课本讲义生物安全

1、生物安全讲义（上）暨南大学生态学系2014-3-5第一章 绪论第一节 生物安全一、涵义及特点1、 广义的生物安全问题是国家安全问题的组成部分，是指与生物有关的各种因素对社会、经济、人类健康及生态环境所产生的危害或潜在风险。（从转基因作物、外来品种和传入的动植物害虫，到生物多样性侵蚀、跨界牲畜疾病的扩散、战争有毒武器以及“疯牛”病） 狭义的生物安全：主要指通过基因工程技术所产生的遗传工程体及其产品的安全性问题， 即现代生物技术的研究、开发、应用以及转基因生物的跨国越境转移可能对生物多样性、生态环境和人类健康产生潜在的不利影响。特别是各类转基因活生物体释放到环境中，可能对生物多样性构成潜在威胁。

2、外来物种迁入导致对当地生态系统的不良改变或破坏；人为造成的环境剧烈变化危及生物的多样性；科学研究开发生产和应用中，经遗传修饰的生物体和危险的病原体等可能对人类健康、生存环境造成的危害等。 2、生物安全的外来威胁（1）人类和农业生物的各种外来有害生物 这类外来有害生物包括各种传染病、害虫、真菌、细菌、线虫、病毒和杂草等。古今中外由于外来有害生物危害人类健康和农业生物的安全,给人类带来的灾难是十分沉痛的。公元6 世纪下半叶,鼠疫(plague) 病菌从非洲侵入中东,进而到达欧洲,造成约1 亿人死亡,甚至导致了东罗马帝国的衰亡；马铃薯晚疫病侵入欧洲,造成了历史上著名的大饥荒,夺去了数十万人的生命;

3、1984 年禽流感随国外引进的一只鹦鹉传入北京,不得不扑杀40 万只鸡,造成直接经济损失1000 万元人民币; 1996 年, 疯牛病祸害英国,直接经济损失在156 亿美元以上;2001 年口蹄疫( Foot2and2mouth disease) 传入英国,进而进入欧洲大陆,造成巨大损失。（2）外来生物入侵外来生物入侵一般指非本地生物的定殖导致生物多样性的下降甚至丧失,严重危害环境生物安全的现象,也有人称之为“生物污染”。虽然历史上有不少外来生物曾经为人类造福,如美国种植的作物100 %均为外来物种,但外来生物入侵每年给人类和环境造成的损失却是巨大的。据1999 年康奈尔大学公布的研究结果表明

4、,美国由于外来有害生物和外来生物入侵所造成的直接经济损失每年都达1226 亿美元。据国家环保总局的估算,我国由于部分外来有害生物和外来生物入侵所造成的损失每年都在574 亿元人民币以上。（3）外来转基因生物随着现代科学技术的发展,世界上出现了越来越多的转基因生物。转基因生物是通过现代生物重组DNA 技术导入外源基因的生物,因此从某种意义上说转基因生物也是外来生物。正如核技术一样,转基因技术存在着一定风险,既可以造福人类也可以危害人类。一些科学家认为,转基因生物有可能对人类健康、农业生物和环境生物构成极大的威胁。3、国际关注的几个主要的生物安全问题3.1. 转基因生物对非目标生物的影响3.2.增

5、加目标害虫的抗性和进化速度3.3.杂草化3.4.对生物多样性和生态环境的影响3.5.对人体健康的威胁和影响 二、生物安全性评价1、生物安全性评价的目的提供科学决策的依据; 保障人类健康和环境安全; 回答公众疑问; 促进国际贸易，维护国家权益; 促进生物技术可持续发展2、生物安全性评价的程序和方法2.1 安全性的分级标准国际无统一的分级标准；一般按照对人类健康和环境的潜在危险程度由低到高将生物技术的安全性分为4个安全等级； 我国强调重点在基因工程，分为4个安全等级。2.2 安全等级的划分程序安全性评价的程序和结果3、生物安全性评价的主要内容 内容包括对人类健康的影响和对生态环境的影响两个方面。3

6、.1 受体生物的安全等级（一）符合下列条件之一的受体生物应当确定为安全等级I：1）.对人类健康和生态环境未曾发生过不利影响；2）.演化成有害生物的可能性极小；3）.用于特殊研究的短存活期受体生物，实验结束后在自 然环境中存活的可能性极小。(二)对人类健康和生态环境可能产生低度危险，但是通过 采取安全控制措施完全可以避免其危险的受体生物，应 当确定为安全等级。 (三)对人类健康和生态环境可能产生中度危险，但是通过 采取安全控制措施，基本上可以避免其危险的受体生 物，应当确定为安全等级。 (四)对人类健康和生态环境可能产生高度危险，而且在封 闭设施之外尚无适当的安全控制措施避免其发生危险的 受体生

7、物，应当确定为安全等级。包括：1）.可能与其它生物发生高频率遗传物质交换的有害生 物；2）.尚无有效技术防止其本身或其产物逃逸、扩散的有害 生物；3）.尚无有效技术保证其逃逸后，在对人类健康和生态环 境产生不利影响之前，将其捕获或消灭的有害生物。3.2 基因操作对受体生物安全性的影响基因操作对受体生物安全等级的影响分为三种类型，即： 增加受体生物的安全性；不影响受体生物的安全性；降低 受体生物的安全性。类型1 增加受体生物安全性的基因操作 ,包括：去除某个(些)已知具有危险的基因或抑制某个 （些）已知具有危险的基因表达的基因操作。类型2 不影响受体生物安全性的基因操作,包括：1.改变受体生物的

8、表型或基因型而对人类健康和生态环 境没有影响的基因操作；2.改变受体生物的表型或基因型而对人类健康和生态环 境没有不利影响的基因操作。类型3 降低受体生物安全性的基因操作,包括:1.改变受体生物的表型或基因型，并可能对人类健康或 生态环境产生不利影响的基因操作；2. 改变受体生物的表型或基因型，但不能确定对人类健 康或生态环境影响的基因操作。3.3 遗传工程体的安全等级根据受体生物的安全等级和基因操作对其安全等级的影响 类型及影响程度，确定转基因生物的安全等级。3.4 遗传工程产品的安全等级一般是根据其月遗传工程体的特性和安全性进行比较来确定的，其分级标准与受体生物的分级标准相同。3.5 基因

9、工程安全性的综合评价和建议三、生物安全控制措施1、生物安全控制措施的类别物理控制措施，系指利用物理方法限制转基因生物 及其产物在实验区外的生存及扩散，如设置栅栏，防止转 基因生物及其产物从实验区逃逸或被人或动物携带至实验 区外等。化学控制措施，系指利用化学方法限制转基因生物 及其产物的生存、扩散或残留，如生物材料、工具和设施 的消毒。生物控制措施，系指利用生物措施限制转基因生物 及其产物的生存、扩散或残留，以及限制遗传物质由转基 因生物向其它生物的转移，如设置有效的隔离区及监控 区、清除试验区附近可与转基因生物杂交的物种、阻止转 基因生物开花或去除繁殖器官、或采用花期不遇等措施， 以防止目的基

10、因向相关生物的转移。环境控制措施，系指利用环境条件限制转基因生物 及其产物的生存、繁殖、扩散或残留，如控制温度、水 份、光周期等。规模控制措施，系指尽可能地减少用于试验的转基 因生物及其产物的数量或减小试验区的面积，以降低转基 因生物及其产物广泛扩散的可能性，在出现预想不到的后 果时，能比较彻底地将转基因生物及其产物消除。四、生物安全管理体系及实施原则1、生物安全管理的总体目标：通过制定政策和法律规定，确立相关的技术准则，建立健全管理机构并完善监测和监督机制，积极发展生物技术的研究与开发，切实加强生物安全的科学技术研究，有效地将生物技术可能产生地风险降低到最低限度，以最大限度地保护人类健康和生

11、态环境安全，促进国家经济发展和社会进步。2、中国对生物安全的关注2.1、中国对转基因生物安全的法治管理 随着21世纪经济全球化进程的加快，转基因生物的安全问题将不仅是一国的问题一地的问题，而是涉及国民生活、国家利益甚至国家安全的世界性科学、经济、政治和社会问题，并直接关系到可持续发展以及后代子孙健康安全的大事。生物安全和环境安全都是国家安全及国家总体实力和国家竞争力的重要内容和组成部分。中国颁布的与生物安全相关的法律：1993，国家科委，基因工程安全管理办法1996，农业部，农业生物基因工程管理实施办法2000，国家出入境检验检疫局，进口食品标签管理办法2001，国务院304号令，农业转基因生

12、物安全管理条例2002，中国出台三项配套的实施细则，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2.2、中国有关转基因生物安全的基本对策1 ）加强生物安全立法2）加强转基因生物及其产品的安全评估3 ）重视有关生物安全的信息情报工作，特别是转基因生物有关信息的传播五、加强生物安全工作的对策健全完善生物安全管理法规体系；加强并理顺生物安全管理机构体系；支持鼓励生物安全有关领域的科学研究工作；积极开展生物安全事物的国际合作与交流；重视生物安全的科学普及和培训教育工作；第二节 动植物检疫的起源与发展一、动植物检疫的起源1、检疫的萌芽14世纪中叶的欧洲，强制

13、性隔离措施；2、人为传播与灾难性动植物疫情19世纪30年代的爱尔兰，马铃薯晚疫病；舞毒蛾、非洲猪瘟3、早期的动植物检疫特征：运用法律和行政的强制手段，禁止一切带有危险性动物疫病和植物有害生物的动植物及其产品的输入，以保护本国农牧业的生产安全和人类的身体健康二、动植物检疫的基本概念1、基本术语动物疫病：指的是为害或可能为害动物及动物产品的任何传染病和寄生虫病。植物有害生物：泛指为害或可能为害植物及其产品的任何生物，即任何对植物或植物产品有害的植物、动物或病原体的种、株系或生物型。检疫性动物疫病和植物有害生物：对受其威胁的地区具有潜在的经济重要性，但尚未在该地区发生，或虽已发生但分布未广并正在进行

14、官方控制的动物疫病和植物有害生物。动植物检疫：旨在防止检疫性动物疫病和植物有害生物的传入、传出和扩散，或确保其官方控制的一切的活动2、动植物检疫的主要目的防止危险性动物疫病和植物有害生物的传入、传出及扩散；保护农、林、牧、渔业生产安全、人体健康以及生态环境；促进国际及国内经济贸易的发展。3、动植物检疫的实施范围（1）动植物和动植物产品饲养、野生的动物,包括通过贸易、科技合作、赠送、援助等方式进出境的动物；旅客携带的进境动物，主要是伴侣动物和观赏动物；邮寄进境的动物；过境动物依法检疫的动物产品指来源于动物未经加工或虽经加工但仍有可能传播疾病的产品。包括通过贸易、科技合作、赠送、援助等方式进出境的

15、动物产品，主要是肉类、毛类以及皮张；旅客携带的进境动物产品；邮寄进境的动物产品依法检疫的植物是指栽培植物、野生植物及其种子、种苗和其他繁殖材料等。包括通过贸易、科技合作、赠送、援助等方式进出境的植物；旅客携带的进境植物；邮寄进境的植物（2）装载容器、包装物和铺垫材料（3）运输工具（4）其它检疫物，包括动物疫苗、血清、诊断液以及动植物性废弃物等三、国际动植物检疫现状1、动植物检疫的基本类型1) 环境优越型，主要指岛国和半岛国，如澳大利亚、新西兰、日本和韩国等。特点：严格控制人为传播和入侵，进境动植物检疫要求极为严格，出境检疫相对宽松且根据进口国要求出证。2）发达国家大陆型，主要指地理位置毗邻的经

16、济发达国家，如美国和加拿大。特点：相互间检疫要求宽松，在对其他国家时，进境检疫要求极为严格，出境检疫相对宽松且根据进口国要求出证。3) 经济共同体大陆型，主要指地理位置相邻且构成了经济共同体的国家，如欧洲经济共同体。特点：共同体间实施共同的检疫原则和措施，相互间检疫几近取消，其进境检疫要求极为严格，出境检疫相对宽松且根据进口国要求出证。4）发展中国家大陆型，如中国、印度、智利、南非以及其它部分美洲、非洲国家。特点：进境检疫以防止传入为主，对特殊地区、特殊物品的检疫非常严格，出境检疫较为严格5）工商业城市型，如新加坡、香港等。特点：在进境检疫中，对动物、动物产品以及种子种苗实施严格检疫，对植物产

17、品检疫较宽松，出境检疫相对宽松且根据进口国要求出证。2、动植物检疫的基本属性法制性、预防性、国际性和综合性3、动植物检疫的发展特点动植物检疫的执法更加严格；动植物检疫的范围不断扩大；动植物检疫的政策及时调整；动植物检疫的技术逐步提高；动植物检疫宣传全面加强四、中国动植物检疫的发展动植物检疫的孕育与建立（19031948）动植物检疫的开拓与进取（19491979）动植物检疫的改革与创新（1980年至今）第三节 动植物检验检疫的一般程序动植物检验检疫的一般程序：检疫许可、检疫申报、现场检验和实验室检测、检疫处理、出证放行。1、检疫许可1）含义：在输入某些检疫物时，输入单位向检疫机关提出申请，检疫机

18、关审查并决定是否批准输入的法定程序。2）主要作用 o 避免盲目进境，减少经济损失；o 提出检疫要求，加强预防传入；o 依据贸易合同，进行合理索赔。3）检疫许可的类型：一般许可，特殊许可特殊许可中，许可物主要指那些因科学研究等特殊需要而引进的国家规定的禁止进境物。 动植物病原体、害虫及其它有害生物 动植物疫情流行国家地区的有关动植物、动植物产品和其它检疫物 动物尸体 土壤4）特殊检疫许可的基本手续：领取单证、报请批准、批准输入重新办理检疫手续的情况：变更输入物的品种或数量变更输出国家或地区变更进境口岸超过检疫可审批有效期2、检疫申报1）含义：检疫物输入或输出时由货主或代理人向检疫机关及时声明并申

19、请检疫的法律程序，由货主或代理人和检疫人员共同完成。2）基本手续：一般由报检员凭报检员证向检疫机关办理手续。先填写报检单，然后将报检单、检疫证书、产地证书、贸易合同、信用证、发票等单证一起检疫机关。3、现场检验和实验室检测（1）现场检验1）基本含义：是检疫人员在现场环境中对输入或输出的应检物进行检查和抽样，并初步确认是否符合相关检疫要求的法定程序2）主要方法：现场检查和抽样是现场检验的主要任务，主要针对运输及装载工具、货物及存放场所、携带物及邮寄物等应检物进行检验，经现场检验采集的样品需送到实验室继续进行检测。（2）实验室检测1）基本含义：是借助实验室仪器设备对检疫样品进行动物疫病和植物有害生

20、物检查、鉴定的法定程序2）实验室检测的主要方法动物性样品的实验室检测主要内容：确定样品是否感染以及感染何种检疫性动物疾病。主要方法：病原检验、血清学检验、病理学检验植物性样品的实验室检测主要内容：确定植物性样品是否感染以及感染哪种检疫性植物有害生物。主要方法：比重检测、染色检测、洗涤检测等4、检疫处理（1）基本含义：是检疫机关根据检验、检测的结果以及相关规定，采取一定的方式对检疫物实施处理的法定程序。（2）主要方式：退回或销毁处理、除害处理除害技术：常规消毒、熏蒸处理、辐照处理、热冷处理5、出征放行（1）基本含义：是检疫机关根据检疫或除害处理的结果，判断合格后签发相关单证并决定准予输出、输入的

21、法定程序。（2）放行条件：经检疫合格或经除害处理合格的进出境检疫物，进境检疫放行条件 由进境口岸检疫机关签发检疫通关单或在运单加盖检疫放行章，准许进境。出境和过境检疫放行条件 由当地口岸检疫机关签发检疫证书，准予出境第二章 现代生物技术一、生物技术发展概况1、 生物技术的定义生物技术是以现代生命科学理论为基础，利用生物体及其细胞的、亚细胞的和分子的组成部分，结合工程学、信息学等手段开展研究及制造产品，或改造动物、植物、微生物等，并使其具有所期望的品质、特性，从而为社会提供商品和服务的综合性技术体系。三个基本要素：采用现代生命科学的基础理论和技术、应用生物材料或生物系统 通过一定的工程系统（生产

22、工艺、设备）、获得产品或提供服务2、发展简况1970年，Smith和Kelly分离了第一个核酸限制性内切酶，使有目的的切割DNA有了可能；1972年，利用内切酶和连接酶，得到了第一个体外重组的DNA分子，从而建立了重组DNA技术；1975年，淋巴细胞杂交瘤生产单克隆抗体技术问世，为人类及动物疾病的诊断与治疗提供新手段；1976年，世界上第一家应用生物技术开发新药的公司Genetech公司建立，拉开了现代生物技术新兴产业发展的序幕；20世纪80年代以来，生物技术发展很快，尤其是转基因工程作物的商品化进程迅速1983年，第一个转基因生物烟草1986年，抗虫和抗除草剂的转基因棉花首次进入田间实验19

23、87年，Calgene公司获得可延长水果保鲜期基因序列的专利1990年，出现第一个转基因谷物1993年，美国FDA声称转基因作物不需专门监管1994年，美国FDA批准第一个转基因食品1994年，抗草甘膦转基因大豆被批准商业种植1995年止，美国加拿大共批准35种转基因作物可投入商业化生产种植转基因作物商业化：遍布6大洲；2000年商业化种植面积比1996年翻了几倍；预测：2020年世界上80 -90的农作物将是转基因植物。3、当代生命科学与生物技术发展的现状和前景 在新的世纪里，生命科学的新发现，生物技术的新突破，生物技术产业的新发展将极大地改变人类及其社会发展的进程。日益成熟的转基因技术、克

24、隆技术以及正在加速发展的基因组学技术和蛋白质组技术、生物信息技术、生物芯片技术、干细胞组织工程等关键技术，正在推动生物技术产业成为新世纪最重要的产业之一，深刻地改变人类的医疗卫生、农业、人口和食品状况。 （1）世界各国几乎无一例外地将生命科学和生物技术放在重要位置 2002年美国在生物技术领域投入研究开发资金已高达157亿美元。日本政府2002年已明确提出生物技术立国战略，并计划五年内将政府在生命科学和生物技术的研究预算增加一倍，达到8800亿日元。欧盟已成立生物技术委员会，在其2002年出台的政策中，用于生物技术的研究费用高达175亿欧元，另有近600亿欧元的风险投资，计划在10年内超过美国

25、。新加坡制定了“5年跻身生物技术顶尖行列”的目标，将外汇储备的5%-10%用于生物技术及产业的开发。（2）全球生物技术产业的三座金矿目前已经日渐凸现 首先是基因技术，利用转基因技术所得转基因生物正创造新的奇迹。第二座金矿是新药开发。利用转基因技术开发新药，是目前最为热门也是最为赚钱的领域之一。医药生物技术将从预防、疾病诊断、药物制造、生物治疗等方面全面提升医药卫生科技水平，推进第四次医学科技革命。第三座金矿是在工业领域的应用：生物技术在工业领域的应用被业界称为“新的工业革命”，预计到2010年，全球化学产品中有五分之一将应用生物制造的产品产值。（3）能源生物技术产（BT）有望以“绿金”代替“黑

26、金” 目前石油期货价格居高不下，已对世界经济发展产生影响，甚致对汽车销售都产生了负面影响。全球生物质能储量为18000亿吨，相当于640亿吨石油，利用生物技术将生物质制造成石油，这样不仅可缓解石油短缺的压力 ，还有利于改善环境，当然这有一个过程，所以当前首先要采取的还是节油措施等。（4）生物经济在21世纪会取代信息经济成为全球经济的主旋律 许多科学家认为，以生命科学和生物技术研究开发应用为基础的、建立在生物技术产品和产业之上的经济即生物经济在21世纪会取代信息经济成为全球经济的主旋律。美国“时代”周刊预言：2020年世界将进入生物经济时代，不久的将来，生物经济将10倍于信息经济。4、生物技术的

27、显著特点n 高技术：高层次人才，高新技术手段，多学科渗透n 高投入：在国外，一个生物药品平均要投入13亿美元，并随着开发难度的增大,有逐步增高的趋势n 长周期：国际上，一个新的生物药品需要68年时间n 高风险: 一个新药品的开发，经过一系列的程序-研发、中试、动物实验、IIII期临床实验，上市和严格的药政监督管理。每一步都可能失败，而前功尽弃n 高回报: 开发成功一个新的生物药品, 回报很高。如美国Amgen公司，首次开发上市的EPO、G-SCF到1997年的销售额分别接近和达到20亿美元5、现代生物技术的目的n 对生物体进行改造，培育出具有优良品质的动物、植物、微生物新品系。n 利用微生物、

28、动物、植物为反应器对原料进行加工，生产出人类所需要的产品。n 进行疾病的防治、诊断和治疗。n 环境污染的检测二、现代生物技术的主要内容1、基因工程是当前生物技术中影响最大、发展最迅速、最具突破性的领域，基础是DNA重组技术,包括建立重组DNA和cDNA文库、基因克隆、用限制性内切酶剪切DNA和重组DNA、基因转化、基因表达检测、分子杂交、DNA测序、基因敲除、基因敲入等内容，其延伸还包括对基因产物蛋白质的修饰和改造研究方面。基因工程研究的理论依据：（1）不同基因具有相同的物质基础， 即具有遗传功能的特定核苷酸序列的DNA片断（2）基因是可切割的 作为DNA分子上一个特定核苷酸序列的基因，允许从

29、DNA分子上一个一个完整地切割下来。（3）基因是可转移地 携带基因地DNA分子可以在不同染色体间进行跳跃，或者在生物体内地染色体DNA上移动，甚至可以在不同染色体间进行跳跃，插入到靶DNA分子中。由此表明基因是可以转移地，而且是可以重组地。（4）多肽与基因间存在对应关系 普遍认为，一种多肽就有一种相对应地基因。因此，基因地转移或重组最终可以根据其表达产物多肽地性质来考察。（5）遗传密码是通用的 一系列三联密码子同氨基酸之间的对应关系，在所有生物中是相同的。也就是说，重组的DNA分子不管导入什么样的生物细胞中，只有具备转录翻译的条件，均能转录翻译出同样的氨基酸。（6）基因可以通过复制靶遗传信息传

30、递给下一代 经重组的基因一般来说是能传代的，可以获得相对稳定的转基因生物基因工程的主要内容或（步骤）：1）、从复杂的生物有机体基因组中，经过酶切消化或PCR扩增等步骤，分离出带有目的基因的DNA片段。2）、在体外，将带有目的基因的外源DNA片段连接到能够自我复制的并具有选择记号的载体分子上，形成重组DNA分子。3）、将重组DNA分子转移到适当的受体细胞(亦称寄主细胞)，并与之一起增殖。4）、从大量的细胞繁殖群体中，筛选出获得了重组DNA分子的受体细胞克隆。5）、从这些筛选出来的受体细胞克隆，提取出已经得到扩增的目的基因，供进一步分析研究使用。6）、将目的基因克隆到表达载体上，导入寄主细胞，使之

31、在新的遗传背景下实现功能表达，产生出人类所需要的物质。 2、细胞工程是建立在细胞生物学和遗传学基础上综合发展起来的，其目的是在细胞水平上改造遗传结构和形状，培养新的细胞群体、生物个体或株系。细胞培养或组织培养是细胞工程的核心技术，其应用对象有微生物和动植物。主要包括动物细胞工程和植物细胞工程(1)动物细胞工程动物细胞培养基本概念n 培养液的成分：葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素和动物血清等n 原代培养：单个细胞 传至十代左右n 传代培养：经原代培养的细胞 传40到50代。n 细胞株：10到40、50代的细胞，遗传物质没发生改变。n 细胞系：超过50代的细胞，遗传物质发生改变，可无限增殖。动物细胞

32、培养过程动物细胞培养应用v 生产有价值的蛋白质制品，（如病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体、动物激素）v 检测有毒物质v 用于某些器官移植单克隆抗体（monoclonal antibody, McAb）：由单一克隆B细胞杂交瘤产生的，只识别抗原分子某一特定抗原决定簇的特异性抗体。特点是具有高度均一性。单克隆抗体的应用n 主要用于疾病的诊断、治疗和预防。与常规抗体相比，具有特异性强、灵敏度高的优点。如；各种癌症、肝炎病毒、SARS病毒、细菌及血吸虫等数百种疾病的诊断；n 在疾病治疗方面，单克隆抗体犹如人体卫士，能识别“自己”与“异己”，一旦发现 致病因素便与之结合将其杀死。若在单抗上带上抗癌药物制成“

33、生物导弹”，将药物定向带到癌细胞所在部位，既消灭了癌细胞又不会伤害健康细胞。3、微生物工程又称发酵工程，是最早实现产业化的生物技术。利用微生物可以用于生产对人类有用的许多产品，如食物饮料、乙醇、抗生素、药物等；微生物工程还在可开发再生资源、废弃物资源化无害化的净化工程、清洁工艺、净化环境等方面有广阔用途。4、酶工程 酶工程是基于利用酶的催化作用，通过适当反应器生产生物催化剂。其主要研究包括酶的固定化技术、酶结构的改造和酶反应器等方面；生化工程与酶工程关系紧密，它讲生化反应与化学工程结合，使生化反应产物实现产业化生产。 酶工程的主要内容n 酶的分离纯化n 酶与细胞的固定化技术及反应器n 酶制剂的

34、发酵生产n 酶分子化学修饰、遗传突变及结构改造n 酶抑制剂与激活剂开发与研究n 人工设计与合成模拟酶及酶分子5、基因组计划引起的的新兴生物技术影响深远的人类基因组计划的实施衍生出一系列崭新的生物技术，包括全自动核酸测序技术，结构和功能基因组技术，双向凝胶电泳和测序质谱，从整体水平上研究细胞蛋白质的组成及其活动的蛋白质组学技术，生物芯片技术，生物信息学等。三、生物技术的应用领域n 医药： 生物制药；基因治疗；人工器官n 农业和畜牧业 转基因植物：抗病虫害新品种、抗逆新品种、 高品质新品种 转基因动物：生产有用蛋白质和高品质的畜产品 生物反应器：利用动植物细胞或组织作为生物反应器，直接生产有用蛋白

35、质n 轻工与食品： 新型食品；营养食品；保健食品；轻工用酶 n 环境： 污染治理；废物利用；污染物生物降解四、我国生物技术发展概况（一）我国生命科学和生物技术发展的战略机遇 在近代历史上，中国曾经几次与世界科技革命的发展机遇失之交臂，留下诸多遗憾和教训。今天，生命科学和生物技术作为新兴的尖端科技领域，无论对发达国家还是对发展中国家来说都是一次全新的选择，这对我国来说更是十分难得的战略机遇。可以认为，生命科学和生物技术将成为我国最有希望后来居上并实现跨越发展的高科技创新及产业领域（二）研究开发进展 1、我国生物技术发展的特点v 整体水平居发展中国家领先地位，关键领域接近发达国家水平。v 生物技术

36、产业初具规模：20种药物上市、100种药物正在临床试验阶段、10种有望成为I类新药、转基因棉花4000万亩。v 形成了一批研究开发基地和产业化基地，并有了一支高素质的 研究队伍。v 开始了从跟踪到自主创新的转变，从实验室探索到产业化的转变，从单项技术突破到技术与产业整体协调发展的转变。（三）我国发展生物技术的优势制度优势;生物资源丰富;人才优势;产业优势;市场优势（四）我国生物技术发展中的薄弱点1. 人才缺乏、尤其是尖子人才的缺乏2. 产品的创新性有待提高 3. 生产技术支撑产业有待加强4. 生物技术产业装备落后的局面有待改变5. 上游与下游衔接问题有待解决（五）下一步发展措施加强对生物技术的

37、领导;制定中国生物技术与产业化发展纲要;加大生物技术支持力度;引进优秀人才;加强国际交流与合作第三章 转基因植物的生物安全性第一节 转基因植物的生物安全性运用重组DNA技术将外源基因整合于受体植物基因组、改变其遗传组成后产生的植物及其后代，叫转基因植物。通常至少含有一种非近源物种或种的遗传基因，比如其它植物种、病毒、细菌、动物甚至人类的基因。一、转基因植物的获得n 基本步骤u 获得目的基因u 受体细胞培养：如植物愈伤组织等u 目的基因导入受体细胞u 培养转化细胞u 筛选、培植、鉴定(一)转基因植物获得的基本要素和步骤获得转基因植物共包含三个要素：植物受体、目的基因和转化方法。转化后还需要进行选

38、择和一系列的鉴定，从而获得转化植株。能高效表达外源基因的遗传学上纯合稳定的转化体是植物转基因技术进行育种的目的。实现这一目标需要考虑上述3个要素。1、植物受体外植体（explant）：植物的外植体是指用于遗传操作的植物的某一器官或部分，通过离体组织培养可以再生成完整的新植株，在转基因实验中用于作为外源基因转入的受体。因为各种植物本身的特点，用于作为外植体的植物部分有很大差异。自转基因工作以来，人们采用过：幼花穗，幼叶、子叶节，叶盘，幼芽生长点，成熟种子胚，未成熟种子幼胚，花粉及小胞子及来源于植物幼嫩组织的原生质体等大部分植物的器官。由于植物细胞具有全能性的特点，上述作为外植体的一部分植物细胞，

39、在适当培养基、激素和一定温度光照条件下，可以发育成完整的新植株。它们都可以作为植物转基因的受体进行转基因遗传操作。因为不同植物的不同外植体对组织培养的反应不同，以何种外植体作转基因受体，有很大区别。需要根据各自的目的进行试验，以选取最佳的转化受体系统。2、外源基因的制备转基因的基因来源可以是植物，也可以是动物或微生物。为了获得高水平的表达效果，要将目的基因进行重组改造，以适应植物转基因工作的需要。通常是将分离出的目的基因整合到某个载体上，转化大肠杆菌或农杆菌。转入农杆菌的外源基因通常直接用农杆菌转化技术进行遗传转化；采用基因强转化技术，需要将含有目的基因的大肠杆菌进行培养，然后制备大量目的基因

40、，用于转化实验。高效表达载体的构建，启动子、增强序列的选择、载体和菌种的不同，都对转基因的最后结果产生重要影响，这里不作深入介绍。、筛选植物转基因实验过程中，不论采用那一种技术。常常只能转化植物外植体的一部分，或是组织的一小部分，或是细胞群体的一小部分。要使已经转入外源基因的这部分组织或细胞发育成完整的纯合转化体，都要对经过遗传转化的群体进行筛选，使转入外源基因的组织或细胞在选择压力下正常生长发育，而抑制未转化部分的生长，直到死亡。选择的基本原理是使未转化的组织或细胞，在含有选择剂的培养基上新陈代谢受阻而停止生长，最后死亡。选择剂通常为抗生素或杀草剂。选择过程一般为3-4个周期，每个周期为3-

41、4周。因为为选择过程是一个慢性致死过程，在第一次选择时，转化与未转化细胞均能生长；将第一次选择过的愈伤组织分成小块，转到新配置的培养基上进行第二次选择，在本次选择后期可以看到明显差异，有的生长正常，有些生长缓慢，生长正常的愈伤组织即含有转化的部分；将第二次选择结束时生长正常的愈伤组织分成小块转到新配置的培养基上进入第三次选择，此时来源于同一愈伤组织的若干块愈伤组织若全部生长正常，表明它们已是纯合的转化体，选择到此结束，将这些纯合的转化体转到分化培养基进行植株再生。再生培养基上是否仍然含有选择剂根据抗性愈伤组织的数量而定，以获得足够数量的再生苗为原则。如果再生苗数量大，在再生培养基上可以继续加选

42、择剂；如果抗性愈伤组织的数量小，为安全考虑，可以不加选择剂。4、鉴定对转基因实验获得的抗性再生植株（或愈伤组织）需要进行分子生物学和生物学功能的鉴定。（1）分子生物学鉴定将提供转基因后的植物组织或再生植株外源基因存在与否、基因拷贝数及表达水平等。PCR、Southern hybridyzation、Northern hybridyzation、ELISA、Western immunoblot等分子生物学技术经常用来进行转基因植株的鉴定。Polymerase chain reaction(PCR)技术是最常使用的分子生物学技术之一，可以对大量样品进行初步检测。但值得注意的是PCR鉴定的阳性结果，

43、只说明在被检测的样品中含有与PCR引物非常相似的同源DNA序列，不能说明模板DNA是来源于样品还是其它污染；也不能说明检测到的DNA序列是否整合进被转化植物的基因组。尽管如此，PCR技术仍是人们检测转基因植物分子生物学鉴定的第一步，并广泛用于对转基因当代筛选和后代分离比例的分析。Southern hybridyzation技术可以确定外源基因是否整合在基因组上及转入外源基因的拷贝数。此方法比PCR检测结果可靠，但耗费时间和物力。一般是用PCR技术先初测，PCR检测阳性样品，再用Southern hybridyzation技术进一步检测，以最后确定外源基因转入状态、整合状态和基因拷贝数量。Nor

44、thern hybridyzation技术是用来检测外源基因表达状况的方法。ELISA和Western immunoblot是用抗体检测转入基因蛋白产物的技术。可以对蛋白产物进行定性和定量检测，敏感度高。ELISA技术简单易于操作；Western immunoblot虽然步骤多，但能得到关于蛋白产物大小的信息。（2）生物学功能鉴定是对导入的外源基因应当表达的生物学功能的检测。分子生物学鉴定只能给出外源基因是否转入获得的植株中及其整合状况和拷贝数，并不能由此得出生物学功能的信息。因此对转化植株有必要进行是否具有已转入基因的生物学功能的鉴定。比如转抗虫基因的玉米，应当用转化植株及其叶片进行杀虫效果

45、的试验；转抗白粉病的水稻植株应当用白粉病的病源菌对转化植株接种，然后观察抗病效果。总之，转化植株生物学功能的测定以转入外源基因预期的功能来设计检测方法，对获得的转基因植株进行评价。（3）遗传学鉴定遗传学鉴定包括两部分：遗传稳定性和转化植株后代的分离比例。遗传稳定性的鉴定一般是对转入的外源基因在以后的5-6代中进行跟踪，以确定转入的外源基因在转化植株中是否能稳定的传递给后代。常常用分子生物学的方法如PCR技术，对后代进行分析。转化植株后代基因分离比例的检测可以提供转入的外源基因整合信息，如果呈3：1分离，说明外源基因是符合染色体遗传的单基因，15：1可能是同时转入2个拷贝基因的染色体遗传。由遗传

46、学鉴定获得的信息，将使我们从转化群体中选出能够将外源基因稳定传递具有单拷贝的个体，它们才是在生产中可能有用的转化体，进入育种序。（二）常用的植物转基因方法1、农杆菌介导法 农杆菌是普遍存在于土壤中的一种革兰氏阴性细菌，它能在自然条件下趋化性地感染大多数双子叶植物的受伤部位，并诱导产生冠瘿瘤或发状根。根癌农杆菌和发根农杆菌中细胞中分别含有Ti质粒和Ri质粒，其上有一段T-DNA，农杆菌通过侵染植物伤口进入细胞后，可将T-DNA插入到植物基因组中。因此，农杆菌是一种天然的植物遗传转化体系。人们将目的基因插入到经过改造的T-DNA区，借助农杆菌的感染实现外源基因向植物细胞的转移与整合，然后通过细胞和

47、组织培养技术，再生出转基因植株。2基因枪介导转化法：利用火药爆炸或高压气体加速（这一加速设备被称为基因枪，将包裹了带目的基因的DNA溶液的高速微弹，直接送入完整的植物组织和细胞中，然后通过细胞和组织培养技术，再生出植株，选出其中转基因阳性植株即为转基因植株。与农杆菌转化相比，基因枪法转化的一个主要优点是不受受体植物范围的限制，其载体质粒的构建也相对简单，它是目前转基因研究中应用较为广泛的方法。3、花粉管通道法：在授粉后向子房注射含目的基因的DNA溶液，利用植物在开花、受精过程中形成的花粉管通道，将外源DNA导入受精卵细胞，并进一步地被整合到受体细胞的基因组中， 随着受精卵的发育而成为带转基因的

48、新个体。该方法于20世纪80年代初期由我国学者周光宇提出，我国目前推广面积最大的转基因抗虫棉就是用花粉管通道法培育出来的。该法的最大优点是不依赖组织培养人工再生植株，技术简单，不需要装备精良的实验室，常规育种工作者易于掌握。 以根瘤农杆菌转化双子叶植物叶片为例1.将表面消毒的叶片切成小块2.小块在过夜培养并稀释到一定浓度的根癌农杆菌液中浸泡几分钟，以便让根癌农杆菌感染叶片切块的伤口。3.从菌液中捞出小块，培养基中培养2天。4.在含头孢霉素选择培养基中筛选转化细胞。继续培养，转化的细胞分化出芽。5.将芽转入含有抗生素的生根培养基上，诱导生根。6.将完整的转基因植株移栽到土壤中。二、转基因植物的分

49、类1、抗除草剂转基因植物 将抗除草剂基因转入栽培作物，可以更有效地使用除草剂除治田间杂草，保护作物免除药害，从而增产增收。现在从植物和微生物中已克隆出多种抗不同类型除草剂地基因。其作用原理如下：1）、通过除草剂作用的靶酶过量产生来进行解毒。如5烯醇丙酮酸草酸3磷酸合成酶地过量表达，可使植物对草甘膦产生抗性。2）、改变除草剂作用靶物的敏感性。如aroA基因所编码的EPSP对草甘膦敏感性降低，导入植物后可使转基因植物产生抗性。3）、降解除草剂的基因。这类基因大多来自土壤微生物，如bar基因编码的草丁膦乙酰转移酶，他们可解除巴斯达、双丙氨膦等韩草丁膦的除草剂毒性，降解2，4滴的tfdA基因和水解溴苯

50、睛的bxn基因，在整合于植物基因组后，也能使植株分别对除草剂2，4滴和溴苯睛产生抗性。2、抗虫转基因植物（1）Bt杀虫蛋白基因Bt杀虫蛋白基因编码苏云金芽孢杆菌的伴孢晶体蛋白（ICP）。BT杀虫蛋白可分为-外毒素、-外毒素、-内毒素和虱因子，其中用于转基因植物的主要是-内毒素。-内毒素被敏感昆虫幼虫取食后，在其消化道内消化酶的作用下，蛋白被水解释放出约Mr 6010370103的活性毒蛋白分子(toxin)。毒蛋白与昆虫中肠上皮细胞上的特异性受体结合，并发生作用而使细胞膜穿孔。消化道细胞内的离子浓度和渗透压平衡遭到破坏，使上皮细胞裂解，最终导至昆虫死亡。 （2）动物产生的昆虫毒素基因蝎昆虫毒素

51、：可专一作用于昆虫细胞膜离子通道，对哺乳动物无害或毒性很小。蜘蛛毒素：37个核苷酸的小肽，将该肽的基因导入烟草后，转基因烟草表现出明显的抗虫作用。（3）植物来源的各种抗虫基因蛋白酶抑制剂：能削弱或阻断蛋白酶对食物中蛋白质的消化，使昆虫产生厌食反应，最终导致昆虫非正常发育和死亡。植物凝集素：是一类能特异识别并可逆结合糖类复合物的非免疫性球蛋白。当它被昆虫吞食至消化道时，与昆虫肠道周围细胞壁膜糖蛋白相结合，影响营养物质的吸收，同时还可能在消化道内诱发病灶，使害虫得病甚至死亡。目前应用得较多的外源凝集素主要有豌豆外源凝集素、雪花莲凝集素、半夏外源凝集素3、抗病转基因植物（1）抗病毒转基因植物来自病毒

52、的抗性基因、来自植物的抗性基因1）衣壳蛋白基因1985年Beachy等将烟草花叶病毒（TMV）外壳蛋白基因转入烟草细胞，转基因后代植株显示了对TMV的明显抗性。可能机制：v 阻止病毒脱毒；v 衣壳蛋白与病毒RNA互作或与寄主的RNA互作，影响翻译；v 衣壳蛋白对病毒在细胞细胞间和更长距离传播的干扰。 2）病毒复制酶基因病毒非结构蛋白基因也可能使植物获得抗性，研究表明，表达有各种缺失、序列改变的病毒复制酶修饰基因，以及完整的野生型复制酶基因的转基因植物，均具抗病毒性。3）病毒核内蛋白酶基因在对PVY基因组研究中发现，核内蛋白酶a基因转化烟草后，获得对PVY具有高度抗性的转基因株系。4）病毒卫星R

53、NA病毒卫星RNA能有效地与病毒基因组RNA争夺RNA复制酶，由于它分子小，复制周期短，因此随着复制循环地增加，病毒基因组的复制必然要受到极大的干扰。（2）抗真菌转基因植物1）植物或细菌的几丁质酶基因和1，3葡聚糖酶基因几丁质和1，3葡聚糖是大多数病原真菌细胞壁的主要成分之一。上述两种酶可分别降解它们，可以用他们对抗植物的真菌病原。2）核糖体灭活蛋白基因来自植物，对控制病原真菌十分有效3）导入防卫基因增强植物的抗病性在植物抗性中，抗病基因产物只是一个效应因子，它是通过激活防卫反应起抗病作用的。因此可以直接导人植物防卫基因，使其在植物中表达，从而提高植物抗病能力。（3）抗细菌转基因植物1）杀菌肽

54、基因杀菌肽为30多个氨基酸残基组成的小肽，具有广泛的杀菌谱，对革兰氏阳性和阴性菌都有抗性。2） 溶菌酶基因溶菌酶是广泛存在于自然界的酶，能特异性的水解细菌细胞壁的肽葡聚糖。转鸡卵溶菌酶基因的烟草植株可以抗几种细菌病害。 3）来自病原菌自身的抗菌基因植物病原菌产生的致病毒素是重要的致病因子。如果能从病原菌和其他微生物中分离并克隆降解毒素的基因，并将之导入植物使之正确表达产物，便能使转基因植物具备抵抗产生毒素的病原菌的侵染。4、抗环境胁迫的转基因植物环境胁迫：指对植物生存不利的环境，主要有温度、水分和化学物胁迫。不利自然环境条件每年为农业生产造成巨大的损失，提高植物抗御不良自然环境条件的基因工程，

55、成为转基因研究的另一热点。目前对植物抗御逆境在分子水平上已揭示有关的机理，并分离出与植物抗逆境的相关基因，使抗逆植物基因工程快速发展。但抗逆植物基因工程的进展尤其商业化应用还有一定难度。这主要是由于植物抗御逆境的能力是一个非常复杂过程，还需大量的研究工作以充分揭示机理；另外，这一过程常常是多基因参与的。目前这一领域的研究工作主要在抗旱、耐盐硷和耐低温等方面。5、植物发育调节基因工程（1）控制果实成熟的转基因植物乙烯是植物果实成熟时重要的内源激素，通过控制乙烯合成的关键酶可延长某些水果和蔬菜瓜果的保鲜期。（2）雄性不育基因工程控制受粉基因工程方法能克服现有细胞质雄性不育制种技术的缺点。（3）改良

56、品质的转基因工程种子中的淀粉、油分、蛋白质的组成和含量，决定其品质的优劣，由于不同的应用目的对淀粉、油分、蛋白质的品质有不同的要求，品质改良的目的具有多元性。应用转基因技术进行品质改良主要集中在作物的淀粉含量及其组成成分、油脂含量和油脂成分，提高不饱和脂肪酸比例，以及改变脂肪酸碳链长度和提高蛋白质和必须氨基酸的含量等方面。三、转基因植物的安全性评价(一) 转基因植物安全性评价的必要性 转基因植物中导入的外源基因通常来源于非近源种，甚至可以是人工合成的基因。由于受到基因互作、基因多效性等因素的影响，很难精确地预测该基因在新的遗传背景中可能产生的表型效应和副作用。 转基因植物的大面积释放，就有可能使得原先小范围内不大可能发生的潜在危险得以表现，比如通过基因流破坏生态平衡。 有关生物安全的管理法规还不完善，执行中受到了来自企业、科研单位及有关组织等多方面的反弹，因而有必要通过客观的、全面的