现代生物技术

山西大学研究生学位课程论文（2012 ---- 2013 学年第 1 学期）

学院（中心、所）：生命科学学院

专业名称：植物学

课程名称：现代生物技术及应用

论文题目：现代生物技术在不同领域的应用授课教师（职称）：田怀东副教授

研究生姓名：袁慧虹

年级：2011级

学号：201123101008

成绩：

评阅日期：

山西大学研究生学院

2011年12月30日

现代生物技术在不同领域的应用

摘要：综述了现代生物技术的概念、发展历程，并从植物育种、畜牧业和水产养殖业、现代中药学，医药工业及野生菌类的开发这几个反面阐述了现代生物技术的应用。

关键字：现代生物技术育种医药野生菌类

前言

生物技术又称为生物工程, 或称为生物工程技术, 是指利用生物的特定功能, 通过现代工程技术的设计方法和手段来生产人类需要的各种物质, 或直接应用于工业、农业、医药卫生等领域改造生物, 赋予生物以新的功能和培育出生物新品种等的工艺性综合技术体系[1，2]。生物技术包括传统生物技术和现代生物技术两部分, 现代生物技术是从传统生物技术发展而来的。

现代生物技术的发展现代生物技术以20世纪70年代DNA重组技术的建立为标志。1953 年提出了DNA的双螺旋结构模型, 阐明了DNA的半保留复制模式, 从而开辟了分子生物学研究的新纪元。1961 年破译了遗传密码, 揭开了DNA编码的遗传信息是如何传递蛋白质这一秘密。1972 年实现了DNA体外重组技术, 标志着生物技术的核心技术—基因工程技术的开始, 它向人们提供了一种全新的技术手段,使人们可以按照意愿在试管内切割DNA, 分离基因并进行重组后导入其他生物或细胞, 以改造农作物或畜牧品种; 也可以导入细菌, 由细菌生产大量有用的蛋白质或作为药物、疫苗; 也可以直接导入人体内进行基因治疗。显然, 这是一项技术上的革命。以基因工程为核心带动了现代发酵工程、现代酶工程、现代细胞工程以及现代蛋白质工程的发展, 形成了具有划时代意义和战略价值的现代生物技术[1,4]。

应用生物技术可以培育出优质、高产、抗病虫、抗逆的农作物以及畜禽、林木、鱼类等新品种; 可以进行再生能源的利用解决能源短缺问题; 可以扩大食饲料、药品等来源,满足人类日益增长的需要; 可以进行无废物的良性循环,减少环境污染, 充分利用各种资源等。因而, 生物技术在农业中的应用日益发展。本论文主要从以几个方面阐述现代生物技术的应用[3]。

1.现代生物技术在植物育种中的运用[7-9]

随着科学技术的发展，以分子标记育种、转基因育种、分子设计育种为代表的现代作物分子育种技术逐渐成为了全世界作物育种的主流，在我国也正在成为作物遗传改良的重要手

段。分子育种就是把表现型和基因型选择结合起来的一种作物遗传改良理论和方法体系, 可实现基因的直接选择和有效聚合, 大幅度提高育种效率, 缩短育种年限, 在提高产量、改善品质、增强抗性等方面已显示出巨大潜力,成为现代作物育种的主要方向。而分子育种又可分为：分子标记育种、转基因育种以及分子设计育种[7]。

近十余年来, 在国家高技术研究发展计划(863计划) 、国家重点基础研究发展计划(973 计划) 、转基因生物新品种培育重大科技专项、国家自然科学基

金等项目的资助下, 我国在新基因发掘、分子标记育种、转基因育种、分子设计育种等领域取得了重要进展。首先，新基因发掘已进入快速发展阶段，迄今为止，我国共克隆农作物性状相关的基因364 个，其中抗病虫基因47个，抗非生物胁迫基因101 个，品质相关基因61个，产量相关基因11 个，育性相关基因18个，与生理发育有关的基因126 个。其次，分子标记育种已进入实用阶段，在大规模开发实用分子标记的基础上，通过分子标记育种与传统育种技术相结合，已选育出一批优质抗病虫水稻等作物育种新材料和新品种。再次，转基因育种进入迅猛发展阶段，经过20多年的努力, 我国已建立完善了规模化的水稻、棉花遗传转化技术体系，以基因枪、农杆菌介导或花粉管通道等转化技术为主的玉米、大豆和小麦转基因技术体系也已逐步成熟。但是分子设计育种还处于起步发展阶段，初步研制出杂交种育种模拟工具QuHybrid，可用于杂交种育种策略的模拟和优化、不同杂交种育种方案的比较[8,9]。此外，应用计算机模拟等技术对亲本选配、后代选择等进行研究，初步构建了作物分子设计育种技术体系。

2.现代生物技术可以促进畜牧业和水产养殖业的发展[5,6]

现代生物技术在畜牧业发展中具有巨大潜力, 不仅可提高畜牧业的生产效率，还可拓展家畜的新用途, 为发展高效益畜牧业提供技术力量。例如，澳大利亚培育出一种转基因超级猪, 其体形大、生长快，瘦肉率提高10%- 15%，我国也已先后培育出转基因兔、羊、猪、牛、鸡等[6]。另外利用生物技术生产动物饲料中的添加剂，提高了生产效率( 每一单位饲料所增加的体重或产奶量) 、改进家畜的肉质( 肉与脂肪的比例) 、增加产奶量以及减少牲畜粪便排泄量。水产养殖业利用生物技术将决定生产周期短的基因转移到生产周期长的鱼、虾中, 得到生产周期短的鱼、虾新品种, 大大提高了年产量; 又可将鱼生长激素基因及抗冻蛋白基因转移到鱼中, 培育出的新品系不仅生长快, 且抗病能力强。我国在世界上首次研究成功海带的单倍体育种技术、紫菜的体细胞育苗技术、对虾的三倍体与四倍体育苗技术、对虾精英移植技术等; 在海水鱼、贝类的三倍体育苗技术和鱼类性别控制技术的研究方面也取得了重大进展，推进了水产养殖业的发展[5]。

3.现代分子生物技术在现代中药学中的应用

同种生物体具相同的DNA系列，不同种生物具不同的DNA系列，这便使人们可依据DNA系列的差异来鉴定生物物种，但由于动植物药材多数是死亡的干燥生物体或生物的组织器官，在生物死亡的过程中，细胞会产生核酸酶大量降解，这给药材DNA 的分析带来困难。随着分子生物学技术的飞速发展，特别是微量DNA提取技术和多聚酶链式反应（PCR）技术的发展，使人们能够从药材中提取微量的进行分析，这就为用分析技术鉴定药材提供了可能。近年来，这方面的研究集中在药材提取、随机扩增多态DNA（RAPD）和DNA 序列测定几个方面，尤其是RAPD技术，已在中药学研究中受到广泛关注和应用，并取得了很大成绩[10]。

与RFLR、DNA 指纹图谱等其它DNA检测技术相比较，技术有其独到的特点和优势，主要表现在：(1)RAPD技术可以在对物种没有任何分子生物学研究的背景下，对其进行DNA 多态性分析，构建物种的基因指纹图谱，并通过统计分析为遗传分析和分类研究提供