农业生物技术1-绪论

农业生物技术
Agriculture Biotechnology
于元杰
yuanjy@sdau.edu.cn
8242903（O）
2019/5/17
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成绩组成：
平时成绩：30% 其中
平时测验：20% 课堂笔记和考勤：10% 期末考试：70% 考试形式：闭卷
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主要参考书1
1、农业生物技术，温孚江，中国科技社，2002
2、人工种子，陈正华，高教社，1990
3、生物工程与生命，高教司，高教社，2000
4、生物技术导论，雷特迪吉，科学社，2002
5、生物技术概论，宋思扬，科学社，1999
6、生物技术与抗除草剂作物，苏少泉，化工社，2002
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主要参考书2
7、现代环境生物技术，王建龙，清华社，2001
第三节
一、传统生物技术的发展
1、起源
中国：石器时代，谷物造酒 周代，豆腐、酱和醋 明代，种植痘苗预防天花
世界：公元前6000年，啤酒发酵 公元前4000年，制作面包 公元前200年，古埃及，枣椰树交叉
授粉，改良品质。沿用至今。
2、发展
1857年，法国Pasteur，霉菌纯种培养技术 1878年，啤酒酵母单一培养技术 1881年，细菌的纯粹培养技术
人才：派出去，拉进来；财税保护；技术引
进，专利购买；国际合作
3、统一计划和分头实施
政府统一部署，各省厅分头实施 ：通产省—
基础研究；农林省—基础应用并重；厚生省—癌症
；文部省—基因重组；科技厅—推广开发。
4、制定庞大的中长期战略
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人类新领域研究计划，15～20年，71亿美元 39
20世纪末新计划：
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2、HGP的目标
1990.10.1，HGP正式启动。 原计划1990-2005，15年，投资30亿美元。
目标：人类24条染色体全部核苷酸序列，并对其 他生物进行类似研究。
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3、HGP的实施
HGP分为两步骤，四阶段。 两步骤：制图和测序
四阶段：1）构建遗传图；2）构建物理图；3） 建立重叠克隆系；4）完成核苷酸序列测定。 实施特点：全球化（6个国家，1100科学家）
1、《中国生物工程杂志》
2、《农业生物技术学报》
3、《生物工程学报》
4、《生物技术》
5、《生物技术通报》
6、《生物技术通讯》
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其他参考来源
1、CCTV-4《探索发现》
2、CCTV-7《科学世界》
3、CCTV-7《星火科技》
4、CCTV-7《科技苑》
5、CCTV-10《科普系列》
6、CCTV-10《走进科学》
2、高技术的基本特征
1）高效益—高额利润 2）高智力—创造性和突破性 3）高投入—大量的资金投入 4）高竞争—时效性竞争激烈 5）高风险—竞争导致高风险 6）高势能—国家发展意义重大
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3、生物技术的特点
1、高效和经济
工程生物提高产量和品质；高效生产特殊商品 （药物）。
2、清洁低耗和可持续发展
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含义
1、生物技术的研究对象 ———一切生命有机体
陆地生物 海洋生物 空间生物
微生物 动物 植物
含义
2、生物技术的门类
现
农业生物技术
代
医药生物技术
生
家畜生物技术
物
海洋生物技术
工
环境生物技术
程
生物技术疫苗
生物技术诊断
含义
3、生物技术的学科属性 ——多学科互相渗透的综合性学科。
美国（主持）54%，英国（1989）33%， 法国（1990）2.8%，日本（1990）7%， 中国（1993）1%，德国（1995）2.2%。 中国：1993开始，1999注册启动。北京华大研究中
心、国家南方基因研究中心和国家北方基因研究
中心。主要负责3号染色体3000万个碱基对序列测 定。
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利用酵母大规模发酵生产。 1917年，Karl，“生物技术” 1929年，抗生素----盘尼西林 1946年，细菌生产----氨基酸
20世纪60年代，发酵技术和酶技术广泛应用。
3、特点
传统生物技术主要通过微生物的初级发酵来生产商 品，仅局限在微生物技术的领域。
主要产品： 1）医药业：抗生素、维生素、氨基酸等 2）轻工食品业：酶制剂、酵母、氨基酸、饮料等 3）化工业：酒精、丙酮、丁醇、沼气等 4）农林业：抗生素农药 5）环保业：生物治理污染
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课程目的
生物技术→21世纪的支柱产业→→ 推动世界农业 跨越式发展。
多视角展示，系统、科学、通俗地讲述：
成就、发展状况、应用前景、存在问题以 及解决的思路和途径等。
授课目的：
能够对现代生物技术在世界农业领域中的 应用和发展，具有一个全面系统地了解和把握， 从而拓展学生的知识面，提高学生认识农业科 技的素质和能力。
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20世纪80年代，全方位发展
1、制药与诊断方面 企业占50%。 2、农业方面 基因移植，胚胎工程。 3、工业方面 酶催化、基因重组→化学工业 ；细胞蛋白→食品和饲料工业；微生物采矿→ 能源工业；生物传感器→电子工业。 4、环保方面 微生物治污、生物降解、吸收核 废物等技术；细菌灭蚊剂、氧化酶除酚等。
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4、HGP精神
1）团结协作精神 2）高度负责精神
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（二）迎头赶上的日本
发展特点： 起步迟、基础差； 起点高、发展快。
1968年，第二经济大国
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生物技术发展四项措施：
1、增加经费和扩大投资
高技术发展为首选，重视生物技术。
2、实施培育发展政策
1）糖工程计划 2）“人体基因组”数据库
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（三）西欧的新发展
1990，欧共体，第三个科技发展总体规 划，57亿欧元。生物技术是重点之一。
1、分子水平：蛋白质、基因结构和功能 2、细胞水平：新陈代谢及细胞机理 3、人类生态学和生物学：环境、基因资源
1990年，“尤里卡计划”，生物技术9项 ，经费5亿欧元。
2、现代生物技术进展历程
1972，DNA体外重组技术，建立标志。 1975，单克隆抗体技术 1976，DNA测序技术 1980，生物专利 1982，重组疫苗获得批准 1988，PCR技术 1990，人类基因组计划启动 1997，克隆羊多莉 1998，艾滋病疫苗人体试验 2001，人类基因组“精确图”公布 2003，人类基因组序列图绘制成功，后基因组时代
（一）世界领先的美国 （二）迎头赶上来的日本 （三）西欧的新发展
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（一）世界领先的美国
20世纪70年代，率先发展
国际领先地位， “生物技术”产业。 1976年，旧金山，Genentech公司，世界第 一家生物技术公司。 10年内，注册资本超过50亿美元。
特点：大学+企业，分散、自由发展状态。
第三节
二、现代生物技术的发展
1、现代生物技术的建立 1944，Avery，DNA→→遗传信息
1953年， Watson和Crick，提出
DNA双螺旋结构.
1961年，Nirenberg，破解遗传密码，DNA→蛋白质。
1972年，Herber和Stanley， DNA体外重组技术. →→成为现代生物技术建立的标志。
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四、中国生物技术的发展现状
起步较迟，目标明确， 措施得力，成果显著。
1、 “863计划”—《高技术研究发展计划纲
要》
2、“973”计划——《国家重点基础研究发展规
划》
3、“火炬计划”—商品化、产业化、国际化
4、“星火计划”—推科技，促城乡
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（一）应用研究成果
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课程体系
第一章 绪论
第二章 现代农业细胞工程
第三章 现代农业基因工程
第四章 现代农业微生物工程
第五章 分子标记技术及
其在植物改良上的应用
第六章 农业生物反应器
第七章 生物技术专利
第八章 农业生物技术产业化
第九章 生物技术安全性评价
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第一章 绪论
第一节 生物技术的含义 第二节 生物技术的内容 第三节 农业生物技术的发展 第四节 农业生物技术的应用
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3、现代生物技术的发展趋势
①基因操作技术日新月异； ②基因工程药物和疫苗突飞猛进； ③转基因植物和动物取得重大突破； ④阐明生物体基因组及蛋白质的结构与功能； ⑤基因治疗取得重大进展； ⑥蛋白质工程的发展； ⑦生物信息学。
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第三节
三、国外生物技术的发展特点
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第二节 生物技术的内容
一、生物技术的体系
根据操作对象及操作技术，分为四大工程： 1、基因工程（gene engineering） 2、细胞工程（cell engineering） 3 、 蛋 白 质 ( 酶 ) 工 程 （ protein or enzyme
engineering） 4、发酵工程（fermentation engineering）
对含义的认识
工程技术手段是指基因工程、细胞工程、蛋白质 （酶）工程和发酵工程等新技术。
改造生物体是指获得优良品质的动物、植物或微 生物品系；
生物原料则指生物体的某一部分或生物生长过程 所能利用的物质。
生产所需产品包括粮食、医药、食品、化工原料、 能源、金属等各种产品；
达到某种目的则包括疾病的预防、诊断与治疗、 环境污染的检测和治理等。
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1992-2000，遗传图谱完成
1995-2001，物理图谱完成
2000.6.26，HGP工作草图（work draft）
2001.1.12，HGP精确图（精确度99.99%）
2003.4.14，HGP完成图（99%序列，精确度 99.99%）
HGP在生物信息科学、数据处理、知识产权及 社会伦理学研究等方面取得较大进展。
二、四大工程之间的关系
微生物 工程菌 发酵工程
基因工程 蛋白质/酶 蛋白质/酶工程
产品
动植物个体/细胞 细胞工程
优良动植物品系
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三、生物技术的特点
1、高技术类型：
1）生物技术—高技术之首 2）航天技术 3）信息技术 4）激光技术 5）自动化技术 6）新能源技术 7）新材料技术
8、现代生物技术导论，瞿礼嘉，高教社，1998
9、植物细胞工程与育种，胡含，北工大社，1990
10、植物原生质体培养，孙勇如，科学社 ，1991
11、植物组织培养手册，颜昌敬，上海科技社，1990
12、中国生物技术产业发展报告，中国生物工程学会，
化学工业社，2003
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主要参考杂志
学科类目 生物科学 基础科学
学科种类
分子生物学、细胞生物学、微生物学、（人体、动物、植物、 微生物）生理学、生物化学、生物物理学、分子遗传学、免疫 学
化学、化学工程学、数学、机械制造学等
尖端科学 微电子技术、计算机科学、自动化控制等
4、农业生物技术的含义
农业生物技术：应用于农业领域的 生物技术。
种植业—植物类、真菌类微生物 养殖业—陆地动物、海洋生物 生产资料—农药、肥料、饲料等
资源低耗；治理污染；改善环境；拓展生存空间
3、可遗传、易扩散与自主扩展
工程生物的双重性：造福和灾难
4、直接影响人类伦理和人性尊严
人工操纵生物遗传物质，克隆人问题
第三节 农业生物技术的发展
1917年，匈牙利 karl， “生物技术”： 甜 菜喂猪。利用生物将原材料转变为产品。
生物技术
传统生物技术（20世纪70s前） 现代生物技术（20世纪70s后）
4、 HGP精神
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1、HGP的提出
两大背景： ★1945的原子弹核辐射基因突变研究的需要。 ★ 1975的肿瘤计划失败的推动。
1985，能源部提出HGP草案。 1986-1988，专题报告提交国会。 1988，美国国家卫生院提出资助。 1988.11，国会批准能源部和国家卫生院负责HGP。
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第一节 生物技术的含义
生物技术（ biotechnology ）又称 生物工程（ bioengineering ）。
广义：生物技术是指利用有机体的操 作技术。
现代：指以现代生命科学为基础，结合先
进的工程技术手段，按照预先的设计蓝 图改造生物体或加工生物原料，为人类 生产出所需产品或达到某种目的。
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20世纪90年代至今，保持领先地位
美国生物技术的发展特点：
一、从自由分散研究转向相对集中
二、以民间投资转向国家投入
三、由侧重基础研究转向基础与应用并进
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人类基因组计划
Human Genome Project，HGP 1、 HGP的提出
Leabharlann Baidu
2、 HGP的目标 3、 HGP的实施