生物技术在生物多样性利用中的作用

1、 生物多样性： 生物多样性（biodiversity）是一个描述自然界多样性程度的 一个内容广泛的概念。不同的学者有着不同的定义。 生物多样性的利用 在保护生物学一书中，蒋志刚等（1997）给生物多样 性所下的定义为：生物多样性是生物及其环境形成的生 态复合体以及与此相关的各种生态过程的综合，包括动物 、植物、微生物和它们所拥有的基因以及它们与其生存环 境形成的复杂的生态系统。 在生物多样性公约里将生物多样性定义为：所有来源 的形形色色生物体，这些来源除其他外包括陆地、海洋和 其他水生生态系统及其所构成的生态综合体；这包括物种 内部、物种之间和生态系统的多样性。 生物多样性的利用 生物技术：

2、生物技术（biotechnology）是指人们以现代生命科 学为基础，结合其他基础科学的科学原理，采用先进的 科学技术手段，按照预先的设计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。 生物多样性公约中对生物技术描述为：“生物技 术”是指使用生物系统、生物体或其衍生物的任何技术 应用，以制作或改变产品或过程以供特定用途。 生物多样性的利用 生物多样性的利用 生物技术是20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 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

3、进步，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。 生物多样性的利用 种养业链接沼气 种养业结合人工模拟生态系统 生物多样性利用的几个方面： 遗传多样性利用 物种多样性利用 生态系统多样性利用 细胞繁殖（植物组织培养、动物克隆） 体细胞融合生物技术（多倍体育种、转基因） 性细胞融合生物技术（杂交育种、人工受精） 种植业开发 养殖业开发 生物多样性的利用 细胞繁殖之植物组织培养： 高等植物的组织培养（tissue culture）技术：是指分离 一个或数个体细胞或植物体的一部分进行培养的技术。 通常我们所说的广义的组织培养，是指通过无菌操作分 离植物体的一部分(即外植体

4、explant)，接种到培养基上，在 人工控制的条件进行培养，使其生成完整的植株。 一些珍稀濒危而具重要经济价值的植物则可用极少量的器 官组织甚至细胞原生质体再生成完整植株并结合快速繁殖技 术进行大量的繁殖为人类所利用。 生物多样性的利用 组织培养的应用： 在植物育种上的应用 单倍体培养育种 胚胎培养育种 细胞融合培养育种 细胞突变体育种 基因工程育种 种质资源保存 植物次生代谢产物生产 工厂化植物快繁及脱毒方面的应用 光自养组培技术在工厂化种苗生产中的应用 植物组织培养技术与其它高新技术结合的探索 生物多样性的利用 单倍体育种： 正常植株 生长为单倍体 植株 取花粉 形成单倍体 花药离体培

5、养 染色体加 倍 生物多样性的利用 单倍体植株经染色体加倍后，在一个世代中即可出现纯合 的二倍体从中选出的优良纯合系后代不分离，表现整齐一致, 可缩短育种年限。 单倍体植株中由隐性基因控制的性状，虽经染色体加倍,但 由于没有显性基因的掩盖而容易显现。这对诱变育种和突变遗 传研究很有好处。在诱导频率较高时，单倍体能在植株上较充 分地显现重组的配子类型，可提供新的遗传资源和选择材料。 生物多样性的利用 中国首先应用单倍体育种法改良作物品种，已育成了一些 烟草、水稻、小麦等优良品种。单倍体育种如能进一步提高诱 导频率并与杂交育种、诱变育种、远缘杂交等相结合应用，则 在作物品种改良上的作用将更显著。

6、1974年,我国科学家利用单倍体培育出世界上第一个作物新 品种烟草、单育1号、随后又育成水稻“中华8号”、小 麦“京华1号”等作物新品种。现在已经培育出水稻新品种15 个、小麦新品种6个。 生物多样性的利用 植物脱毒： 在自然界中，很多植物容易受到病毒侵染而引起病毒病。 植物一旦被病毒感染后，它的生活力将明显降低，产量和品 质也会下降。为了防治病毒病，多年来植物学家们从各方面 寻求解决的方法。人们发现对植物进行脱毒，不但可以减轻 病毒危害，增加产量而且尽可能小的伤害植物。 生物多样性的利用 目前，脱毒技术已经在马铃薯、甘薯、草莓、大蒜、苹 果、香蕉等多种作物上大规模应用 生物多样性的利用 生物

7、反应器： 植物中含有数量极为可观的次生代谢物质。据保守估计, 目前已发现的植物天然代谢产物已超过2万种，而且还以每 年新发现1 600余种的速度递增。从天然植物与人工栽培植 物中提取代谢物质难以满足日益增长的市场需求。 迄今为止,人类通过植物细胞培养获得的生物碱、维生素 、色素、抗生素以及抗肿瘤药物不少于50大类,其中有30多 种次生代谢物的含量在人工培养时已达到或超过亲本植物 的水平。在研究过的200多种植物细胞培养物中,已发现可 产生300余种对人类有用的成分,其中大部分为临床上广为 应用的重要药物。 生物多样性的利用 中国的中草药是人类的一份宝贵财富,但很多种中草药资 源匮乏,产量有限。

8、如果能利用组织和细胞培养的方法在实验 室内生产,不仅可以解决现有困难,而且可以通过筛选高产有 效成分的细胞系来提高其药用价值。 组织培养 人参皂苷 生物多样性的利用 体细胞融合之转基因技术： 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（Transgene technology）。 生物多样性的利用 自1983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，种植面积直线上升。 1995年种植面积仅120万hm2，1998年达到了2780万hm2 ，1999年又增加了1200多万hm2，达到39

9、90万hm2。2001年 全球转基因作物种植面积超过5000万hm2，2002年更是创出 了历史新高，达5867万hm2。 据国际有关方面预测，到2010年，世界转基因食物的市场 总收入将达30000亿美元，其中仅转基因食物的种子收入就可 达3000亿美元。 生物多样性的利用 20世纪80年代以后，随着“863”计划的实施，我国植物基因 工程的研究和开发迅速发展，截至2000年我国正在研究和开发的 转基因植物有47种，涉及的各类基因103个，但转基因技术发展 的总体水平还较低。 19961997年，我国在小范围内推广了转基因植物（包括两种 抗棉铃虫棉花-Bt棉及Bt+CpT棉、转花色矮牵牛、耐

10、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，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。 生物多样性的利用 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12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面积的40%，累计推广面积达133.3 万hm2，减少农药用量30%，增加皮棉1亿kg，创经济效益 50亿元人民币。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存在着差 距，在国际竞争中处于劣势

11、，而且棉花价格比国际市场高约 30%。 转基因植物的潜在风险： 生物多样性的利用 转基因植物释放引发“超级杂草” 转基因植物中35S启动子的生物安全性 载体骨架序列的生物安全性 抗生素抗性标记基因的生物安全性 转基因食品的安全性 生物多样性的利用 转基因技术与药用蛋白的生产： 规药用蛋白大部分是从动物的特定器官和组织中提取 的,这类活性物质在活细胞内含量甚微,提取过程复杂,成本 高,产量低,价格昂贵,远远满足不了社会的需要。若用化学 方法合成,虽然产量有保证,但成本却难以承受。应用转基 因技术生产这些蛋白,包括干扰素、抗体、动物疫苗及药 用酶类等,可以大幅度降低生产成本,提高产量。此外利用 转

12、基因技术还可以获得常规手段无法生产的某些特殊药物 。 转基因技术生产的药用蛋白： 疫苗、抗原、抗体 药用酶类 生长因子 其他药用化合物 1. 2. 3. 4. 生物多样性的利用 生物多样性的利用 体细胞杂交克服远缘杂交： 生物多样性的利用 性细胞融合技术之杂交育种： 杂交育种（hybridization）指不同种群、不同基因型个体 间进行杂交，并在其杂种后代中通过选择而育成纯合品种的 方法。杂交可以使双亲的基因重新组合，形成各种不同的类 型，为选择提供丰富的材料；基因重组可以将双亲控制不同 性状的优良基因结合于一体，或将双亲中控制同一性状的不 同微效基因积累起来，产生在各该性状上超过亲本的类型

13、。 生物多样性的利用 水稻杂交： 杂交水稻（hybrid rice）指选用两个在遗传上有一定差异 ，同时它们的优良性状又能互补的水稻品种，进行杂交，生 产具有杂种优势的第一代杂交种，用于生产，这就是杂交水 稻。杂种优势是生物界普遍现象，利 用杂种优势提高农作物产量和品质是 现代农业科学的主要成就之一。 生物多样性的利用 生物多样性的利用 杂交可以使杂种后代增加变异性和异质性，综合双亲的优 良性状，产生某些双亲所没有的新性状，使后代获得较大的 遗传改良，出现可利用的杂种优势，并在鱼类的品种改良和 生产中发挥出巨大作用，是鱼类育种的基本途径之一。 其他的生物多样性利用典例欣赏： 桑基鱼塘 农产品加工 生物多样性的利用 种养业链接 生物多样性的利用 桑基鱼塘 桑树桑树 桑蚕桑蚕 鱼类鱼类 桑叶桑叶 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 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 生物多样性的利用 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 豆饼豆饼粉渣粉渣 农产品加工农产品加工 生物多样性的利用 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