生物技术与农业ppt课件.ppt

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1、7 生物技术与农业,学习目的,了解现代生物技术在农业生产中的广泛运用。认识生物技术在培育高产、抗病、抗逆植物新品系以及在培育优良生产性能动物新品系、动物快速繁殖、生物反应器等领域的应用。,7.1 生物技术与种植业,7.1.1 植物雄性不育及杂种优势利用在19世纪中叶，人们就对植物雄性不育现象进行了报道。目前已在43个科、162多个属的610多种植物中发现了这种现象，其中的主要作物有马铃薯、番茄、亚麻、洋葱、棉、高粱、玉米、烟草、胡萝卜、甜菜、小麦、水稻、大麦、谷子、油菜、大豆、甘薯、大白菜、小黑麦等。,植物雄性不育的主要特征是花粉发育不良或功能不正常。 但其雌蕊发育正常，能接受正常花粉而受精结

2、实。不同作物的不育材料，具体的不育特征可能差别很大。,不育,雌性不育（无实践意义）雄性不育(三型说),质遗传型质核互作遗传型(应用价值最大)核遗传型,二型说,对于自花受粉的植物利用雄性不育可以培育不育系，利用不育系生产杂交种子，为农作物增加产量和改善品质提供优良种源。雄性不育从基因控制水平来分，可分为细胞质雄性不育（CMS）和核雄性不育（GMS）。,农业生产中的应用:不育系雄蕊花药不育，无法实现传粉受精作用，雌蕊可育；保持系作用是给不育系受粉，杂交后代仍保持雄性不育；恢复系该品系含恢复基因，给不育系受粉后其后 代是可育的， 并能形成杂种优势， 提高作物品质。,我国杂交优势的利用,1. 水稻三系

3、杂种优势利用1973年实现水稻三系配套、并成功的应用于大田生产。1981年，获得国家第一个特等发明奖，以第一个农业技术专利转让美国。1991年，全国杂交稻种植面积为26083.5万亩，增产效果明显 (50-75kg /亩)。,1997年，全国杂交稻种植面积为25987.5万亩，约占水稻种植面积的62.84%，总产12236.34万吨，单产468.67公斤/亩，比全国水稻平均产量增11.17%。杂交稻制种156.9 万亩， 制种平均产量 为181.33公 斤/亩 。,油菜三系杂种优势的利用：目前我国油菜杂种优势的利用居世界首位。1972年，傅廷栋等发现“波里马”油菜细胞质雄性不育；1976年，湖

4、南农科院首先实现“波里马”雄性不育的三系配套。1980年，李殿荣等发现“陕2A”油菜细胞质雄性不育；1983年实现“陕2A”油菜雄性不育的三系配套；,油菜杂交种：秦油2号（李殿荣，1986）、华杂2 号（华中农大，1992）、川油12号（四川省农科院，1992）、蜀杂1号（潘涛等，1989）、油研5号（贵州省油料作物研究所，1992）等细胞质雄性不育系杂种审定、登记和推广应用。1992年，我国杂种油菜种植面积已近1.33106hm2，约占油菜总面积的20。,中国工程院院士、“玻里马” 细胞质雄性不育发现者傅廷栋先生,7.1.2 植物抗逆性研究,传统抗逆性植物的培育方法在一定逆性环境选择压力下，

5、采用随机筛选或通过诱变、组织培养、原生质体融合、体细胞杂交等方法定向筛选；现代抗逆性植物的培育方法基因工程技术。,7.1.2.1 抗除草剂作物膦丝菌素（PPT）非选择性除草剂，植物谷氨酰胺合成酶（GS）的抑制剂。抑制GS酶活性将导致植物体内氨的迅速积累，并最终引起其死亡。,草甘膦由赫斯特公司开发生产，化学名称4-羟基（甲基）膦酰基-DL-高丙氨酸，属膦酸类除草剂，是谷氨酰胺合成抑制剂，非选择性（灭生性）触杀型除草剂。作为除草剂获得登记使用是1984年。是世界大吨位农药品种，也是世界第二大转基因作物耐受除草剂。毒性低，较为安全，在土壤中易于降解，对作物安全，不易飘移，除草谱广，活性高，用量少，环

6、境压力小，杀草迅速，能快速杀死100种以上的禾本科和阔叶杂草，可用水做基剂，使用安全方便。,草铵膦是一个优秀的灭生性除草剂，非常适合做抗性基因，赫斯特公司积极发展转基因作物，以草铵膦为目标，进行抗性基因转移、选育抗性作物品种，目前，已经成功将草铵膦的抗性基因导入了水稻、小麦、玉米、甜菜、烟草、大豆、棉花、马铃薯、番茄、油菜、甘蔗等20多种作物中，已经成功商业化种植的耐草铵膦作物系列Librty Link System几乎包括了所有主要作物，有大豆、玉米、油菜、甜菜、马铃薯、棉花与水稻，这些转基因作物在以美国为主的广大北美地区普遍种植，而且近年来正在亚洲、澳洲、欧洲部分国家及地区推广种植起来。,

7、7.1.2.2 抗昆虫作物苏云金芽孢杆菌为革兰氏阳性土壤杆菌，它在芽孢形成过程中产生称为-内毒素的杀虫伴胞晶体蛋白，这些蛋白具有很高的杀虫活性。在过去的几十年了，已确定数十种苏云金芽孢杆菌菌系及130多种它们编码的杀虫晶体蛋白，近几年克隆Bt基因已转入植物，并在植物体内高效表达。人们在研究中发现，在芽孢形成前的营养生长阶段，可分泌和产生另一种非-内毒素的杀虫营养蛋白，即Vip蛋白，被称之为第二代杀虫蛋白。,豇豆胰蛋白酶抑制剂(CpTI)基因是一个有效的抗虫基因，然而，在某些情况下由于CpTI在转基因植物中表达水平较低，影响了转基因植物的抗虫性。中国科学院朱祯、李向辉研究室通过转CpTI烟草（表

8、达量占可溶性蛋白的0.5%以上）表明，CpTI能抗烟草夜蛾、玉米螟、粘草烟草方蛾、汉马夜蛾等，其抗虫效果比P1-（马铃薯蛋白酶抑制剂）好。,7.1.2.3 抗真菌作物嗜球果伞素A和B是德国Anke和Steglich教授于1977年首次从嗜球果伞培养液中分离得到的。嗜球果伞是一种生长在松树球果上一种较小的可食用蘑菇。嗜球果伞素具有很强的抗植物病原真菌活性，属于一类新型的抗真菌抗生素。嗜球果伞素和小奥德蘑素能显著抑制大多数需氧腐生植物病原菌，很弱的杀虫活性，没有抗细菌活性。它们的作用方式是选择性地抑制线粒体的呼吸作用。,7.1.2.4 抗重金属镉的作物镉对植物的危害表现在其破坏叶绿素，从而降低光合

9、作用，还能使花粉败育，影响植物生长、发育和繁殖。用含镉0.04mg/L的水进行农业灌溉时，土壤和稻米就会受到明显的污染。日本的痛痛病就是镉污染所致。镉的主要污染源有电镀、 采矿、冶炼、燃料、电池和化学工业等排放的废水。法国烟草研究所在转基因抗除草剂、抗PVY病毒上做了大量的研究，并获得了硫蛋白转基因烟草，具有降解金属镉的作用。,7.1.2.5 抗病毒作物将病毒外壳蛋白基因移植到农作物中，使农作物能抵抗病毒感染，培育出抗病毒番茄、抗病毒烟草、抗病毒黄瓜等抗病毒作物品种。 我国也已有转基因抗病毒烟草、番茄和甜椒品种获得了商业化应用许可。 抗病毒的作物的基因可能与其它病毒发生重组，而产生超级病毒，给

10、作物带来毁灭性的灾难；以及对生物多样性的影响等等。,7.1.3 生物农药及生物控制,生物农药是“可用来防治病、虫、草等有害生物的生物体本身或源于生物，并可作为农药的各种生理活性物质。”生物农药可分为生物体农药（指用来防除病、虫、草等有害生物的商品活性生物）和生物化学农药（指从生物体中分离出的具有一定化学结构，对有害生物有控制作用的生物活性物质）。,7.1.3.1苏云金芽孢杆菌,实用意义：细菌杀虫剂生物农药,少数芽孢杆菌在内毒素，称为伴孢晶体。形成芽孢的同时，会在芽孢旁形成一颗菱形或双锥形的碱溶性蛋白晶体,7.1.3.2 白僵菌 白僵菌是一种广谱性的昆虫病原真菌，对700多种有害昆虫都能寄生,

11、致病性强、适应性强。在多种农林害虫的生物防治中都取得了明显成效。例如在中国防治玉米螟和松毛虫、在巴西防治小蔗螟、在欧洲防治西方五月鳃金龟等，都获得了成功。由于其能快速、有效地控制虫口，同时不伤害其他天敌昆虫和有益生物，从而可以有效地与其它杀虫因子协同作用并维持物种的多样性，而且其容易大量生产，防治成本较有竞争力，因而其研究成果具有广泛的应用前景。,目前，我国是生产和应用白僵菌杀虫剂的第一大国，每年施用面积约50万公顷，在防治松毛虫和玉米螟方面作出了重要贡献。我国生产白僵菌制剂主要采用液固两相法，采用本法生产球孢白僵菌的成功使我国成为世界上唯一能批量生产真菌高孢粉的国家。在我国，白僵菌粉 剂生产

12、采用两步发酵 法，第一步采用液体 深层发酵技术制备芽 生孢子，然后大接种 量进行固态发酵获得 分生孢子产品。,7.1.3.3 昆虫病毒昆虫病毒是以昆虫作为宿主，并在宿主种群中流行传播的一类病毒。至今发现的昆虫病毒已超过1000多株，涉及11个目的900多种昆虫，据统计我国已经发现的昆虫病毒有200余株。昆虫病毒在形态、结构上突出的特点是大都在宿主细胞内形成蛋白结晶性质的包涵体。家蚕脓病的多角体，就是包涵体的一种。包涵体内的病毒粒子只有当它们从包涵体中释放出来以后，才有侵染宿主细胞的能力。包涵体具有保护病毒免受不良环境影响的作用。除了形成包涵体的病毒外，还有许多不形成包涵体的昆虫病毒。,根据包涵

13、体的有无、形态、生成部位等特点，而大体分成五类：（1） 核型多角体病毒，多角体于细胞核内形成；（2） 质型多角体病毒，多角体于细胞质内出现；（3） 颗粒体病毒，椭圆形颗粒状包涵体存在于细胞核或细胞质内； （4） 昆虫痘病毒，椭圆形与纺锤形包涵体存在于细胞质内，但纺锤形包涵体是不包埋病毒粒子的；（5） 非包涵体病毒，不形成包涵体，病毒粒子游离地存在于细胞质内或细胞核内。,7.1.4 植物细胞工程的应用,7.1.4.1植物次生代谢产物,7.1.4.2 植物再生技术 植物细胞培养和 组织培养对于农作物的改良有巨大的 意义：不同物种原生质体的 融合胚、花药、花粉的培养快速无性繁殖植物基因转移的基础,7

14、.1.5 分子育种技术的应用,转基因农产品是指利用分子生物手段，将某些生物基因转移到农作物物种上，使其性状或产物出现变异。如转基因棉花加进抗棉铃虫的基因，不惧虫害而又保持高产性状；而转基因大豆不仅抗除草剂而且含油量高。自1983年首例转基因植物-烟草问世，至今全球已有120多种植物获得转基因植株。有报告说，全球转基因植物种植面积增加了3.35倍，由1996年的170万公顷跃升到2002年的5870万公顷。,美国是世界上第一个批准转基因农作物商业化种植的国家，其转基因作物种植面积一直居世界首位。2000年美国转基因作物种植面积达3030万公顷，占世界转基因作物种植面积的68。目前，最主要的转基因

15、作物是大豆和玉米，这两种作物的种植面积大约占全球转基因作物总面积的80。其中转基因大豆占全球转基因作物面积约60，转基因棉花和油菜的种植面积位居第三和第四。,转基因作物给人类带来了巨大的经济效益。1995年，世界转基因农产品的销售额大约为0.84亿美元，1999年达到30亿美元左右。世界转基因农产品市场销售额在年间增长了36倍。科学研究和实践都表明，目前主要产业化的抗除草剂和抗虫转基因农作物可有效地防治杂草和虫害，大幅减少用工投入，大幅降低了化学杀虫剂的用量，并在保护环境和提高农民收入等方面发挥了作用，社会效益和经济效益十分显著。专家预计，今后包括转基因抗虫棉在内的全球转基因农作物面积将会进一

16、步增长。,我国是世界上最大的棉花生产国和消费国，但由于生物灾害及不良气候影响，棉花生产每年有上百亿元的损失。我国自1991年启动转基因抗虫棉的研究，并正式列入国家863计划，成为国家八五重大关键技术项目和九五重大中试转化项目。转基因抗虫棉作为新的棉花品种类型，在中国种植推广速度相当快。1996年，全国转基因抗虫棉种植面积仅15万亩左右，2000年达到900万亩，2002年达到3750多万亩。在主要产棉区，播种转基因抗虫棉面积最大的三个省是河北、山东和河南。,中国农业科学院生物技术研究所已成功地人工合成和改造了来自天蚕蛾的抗菌肽基因，并导入我国马铃薯主栽品种米拉，获得抗病性提高级的抗青枯病的转基

17、因株系，现已经农业部批准在四川省进行环境释放。 1987年我国首次获得转t基因的烟草和番茄以来，相继获得了转t基因的棉花、水稻、玉米等。,我国首批列入标识管理的转基因农产品有五个大类：一是大豆种子、大豆、大豆粉、大豆油、豆粕；二是玉米种子、玉米、玉米油、玉米粉；三是油菜种子、油菜籽、油菜籽油、油菜籽粕；四是棉花种子；五是番茄种子、鲜番茄、番茄酱。,国际水稻基因组测序计划启动于1998年，是继人类基因组计划后的又一重大国际合作的基因组研究项目。国际水稻测序计划由中国、日本、美国等10个国家和地区参加，测序对象为日本粳米，92的碱基对解析完毕。解析结果表明，粳米有亿碱基对，基因为4万至6万个，日本

18、承担了55的任务，中国承担了10的任务。中国科学家率先圆满完成第4号染色体精确测序图。测序图拼接后总长为3500万个碱基对，精确度为99.99，覆盖染色体全长序列98（仅留下7个小的空洞），达到了国际公认的基因组测序完成图的标准。,7.1.6 水稻基因组计划,“中国杂交水稻基因组计划”由中国科学院北京基因组研究所 。水稻基因组序列是世界上第一个完成的重要农作物基因组，也是世界上首次利用全基因组“霰弹法”策略对大型植物基因组进行测序。在完成序列分析的同时，在世界上首次研发出全基因组的生物芯片，直接为水稻的功能研究提供最直接和全面的基础科学支持，对阐明水稻杂种优势的分子机理和推动我国水稻的高产、抗

19、病虫害研究具有重要的指导意义。,2002年4月5日，科学杂志以14页的篇幅发表水稻(籼稻)基因组的工作框架序列图，并以青山衬托下的云南哈尼梯田作为该期的封面。同时，科学杂志还配以大量评论文章，高度评价这一工作是“具有最重要意义的里程碑性工作”，对“新世纪人类的健康与生存具有全球性的影响”，“永远改变了我们对植物学的研究”，并祝贺论文作者“对世界科学乃至全人类里程碑的贡献”。随后，在Genome Research杂志又以封面文章形式发表方法论文章两篇。,2002年12月12日，中国科学院、科技部、国家计委和自然科学基金委联合举行了“中国水稻(籼稻)基因组精细图完成”新闻发布会，再次将“中国杂交水

20、稻基因组计划”推向一个新的高度。“中国杂交水稻基因组计划”不仅完成了籼稻基因组的工作框架图和基因“精细图”，而且还完成了粳稻基因“精细图”的组装和分析。 2003年5月，通过国际合作，该集体成功研制了覆盖6万个基因外显子的“高精度、高密度、高覆盖率”的水稻全基因组芯片。,7.2 现代生物技术与养殖业,7.2.1动物转基因技术与分子育种转基因动物是指以实验方法导入外源基因，在染色体组内稳定整合并能遗传给后代的一类动物。1981年，第一次成功地将外源基因导入动物胚胎，创立了转基因动物技术。1982年获得转基因小鼠。转入大鼠的生长激素基因，使小鼠体重为正常个体的二倍，因而被称为“超级小鼠”。此后相继

21、培育成功了转基因兔、绵羊、猪、鱼、昆虫、牛、鸡、山羊、大鼠等转基因动物。,由于转基因动物体系打破了自然繁殖中的种间隔离，使基因能在种系关系很远的机体间流动，它将对整个生命科学产生全局性影响。因此，转基因动物技术在1991年第一次国际基因定位会议上被公认是遗传学中继连锁分析、体细胞遗传和基因克隆之后的第四代技术，被列为生物学发展史上126年中第14个转折点。一般来讲，根据不同的目的，转基因动物操作可以简单地划分为四种类型：（l）疾病型转基因动物；（2）利用转基因动物制药；（3）动物改良型；（4）基础生物学研究。,转基因动物在诸多领域具有广阔的应用前景： 1、转基因动物是对多种生命现象本质深入了解

22、的工具，如研究基因结构与功能的关系，细胞核与细胞质的相互关系，胚胎发育调控以及肿瘤等； 2、可以用来建立多种疾病的动物模型，进而研究这些疾病的发病机理及治疗方法；,3、由于转基因动物技术可以改造动物的基因组，使家畜、家禽的经济性状改良更加有效，如使生长速度加快、瘦肉率提高，肉质改善，饲料利用率提高，抗病力增强等。对于动物遗传资源保护的意义更加深远，对挽救濒危物种是必不可少的； 4、转基因动物可作为医用或食用蛋白的生物反应器。,转基因动物技术在畜牧业中的应用,1985年，科学家第一次将人的生长激素基因导入猪的受精卵获得成功，转基因猪与同窝非转基因猪比较，生长速度和饲料利用效率显著提高，胴体脂肪率

23、也明显降低。 1988年，有人将小鼠抗流感基因转入了猪体内，使转基因猪增强了对流感病毒的抵抗能力。,1991年，英国科学家将人的1-抗胰蛋白酶基因转入绵羊受精卵，成功地在4只母绵羊乳中都表达了人的1-抗胰蛋白酶，而且从绵羊乳中纯化的1-抗胰蛋白酶与人血浆中的1-抗胰蛋白酶具有相同的生物学活性。我国科学家也成功培育了乳汁中含有活性人凝血因子IX的转基因绵羊。美国耶鲁大学医学院的神经生物学家 在最新一期的细胞杂志上发表了转基因可遥控果蝇。,7.2.1.2 分子标记生物技术与动物育种,DNA标记辅助选择育种是利用与重要经济性状连锁的DNA标记或功能基因来改良动物品种的现代分子育种技术；转基因育种则是

24、通过向受体动物转移有重要功能的基因或一组功能相关的基因来提高动物的生产性能的育种技术。,DNA标记辅助选择对于遗传力低的性状如产仔数、肉质性状和屠体性状等，改良效率是传统育种方法的几倍、甚至几十倍。如果在进行育种选择时，DNA标记或功能基因覆盖了整个基因组并且达到一定的密度和遗传效应，则往往又称为动物基因组育种。DNA标记辅助选择技术不能创造变异，也不能够在不同物种间进行优良功能基因的转递，而转基因技术则能够达到这个目标，因此，这两种育种技术有很强的互补性，合称为分子育种技术，并将成为未来动物品种改良的关键技术。,1992年，国际上第一种基因标记开始应用于农业动物品种改良，标志着动物育种走进了

25、一个崭新的时代。加拿大全部的猪种都经过至少一种基因标记辅助的改良，美国和英国70%的猪种经过至少二种DNA标记的选择改良，而鸡、牛种上分别至少有6种DNA标记或功能基因标记在进行商业化应用。,我国科学家在中国猪的高产仔数基因、高温应激综合症基因、肉质基因、脂肪蓄积基因、牛的“双肌”基因、高产奶量基因、流产基因、奶蛋白量基因、鸡矮小基因、快慢羽基因、白血病抗性基因等方面都已发明了相应的DNA标记或基因标记技术，多数还获得了自主的知识产权。 2001年9月18日美国专利局授予了我国第一个关于畜禽DNA标记的专利，专利名称是“DNA Markers for Pig Litter Size”（猪产仔数

26、的DNA标记），专利号为US 6,291,174 B1。,常用的分子标记,限制性片段长度多态性（RFLP）、DNA指纹（DFR）、PCR、随机扩增多态性DNA（RAPD）、随机扩增微卫星多态性（RAMP）、特异性扩增多态性（SAP）、微卫星DNA标记、小卫星DNA标记、扩增片段长度多态性(AFLP)、单链构型多态性（SSCP）、线粒体DNA的限制性多态性、差异显示法等。,分子标记在生物学的应用,构建分子遗传图谱和基因定位基因的监测、分离和克隆亲缘关系的分析DNA标记辅助选种性别诊断与控制突变分析,7.2.2 动物繁殖新技术,7.2.2.1 人工受精及精液的冷冻保存人工受精就是利用合适的器械采集

27、公畜的精液，经过品质检查、稀释或公母畜直接交配而使其受孕的方法。人工受精的有点： 共8点。,7.2.2.2 胚胎移植自从1890年Heape在英国剑桥大学首次报道获得兔子胚胎移植成功；1975年1月在美国科罗拉多州召开了第一届国际胚胎移植学会成立大会，标志着胚胎移植技术进入了打捞的更高的发展阶段。；在我国起步较晚，1973年家兔胚胎移植成功，1974年绵羊、1978年奶牛、1980年奶山羊胚胎移植成功；1976-1977年家兔胚胎和绵羊胚胎低温（10）保持1天和10天后移植成功；,1980年绵羊胚胎超低温保存后，移植产羔；1982牛胚胎冷冻374天后移植产犊3头；马胚胎移植成功。90年代前后分

28、割牛羊成功。动物胚胎移植主要是通过对优良供体母畜作同期排卵处理和体内胚胎生产或体外人工授精（IVF）的方法，以大量获得优良的动物胚胎后再将其移植给普通代孕受体母牛进行快速繁殖优良动物的生物技术。,胚胎移植的意义：共5点胚胎移植的主要内容包括：供体和受体母牛的选择，供体母牛的超数排卵，供体与受体母牛的同期发育，胚胎的回收，胚胎质量的鉴别，胚胎的冷冻保存，胚胎移植，受体的妊娠诊断等。 7.2.2.3 胚胎的冷冻保存 胚胎 的冷冻保存主要在三步平衡法和一步细管法，将胚胎装管后利用程控冷冻仪进行冷冻，冷冻后投入液氮容器进行保存。,7.2.2.4 体外胚胎生产体外胚胎生产是指将原来在输卵管进行的精卵结合

29、生成胚胎的过程人为地改在体外进行。体外胚胎生产的意义体外胚胎生产的工艺卵母细胞体外成熟；体外受精；胚胎培养。,7.2.2.5 胚胎分割所谓卵分割技术是把胚胎内的细胞一个个分离开，变成单个受精卵细胞，再进行繁殖研究，其目的是用人工方法促进一个受精卵变成2份、4 份等等。早期胚胎用显微手术的方法,7.2.2.6 性别控制技术动物的性别控制是指人为地干预或操作，使动物按人们的愿望繁殖所需性别后代的技术。性别控制技术的目的常用性别控制与鉴定方法：X精子和Y精子的分离胚胎性别鉴定细胞学方法免疫学方法分子生物学方法,7.2.2.7 发情、排卵及分娩控制发情控制是有效地干预家畜的繁殖过程，提高繁殖效率的一种

30、手段，包括认为改变牛的发情时间而使牛群同期发情、增加母牛的排卵数等。同期发情又称同步发情或控情技术，是对一群母牛使用某些激素或其他药物来改变它们自然发情周期的进程，调整到相同的阶段，使分散发情变成集中发情，并在数日内同时进行配种。,同期发情的意义 :（1）同期发情能有计划的集中安排牛群的配种和产犊，便于人工授精的开展，有效的推动冷冻精液的普及应用，可以节约时间和劳力 ，降低费用，提高工作效率；（2）使原来的步伐青母牛发情配种和缩短产犊间隔，从而提高繁殖率；（3）可以使牛群的妊娠和分娩时间相应地比较集中，产下后代年龄也比较整齐，仔畜的培育，断奶孕阶段也相继可以做到同期化，便于组织大规模养牛业生产

31、与科学化饲养管理；（4）可以供给胚胎的母牛和接受胚胎的母牛的生殖器官属于相同的生理状态，为胚胎移植创造条件。,诱发分娩亦称引产，是指在母牛妊娠末期或分娩前数日内，利用激素诱发母牛在预定的日期或时间内分娩，产出正常犊牛的一项繁殖管理措施。诱发分娩的优点在于（1）可是牛群的分娩时间趋于一致，有利于牛群的管理工作；（2）可以合理组织人力，有计划地利用产房和其它设施；（3)有准备地进行助产工作和护理工作，减少母牛犊牛的损伤事故；（4）可以得到体个大小和年龄比较一致的犊牛，便于产业化商品牛生产。,诱发分娩不仅对肉牛业有较大的实用价值，而且对于放牧的奶牛群来说更具有重大的意义，它有利于放牧季节的同期化，即

32、使牛群泌乳期的开始时间与草场生长旺盛季开始时间一致。以保证牛奶生产维持较高水平，同时还可以预防难产的发生，合理安排棚舍，调节产犊季节等，如新西兰对放牧奶牛进行诱发分娩，每年处理达100万头以上，成为当地极为重要的一项技术措施。诱发分娩常用的药物是前列腺素F型和E型（PGF,PGE),也有糖皮质类激素（长效和短效)的。,7.2.3 生物技术在动物饲料工业上的应用,7.2.3.1 DNA重组生长激素的研究与应用美国Monsanto等公司已投资数十亿美元，成功研制出DNA重组牛生长激素（BST）和猪生长激素（PST）。美国食品和药物管理局（FDA）已于1993年11月第一次正式批准该公司生产的牛BS

33、T可以上市。猪的试验研究表明，注射PST能提高猪生长10-30，改善饲料转化率5-15，提高胴体瘦肉率10-20，此产品正在FDA的审批中。,7.2.3.2 发酵工程技术研究与应用 大多数饲用酶制剂、添补氨基酸、饲用维生素、抗生素和益生菌是由微生物发酵工程技术生产的。由特异微生物发酵生产的饲用外源酶制剂包括-葡萄糖酶、戊聚糖酶和植酸酶等。前2种酶制剂添加于以大麦、小麦、黑麦、燕麦和次粉为主的家禽饲粮中，能分解饲粮中的抗营养因子葡聚糖和戊聚糖，提高养分的消化利用，因而，饲料效率提高，生产性能改善，而且，因粪便中葡聚糖和戊聚糖这类粘稠物质排出的减少，鸡胸肉及鸡蛋的品质提高。,在鸡、猪饲粮中添加植酸

34、酶，能明显提高以植物性原料为主的饲粮中植酸磷的消化利用，降低无机磷的添加量，故能有效地减少磷排出和对环境的污染，且氨基酸和其它矿物元素的消化利用也有提高。目前，由特异微生物发酵生产的饲用添补氨基酸主要有赖氨酸、蛋氨酸、色氨酸和苏氨酸。,一些西方发达国家严格限制在畜禽饲粮中使用抗生素，尤其是欧盟全面禁止使用抗生素作为畜禽的防病促生长饲料添加剂。目前，他们对另一类经发酵生产的称为“益生菌” 的生物学活性物质产生了极大的兴趣，因为这类物质具有与抗生素相似的功能而无抗生素的抗药性和组织残留问题。益生菌是一类可在动物和人体应用的单一的活的微生物的培养物或多种混合的活的微生物的培养物，这些活的微生物包括真

35、菌、酵母菌和细菌，正常情况下来源于动物肠道，可能通过在胃肠道中的粘膜细胞上抢先附着，并大量繁殖，建立优势菌群，从而将有害的病原微生物排出体外，因而促进动物的健康和生长。,外源酶制剂应用的目的主要有四： 第一，弥补动物体内源酶分泌的不足，如用于幼畜和病畜上；第二，分解动物饲粮中的抗营养因子，如葡聚糖、戊聚糖、植酸和纤维等，从而提高饲料养分的消化利用率；第三，分解某些饲料中的毒素因子，如棉酚和异硫氰酸酯等，提高这些饲料原料的利用潜力；第四，在体外对难消化的动物副产品，如羽毛粉和皮革粉等进行预处理，从而提高这些动物副产品的利用价值。,7.2.3.3 寡肽、寡糖添加剂研究与应用 寡糖不仅能排出动物消化

36、道的病原菌或抑制其生长，能刺激机体的免疫功能，增强抗病力，而且能有效破坏饲料中的黄曲霉毒素，消除此毒素对动物的有害影响。寡糖添加剂既有抗生素的作用，又没有抗生素的抗药性和残留问题，而且也有抗生素不具备的特性，因此有人把此类添加剂也称为“益生素”。,7.2.3.4 天然植物提取物的研究开发 目前世界各国广泛使用的药物饲料添加剂多为抗生素和化学合成药，这些添加剂在畜禽饲料中长期使用所带来的副作用已引起人们的普遍关注。因此，开发天然药物，以代替现有抗生素和化学合成药物饲料添加剂，是目前的研究热点。 以常山酮为主要成分的抗球虫药“速丹”，荷兰Alltech公司从丝兰属植物中提取出消除粪臭素的活性成分“

37、CU”，目前已形成产品。,7.2.3.5 有机微量元素添加剂研究与应用与无机态微量元素添加利比较，有机微量元素络合物或螯合物可能有如下优点：不吸潮结块，有利于预混生产；不氧化破坏维生素，便于微量元素与维生素混合生产预混料；在胃肠道不易受抗营养因子的干扰而更多地吸收利用，同时减少微量元素排出的环境污染；在体内有特殊的代谢路径，能增强动物的免疫机能，抗应激，能改善肉质，且不影响其他元素的代谢。,另一类有机微量元素添加剂产品，是通过特异生物技术培育成能特别富集微量元素的微生物，从而生产富含微量元素的微生物产品。美国有关公司已研制成含100010-6200010-6硒的硒酵母和100010-6铬的铬酵

38、母产品。,.营养重分配制研究与应用 应用营养重分配剂的目的，是调控动物体内的营养代谢路径，把用于生产脂肪的养分转向肌肉生产。国外研究较多的是-肾上腺素能兴奋剂，表明在改善动物生产性能、提高胴体肌肉含量和降低胴体脂肪含量上有明显效果，且不影响肉质。但美国FDA迄今仅批准使用一种-肾上腺素能兴奋剂美国Elanco公司生产的Ractopamine，而仍禁止其它-肾上腺素能兴奋剂产品在实际生产中应用，理由是尚需进一步的安全性研究资料。,7.2.4 禽畜基因工程疫苗,基因工程亚单位苗基因工程活载体苗合成肽苗基因缺失疫苗基因疫苗2003年11月，猪伪狂犬病(基因缺失)活疫苗(SA215株)”获得国家新兽药

39、证书，从而成为我国第一株动物病毒基因工程疫苗，开创了我国动物病毒基因工程疫苗实用化的先河。,2005年3月，复旦大学生命科学院郑兆鑫教授领取了猪口蹄型疫苗的国家新药证书，生产出世界上唯一的猪口蹄疫基因工程疫苗。2004年，长江大学历时年攻关研制出中国首剂禽类传染病基因工程疫苗 鸡传染性法氏囊病基因工程疫苗。,7.2.5 动物生物反应器,生物反应器是指利用转基因活体动物的某种能够高效表达外源蛋白的器官或组织来进行工业化生产活性功能蛋白的技术，这些蛋白一般是药用蛋白或营养保健蛋白。用于表达的生物反应器包括动物血液、泌尿系统、精囊腺、乳腺等，还包括禽蛋和昆虫（例如家蚕）个体等。,7.2.5.1 乳腺

40、生物反应器物乳腺生物反应器是目前国际上唯一证明可以达到商业化生产水平的生物反应器。动物乳腺生物反应器具有常规发酵设备所不具备的四大优点：产量高，一些医用蛋白质，一头牛或几十只羊乳房中提取的蛋白质产量即相当于一个生物制药厂； 质量好，动物乳腺生产的蛋白质最接近从人体组织中提取出的天然产品，生物活性最高； 纯化工艺相对简便； 生产成本低，动物乳腺生物反应器的牛和羊仍然是吃草料，它的奶却可以生产提取出高附加值的蛋白质产品。,7.2.6 核移植技术及其在养殖业中的应用,核移植是将动物早期胚胎或体细胞的细胞核移植到去核的受精卵或成熟卵母细胞中、重新构建新的胚胎、使重构胚胎发育为与供核细胞基因型相同后代的

41、技术，又成为动物克隆技术。,核移植技术最早由Spemann在1938年提出将多细胞胚胎的每一个细胞核，分别转移到去核的卵母细胞中进行核移植的设想。ilmut等1997年2月以绵羊乳腺上皮细胞核为供体而诞生了世界上第一例核移植克隆哺乳动物多莉。1998年诞生了克隆牛。张涌等(1991)首次用山羊32细胞胚胎核移植产生2只后代（刘守仁，2001）。一般第二代克隆牛尚可生产，但第三代生产效果很差，第四代根本不能妊娠，可见克隆化的继代有效性问题还没有解决，其他动物尚未见类似报道。,7.2.7 胚胎干细胞技术及其在养殖业中的应用,胚胎干细胞( ES) 是早期胚胎经体外分化抑制培养建立的多能性细胞系,体外

42、培养时保持末分化状态,可以传代增殖。ES 细胞在发育上类似于早期胚胎的内细胞团细胞,当被注入囊胚腔后可以参与包括生殖腺在内的各种组织嵌合体的形成。ES 细胞具有与早期胚胎细胞相似的分化潜能和正常整倍体核型两大特点,是研究哺乳动物个体发育、胚胎分化以及性状遗传机制的理想模型。在转基因领域, ES 细胞是公认的研究基因转移、基因定位整合的一类极有前途的实验材料。,胚胎干细胞（ES）是具有形成所有成年细胞类型潜力的全能干细胞。科学家们一直试图诱导各种干细胞定向分化为特定的组织类型，来替代那些受损的体内组织，比如把产生胰岛素的细胞植入糖尿病患者体内。科学家们已经能够使猪ES细胞转变为跳动的心肌细胞，使人ES细胞生成神经细胞和间充质细胞和使小鼠ES细胞分化为内胚层细胞。这些结果为细胞和组织替代疗法开辟了道路。,目前，科学家已成功分离到人ES细胞（Thomson等1998，Science），而体细胞克隆技术为生产患者自身的ES细胞提供了可能。把患者体细胞移植到去核卵母细胞中形成重组胚，把重组胚体外培养到囊胚，然后从囊胚内分离出ES细胞，获得的ES细胞使之定向分化为所需的特定细胞类型(如神经细胞，肌肉细胞和血细胞），用于替代疗法。这种核移植法的最终目的是用于干细胞治疗，而非得到克隆个体，科学家们称之为“治疗克隆”。,