生物技术与生物多样性的关系演示课件.ppt

生物技术生物技术与与生物多样性生物多样性的关系的关系一、生物多样性 在生物多样性公约（在生物多样性公约（Convention on Convention on Biological DiversityBiological Diversity，1992 1992）里，生物多样）里，生物多样性的定义是：所有来源的活的生物体中变异性，性的定义是：所有来源的活的生物体中变异性，这些来源包括陆地、海洋和其他水生生态系统这些来源包括陆地、海洋和其他水生生态系统及其所构成生态综合体；这包括物种内、物种及其所构成生态综合体；这包括物种内、物种之间和生态系统的多样性。之间和生态系统的多样性。在生物多样性公约的第在生物多样性公约的第2 条术语的使用条术语的使用上对上对“生物技术生物技术”有专门的定义即：生物技术是指有专门的定义即：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。以制作或改变产品或过程以供特定用途。二、生物技术 生物技术本身早就不是什么新鲜事物，上千年来人类一直在对有机体生物技术本身早就不是什么新鲜事物，上千年来人类一直在对有机体进行操作最初是进行动植物的选种育种、利用微生物进行发酵如酱油等豆进行操作最初是进行动植物的选种育种、利用微生物进行发酵如酱油等豆类加工产品以及面包或奶酪等等。类加工产品以及面包或奶酪等等。近几十年来生物技术有了很大的发展例如近几十年来生物技术有了很大的发展例如组织培养细胞融台胚胎移植以组织培养细胞融台胚胎移植以及重组及重组DNA 技术技术等等。等等。从从20 世纪世纪70 年代开始的年代开始的重组重组DNA 技术技术、细胞融合技术和转基因动植细胞融合技术和转基因动植物物等类的基础工程技术。实践上这个技术第一次得到应用是把分离到的人等类的基础工程技术。实践上这个技术第一次得到应用是把分离到的人胰岛素基因插入到普通大肠杆菌工程菌中通过发酵而大量生产出入胰岛素。胰岛素基因插入到普通大肠杆菌工程菌中通过发酵而大量生产出入胰岛素。在农业生产上，人们期望得到优质高产抗逆抗病虫少用农药少施肥的作在农业生产上，人们期望得到优质高产抗逆抗病虫少用农药少施肥的作物品种。基因工程研究的进展已获得了一批从各种转基因植物中筛选出来物品种。基因工程研究的进展已获得了一批从各种转基因植物中筛选出来的具优良性状的植株或后代。这样就可以大大减少农药化肥的使用，从而的具优良性状的植株或后代。这样就可以大大减少农药化肥的使用，从而保护了生物多样性。保护了生物多样性。例如利用苏云金杆菌的例如利用苏云金杆菌的Bt 杀虫蛋白基因转入烟草及番茄得到抗虫率较高杀虫蛋白基因转入烟草及番茄得到抗虫率较高的抗虫转基因烟草和番茄。的抗虫转基因烟草和番茄。三、三、生物技术在生物多样性保护上的作用生物技术在生物多样性保护上的作用 生物技术为生物多样性的生物技术为生物多样性的迁地迁地保护特别是遗传资源的保存提供了保护特别是遗传资源的保存提供了可靠的保证。可靠的保证。植物优良品质的器官、组织、细胞的原生质都可在超低温（-196摄氏度）条件下保存而动物的胚胎或精子也都可以利用这种技术来保存。生物技术中的生物技术中的DNA 指纹技术可以进行新生子代的鉴定指纹技术可以进行新生子代的鉴定，用于繁，用于繁殖行为的研究殖行为的研究；用于繁殖行为的研究分子标记可以研究不同基因型花粉竞争和更用于繁殖行为的研究分子标记可以研究不同基因型花粉竞争和更精确地估计种群的遗传多样性，如精确地估计种群的遗传多样性，如RFLP、RAPD技术等技术等 广义的植物组织培养是生物技术的各种技术中相当成熟的一广义的植物组织培养是生物技术的各种技术中相当成熟的一种技术。一些珍稀濒危而具重要经济价值的植物则可用极少量的种技术。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。进行大量的繁殖为人类所利用。20世纪末，美国国家科学基金会和能源部为了促进分子生物世纪末，美国国家科学基金会和能源部为了促进分子生物学家和生态学家之间的对话召开了一系列对话，分子生态学学家和生态学家之间的对话召开了一系列对话，分子生态学（Molecular Ecology)等刊物逐渐问世，都说明了依赖于近现代等刊物逐渐问世，都说明了依赖于近现代分子生物学而发展起来的生物技术与生物多样性保护与持续利用分子生物学而发展起来的生物技术与生物多样性保护与持续利用之间的关系是越来越密切了。之间的关系是越来越密切了。生物技术在生物多样性的生物技术在生物多样性的 持续利用方面的作用持续利用方面的作用生物技术在保护生物多样性的实例生物技术在保护生物多样性的实例 据美联社报道，美国科学家已运用生物技术设使一只老鼠长出一个大象据美联社报道，美国科学家已运用生物技术设使一只老鼠长出一个大象的卵，该技术在未来可以帮助拯救世界上的一些濒危动物。的卵，该技术在未来可以帮助拯救世界上的一些濒危动物。建立建立全球性全球性的基因库是非常有必要的。如为了的基因库是非常有必要的。如为了保护作物保护作物的栽培种及其会灭的栽培种及其会灭绝的野生亲缘种，建立全球性的基因库网。现在大多数基因库贮藏着谷类、绝的野生亲缘种，建立全球性的基因库网。现在大多数基因库贮藏着谷类、薯类和豆类等主要农作物的种子。薯类和豆类等主要农作物的种子。科学家在台北举行的在第二届国际生命条码会议上说，科学家在台北举行的在第二届国际生命条码会议上说，DNADNA条码技术提供条码技术提供了迅速廉价的方式，用于监测人类疾病传播媒介以及发展中国家的生物多样了迅速廉价的方式，用于监测人类疾病传播媒介以及发展中国家的生物多样性。巴拿马史密森热带研究所的代理所长性。巴拿马史密森热带研究所的代理所长Eldredge BerminghamEldredge Bermingham说说DNADNA条码技条码技术有助于发现和保护热带生物多样性。术有助于发现和保护热带生物多样性。英国自然博物馆的英国自然博物馆的Yvonne-Marie Yvonne-Marie LintonLinton是蚊子条码项目的负责人，她说，生物条码技术可以有助于控制携带是蚊子条码项目的负责人，她说，生物条码技术可以有助于控制携带疟疾、西尼罗河病毒和登革热等疾病的蚊子。疟疾、西尼罗河病毒和登革热等疾病的蚊子。生物安全涉及到危害生物及其多样性的各种因素，主要包括外来种侵入，遗传多样性的耗蚀、生物工程技术风险等。最近年来，生物技术的发展可谓日新月异，在与人们生活贴近的农、林等领域发挥着越来越重要的作用。特别是转基因技术的应用，已经创造并将源源不断地制造出大量的遗传工程体及其产品，成就十分的辉煌。四、生物安全与四、生物安全与生物技术生物技术对对生物多样性生物多样性 的危害的危害国际农业生物技术回顾与展望国际农业生物技术回顾与展望1983年科学家通过基因工程手段首次获得了转基因植物，只经历了短短的十几年时间，转基因植物技术已取得了举世瞩目的成就。在国际上，抗虫、抗病、抗除草剂的转基因棉花、玉米、大豆、马铃薯等已进入商业化应用阶段，并有较大面积的推广。转基因作物于1986年在美国和法国首次进入大田试验，到1997年底全世界转基因作物的田间试验已达25000例。1994年，美国批准了转基因延熟番茄的商品化生产。到1997年底，全世界共有51种转基因植物产品被正式批准投入商品化生产。1996年底全世界转基因作物推广面积达280万公顷，1997年度猛增至1250万公顷，一年间增长了4.5倍。其中，转基因大豆、玉米和油菜推广面积的增长幅度都在10倍以上。1998年度，转基因农作物的推广面积进一步增加到2780万公顷，预计在今后5年内全世界转基因作物的面积将会有更大幅度的增加。1997年美国种植抗虫转基因棉花100多万公顷，平均增产7%，每公顷抗虫棉可增加净收益83美元，直接经济效益近1亿美元。1998年美国种植转基因抗虫玉米达500万公顷，平均增产9%，每公顷净收益增加68.1美元，经济效益高达3.4亿美元。1997年抗除草剂油菜的种植面积为120万公顷，平均增产9%，每公顷可增加收入约50美元，直接经济效益6000万美元。随着转基因农作物的大规模推广，经济效益将会成倍地增长，同时，将会有更多的转基因作物新品种源源不断地推向市场。有人预测，到2020年全世界90%以上的农作物可能是经过基因工程改良的转基因植物。我国转基因植物技术研究取得的成就我国转基因植物技术研究取得的成就 经过十多年的努力，目前已克隆抗病、抗虫、抗病毒、抗逆、雄性不育和品质改良及发育方面的基因近100个；建立了多种主要农作物的遗传转化技术，应用这些转化技术已获得具有不同性状的转基因植物180种，进入中试或大田释放的15种，其中有6种进入商品化阶段。九十年代初，我国的抗病毒转基因烟草首次在田间大面积种植，1996年的种植面积达100万公顷，1997年上升到160万公顷，曾一度被誉为世界上最大的转基因植物群落。我国自行研制的抗虫棉也取得了很好的结果，两项已进入大田试验阶段，其中一项进入了商业化生产阶段，并有了较大的推广面积，1998年达到1万公顷的规模(美国孟山都公司的转基因棉花1998年在我国的栽培面积已达11万公顷)。抗虫水稻、抗病马铃薯、抗虫玉米等均进入了田间试验阶段，预计近几年内即可进入商业化生产阶段。除上述工作之外，在抗旱耐盐生物技术育种、品质改良生物技术育种、以及人工创造雄性不育等方面的研究均取得了重要的进展。转基因作物的风险转基因作物的风险 生物技术作为21世纪的希望，为农业和社会的发展产生了巨大的效益，同时也不能忽视其对生态环境产生的潜在影响。生物技术与其它任何一项技术一样，对整个生态环境甚至人类本身也存在着不利的方面，尽管目前还没有发生因生物技术的应用而诱发的严重的生态危机，但就目前的认识而言生物技术对生态环境的潜在威胁是存在的，且这种威胁随生物技术的日益发展，特别是转基因作物的商品化大规模释放，生态风险的可能性也与日俱增。由转基因作物的释放而由转基因作物的释放而对生物多样性潜在危害对生物多样性潜在危害主要有：主要有：1.基因污染从而破坏生物多样性和遗传多样性：转入转基因作物中的特定基因，可能通过植物花粉飞扬而引起基因漂流，转移到其 他的作物中而导致基因污染。如：附近生长的野生近缘植物授粉；临近农田非转基因 作物被转基因作物授粉；转基因作作物在自然条件下存活发育成野生杂草化的转基因 植物；土壤微生物或动物肠道微生物吸收转基因作物后获得外源基因。值得注意的是，基因污染一旦发生，就无法逆转，也不受人类行为所能控制，而可 能引发一些蔓延性的灾难，并给生物多样性带来毁灭性的灾难。2.转基因作物破坏生态系统多样性对传统作物造成威胁即杂草化：主要有转基因作物的杂草化而带来的入侵性和近亲间基因漂移引起：转基因作物本身成为杂草：杂草转基因作物由于导入了新的基因而在生存能力、种子产量、生长势和越冬行等方面要强于非转基因作物，从而可能成为入侵性的杂 草，入侵其它非转基因植物栖息地并占据栖息地，这种入侵性危害发展到一定程度 就会破坏自然种群平衡和生物多样性。转基因作物使其亲缘野生种成为杂草或超级杂草：当转基因作物与同种或近缘种 植物满足异花授粉的条件时，就存在基因漂移的可能性。如果转基因作物携带的目 的基因向近缘非转基因植物转移，就会提高近缘物种获、抗虫或抗除草剂等目的基 因的非转基因植物成为超级杂草。一旦这些超级杂草作为外来种对新生境的入侵，使生物多样性受到威胁。3.转基因作物对非目标生物的危险：释放到环境中的抗虫和抗病类转基因植物，除对害虫 和病菌致毒外，对环境中的许多有益生物也将产生直接或间接的不利影响，甚至会导致 一些有益生物死亡。1999年5月康奈尔大学一个研究组报道了一种斑蝶使用了转苏云的杀虫蛋白基因(Bt)玉米花粉后，44%死亡了，此时也引起了生物学家们对转基因食品安全性的广泛 争论。科学家在迄今为止世界上有关转基因对野生物影响最大规模的研究中发现，转基因油菜比非转基因油菜对野花、蝴蝶、蜜蜂，甚至包括鸟类的危险更大。从事这项研究的英国科学家强调，这2种不同的油菜对鸟类和蜜蜂产生不同的影响，研究人员戴维鲍汉指出：“这项研究证明了在田里及田地周围使用除草剂对野生生物的影响。”4.转基因作物可能产生新的病毒或疾病：由于转基因技术的特殊性，一些病毒重组现象 在转基因产物中出现的尤其频繁。如 DNA 病毒，RNA病毒，当有其他病毒感染时，入侵病毒的核酸有可能被转基因植物表达的外壳蛋白质包装，可能会扩细菌或病毒杂 交，从而重组出新型病原体。另外，转基因生物中很可能会出现抗药性高的有害生 物，且由于其基因重组所导致的新型病毒，会加大防治的难度。一旦出现新型的动 植物疾病就可能给染病生物带来严重影响甚至灭顶之灾。另外据科学研究表明，转基因食品可能产生不可预见的生物突变，这些突变可能 会直接产生毒素，或者含有潜在毒素的蛋白质，引起人类急、慢性中毒或产生致癌、致畸、致突变作用。转基因农作物所表达的某些蛋白质，可能潜移默化的影响人的 免疫系统，从而对人体健 康造成隐性的伤害。5.单一转基因作物种植的危险：现代农业以为的追求高产、经济规模和成本效益，往往种 植生产单一品种，这使人类所依托的丰富的农作物的遗传多样性受到巨大的威胁。一旦 单一的转基因作物遭受到病虫的侵害，其抵抗能力远远低于传统的作物，有可能带来灾 难性的影响。所以单一的转基因作物种植，将威胁到人类未来粮食的保障，是人类可利 用的生物资源与遗传资源越来越少，最终影响人类的自身生存。6.转基因作物还会对物种间的协同进化产生影响。千百年来，植物与昆虫、植物与病原微生物相互依赖，相互制约，协同进化。由于 农田生态系统植物种群的单一性与栽培特性，农作物常常不堪虫害的大流行而导致作物减产。而抗虫、抗病转基因植物由于不宜为病虫或有害生物取食而导致害虫大量死亡，于是环境的改变可能形成对害虫的选择压力，从而使其产生抗性，随基因作物协同进 化。同时由于转入基因在植物体内的持续表达，也可能是赖以生存的生物发生寄主转 移现象，从而改变物种间的营养关系。转基因作物对土壤生态系统、土壤肥力和土壤生物多样性的影响近年来也已经引起重视，抗虫转基因作物产生的杀虫毒素可以在土壤中残留，也可使害虫产生抗性，促 进其协同进化。五、生物技术对生物多样性的依赖 不管生物学发展到什么阶段，生物体始终是生物学研究的原材料、基因库以及研究对象，生物多样性是生物技术进步的前提，一旦生物多样遭到不可逆转的破坏，对生物技术的发展都会遭受严重的损失，甚至会成为几句难以实现口号和空中楼阁。人类已经经历了工业革命对生态环境破坏的历史，必须从历史失败中吸取教训。基因革命可能所带来的生态破坏绝不亚于工业革命，在生物技术飞跃发展的今天，我们对基因技术的应用、转基因生物的发展应该抱有谨慎的态度和防患于未然的风险防范意识，使转基因技术能够带给人类以福祉。人类在利用转基因技术和转基因生物这把双刃剑能够带来的福祉的同时，也需要保护生物多样性与生态环境，使人类能够与自然和谐相处。参考文献参考文献1.钱迎倩.生物多样性与生物技术.中国科学院院刊，1994，1（2）,40-442.樊龙江，庞洪泉，吴月友，程旺大.利用人工杂交方法研究转基因对植物遗传多样性的影响.生态学报，2004，24（4）：848-8513.钱迎倩,田彦,魏伟.2008.转基因植物的生态风险评价.植物生态学报，22（4）：289-299.4.王俊杰，郭伟翔，杨涛，王兴智.转基因作物对环境影响的讨论.分子植物育种，2003，1（4）：443-4565.任秋凌.英国科学研究发现转基因作物能危害野生生物.草业科学，2005，22（4）：656.张俊祥，程家瑜，周永春.全球转基因作物种植状况及其分析.中国生物工程杂志，2005，25（7）：100-10217