生物技术在园艺作物上的应用

第一篇：生物技术在园艺作物上的应用

生物技术在园艺作物上的应用

改革开放以来，中国人民感觉到的最大最实在的变化就是农业的变化，特别是园艺产业的变化对我国人民生活质量的提高起了重要的推动作用。目睹近十几年来琳琅满目的园艺产品大市场的巨大变化，分析园艺产业发展的动力和科技问题，不难发现，生物技术的应用对园艺产业发展的贡献。例如，组织培养技术带动了兰花产业的发展，无病毒苗木快繁技术改变了以前香蕉、草莓以及许多花卉的繁殖方式。生物技术的发展减少了人类对自然的依赖程度。有人认为，21世纪是生命科学的世纪。生物技术是目前生命科学中最为活跃的领域。它侧重在技术，必然与产业联系紧密。

生物技术的种类包括：（1）基因工程

（2）细胞工程，包括动、植物细胞的体外培养技术、细胞融合技术（细胞杂交技术）、细胞器移植技术等。

（3）酶工程，包括酶的固定化技术、细胞的固定化技术，酶的修饰改造技术及酶反应器的设计等技术。

（4）发酵工程，也称微生物工程。（5）蛋白质工程等

一，园艺植物组织培养的理论基础与基本技术

（一）植物组织培养（Plant Tissue Culture）：指通过无菌操作分离植物体的一部分，接种到培养基上，在人工控制的条件下（包括营养、激素、温度、光照、湿度）进行培养，使其产生完整植株的过程。也称之为离体培养。

（二）植物组织培养的理论基础

1.植物细胞全能性（Cellular totipotency）：

定义：任何具有完整细胞核的植物细胞，都拥有形成一个完整植珠所必须的全部遗传信息和发育成完整植株的能力。

原理：生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质，都有发育成为完整个体所必需的全部基因，从理论上讲，生物体的每一个活细胞都应该具有全能性。差异：（1）受精卵的全能性最高；

（2）受精卵分化后的细胞中，体细胞的全能性比生殖细胞的低。

全能性体现的两个过程: 一个已分化的细胞要表现它的全能性，必须经历两个过程，即首先要经历脱分化过程，然后再经历再分化过程。再分化的过程有两种方式： 一是器官发生方式 二是胚胎发生方式

分化〔differentiation〕： 细胞在分裂过程中发生结构和功能上的改变，从而在个体发育中形成各类组织和器官完成整个生活周期。

脱分化〔dedifferentiation〕: 已分化好的细胞在人工诱导条件下，恢复分生能力，回复到分生组织状态的过程。

再分化〔redifferentiation〕: 脱分化后具有分生能力的细胞再经过与原来相同的分化过程，重新形成各类组织和器官的过程。2.激素（植物生长调节剂）调控

植物生长调节剂是培养基中的关键性物质，用量极少，但起着十分重要明显而调控作用。

植物生长调节剂包括生长素、细胞分裂素及赤霉素等多种，它们在植物组织培养中具有不同的作用。（1）生长素

用于诱导愈伤组织的形成，体细胞胚的产生以及试管苗的生根，更重要的是配合一定比例的细胞分裂素诱导腋芽和不定芽的产生。

常用的生长素:2,4—二氯苯氧乙酸（2，4-D）、萘乙酸（NAA）、吲哚乙酸（IAA）和吲哚丁酸（IBA）等。作用强弱顺序:2，4-D＞NAA＞IBA＞IAA。(2)细胞分裂素

促进细胞分裂与分化，延迟组织衰老，增强蛋白质合成，促进侧芽生长及显著改变其他激素作用的特点。

常见的细胞分裂素有：2—异戊烯腺嘌呤（2-iP）、玉米素（ZT）、6—苄基氨基腺嘌呤（6-BA）、激动素（KT）、苯基噻二唑基脲（TDZ）。作用强弱顺序: TDZ ＞ 2—ip＞ZT＞6—BA＞KT。(3)赤霉素

在植物组织培养中应用的仅有GA3一种，它是一种天然产物，能促进已分化芽的伸长生长。其他植物生长调节剂: 如脱落酸（ABA）、乙烯利（CEDP）等在植物组织培养中也有一定的应用。

生长素/细胞分裂素的比值: 大时有利于根的形成，这时生长素起主导作用；比值小时，则促进芽的形成，这时细胞分裂素起主导作用。

（三）基本技术

1, 快速繁殖种苗 2.无病毒苗(virus free)的培养 3，倍性育种，缩短育种年限，杂种优势明显。4，克服远缘杂交的不亲合性和不孕性（胚培养）5，工厂化育苗

二，园艺植物脱毒与离体快速繁殖

植物快速繁殖技术概念：将外植体在人工培养基和合适的条件下进行培养，以在短期内获得大量遗传性一致的个体的方法。包括无菌培养物的建立，芽的增殖，诱导生根和试管苗的驯化和移栽四个阶段。

脱毒方法：（1）物理方法：X射线，紫外线，超短波，热处理等。

（2）化学方法：许多化学药品

（3）生物方法：种子繁殖，茎尖培养脱毒 三，园艺植物的细胞工程

生物技术在农业上己展现出广阔的应用前景。尤其是植物花药培养及细胞突变体的筛选已直接用于作物育种。安徽省农科院园艺研究所于60年代起从事水稻花药培养,在获得花培新品种晚粳76一2基础_匕又开展了体细胞无性系变异的利用及筛选方法的研究。该项研究在1984年国际植物遗。（《北方园艺》

1991年10期）四，园艺植物的染色体工程

植物细胞染色体工程李国英译（东北农业大学园艺系·哈尔滨）１．前言所谓植物细胞染色体工程的含义所指的是，原来多倍体和单倍体等以染色体组的增减和异倍体的产生为目的．对于染色体数的操作是通过杂交进行的，而随着近年来植物细胞组织培养及染色体操作等技术的不断进步。通过花粉培养育成单倍体及采用ＰＥＰ等减数化处理，由分离的染色体移植产生异倍体及基因的部分导入，染色体基因测绘等，包括各种各样内容的操作技术，已经可以进行了。对此，在植物细胞水平的染色体操作，最近已经开始引起人们的注意，即是染色体分离，识别、鉴定、移植等问题已成为人们谈论的话题。２．从培养细胞分离染色体染色体的分离，可能在细胞分裂期开始进行，因此，染色体能够分离的植物体的部位是茎尖及根尖分生组织，或者仅限于花粉母细胞和卵细胞等生殖器官的细胞。在这里，从花粉母细胞以外所获得的分裂细胞数对染色体的分离是不合适的。由于减数分裂期的花粉母细胞是大体完全同步的分裂系，所以对于染色体的提取也是效率高的最好材料。然而，由于花蕾获得时期的限制，不能提供经常实验，这是个缺欠。（来源：《北方园艺》1995年第02期 作者：李国英）五，园艺植物遗传转化

诱发多倍体技术 秋水仙素是育种工作者用于染色体数目加倍的一种非常重要的化学物质。其作用是抑制细胞有丝分裂中纺锤丝形成和阻滞染色体运动，从而使染色体分散，但不形成新的细胞壁，因此，使经处理的细胞多出一组额外的染色体。

秋水仙素有巨毒，使用时必须小心。常用的剂量为0.05——0.2％，溶液最好新鲜配制。在配制时，应先将其粉末溶解在几滴工业酒精中，而后再补足需加的水。

处理单子叶植物的种子或籽苗时，可直接浸渍于秋水仙素溶液。但处理双子叶的籽苗时，通常是将一滴秋水仙素溶液滴在生长点上，在子叶张开后，每天滴一次或两次，连续滴几天。如果植株表面有蜡质或毛，可以先将植株浸湿，然后再滴。除此之外，已长大的植株或它的一部分，也可以处理，但必须是分生组织或愈伤组织。有时，处理茎上的腋芽、接穗和砧木切割的表面也会有效。若将百合的鳞茎浸泡在0.1％的秋水仙素溶液中八小时左右，其鳞茎表面生出的不定芽，也会从鳞片中吸收到溶液，并可产生高比率的染色体加倍。其它带有鳞茎的植物，也可以用类似的方法诱发。但是，以秋水仙素处理水仙，却遇到了困难。1976年North在处理前先将鳞茎切成小块，并使每块上带有两个鳞芽，在鳞片之间滴加溶液处理，结果十分容易地使鳞芽细胞的染色体得到了加倍。

在处理籽苗或植株的局部时，不会使整个籽苗或整条枝条的细胞染色体都得到加倍，因此，必须对材料进行检测，其指标可以以叶子的大小和宽度的增加或以气孔及叶片表皮细胞大小的差异性来表示。当检测局部的指标时，可以用镊子小心地撕下表皮，将处理过的和未处理的材料分别放在显微镜下进行同步镜检。凡得到染色体加倍的材料，其气孔的大小普遍增加10——30％。具体操作方法是，用指甲油在叶片上涂一薄层，待干后，将其表皮剥下放在显微镜下测量。这种方法对许多材料都能迅速办到，但是，对一些叶片上带毛的植物则不易办到。此外，以花粉粒的多少为指标进行测定也是可能的，因为多倍体的花粉一般都比二倍体多；但是需要等到开花后才能进行（详细操作待另篇叙述）。

有时用茎的频繁扦插和热冲击的办法也可以诱导染色体加倍，但都不如用秋水仙素处理来得可靠。当用秋水仙素溶液处理得不到预期效果时，还可以考虑在加压的条件下使用一氧化二氮。这一方法曾成功地获得四倍体的郁金香，并用它来生产种子。

六，园艺植物生物技术与生物信息学

科学基础：1，发达的，复杂的，可相互交流的数据库系统； 2，强有力的创新算法和软件；

3，自动化的大规模高通量的生物学研究方法和平台技术

本质：利用计算机科学和网络技术来解决生物学问题

生物技术是在分子生物学基础上建立的、为创建新的生物类型或新生物机能的实用技术，是现代生物科学和工程技术相结合的产物，在园艺作物应用较为广泛的包括细胞工程、染色体工程、基因工程、分子标记等技术。l 细胞工程、染色体工程与园艺作物育种细胞工程是以细胞为基本单位，在离体条件下进行培养、繁殖或人为地使细胞的某些生物学特性按人们的意志发生改变，从而改良生物品种和创造新品种，加速动物和植物个体的繁殖，或获得某些有用的物质的过程。主要包括组织快繁、花药培养、原生质体培养、人工种子等几个方面。染色体工程包括染色体操作和染色体组操作，它不仅在改良植物的遗传基础和培育新品种上受到重视．而且也是基因定位和染色体转移等基础研究的有效手段，在蔬菜育种中应用最多的是单倍体育种、多倍体育种和体细胞融合等。1．1 组织培养快速繁殖组织培养快速繁殖是目前植物细胞、组织培养中应用最多、最有效的一种快速生产脱毒种苗的手段，其突出特点是快速，而且材料来源单一，遗传背景均一，不受季节和地区等限制，重复性好。

生物技术在南瓜育种中的应用 来源：《蔬菜》2011年第02期

作者：闫世江;张继宁;刘洁;选择

南瓜为葫芦科(Cucurbitaceae)南瓜属(Cucurbita)中的1年生草本植物,起源于美洲大陆,栽培种及野生近缘种共有27个[1]。南瓜栽培种有5个,而我国栽培的主要有3个:南瓜(Cucur bita moschataD.)又名中国南瓜,笋瓜(C.maxima D.)又名印度南瓜,西葫芦(C.pepo L.)又名美洲南瓜[2]。南瓜在我国有悠久的栽培历史,可作粮食、蔬菜、籽用、观赏和饲料等之用。南瓜还可以入药,饮食须知、本草纲目等古籍对南瓜也有记载。随着科学技术的发展,人们对南瓜又有了更深的了解,南瓜含有丰富的维生素A、维生素C、胡萝卜素、糖类、淀粉、钙质等,有很高的营养价值和较高的医疗保健作用[3]。随着生产的发展,传统的育种技术已不能满足人们的需要,因此在南瓜育种中运用生物技术逐渐被大家所重视。作为一种高新技术,生物技术是分子遗传学、生物化学、微生物学等基础学科发展的产物,在整个科学领域中占据了越来越显著的地位。作为世界新技术革命的重要组成部分,生物技术已经成为人类彻底认识和改造自然界,克服人类自身所面临的人口膨胀、粮食短缺、环境污染、疾病危害、能源资源匮乏等一系列重大问

总而言之，生物技术对于园艺产业及人类发展均有积极作用，可以改善人类生存环境并对人类健康有积极促进作用，提高食物营养水平，改善环境，但不可否认它也有一定的消极作用，有很多的不确定因素，有很多还有待于进一步研究与改良。

我们应用辩证的眼光去看待生物技术在园艺产业中的作用，既要看到积极的一面，也要留意消极的一面。

第二篇：生物技术在园艺中的应用

生物技术在园艺设计植物中的应用

摘要：用植物组培来培育无毒育苗木、优良品种苗快速繁殖、园艺树木新品种的培育等等。生物技术使园艺植物在设计中得到更好，更广泛的应用，不仅局限在造型、体态上面，从内在基因、细胞、组织上改变植物；使植物资源多样化，给设计带来了新鲜感。

Abstract: Plant tissue culture , cell engineering , gene engineering and other modern biotechnology to develop non-toxic sterile seedling, seedling rapid propagation of superior varieties, gardening trees breeding and so on.Biological technology make it better in the design of horticultural plants, more widely used, not only in shape, body, and change the plant from the internal genes, cells, tissue;be diversify.关键词：园艺植物、生物技术、组织培养、应用、景观环境、设计 生物技术在园艺植物的研究和培育上有着重大的意义。生物技术在园艺科学上的研究主要内容包括园艺植物组织培养，园艺植物细胞工程，园艺植物染色体工程，园艺植物基因工程和园艺植物分子标记。本文主要是对植物组培技术的研究。

园艺植物组织培养是指在无菌和人工控制的环境条件下，利用人工培养基，对园艺植物组织的胚胎、器官、组织、细胞、原生质体等进行立体培养，使其再

[1] 生发育成完整植株的过程。组织培养技术给园艺植物带来了很大的变革。从以前的单一色彩，单一种类，变化到多种色彩，多种形态。给设计提供了很多的便捷资源。组织培养技术提高了园艺植物的质量，也提高了生产的效率。给设计师们带来了新的构思。花卉、树木的种类繁多，色彩艳丽，培养方式的多样化，在园林景观中起着非常重要的作用。组织培养技术使花卉、树木的应用形式越来越多样化。园艺植物不仅给人们带来优美舒适的生活环境，更重要的是创造了是与人类生存的生态环境。园艺植物在现代社会中的应用越来越多，在绿化景观环境中体现的愈发明显。

通过以下几个方面来讲述组织培养在园艺植物中的应用： 一．种质资源的保存

植物的种质资源的多样性，使得设计有多样性，对于一些没法预料的灾害等，我们可以通过这种方式来保存物种多样性，使一些珍贵的植物能够保存下来。现在已经有很多的种植物灭绝，通过组织培养的技术就可延续和保存这些植物种类，使这些植物得到较为永久性的保存，增加种质资源的多样化。植物种质的保

[2]存与监测研究对生物多样化包补和生物技术都有着十分重要的意义。

园艺树种种质资源的长期保存主要采用超低温的方法。一般以液氮（-196℃）为冷源，是温度维持在-196℃以下。在这温度下，新陈代谢活动基本停止，也不可能发生遗传变异，因而对种质进行了长期的保存。

二．快繁技术

自然条件很难达到快速、高效的目的繁殖植物，通过组织培养我们可以有效的快速繁殖植物。植物组织培养快繁技术是利用植物组织培养技术对外植体进行

[2]离体培养，使其在短期内获得遗传性一致的大量再生植物的方法。使用这种方法，繁殖效率高，不受季节、气候条件的影响，而且培养条件可控制便于对各种环境进行调控。占用的面积小，管理方便。可以自动化控制生产。

已有数百种植物由愈伤组织分化出小植物，也可由愈伤组织再分化，最后产生不定芽或胚状体，形成植株。但是从它产生的植物常常会发生多倍体、非整倍体和各种基因水平上的变异，不能全部保存原种特性，因而妨碍了它在快速繁殖上的广泛的应用。另一个不利的因素是愈伤组织在经过多次继代培养后，常会丧[3]失再生植株的能力。但是，这的确加快了植物的繁殖速度，我国的园林设计正处于起步阶段，所以快繁技术对植物的需求量和丰富度都有着重要的作用，快繁技术可以促进植物的生长满足园艺设计的需求。三．植物脱毒

植物在生长发育的过程中会感染各种的病毒病害。导致植物的生长受到抑

[4]制，形态变异，产量下降等，会造成极大的经济损失。由于基因的变异等原因，造成很多的植物感染病毒。园艺植物在景观设计中的作用非常大。，病毒导致园艺植物的生命短暂，或者形态不美观，影响设计的美感。所以培养无病毒植株，能够提高植物的质量，对园艺设计景观有种重要的作用，培育无病毒植株是解决植物病毒问题的首选，通过植物组培技术培养脱毒的植株来阻止病毒的传播，来提高植物的质量和产量。四．遗产转化

园林遗传转化是指通过某种途径将外源基因导入受体园林植物基因组中，并

[5]使之在受体园林植物内实现功能表达。通过基因转移技术可以把不同来源的基因导入植物细胞，并整合到植物基因组中，获得转基因植物。通过遗传转化转化可以改良园林植物品种。提高育种效率，育成不同种类的新品种。

转基因可以改变植物的颜色、形态、种类等各种特性。这些都给园艺植物增

[6]加了很多的特色，如蓝色的月季，黄色的仙客来，红色的鸢尾等，在设计中，能够应用这些不同的形态特点来创造出不同的主题，表达不同的思想，给人以不同的需求，满足人们不同的审美需求。

综述：现在，随着人们生活水平的提高，许多地方，以观光、旅游、采摘等为主体闲园艺、生态景观等迅速发展。城市景观的设计越来越受到注重，绿色的园艺植物也被广泛的应用起来。所以生物技术在园艺植物中起了很大的作用，通过组培技术我们能够大量的生产园艺植物，并得到优良质量的植物，满足园艺设计对植物的大量需求，促进我国园林设计快速的发展起来。

参考文献：

[1]园艺植物生物技术/巩振辉主编。北京：科学出版社，2009 [2]园林植物组织培养技术/王金刚，张兴主编。北京：中国农业科学技术出版社。2008.8 [3] 朱至清.植物生物技术简介(一)——经济植物快速繁殖[J].生命世界，1984 [4] 赵爽、陈国菊，蔬菜作物抗病毒基因工程研究进展[J].中国蔬菜,2006 [5]李向辉等，植物遗传操作技术，科学出版社，1988 [6] 园林花卉应用设计·配置篇/耿欣、程伟、马娱、主编。武汉：华中科技大学出版社，2009.7

第三篇：植保生物技术在虫害方面的应用

植保生物技术在虫害方面的应用

姓名： 藏旭阳指导老师：张 新

摘要：从植物生物技术实用化时代开始的 1983 年至今，植物生物技术的发展已经历了 30 年的历史，从实验室走到了大田，证明了其对粮食和饲料生产的作用． 正式进入商品化应用 16 年，生物技术作物的全球种植面积已从 1996年的 170 万 hm2提高到 2012 年的1.7 亿 hm2。随着科学技术的发展，生物技术及其应用范围在植物保护中不断的改进，可以期待它在新型的可持续发展农业中将发挥更大的作用。本文从分子生物学技术、发酵技术、植物基因工程技术、遗传工程与生物防治等方面综述在病虫害生物防治中的应用。关键词: 植物生物技术；生物技术作物； 植物保护；分子生物学技术；发酵技术；植物基因工程技术；遗传工程

Application of biotechnology in the insect pest of plant

protection

Abstract: Since the success of transferring a foreign gene into plants and the expression of the incorporated gene in the transgenic plant genome in 1983，plant biotechnology has been developing for 30 years．From researches in the laboratories to practical applications in the farms，the importance of this new tech-enology in the production of food and forage has been proved．In the year of 2012，the areas of biotech crops planted reached 170 million hectares，compared with 1.7 million hectares in 1996，the first year when commercialized transgenic crops were adopted globally.With the development of science and technology, continuous improvement in crop protection biotechnology and its application range, can expect it will play a more important role in the agricultural sustainable development.This paper from the aspects of molecular biology technology, fermentation technology, plant gene engineering technology, genetic engineering and biological control of pest biological control in pest.Key words: plant biotechnology;bio-tech crop;Plant protection;Molecular biology technique;fermentation technology;plant gene engineering technology;genetic engineering

随着分子生物学、遗传学、细胞生物学、生物化学、信息科学等现代科学和相应技术的迅猛发展，DNA 体外重组、异源基因导入以及在不同生物体系的表达在 20 世纪 70 年代开始得以实现，并逐步应用于医药产品的生产中。在 1983 年初的国际学术会议上，以及随后在数个国际权威学术刊物发表的文章中，分析报道了美国、欧洲科学家在改造根癌农杆菌 Ti 质粒、构建载体、把细菌或植物的基因导入植物细胞并得以表达的成果，宣布了植物生物技术实用化时代的到来。与传统的农业技术相结合，植物生物技术正在并将在解决人类面临的困境中

发挥重要作用，不仅成为提供足够的粮食、饲料的重要手段，而且随着研究的深入和技术的发展，植物作为药物生产的工厂已经为期不远。

一、应用生物学技术进行害虫抗药性的研究

通过近年来在分子水平对抗性基因的许多研究,目前对抗性机理的分子基础已逐渐有所了解。在一些方面取得了丰富的研究成果,例如:芮昌辉等(1996)利用RAPD技术分析了棉铃虫对三氟氯氰菊酯抗性的遗传方式,通过筛选出的3个随机引物在R和S两亲本之间共扩增出47条DNA带,其中差异带达27条;初步筛选出与抗三氟氯氰菊酯有关的RAPD分子标记3个,即OKG4-1300、OPG6-1450、OPG8-535,它们能同时出现于R亲本和正反交F1代中,而在S亲本中不出现,与抗药性遗传方式的测定结果一致,证明了这种方法的可靠性。Raymond(1991)用此技术研究了库蚊(Culexpipiens)对有效磷农药抗性产生和扩散的机制,证明导致库蚊抗性产生的酯酶B2基因的扩散具有单一起源,并通过迁飞扩散到不同地区。在许多情况下,抗性的产生是由于昆虫对杀虫剂的代谢能力提高。代谢杀虫剂的解毒酶一般使有毒的外来化合物经过氧化、还原或水解后,其产物的水溶性增高,使它们更容易从昆虫体内排出。解毒酶包括细胞色素P450氧化酶系、水解酶(酯酶)及谷胱甘肽s2转移酶。

目前对酯酶分子结构和基因结构已经弄清,对其酯酶基因的扩增机制已有了深入了解。不同类农药的靶标受体基因均已进行克隆,如钠离子通道基因,目前已利用高等动物钠离子通道基因作探针,分离到了昆虫中钠通道基因。另外还有GABA受体复合体、乙酰胆碱各型受体基因、乙酰胆碱酯酶基因、激素受体、Bt受体等。昆虫细胞色素P450的研究也深入到分子水平。P450活性提高在许多杀虫剂抗性中具有重要作用,然而与P450相关的抗性分子基础了解的尚少。随着对P450分子基础的深入研究,将会以本质上阐明昆虫P450与抗药性的关系,并深层次揭示昆虫生理生化及其与环境的适应性之间的联系。

二、发酵技术的应用

微生物发酵生产的抗生素已在植物保护上的广泛使用。我国于1959年引进苏云锦芽孢杆菌杀虫剂,简称Bt杀虫剂。1965年,在武汉建成国内第一家Bt杀虫剂工厂,开始发酵Bt杀虫剂,代号叫“青虫菌”；随后我国自己筛选Bt菌株并生产。Bt杀虫剂是一种对人安全的杀虫剂,已在绿色食品及无公害农产品生产上发挥了重要的作用。

目前我国已成为世界上最大的井冈霉素和阿维菌素生产国。这两种抗生素是用不同种的链霉菌发酵生产的。阿维菌素是一种超高效的杀虫生物农药,每公顷用量仅3000～7500mg。主要用于防治小菜蛾、潜叶蛾、螨类等害虫。

三、植物基因工程技术

3.1 植物基因工程技术概况

植物基因工程技术是利用生物或物理化学的手段将目的基因导入植物细胞,以获得人们需要的转基因植物的一项基因工程技术。植物的遗传转化目前可分为间接转移和直接转移两类,通过染色体DNA的Southern分析、多聚酶链式反应技

术等方法可检测基因转移是否成功。

3.2 植物抗逆基因工程

1983年,转基因植物(烟草和马铃薯)首次诞生。不到几年时间,科学家们就培育出了数十种具有抗虫、抗病毒和抗除草剂的农作物新品种。一些重要农作物品种,并在生产上推广用,如棉花、烟草、大豆、花生、油菜等都包括在内。在1989年10月至1991年4月,由美国农业部和环保局批准的47个转基因工程植物大田试验中,抗虫和抗除草剂的转基因工程作良种就有30种。因此,植物基因转移首先能在生产上应用的就抗虫、抗病和抗除草剂良种。.2.1 抗虫育种

通过基因转移提高植物的抗虫性。云金杆菌是昆虫病源微生物中用来进行害虫防治最广谱的1种,可防治80多种农林害虫,杀虫效果达80%以上的有20多种。利用基因工程技术将苏云杆菌病毒素中杀虫活性最高的δ内毒素基因转移到烟草、番茄、棉花等作物上,使δ内毒素基因在这些作物上表现出来,鳞翅目昆虫的幼虫取食这些作物就会中毒死亡。现已从豌豆、豇豆、慈菇中分离到蛋白酶抑制剂及其基因,也得到了抗虫基因工程植株。国外把抗虫基因导入欧洲黑梅,得到的转基因欧洲黑梅可使取食的舞毒蛾和杨尺蠖死亡率高达100%。植物抗虫基因工程在烟草、番茄、马铃薯、玉米、水稻、油菜等20多种植物中都取得了重大成果,能抗烟青虫、杨尺蠖、舞毒蛾、玉米螟等昆虫。

3.3 微生物农药

生物技术在微生物农药开发中的应用,能够代替化学农药而起到防治害虫的效果。微生物农药是公认的“无公害农药”,防治对象不易产生抗药性,不伤害天敌；繁殖快,能利用农副产品甚至工业废水广泛生产,是综合防治农林病虫害的重要手段。根据用途和防治对象的不同,微生物农药可分为微生物杀虫剂、杀菌剂、除草剂、杀鼠剂和生长调节剂等。诸如假单胞杆菌型、莓力菌杀虫剂以及枯草杆菌杀虫剂等的使用,极大的避免了有机化学农药产生的危害作用。利用昆虫重组病毒防治害虫,可以利用寄生在昆虫体内的昆虫杆状病毒,如果将此病毒的基因中插入和表达外源基因如节肢动物或细菌来源的昆虫毒素、昆虫激素或酶,就能够扰乱害虫内部的代谢平衡,从而达到了灭虫的目的。另外许多微生物农药也在积极的研发过程中,微生物农药的具有非常广阔的市场前景。

四、遗传工程与生物防治

转基因作物，又称基因改良作物，即运用重组DNA 技术将外源基因整合于受体作物基因组、改变其遗传组成后产生的作物及其后代。转基因作物通常含有至少一种非近源种的遗传基因，其抗病虫害或抗逆性显著增强、农艺性状或产品质量显著改善，现已开始在世界范围内得到广泛的应用。1983 年，转基因植物（烟草和马铃薯）首次诞生。1986 年，转基因抗虫和抗除草剂植物开始进入田间试验。1994 年，首批转基因植物产品——延熟保鲜的番茄和抗除草剂棉花在美国获准进入市场销售。至 1998 年 6 月，国外批准商业化应用的各类转基因植物产品（品牌）已近90 种。其中，大部分都与病虫草害防治有关，例如抗虫（玉米螟）玉米、抗虫（棉铃虫、红铃虫）棉花、抗虫（甲虫）马铃薯等。另据统计，1996 年转基因农作物世界种植面积约为 200 万 hm2，1997 年猛增到 1 280 万 hm2，1998 年又上升到 2 600 万 hm2。在美国，转基因玉米、大豆和棉花的种植面积已分别占各种作物总种植面积的 25%~33.3%。

我国转基因植物的研究也获得了很大的发展。据统计，国内正在研究和开发的转基因植物约 47种，涉及各类基因 103 种。其中与病虫草害防治有关的基因约 62 种。近几年间研究的基因数量和转基因植物的种类又有增加。近年来，转苏云金芽孢杆菌（Bt）杀虫晶体蛋白基因的棉花最为引人瞩目。我国现已育成 10 多个杀虫效果显著、丰产性好、纤维品质优良，适于不同生态条件种植的品种或品系，这些材料已在国内 9 个省市（区）大面积试种、示范和应用。新一代双价抗虫棉（含 Bt 杀虫蛋白和胰蛋白酶抑制剂 2 种基因）品系已进入了大面积示范。我国已成为在世界上独立研究成功转基因抗虫棉，并拥有自主知识产权的第 2 个国家。

抗植物虫害的基因很多,目前经常使用的主要有3种:豇豆胰蛋白酶抑制剂基因(CpTI)、植物凝集素基因(1ectin gene)和来源于苏云金芽孢杆菌的杀虫结晶蛋白基因(Bt基因)[2]。其中以植物Bt基因工程方面的研究最多,应用也最为普遍,且发展很快。

五、展望

面对 21 世纪人口、粮食、资源、环境等重大问题的挑战，农业生物技术将会发挥更重要的作用，逐步成为最高活力和最具实力的新兴产业。国外一些科学家已提出了“分子农业”的新概念，并预言以生物技术广泛应用为特点的第二次“绿色革命”即将兴起。与植物保护有关的生物技术无疑将会继续在其中扮演重要的角色。随着抗病虫基因资源的不断发掘利用、植物与病菌相互作用分子机理研究的继续深入，以及生物技术本身的不断发展，21 世纪初除了抗虫、抗病毒和抗除草剂转基因植物走向产业化，植物抗细菌病和抗真菌病基因工程的研究将会取得突破并走向应用。为阻止病虫对转基因植物产生抗性，将会设计和应用新的分子策略，通过病菌或昆虫本身的基因操作有可能找到消灭病虫的新方法，由于对有益病毒、细菌和真菌分子生物学研究的深化，生防微生物的遗传改良将更有成效，遗传工程微生物农药将成为生物防治的重要手段，基因工程与传统技术的结合将会推动病虫害综合防治步入一个新的发展阶段。

六、参考文献

[1]李强.植物抗虫基因工程的研究进展[J].世界农业,1995,(10):23-25.[2]张忠信.张光裕害虫基因防治新方向:转基因昆虫的研究[J].昆虫知识,1998,35(1):51-55.[3]王琛柱,黄钵巧.应用转基因技术治理害虫展望[J].植物保护,1998,35(3):35-36.[4]黄大坊.基因工程正在开辟植物病虫害防治的新途径[J].植物保护,1999,25(1):30-36.[5]陈青.RAPD技术在昆虫学中的应用[J].世界农业,2004,(1):49-51.[6]王瑛,陈晓峰.基因探针及其在昆虫学上的应用[J].生物工程进展,1996,16(3):28-32.[7]翟启慧.昆虫分子生物学的一些进展:杀虫剂抗性的分子基础[J].昆虫学报,1995,38(4):493-501.[8] 张小玲, 罗天宽, 刘庆.现代生物技术与农业[J].温州职业技术学院学报, 2003, 3(3): 42-44.[9] 段丽霞, 向梅梅.现代科技与 21 世纪的植物保护[J].2005, 33(1): 83-84.[10] 魏晓棠, 权洁霞, 张艺兵, 等.分子生物学技术在昆虫早

第四篇：生物技术在制药领域应用现状及发展

生物技术在制药领域应用现状及发展

摘要：生物技术制药是以基因工程为基础的现代生物工程，即利用基因工程技术、细胞工程技术、微生物工程技术、酶工程技术、蛋白质工程技术、分子生物学技术等来研究和开发生产出传统制药技术难以获得的生物药品。生物制药业是目前生物技术发展最活跃，进展最快的产业之一，21世纪是生物制药行业飞速发展的时代。

关键字：生物技术制药；研究进展；现代生物技术；新技术 1 生物技术制药现状

现代生物技术是以基因为源头，基因工程和基因组工程为主导技术，与其他高技术相互交叉、渗透的高新技术。生物技术制药可以分为二类：一类是生化药物，主要是运用生物化学方法从生物体中分离．纯化得到的一些生物活性物质，如维生素、酶、核酸、激素等；另一类是生物医药，主要是以微生物、生物组织、人或动物的血液等原料采用物理方法和生物化学工艺制得的生物活性制剂、血液制品、抗血清、抗毒素等。1.1 非基因工程生化物

此类药物有脑蛋白水解物注射液、玻璃酸钠、分子肝素钙、分子肝素钠、促肝细胞生长素、蚓激酶、甘糖酯等共97种。1.2 先导化合物

以天然产物为先导化合物，通过组合化学技术合成大量结构相关的物质，建立有序变化的化合物库，供药物筛选和药效关系研究用。1.3 生化制药中先进分离分析技术的运用

多种层析（如亲和层析、高效液相层析）、超速离心等技术的运用，可成功地制得高纯度的生化药物。如尿激酶、胰岛素、重组人胰岛素、激肽释放酶、辅酶A、肝素钠等都是通过这种技术使药效得到较大的提高。1.4 应用生物技术、化学合成、结构后修饰研究开发新药

应用上述技术系统综合研制开发的新药，主要有以下各类药物：1）多糖类，如玻璃酸钠、香菇多糖、低分子肝素等；2）酶及酶抑制剂类，如门冬酚胺酶、葡激酶、人胰蛋白酶抑制剂、胶原酶、降纤酶等；3）多肽类，如人降钙素、鲑鱼降钙素等；4）细胞因子类，如白介素-

6、肿瘤坏死因子、神经生长因子、血小板生成素等；5）结构后修饰类，如修饰门冬酚胺酶、修饰超氧化物歧化酶等。1.5 应用生物技术改造传统制药工艺

微生物发酵是制药工业生产微生物药品的重要手段。微生物转化是利用微生物产生的特异酶完成特定的生化反应，使有机物转变成工业产品。由于生物药品具有疗效好、副作用小、且可大规模生产、利润极高、无环境污染等优点，受到各国政府重视，行业前景十分广阔。

1.6目前生物制药主要集中方向：

1.6.1肿瘤 在全世界肿瘤死亡率居首位，肿瘤是多机制的复杂疾病，目前仍用早期诊断、放疗、化疗等综合手段治疗。如应用基因工程抗体抑制肿瘤，应用导向IL-2受体的融合毒素治疗CTCL肿瘤，应用基因治疗法治疗肿瘤(如应用γ-干扰素基因治疗骨髓瘤)。

1.6.2神经退化性疾病

老年痴呆症、帕金森氏病、脑中风及脊椎外伤的生物技术药物治疗，胰岛素生长因子rhIGF-1已进入Ⅲ期临床。神经生长因子(NGF)和BDNF(脑源神经营养因子)用于治疗末稍神经炎，肌萎缩硬化症，均已进入Ⅲ期临床。

1.6.3 自身免疫性疾病

许多炎症由自身免疫缺陷引起，如哮喘、风湿性关节炎、多发性硬化症、红斑狼疮等。一些制药公司正在积极攻克这类疾病。如 Genentech公司研究一种人源化单克隆抗体免疫球蛋白E用于治疗哮喘，已进入Ⅱ期临床。

1.6.4 冠心病

美国有100万人死于冠心病，今后10年，防治冠心病的药物将是制药工业的重要增长点。Centocor′s Reopro公司应用单克隆抗体治疗冠心病的心绞痛和恢复心脏功能取得成功，这标志着一种新型冠心病治疗药物的延生。

2生物制药研究新进展

2.1 计算机辅助药物设计技术发展

计算机辅助药物设计利用了计算机快速、全方位的逻辑推理功能、图形显示控制功能，并将量子化学、分子力学、药物化学、生物化学和信息科学结合起来，研究受体生物分子与药物结合部位的结构与性质、药物与受体复合物的构型和立体化学特征、药物与受体结合的模式和选择性、特异性、、药物分子的活性基团和药效构象关系等，从药物机理出发，改进现有生物活性物质的结构，快速发现并优化先导化合物，使其尽早进入临床前研究，减少传统的新药研究的盲目性，缩短。

2.2 组合化学与高通量筛选技术发展

组合化学是近20年发展起来的一种合成大量化合物的新方法，它是建立在高效平行的合成之上，在同一个反应器内使用相同条件同时制备出多种化合物，建立各类化合物库的策略。组合化学通常采用操作、分离简便的固相化学合成。液相化学合成技术也在快速发展和完善中。2.3 药物手性合成技术发展

手性是自然界的本质属性。在生物体手性环境，如酶、受体、离子通道、蛋白质、载体中，分子之间手性匹配是分子识别的基础，受体与配体的专一作用，酶与底物的高度、区域、位点和立体催化专一性，抗原与抗体的免疫识别都与手性有关，同时药物的生物应答常受到手性影响，包括药物在体内的吸收、转运、分配、位点活性的作用以及代谢和消除。2.4 药物生物技术发展

生物技术药物是指利用DNA重组技术或单克隆抗体技术或其它生物技术研制的蛋白质、抗体或核酸类药物，它是目前生物技术研究最为活跃的领域，给生命科学的研究和生物制药工业带来了革命性变化。未来生物技术的展望

研究和发展方向：我国生物制药产业的研发方向要结合传统医药的优势，发展重点应针对神经系统、肿瘤、心血管系统、艾滋病及免疫缺陷等重大疾病的多肽、蛋白质和核酸。乙肝基因疫苗与单克隆抗体的研究开发、血液替代品的研究与开发、生物技术在医药领域的应用，如基因治疗、生物人基因芯片、干细胞等。目前，我国已经制定了明确的生物制药产业发展规划和产业技术政策，政府从上到下对生物技术研究开发的支持和政策扶持；国内各大企业（包括民营企业）对生物技术的关注和资金投入；我国金融界积极参与生物技术产业的发展，尤其是许多有实力的公司都参与了生物技术的开发；而我国生物技术产业领域目前已经汇集了一批自己培养和从国外归来的具有高学历、高素质的科学家和企业家，这四方面的因素对于我国生物技术产业的快速发展起到了很重要的作用。由于生物医药产业投资回报周期为5 年至8 年，而我国进人生物工程领域的时间尚短，回报的周期尚未到来。预计到二十一世纪的前几年将是我国生物制药产业的收获季节。参考文献: [1] 沈铁军.提高中草药市场竞争几点思考[J].时珍国医国药, 1999, 10(11):9-10.[2] 刘诒.治疗抑郁及相关病症的植物提取物制剂[J].国外医药:植物药分册, 2007, 22(5):223-225.[3] 姜倩倩, 刘京贞, 苏瑞强.单克隆抗体药物进展[J].药物生物技术, 2005, 12(4):270-274.[4] 胡显文, 陈惠鹏, 汤仲明, 等.生物制药的现状和未来[J].中国生物工程杂志, 2005, 25(1):86-89.[5] 徐明波, 何玮, 马清钧.生物技术药品产业化的现状及前景[M].北京:化学工业出版社, 2003:35-43.[6[ 王立新.徐薇.关东庆C3d-P28增强乙肝病毒基因免疫诱导的特异性细胞免疫应答[期刊论文]-细胞与分子免疫学杂志 2003(03)[7] 米力.陈志南动物细胞大规模培养生产蛋白的工艺选择[期刊论文]-中国生物工程杂志 2003(07)[8] 张学文.章怀云干扰素γ诱导细胞抗病毒的分子机制[期刊论文]-湖南农业大学学报(自然科学版)2001

第五篇：生物技术在制药行业中的应用

生物技术在制药行业中的应用

摘 要：改革开放以来，随着人们生活水平的不断提高，人们对药物的疗效及质量和安全问题也越发的重视，而很多传统的药物，在长期被人们使用的前提下，已经逐渐变得不能满足现在人们的体质以及在生病后的疗效，在这期间生物技术（biotechnology）的问世，有针对性的解决了相关的问题；大量的生物技术应用于药品的生产上，开发新的药品，以及对传统药物进行改良，生物技术在制药行业的作用也越发明显。也使得人们在生病后，能得到有效的药物治疗。

关键词：生物技术；制药行业；应用 生物技术（biotechnology）（生物工程）的理念

生物技术（biotechnology），也被人们称作为生物工程，以现代生命科学为核心基础，结合其他类别的基础科学，并采用极为先进的科学技术手段，根据计划，对生物体进行改造或者是加工生物原料，进而生产人们所需要的产品。

生物技术（biotechnology），利用动植物体以及微生物对物质原料进行加工，并生产处相关产品，为社会服务。其主要分成现代生物技术以及发酵技术两大类别。

生物技术可以说是，现代生物学的发展以及和相关科学融合的产物，以DNA重组技术为根本，并包括了细胞工程、生化工程以及微生物工程和生物制品等。生物技术在制药中的应用

2.1 细胞工程制药

就目前我国的生物技术（biotechnology）来讲，有关于细胞工程还没有一个统一的定义以及范围，通常认为，细胞工程就是根据分子生物学和细胞生物学的原理，并采用细胞的培养技术，对细胞进行水平的遗传操作。细胞工程大致上可以分为细胞质工程以及染色体工程和细胞融合工程这三种。而归根结底，细胞工程就是利用动物以及植物的细胞培养进而生产药物的技术。例如，利用动物细胞培养可身缠人类生理活性因子以及疫苗和单克隆抗体等产品；再如利用植物细胞培养可以大量的生产经济价值极高的植物有效成分，提取药材精华，也可以生产人类活性因子以及疫苗等重新组合DNA产品。

值得注意的是植物细胞培养并不会受到客观的地理以及环境的影响，次级代谢的产物在产量上比较高。例如，人身皂苷在该组织培养中含量占干重的27%，而全株只有可怜的1.5%。现在不少药用植物，如三七和人参等的培养已经有了系统化的研究，并且充分优化了培养条件。值得庆贺的是人参细胞培养物的化学成分以及药理活性，相比于种植人参并没有明显的差异。

关于细胞工程制药技术，在国外一些相关的细胞工程制药已经达到了商业化的生产水平，例如美国的Phyto公司的紫杉醇的生产商已经达到了75000L的生产规模，而日本植物细胞培养反应器的规模达到了4000L～20000L的惊人地步。

除却大规模的细胞培养技术，不定根组织与毛状根的培养也特别成功。例如培养的黄芪毛状根的药效与药用黄芪不分上下，而在丹参毛状根的培养上，其含有的丹参碱，能在分泌中得到培养。例如，希腊毛地黄细胞，在褐藻酸盐的固定化培养中，可以将其中有毒物质的毛地黄苷转化成为地高辛，在利用紫草细胞培养技术生产出紫草宁等。而根据野生新疆雪莲的辐射以及抗炎等作用，贾景明等相关技术人员进行了天然新疆雪莲镇痛以及抗炎和抗辐射与细胞培养的药理实验，而实验表明，新疆雪莲细胞的培养物完全可以称为野生新疆雪莲的替代品，其药效与野生新疆雪莲几乎相同，而该实验也取得了深入开发应用的极高价值。而细胞培养技术甚至可以进行如犀角等极为昂贵的药用动物器官的培养，在解决资源的短缺同时，有效的保护了稀有动物的生存。

2.2 发酵工程制药

生物技术中的发酵工程，又称为微生物工程，是指利用现代生物工程的技术，利用微生物的相关特定功能，生产出对人类有用的产品，或者直接把微生物应用于工业生产中。

发酵工程制药是利用微生物的代谢过程，所生产药物的生物技术。例如人们普遍认知的抗生素、氨基酸以及维生素等。而发酵工程的制药在研究也主要在微生物菌种的筛选和改良上，还有极为重要的产品后处理也就是分离纯化。

在现如今的社会中，DNA的重组技术在微生物菌种改良上起到了举足轻重的作用。在上世纪七十年代，细胞融合以及基因重组技术的飞速发展的情况下，发酵工程进入了现代化的发酵工程阶段。不仅仅是酒精类饮料以及醋酸和面包，并且猪脚生产了生长激素以及胰岛素等多种医疗保健药物。

周晓燕等相关研究人员用精良选育的猪芩PU-99菌做生产菌株，在1t灌中生产，菌丝体重达2.3%，含粗多糖31%；该实验充分的利用了发酵工程，并在当时得到了广大的认可。利用微生物成长代谢来炮制中药，比一般的物理或化学炮制手段更为优越，能较大幅度的改变中药的药性，并且提高疗效的同时，大大减轻毒副作用，使得中药活性成分结构提供了新的途径。

2.3 酶工程制药

酶工程是利用酶、细胞或者细胞器具有特殊催化功能，并使用生物反应相关装置以及通过一定的技术手段生产出的人类所需要的产品。这是一种酶学理论与化工技术两相结合而形成的新型技术，现如今依旧有数十个国家采用了固定化酶以及固定化细胞，进行药品的生产。

酶工程可以说是现代生物技术组成的重要部分，酶工程制药也是将酶用于药品生产的技术。固定化酶可以全程合成药物的分子，并且还能用于药物的转化。而我国就是充分的利用了微生物并使用两步转换法生产出了维生素C。

就我国的酶工程制药来讲，其主要研究方向在，各种酶（细胞）的固定化以及产药酶的来源和酶反应器还有相关的操作条件等。可以说酶工程应用具有极其广阔的发展前景，该技术将使得整个发酵工业和化学合成工业发生巨大的变革。

2.4 基因工程制药

基因工程是在基因的水平上，按照人类的需求，有针对性的涉及，并且按照设计的方案，生产出具有某种新的形状的生物产品，并且使得其可以稳定的遗传给后代。基因工程的设计与与工程设计有些类似，既显示出理学的特性，也具有工程学的特点。

工程制药也是通过将DNA重组技术应用到疾病的治疗中，例如蛋白质、酶以及肽类激素和其他药物的基因转移到宿主体内，使得细胞繁殖，最终获得相关的药物。如苯丙氨酸以及丝氨酸和次生代谢的产物所制成的抗生素，通常是一些人体内的活性因子，例如白细胞介素-2和胰岛素以及干扰素等。

而目前我国基因工程的研究方向，主要在基因的鉴定以及克隆和基因载体构建的产物的表达以及分离纯化等。人类掌握基因工程技术在时间上虽说不是很长，但已经获得了很多具有实际应用价值极高的成果，而基因工程为现代生物技术组成的重要部分，在未来相当长的一段时间里，都会在制药中发挥出极大的作用。结束语

生物技术在制药的应用中，其地位是无法替代的，并且其影响力也不断的扩大。而生物技术也将在中西药物的研制以及融合还有生产中的大部分环节得到广泛的应用；并且可以有效的保护相关的濒危灭绝的草药以及珍稀动物，在批量生产高品质的药材的同时，还能提高其活性成分。而有效的利用现代生物技术可以使得制药行业在药品的质量以及安全性上得到提高，最终使得制药行业得到更为广阔的发展。

参考文献

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