养鱼！更不能结冰！更不能结冰！豆饼豆饼粉渣粉渣粗饲料粗饲料氨化发酵氨化发酵场地场地奶牛场奶牛场化粪池化粪池沼气池沼气池沼气沼气沼渣沼渣沼液沼液猪食槽猪食槽猪猪舍舍猪猪舍舍猪猪舍舍猪猪舍舍猪猪舍舍猪猪舍舍猪猪舍舍猪猪舍舍猪猪舍舍猪猪舍舍沼渣沼渣可以养蛆可以养蛆也可养蚯蚓也可养蚯蚓沼液沼液可以可以喂猪喂猪沼气沼气是绿色能源是绿色能源
