《现代生物技术.ppt.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《现代生物技术.ppt.ppt（104页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、现代生物技术在水产养殖中的应用,现代生物技术：,运用现代生物科学、工程学和其它基础学科的知识，按预先的设计，对生物进行控制和改造，或模拟生物及其功能，用来发展商业性加工、产品生产和社会服务的新兴技术领域.,现代生物技术的主要领域,生物控制和改造技术：基因工程细胞工程发酵工程酶工程蛋白质工程生物模拟技术：生物机体和功能模拟技术（人工智能)人工生物系统技术（人工视网膜，肝支持系）,生物技术应用的目的,生物技术是以生命科学研究成就为基础的综合性技术，是从微观上认识和控制生物的遗传物质和遗传过程，了解生命的全貌，其目的是要解决人类社会中的人口、粮食、肉蛋奶、环境能源医疗等各种具体问题。,生物技术在水产
2、养殖业的应用,种质资源的发掘和保存遗传育种和品种改良健康养殖与食品安全,水产养殖业现状,能够大量生产苗种的种类还不够多，可大量生产苗种的种类生产还不够稳定，苗种还不够健壮，抗病性差；同一养殖种类，不同海区单产高低悬殊；有些养殖种类种质退化；多种养殖生物的病害频发，缺乏有效的防治措施；食品安全与健康养殖,水产养殖业面临许多重大的技术难关,1、养殖品种近亲繁殖，种质退化，育苗和养成技术比较落后。养殖生态研究不深入，集约化高产技术多未形成。2、养殖病害爆发、流行日趋严重。继虾病流行后，鱼类、贝类也发生了大面积发病。3、缺少优良品种（高产抗逆）和高产值养殖对象（鱼、虾、鲍鱼等）。4、养殖种营养研究和高
3、效人工饵料配置尚不能满足生产需要。,细胞工程与染色体工程,1、组织培育及细胞工程育苗研究，鱼、虾、贝类三倍体育种技术的研究，生物基因工程育种研究；2、水产动物雌核发育和性别控制研究。建立了大型海藻良种克隆纯培养及保存技术、海藻生物反应器育苗技术、对虾、牡蛎、扇贝、珠母贝等的多倍体诱导培育技术及对虾性控技术、全雌牙鲆种苗培育、名贵的石斑鱼性控研究方面也取得重要进展。,多倍体育种技术和雌核发育技术,是在染色体水平上操作，进行品种的改良。人工诱导的主要目的在于利用三倍体，三倍体具有生长快、净肉率高、肉质好，生命周期长等特点；另外三倍体还有利于种群控制，具有较高的抗病力和抗逆性。,雌核发育,诱发雌核发
4、育除了可以加快建立纯系和控制性别外，还可以使一些稀有的隐性等位基因显现而产生优良性状，使具有重要经济性状的显性基因转为纯合状态，雌核发育后代还可用来鉴定鱼类的近交衰退现象等。,雌核发育的应用,雌核发育的遗传基础均来自母本，其后裔具有很高的纯合性。一次人工雌核发育的纯度相当于连续四代的兄妹近交，人工雌核发育二代相当于连续八代的近交。因此，任何鱼类只需经过一次雌核发育，其子代再经过一次雌核发育，就可以作为纯系亲本用于育种生产。在杂交育种时，由于杂种后代不断分离，要获得一个稳定的品种需要很长的时间。如果利用杂交子一代或杂种子二代的卵子进行雌核发育，只需二代或三代就可以获得纯系，使性状一致并保持稳定。
5、雌核发育的后代全为雌性，可以控制单性养殖。此外，雌核发育可以提高产量，目前国内最能说明雌核发育作用的就是雌核发育的异育银鲫生长速度比母本方正银鲫平均快34.7，比当地鲫快2-3倍。,异育银鲫,异育银鲫采用方正银鲫作母本，兴国红鲤作父本，进行人工授精后雌核发育子代，因是异精雌核发育故将其子代简称为异育银鲫。这是中国科学院水生生物研究所于1981年研究成功的养殖新品种。,建鲤,建鲤是我国养殖鱼类杂交选育的第一个品种，中国水产科学研究院淡水渔业研究中心通过杂交，定向选育；利用雌核发育等综合育种技术育成遗传性状稳定的鲤鱼优良新品种，定名为建鲤，其基本方法是首先选择配合力高，性状又能互补的纯种荷包红鲤，
6、原江鲤分别作母本、父本的杂交组合后代作为育种的基础种群，让雌、雄亲鱼交配繁殖形成一个家系，对其后代进行隔离养殖，并连续高度近亲交配。在选择强度高、选择指标严格一致情况下，从各家系选留极少数量最优个体，到子四代进行家系间杂交，此时遗传的稳定性、一致性可达80以上，最后让子四代与两个原始亲本相同、选择指标一致的雌核发育相结合，其子代(第三代、六代)遗传性状的稳定性和一致性达到98以上。,性别控制,种间杂交:我国以性别控制为目的非鲫种间杂交，主要是尼罗非鲫雌鱼与奥里亚非鲫雄鱼的杂交，即奥尼鱼quanxiong。诱导性反转:用性激素诱导法获得的性反转鱼，包括雌转雄,我国这方面实验的主要对象是莫桑比克非
7、鲫和尼罗非鲫等，均获得了性转化鱼。超雄鱼生产技术:中国水产科学院长江水产研究所于1980年提出并实现了罗非鱼人工转性三系配套的方案。以雌鱼激素(苯甲酸雌二醇)诱导莫桑比克罗非鱼使其性转化为功能上的雌鱼，再与正常的雄鱼交配，获得部分超雄鱼。筛选出这种超雄鱼与正常的莫桑比克罗非鱼交配，即可获得全雄后代。此法能够大批量地进行全雄鱼生产，省去了对逐批鱼种使用激素处理的麻烦和成本消耗，但增加鱼种体内激素，不符合标准化生产良种的要求。因此，养殖户只需从制种单位购买超雄鱼与天然雌鱼，交配就能得到遗传上的全雄单性鱼，从而大大提高生产无公害商品鱼质量。自身免疫阉割：用某种鱼的精卵巢组织液作抗原物质，注射到同种异
8、体幼鱼体内，使幼体内产生抗体，抑制其性腺发育，产生自身免疫阉割现象，从而产生中性不育鱼。这一技术已在鲑鳟鱼类和鲤鱼的试验中获得成功。外科手术阉割用外科手术摘除性腺，可产生中性不育鱼，并诱导产生性逆转。有人将150尾雌性博鱼(Bettasplendens)的卵巢割去，三个月后，有7尾已从残留的输卵管壁完全形成了能发挥功能的精巢。这种性逆转的雄鱼也是生理型雄鱼。由于这种方法操作不便，因而很难在生产上实际使用。,鱼类性别控制育种的价值,(1)提高群体生长率(2)控制繁殖速度(3)延长有效生长期,细胞核移植,细胞核移植技术是将一细胞核移植到另一去核的未受精卵或细胞内的生物技术。我国著名生物学家童第周等
9、率先进行同种鱼的细胞核移植，随后在这两种鱼间进行了不同亚科之间的细胞核移植，获得了多种移植的核质杂交鱼。林礼堂等（1996）把鲫鱼、鲮鱼和尼罗罗非鱼的体细胞核移植到鲤鱼的成熟去核卵中获得了不同发育阶段的胚胎和幼鱼。目前，我国在鱼类细胞核移植技术的理论研究和实际应用方面都居世界领先地位。,细胞核移植的作用,细胞核移植又称细胞工程核质杂交。它通过显微手术将成为供体的一种动物的一个细胞核，移植人称为受体的同种或异种的另一个细胞质中，并使受体细胞得以继续分裂和发育的方法。此技术除用于研究胚胎发育种的核质关系、功能、及其发育机理等方面的一些基础讨论问题外，自20世纪70年代起又应用这种方法来探索经济鱼类
10、的育种途径。由于核质杂交、移核杂交的鱼后代能保持性状的稳定，其性状有的移核鱼介于亲本之间，有的偏于受体特性，有的能够成熟并繁殖后代，因而为解决鱼类远缘杂交不育，培育具有稳定性状的优良品种开辟了新途径。,细胞培养技术,这项技术已广泛应用于鱼类细胞、珍珠贝外套膜上皮细胞以及海藻细胞等的培养。水产动物细胞培养起始于鱼类，同时以鱼类细胞培养研究开展得较为系统，已建立的鱼类细胞系也较多。,细胞培养技术（组织培养）,从动物或植物内取出器官、组织或经处理分散的细胞，置于一种模拟生物体内环境的人工培养基中培养，使其在离体的情况下，生存、生长、发育乃至繁殖。细胞培养包括单个细胞培养、组织培养和器官培养。植物的细
11、胞具有发育的全能性。应用：单倍体育种。动物的细胞虽然具有遗传的全能性，但除卵细胞外，都不具有发育的全能性，只有卵细胞具有发育成完整个体的能力。,动物细胞培养,是动物细胞工程的一项基本技术，是动物细胞融合、细胞核移植和基因工程的基础。,细胞融合技术（细胞杂交技术）,细胞融合技术，是通过人工诱导，把两种或两种以上遗传性不同的生物细胞融合在一起，从而获得兼备两个亲本遗传性状的杂交细胞的技术。1、细胞融合育种。2、研制单克隆抗体。,转基因技术,根据人们的需要，把有用的外源目的基因，如生长激素基因、抗冻基因、抗病基因等及其调控序列一起，导人受体的胚胎或受精卵中并使之表达，从而达到遗传改良的目的。基因转移
12、作为生物遗传改良、培育快速生长和抗逆优良品种的有效技术手段，已成为应用技术研究发展的重点。,转基因技术的应用,转基因技术可有效应用在：(1)提高鱼鱼的生长率(2)控制生殖细胞的形成、不孕和性别的变异等(3)增加对疾病抵抗力，提高存活率(4)适应极端的环境，如对寒冷的抵抗力(5)改变生物化学特性以加强营养价值或肉质口感(6)改变新陈代谢的途径以增加饲料利用性。,转基因技术在渔业品种改良上的应用,转基因在水产养殖品种改良上的应用，目前多著眼于可提高生长速率及抗逆境基因的转移生长激素(growth hormone)基因的转移抗冻蛋白(antifreeze protein,AFP)基因的转移,大致等效
13、原则(substantial equivalence principle),基因转移应用在水产养殖品种改良上的最终目的是增加人类食品的供应，因此不能忽略生物技术食品的安全性评估。欧盟提出的大致等效原则(substantial equivalence principle)已普遍被大众接受基于此原则，全鱼(all-fish)基因转移是发展转基因鱼的趋势(其它水产养殖品种也类推)。,全鱼(all-fish)基因转移,全鱼基因转移是指所有欲转移的基因及所使用各项调控因子均取自鱼类(尽量是同种或近似种)，因此成功的转基因鱼类只是改变了部份基因的调控所表现出的优质性状，不带有任何其它生物的基因片段，如此就
14、能符合大致等效原则的第一级安全性。,遗传及生态安全性,生产无生殖能力的转基因鱼鱼可将其对生态的影响降至最低。以多倍体操作技术生产无生殖能力子代的技术，或可应用在转基因鱼的育种方面。由于转基因鱼对与自然界中经过长时间演化筛选出的鱼种的影响仍有许多未知之处，因此相关的应用需格外慎重。,基因转移在水产养殖品种改良上的具体应用,加速生长的品种改良抗逆境的品种改良 抗病害的品种改良 改变代谢途径以增进对饲料的吸收转换效率,加速生长的品种改良,水产养殖的成本中，饲料占大部分，所以培育生长快速的转基因鱼的目的除了希望加快生长外，也期望降低饲料系数以大幅降低成本。生长素基因转移鲑鱼体型通常是一般鲑鱼的3-5倍
15、大。在生长阶段的早期，有些转基因个体的体型甚至是同期正常鲑鱼的10-30倍。在一些体型较大的转基因鱼身上会有一些如末端肥大的畸形情况，但是中等体型的转基因鱼并不会有类似情况出现，而且具有高繁殖能力，可以继续生产出下一代的转基因鱼。,抗逆境的品种改良,培育抗冻转基因鱼是抗逆境之品种改良最佳代表。许多冷水域海水鱼生存于冰封的环境之中，为了避免冻结，数种鱼种可产生一群独特的蛋白质抗冻蛋白质AFPs或抗冻糖蛋白质(antifreeze glycoproteins,AFGPs)，它们可与冰晶作用，并有效地降低冰冻温度。,抗病害的品种改良,虽然目前仍未有转移成功的抗病毒或抗细菌性疾病的转基因鱼，但生产抗病
16、转基因鱼品种的策略有多种选择，例如转移下列任一DNA都可能使转基因品种增加抗病能力(1)可转录出反义RNA(antisense RNA)的DNA(2)可转录出核酶(ribozyme)的DNA(3)抗病毐基因(4)抗微生物(antimicrobial)基因(5)宿主免疫防御反应相关的基因等,改变代谢途经以增进对饲料的吸收转换效率,某些养殖鱼类由于遗传特性的差异，缺少一些生化代谢过程中的某些酶，而造成其碳水化合物的利用率以及食物转化率偏低，换言之养殖鱼类需要更多的饲料喂养才能达到理想的生长状态。利用基因转移的方法，使这些鱼类也具有原來缺少的酶，将可用更少的饲料以及更短的饲养时间来达到预期的成长以获
17、得最佳产量。,分子标记技术,分子遗传标记是指利用分子生物学方法来区分不同的个体或群体能够稳定遗传的物质或性状，是生物个体或群体间遗传差异的客观表征。目前限制性片段长度多态性(RFLP)，简单序列长度多样性(sSLP)，随机扩增多态性DNA(RAPD)，单核苷酸的多态性(SNP)是最流行的分子标记技术。,分子标记的应用,分子标记一个重要的应用就是来构建遗传图谱。遗传图谱的建立为基因定位，特别是一些重要经济性状和数量性状位点的定位，并为最终克隆这些基因提供了基础，同时还可以推动生物的分子标记辅助选育和遗传改良。,分子标记的应用,分子辅助育种已成为有效的育种工具，它是根据与某一性状或基因紧密连锁的标
18、记的出现来推断该基因或性状的有无，从而进行选育的方法，可以增加选择的准确性，大大缩短育种的周期。进而大幅度提高养殖生产中优质原良种的普及率，达到增产增效的目的。,分子标记技术与遗传多样性,研究了将鱼类基因内含子作为遗传多样性评价指标的可行性.利用寄生性原生动物和有毒甲藻基因组DNA的间隔区序列作标记检测环境水体中这些病原生物的污染程度.应用18S和5.8 S核糖体RNA基因之间的第一个内部间隔区(ITC1)序列作标记进行甲壳类生物种间和种内遗传多样性研究；研究了斑节对虾三个种群的线粒体DNA多态性，用PCR技术鉴定了夏威夷Gobioid苗的种类特异性。采用同功酶、微卫星DNA及RAPD标记对褐
19、鳟不同种群的遗传变异进行了评价，在鲆鱼鉴定并分离出12种微卫星DNA，在美国加州鱿鱼上发现了高度可变的微卫星DNA；弄清了一种深水鱼类（Gonostoma gracile）线粒体基因组的结构，并发现了硬骨鱼类 tRNA基因重组的首个实例，测定了具有重要商业价值的海水轮虫的卫星DNA序列，用AFLP方法分析了母性遗传物质在雌核发育条纹鲈基因组中的贡献。,基因图谱(genetic map)的构建与品种改良,水产养殖动物经常靠遗传选种来改良品种，因此需要基因标记来追踪及了解各株系及其特征间的关系。水产动物如鲶鱼、鳟鱼、白虾(Penaeus vannamei)、草虾(P.monodon)、斑节虾(P.
20、japonicus)、牡蛎等的基因图谱已构建。,虾的基因图谱构建,虾的基因组相当大(约为人类基因组的70%左右)且具高重复性(repetitive nature)，不同虾种在基因组重复区(repetitive region)缺乏序列保守性(sequence conservation)。某一种虾所找到的微卫星标记(microsatellite markers)无法适应于另一种虾，因此扩增片段长度多态性(Amplified fragment length polymorphism,AFLP)定位法也常做为分辨虾群的工具。虾种间缺乏合适的标记会阻碍图谱对比的研究发展。建立草虾分子图谱(molecul
21、ar map)国际性合作计划，正建立草虾基因组扩增片段长度多态及微卫星标记。计划构建草虾遗传性抗病毒力(heritable resistance to viral disease)以及生长等特征的连锁图谱，以期养殖户能利用标记选种工具(marker-assisted selection tool)筛选出优质种虾(high-performing broodstock)。,EST(expressed sequence tag)计划,在EST计划方面，由草虾的消化组织、泳足及眼柄所制备的cDNA库所建立EST 资料。草虾EST 的研究目的，是希望了解这些基因与虾的生长、生殖及对疾病反应等特性的相关性
22、。与疾病反应有关的基因表现是目前的研究重点。,现代生物技术在水产养殖病害的检测和防治中的应用,水产养殖生物病原的快速诊断和检测技术,核酸探针技术：该技术具有灵敏度高、特异性强等优点，近年来在对虾病毒病的检测中倍受青睐。美国科学家针对IHH-NV(传染性皮下和造血组织坏死病毒)研制的点杂交核酸探针已经商业化生产。中国科研人员针对对虾造血组织坏死杆状病毒研制的核酸探针，并将之用于检测受造血组织坏死杆状病毒感染的对虾，取得了满意的结果。,PCR技术,PCR技术即聚合酶链式反应：该方法既具有DNA探针方法的灵敏度，又避免了昂贵且危险的同位素的使用，并可以更快得到诊断结果，在对虾病原检测方面，中国研究人
23、员已将这一技术成功地用于对虾病毒病和细菌病的检测。,PCR技术的应用,很多国家均已开发出商品化的造血组织坏死杆状病毒的PCR检测试剂盒。另外，PCR技术与其他技术相结合开发出新的PCR技术更显示出其独特的优越性，如荧光定量PCR技术、PCR-ELISA技术等。现均已应用于水生动物疾病的诊断中，并已显示出巨大的潜力及广阔的应用前景。,单克隆抗体技术,正常淋巴细胞（如小鼠脾细胞）具有分泌抗体的能力，但不能在体外长期培养，瘤细胞（如骨髓瘤）可以在体外长期培养，但不分泌抗体。1975年英国科学家将两种细胞杂交而创立了单克隆抗体技术。,动物细胞杂交（单克隆抗体）,B淋巴细胞：能产生特异性强抗体，在体外不
24、能无限繁殖骨髓瘤细胞：不产生专一性强抗体，体外能无限繁殖,动物细胞杂交（单克隆抗体）,单克隆抗体技术应用,单克隆抗体技术在对养殖对虾暴发性流行病的病原及传播途径的调查中，发挥了重要作用。应用这一技术，能对养殖对虾的发病情况提前20-40天作出预报，为生产上及时采取对应措施提供了可靠的依据。另外，单克隆抗体技术可以与其它免疫技术相结合，如放射免疫分析技术、酶联免疫检测技术、间接荧光抗体技术等，进而对疾病的检测做到更加准确、迅速。,酶联免疫吸附检测（EL1SA）,将抗原或抗体吸附于固相载体上，然后与酶标记的抗原或抗体结合，在适当的底物参与下，使基质水解而呈色，通过呈现的颜色变化来显示抗原抗体特异反
25、应的存在。ELISA具有灵敏度高、特异性强、反应快速等特点，而且结果可以定量，也可对抗原、抗体以及抗原抗体复合物进行定位分析。随着技术方法的不断更新和改进，特别是单克隆抗体等的应用，使检测灵敏度和异性大幅度提高（Ristow et al，1991）。Davis（1994）等结合细胞培养技术检测IPNV，大大增强了检测的特异性、敏感性和客观性。,基因芯片,针对病原微生物基因组的特征性片段、染色体DNA的多态性、基因变异的位点及特征等，设计和选择合适的核酸探针并制成芯片，通过与样品中提取的核酸(DNA或RNA)杂交，一步检测就能获得病原微生物种属、亚型、毒力、抗药、致病、同源性、多态型、变异、表达
26、以及感染病原微生物相对数量等相关信息，为疾病的诊断和治疗提供了一个很好的切入点，也为平行研究病原微生物的大量基因组和功能组提供了有利的工具。,基因芯片技术应用,该技术的最大优点是可以一次性对大量样品序列进行检测和分析。目前，通过设计不同的探针阵列组合和使用特定的分析方法，基因芯片技术已经广泛应用于基因表达测定。突变检测、多态性分析、基因组文库作图及杂交测序等许多方面。基因芯片技术应用的先决条件是要有大量的已知序列的探针分子，而目前已测定的水生生物基因数目非常有限，这大大局限了基因芯片技术在水生生物功能基因组研究中的应用。,水产养殖中病害的防治技术,基因工程疫苗的开发：基因工程疫苗是将病毒中负责
27、转录抗原蛋白质的基因片段分离出来，与载体结合成重组DNA，然后转人细菌、酵母菌、病毒或动物细胞的DNA中。在这些寄生生物的增殖过程中，借基因的表达，大量生产抗原蛋白质作为疫苗使用。疫苗的功用在于能诱导动物对某些特异的致病菌产生抗体，增强抵御病原侵袭的能力。,DNA疫苗的特点,抗原专一，避免了常规疫苗将整个病原基因组转入接种鱼而造成可能的病原体传播和危害。其次，基因工程疫苗可通过基因剪接将不同病原体的致病性抗原决定簇的编码基因拼接在一起而构建表达复合疫苗。第三，这种转基因疫苗可用发酵技术进行工厂化生产，易于生产出价格低廉、稳定性好的产品。最近，科学家否定了无脊椎动物没有免疫特异性的说法，指出无脊
28、椎动物不仅具有免疫特异性，而且对抗原具有记忆能力，这预示着基因工程疫苗的开发和使用将在水产养殖中病害的防治中起到更加重要的作用。,免疫增强剂,免疫刺激剂的开发：免疫刺激剂能诱导和刺激水产养殖动物自身的非特异性免疫系统与各种病原作斗争，通过增强自身的免疫能力，达到预防和减轻疾病的目的。在甲壳动物中当外界病原侵入时，甲壳动物可产生外源凝集素，这种物质与病原微生物细胞壁上的糖类结合，使其更易于被白细胞消化和杀死。已研制出来的几种非特异性免疫刺激剂在白对虾和斑节对虾的抗病试验中都取得了理想的效果。,反义技术,反义核酸技术和核酶技术的总称，可以用来特异性地阻断病毒功能的发挥。,反义核酸技术,反义核酸可分
29、为反义RNA技术和反义DNA技术，但一般常指反义RNA技术。反义RNA是以DNA有义链为模板合成的RNA及其衍生物，它可通过与相应的mRNA互补结合而阻断其功能。1985年首次将病毒存活所必需的酶基因或结构基因的反义核酸和表达载体连接，转入细胞内或将反义核酸直接注入细胞，发现者对病毒有抑制作用。目前，使用人工合成的反义RNA已在原核细胞和真核细胞中成功地抑制了多种病毒基因的表达。,核酶技术,核酶则是一种具有催化作用的RNA，它通过碱基配对与靶RNA相互识别。结合并催化水解靶RNA，因此它既有反义RNA的作用，又能以序列特异性地切割RNA。核酶也可以抑制病毒的复制和表达，转入基因可以传代，现在已
30、有不少研究显示核酶可用于对病毒靶RNA进行切割。不过目前还未见到有关成功应用反义技术来治疗水产养殖动植物病毒性疾病的报道，但作为一种特异性较强的检测技术，反义技术是很有开发潜力的。,现代生物技术在水生生物种质资源保存中的应用,现代生物技术使人们能按照自己的意愿改变水产生物的遗传特性创造出自然界没有的新品种，但过度的捕捞，异源群体人工放流，水利工程设施的建设，日益严重的环境污染对水产生物种质资源和遗传多样性造成了严重的破坏，一些鱼类的产卵场消失，一些种群结构低龄化、个体小型化、产卵量下降，许多优良性状退化，濒危物种增多。因此，要保证水产业健康的发展，保存水生生物种质资源迫在眉睫。,以生物技术保存
31、水生生物种资源主要有两种途径：,1、冷冻胚胎和生殖细胞：这种保存的优点是：基因和基因频率的变化降到了最低的水平，抽样误差小，容易控制疫病，保存时间长，保种经费少，解冻后种群恢复快。另外，育种冷冻配子和活动保种相结合，可以减轻自然选择、近交和遗传漂变对基因和基因频率带来的影响。,2、建立基因文库,就是利用重组技术将决定水生生物重要经济性状的主基因或全部基囚整合到某些特殊的基因载体上，然后用这些载体感染宿主细胞，通过宿主细胞的大量增殖构建各基因片段的无性繁殖系(克隆)。保存该基因组文库就等于保存了该水生生物品种。,现代生物技术在饲料蛋白源与饲料添加剂的研制与开发中的应用,饲料是水产养殖业发展的物质
32、基础，饲料添加剂是水产饲料的核心。因此，新型饲料蛋白源与饲料添加剂的研制与开发己成为促进现代水产养殖业健康发展的关键技术，现代生物技术的发展给这一领域注入了新的生机和活力。,生物技术与新型饲料蛋白,农作物品种改良发酵技术对大宗原料的改良菌体蛋白,基因工程菌与饲料添加剂,近些年来大量与生长有关的激素基因不断地被克隆出来。利用这些基因通过构建工程菌的办法，可以研制出新型促生长添加剂。例如从鱿鱼脑垂体中分离、提纯了生长激素基因，并用基因工程手段使其在大肠杆菌中表达，然后其产物经注射导入虹蹲体内。结果显示有明显的促生长作用。,环境生物修复技术与健康养殖,利用生物制剂去除水生环境中的有害废弃物，应用微生
33、物的机理，降解多种污染物，改善水生环境,动物微生物制剂,将动物体内的有益细菌通过人工筛选培育，再经过生物工程工厂化生产出来，专门用于动物营养保健的活菌制剂。EM菌、光合细菌、芽孢杆菌、硝化细菌、乳酸菌、酵母菌,微生物制剂在水产养殖业上的应用,对水体的作用:微生物制剂可有效降低养殖水质中亚硝酸盐、氨氮、硫化氢等浓度，抑制水体中有害微生物繁殖和生长，净化水质。制剂中的微生物本身代谢具有气化、氨化、解磷、反硝化、硝化及固氮作用，能将污染物分解为二氧化碳、硝酸盐、硫酸盐等无毒物质，进而被水体中的藻类加以利用，达到净化水质的目的。其种群竞争性能抑制致病菌，有益茵与宿主粘膜上皮紧密结合生成致密性菌膜，形成
34、微生物屏障，有的有益菌产生抗生素和细菌素杀死病原菌。,水产微生物制剂可迅速降解水体中的残存饲料、鱼类的粪便及其它有机物，特别是清除池塘长时间的养殖水体底部，如海边老虾池底部积累的残余饲料、排泄废物、动植物残体；同时，还能吸收利用水体中的氨、亚硝酸盐、硫化氢等有害物质，能有效避免固体有机物和有害物质的积累。这些藻类为主的浮游植物所产生的光合作用，又为池塘底栖动物，水产动物的呼吸，有机物的分解提供氧气，从而形成池塘良性的生态循环。促使有益微生物的大量繁殖，在池塘内形成优势种群，可抑制病原微生物的繁殖，减少疾病发生。,水产微生物制剂的肥水作用 微生物把水体中的有机物、氦氮等降解，并且能很好地分解养殖
35、生物排泄物、残饵以及浮游植物残体等有机物，使之先分解为小分子(多肽、高级脂肪酸等)后为更小分子有机物(氨基酸、低级脂肪酸、单糖、环烃等)，最终分解为二氧化碳、硝酸盐、硫酸盐等，在水质净化中通过氧化、还原、光合、同化、异化把有机物转变为简单的化合物，净化了水体环境从而有效地改善了水质，且能促进单细胞藻大量繁殖。水体中的浮游植物特别是浮游单细胞藻类(绿藻、硅藻等)利用水体微生物制剂分解养殖生物排泄物、残饵以及浮游植物残体等的有机物转变为简单的化合物及无机元素作为自己的营养物质，在水产微生物制剂的理化和高效化的作用下，迅速大量繁殖起来，使得水体变得肥绿、嫩爽，这就是养殖者所说的肥水。,微生物制剂对育
36、苗的影响,净化育苗池水质 在工厂化育苗中，水体的污染主要来于自身，如残饵、排泄物及死亡的动物尸体等。制剂中的微生物本身代谢具有气化、氨化、解磷、反硝化、硝化及固氮作用，能将污染物分解为二氧化碳、硝酸盐、硫酸盐等无毒物质，进而被水体中的藻类加以利用，达到净化水质的目的。由于有益细菌种属不同，参与能量代谢的途径和方式也不同，所以降解环境中有机物的种类和能力也有一定的差异。如硝化细菌包括2种不同的代谢群体一亚硝化属及硝化杆菌属，在水质净化过程中，亚硝化菌属细菌把水中的氨离子氧化成为亚硝酸离子(NO2-)，并从中获得生存所需要的能量，再从二氧化碳或碳酸根离子中制造自身所需的有机物；而硝化杆菌属细菌能把
37、水中的亚硝酸离子氧化成为无毒的硝酸离子(NO2-)，并也能从中获得生存所需要的能量。这一代谢过程又受到诸多因素的制约，溶解氧(DO)降低时硝化细菌、亚硝化细菌的增殖速率均下降；自由氨(FA)浓度升高时亚硝酸转化硝酸的过程受到抑制，导致亚硝酸 氮的积累；而当温度超过30、pH值大于8时硝化细菌的活性就会受到抑制。因此在使用微生物制剂时应充分考虑各细菌的代谢特点，采取相应的措施，如开动增氧机提高溶氧，适时调控水温、pH值等，使其作用发挥到最大。,防治病害：微生物制剂可提高机体免疫力。防止水产养殖动物体内有害物质产生。微生物制剂是良好的免疫激活素，能有效提高干扰素和巨噬细胞的活性，通过产生非特异性免
38、疫调节因子激发机体免疫，增强机体的免疫力和抗病力。同时，转化养殖动物肠道、血液及粪便中有害物质浓度，降低有害物质在机体内的累积，有利于机体的健康。其种群竞争性能抑制致病菌，有益菌与宿主粘膜上皮紧密结合生成致密性菌膜，形成微生物屏障，有的有益菌产生抗生素和细菌素杀死病原菌。,微生物制剂对成鱼养殖的影响,复合微生物制剂含大量的益生菌，其菌体本身含有大量的营养物质，同时还含有多种维生素、钙、磷和多种微量元素、辅酶Q等。复合微生物制剂作为饲料添加剂被鱼类摄食后，其所包含的多种微生物可进入消化系统，并在消化道内繁衍、代谢，产生动物生长所必需的营养物质，从而促进鱼类的快速生长。复合微生物制剂对草鱼肝胰脏和
39、肠道淀粉酶、脂肪酶活性的影响微生物制剂可以促进动物免疫系统的发育，增强动物免疫功能，改善动物肠道内环境，增加动物肠道内的有益菌数目。微生物制剂对鱼类蛋白酶活性、淀粉酶活性、脂肪酶活性都有明显提高。从而促进消化道分解酶活性提高，促进了鱼类对饲料的消化吸收和鱼类生长。,饲用酶制剂在水产养殖中的应用,1、补充内源酶的不足，改进动物自身肠道酶的作用效果，提高对营养成分消化吸收率，参与细胞壁降解，使酶与底物充分接触，增进现有养分的消化，提高饲料转化率;2、提高水产动物抗病能力，提高其成活率;3、改变消化道内菌群分布;4、降低水产动物粪便污染，改善养殖环境;5、降低消化道内容物的粘度;6、消除抗营养因子。
40、,健康养殖与食品安全,渔业养殖基地的退化，病害发生，主要是饲料所引起的，而改进投喂标准、提供低污染饲料，才是降低水产养殖自身污染的最佳方法,解决途径,早期日本控制养殖业自身污染是以牺牲生长速度为代价的，此后日本水产部门把大部分精力集中在低污染饲料的研究，使鱼类营养、饲料加工得以快速发展，其发展过程为：半人工软颗粒饲料全价软颗粒饲料硬颗粒饲料膨化饲料高能低蛋白饲料。可以说，日本对鱼类营养与水产饲料的研究的真正目的是控制养殖业的自身污染，为可持续发展提供保证。,饲料以及投喂方法,1979年挪威所消耗的总饲料的50%是湿软颗粒（干物质计），到1988年95%为干颗粒饲料。80年代引进膨化饲料，并得以
41、迅速推广。此外，由于加工工艺的进步，使得饲料质量在如下几个方面得到改善：粉尘含量减少、水稳定性能提高、下沉速度变慢、能量密度提高。,以疫苗替代抗生素等化学药物,1980年之后，海水养殖受到弧菌的 攻击，抗生素等化学药物的使用量不断攀升，至1988年有效疫苗的使用，使化学药物的使用量大幅度降低。,低污染饲料的研究和强制使用是每个国家普遍采取的重要措施。,氮过剩的危害,1、氮过剩引起鱼虾生理代谢排氮（主要是氨）负担加重。2、引起池塘氮污染，尤其是氨氮、亚硝酸造成鱼虾健康受损，抗逆能力、抗病能力降低，病害增加。3、氮过剩造成养殖水体容易富营养化，藻类疯长，大量繁殖的藻类消耗水体中的各种微量营养素，藻
42、类竞争的结果导致水体藻相中种群多样性降低，水质调控难度增加，水质容易恶化。4、大量死亡的藻类沉入池塘底部，富集在塘底，降低池塘水体中物质循环能力，消耗池塘底部的溶解氧，引起底泥氧化还原电位下降，诱发硫化氢等有毒物质产生。池塘生态系统、尤其是池塘土壤容易退化，加速池塘老化，形成连作障碍。,生长速度与抗逆性能,任何生物在人为干预下，生长性能的提高都伴随着生存能力和抗逆性能的下降，在我国，由于一味追求生长速度，大多数养殖动物，包括陆生动物和水生动物，都是处于亚健康状态。,疾病发生的三要素,病原的存在与致病密度 体质下降抗逆性能降低 环境条件改变造成应激,疾病发生的三要素图示,滥用生物制剂,水质失衡,
43、用药,水质调控,用药,EM,光合细菌,芽孢杆菌,乳酸菌,鱼病,？,滥用生物制剂,尽管水质生物调控是绿色鱼病防治方法，但生物调控只是一种治标不治本的措施。过去大量采用消毒（氧化剂），现在大量使用生物制剂（还原剂），还是头痛医头、脚痛医脚的办法。不是解决根本的问题。只是从大量使用消毒剂的一个极端走向大量使用生物制剂的另一个极端而已。,水质控制,水质调控,降低饲料污染,切断底质污染,水质控制的核心是降低污染，生物制剂和化学制剂调控只是一种辅助手段。科学、合理、规范而不滥用才是安全、可持续之道。,水质失衡,水体污染,生物制剂（还原剂）,化学制剂（氧化剂）,其他配套措施,切断底质污染,种质优化,疫苗替代
44、化学药物,引入污水处理技术,可持续发展,决定池塘水体生物种群的因素是池塘条件。要改变池塘生物种群的唯一而有效的措施是改变池塘条件。,影响底质的主要因素,养殖密度饲料质量养殖时间管理手段,污染,降低污染,最根本的出路,水质污染也好、底质恶化也好，都是源于污染，而养殖系统中最大宗的污染源是饲料。要保持良好的水质、减少底质退化和连作障碍的形成，最根本、最有效的措施就是降低饲料的污染。,降低饲料污染的措施,提高蛋白效率，降低蛋白水平,蛋白源的多样化,提高能量,改性植物蛋白应用进展,改进饲料加工设备和工艺,限制因素,传统的水产饲料配方中，最大宗的蛋白源是鱼粉，尤其是鳗鱼饲料。传统水产动物饲料中不能大幅度
45、使用植物蛋白源的原因在于植物饲料原料中存在着各种各样的抗营养素。,抗营养素,一、什么是抗营养素 对饲料中营养物质的消化、吸收和利用产生不利影响的物质以及影响动物健康和生产能力的物质，统称为抗营养素。,二、抗营养素的产生 抗营养素作为植物的“生物武器”，可以保护植物株体及其种籽免受霉菌、细菌、病毒、害虫等各种天敌的侵害，是植物自我防卫的重要化学体系。,三、抗营养素的影响 如果饲料中的抗营养素含量超过动物的耐受水平，将对动物的生产性能及健康均产生不利影响。,1、抑制蛋白质消化和利用的物质(1)蛋白酶抑制因子、如胰蛋白酶抑制因子等;(2)植物血凝素；(3)多酚类化合物，如单宁等；2、降低能量利用率的
46、物质，如非淀粉多糖等；3、降低矿物质和微量元素溶解度和利用率的物质，如植酸等；4、拮抗维生素、增加其需要量的物质，如双香豆素、抗维生素B1酶等；5、其他抗营养物质、如皂苷、刺激免疫系统因子等。,抗营养素的分类,这些抗营养素中，蛋白酶抑制因子、植酸、非淀粉多糖、多酚类化合物、植物凝集素等含量或生物活性较高，对动物的营养起着主要的抗营养作用。,化学法,抗营养素消除方法,物理法,酶 法,发酵法,大豆蛋白发酵与膨化,权宜之计,一、掩盖 添加香味剂、诱食剂，掩盖抗营养素中的拒食因子。骗动物吃毒药，造成消化能力受损、免疫能力受损、破坏消化器官、肝胰脏等器官。,二、补救 添加免疫增强剂、消化酶、解毒剂等。,
47、结论,1、不论是生产性数据还是实验室数据，都表明发酵类蛋白在鱼类饲料中具有广泛的适应性。,2、表明发酵大豆蛋白还具有鱼粉所不具备的功能。,3、发酵类蛋白的这种优于鱼粉的功能有可能来自微生物源性营养素。,前景,无论陆生动物还是水生动物养殖业，污染将成为行业生存和发展的第一限制因素。因此，无论是养殖行业还是饲料行业，都必须把降低污染、清洁生产、产品安全放在第一位。,生物饲料原料，尤其是发酵型饲料原料，具有消化率高、污染低、生物活性强等特点，必然在不久的将来，大行其道。发酵技术不仅为饲料行业、养殖行业提供日益枯竭的鱼粉替代品和优质饲料原料，而且为我国丰富的农副产品找到新的出路。,有待进一步认识,环保
48、性能。1%发酵大豆蛋白+5%红塘厌氧发酵产酸后，,与化肥联合使用可以用于池塘水质高效培藻；单独使用可降低氨氮。,因此，有理由推断水产饲料中使用可以降低水产动物氨的排泄。,可用于消除由于蛋白污染环境氨味和其他不良气味。,畜禽饲料中使用发酵大豆蛋白可减少室内氨的浓度。,微生物源性营养素,自然界中由微生物合成直接供应或经植物、动物在食物链积累并传递给宿主或消费者的一大类与生长、免疫、繁殖有关的营养物质。,证据：,无菌动物的抗逆能力远低于带共生菌的动物,75%的鳞翅目昆虫没有微生物共生不能完成生活史,95%以上的微生物还不能单独在人工培养基上生长,植物,动物,光合作用,体表微生物,体表微生物,土壤微生
49、物,根际微生物,肠道微生物,营养素的来源,植物合成,动物消费,微生物分解,抗菌素、化学药物、农药、杀虫剂、除草剂、化肥、环境污染等,石油、煤的燃烧，二氧化碳升高，温室效应、基因改良、化肥、促生长剂、激素等,常规营养强化、技术改革、基因改良、促生长剂、激素等,二氧化碳+水,氧气+有机物,食物链,植物,动物,人类,疯牛病、禽流感口蹄疫等流行；野生动物灭绝,免疫能力降低：非典、爱滋病、癌症、流行病,不孕、不育症已经接近人类第三大疾病,病虫害越来越多、营养价值越来越低,后果,通过补充微生物源性营养，提高养殖动物自身的健康和抗逆能力，减少病害发生，才能有效地保证产品安全。,通过补充微生物源性营养，提高养殖动物肠道菌群的活性和环境微生物活性，提高消化能力和环境自净能力，才能有效地保证环境的健康。,补充微生物源性营养,微生物源性营养素最丰富的饲料原料就是发酵产品。,小结,现代生物技术的应用为水产养殖业的发展带来了革命性的变化，从水产动物遗传多样性、种质资源、新品种培育、免疫预防、疾病诊断、水质监测、安全养殖等各个方面无一不渗透现代生物技术的应用,谢 谢！,
