《农业生物技术实验》教学大纲

一、基本信息

二、课程简介

农业生物技术的研究及应用是现代农业的重要特征之一。突破了传统农牧业育种的局限性，按照人们的意愿有效的进行作物和家畜品种改良，对农业发展具有重要作用。本课程主要讲授、示范农业生物技术的基本操作（植物组织培养技术、植物转基因技术），完善同学们的知识结构，培养实践和动手能力，为将来从事现代农业研究打下良好的基础。

三、课程目标

课程目标1：了解农业生物技术在农业生产中应用的实例；理解植物组织培养、农杆菌介导植物遗传转化的基本原理；掌握植物组织培养、遗传转化的实验流程；掌握常用培养基的成分组成、含量及其作用。

课程目标2：熟练掌握无菌操作技术；掌握培养基的制备方法、植物组织培养及根癌农杆菌侵染植物获取转基因材料的方法；熟练掌握分子生物学实验室常用仪器设备的正确使用方法；可以安全、规范的开展基本的分子生物学实验，独立完成操作流程，能够分析实验结果。

四、课程目标对毕业要求的支撑关系

五、先修课程

无。

六、教学内容

1.实验项目：植物组织培养技术       14学时

1.1实验类型：综合设计性实验。

1.2实验目的：熟练掌握常用培养基的制备方法；掌握组织培养的无菌操作技术，掌握器官培养的方法与技术。熟练掌握仪器设备的正确使用方法。

1.3实验内容：1）MS培养基母液及培养基的制备；2）无菌操作技术；3）花生胚小叶外植体的转接；4）诱导外植体脱分化；5）诱导外植体再生。

1.4教学目标：1）知识目标：结合案例深入了解农业生物技术在农业生产中的应用；理解植物组织培养的基本原理；掌握植物组织培养的实验流程及注意事项；掌握常用培养基的成分组成、含量及其作用。2)能力目标：熟练掌握无菌操作技术、植物组织培养；熟练掌握分子生物学实验室常用仪器设备的正确使用方法；可以独立开展实验，规范操作，能够分析实验结果。

2.实验项目：植物基因转化技术       12学时

2.1实验类型：综合设计性实验。

2.2实验目的：掌握根癌农杆菌侵染植物获取转基因材料的方法；理解农杆菌介导途径进行基因转化的机理；了解转基因植物筛选的方法。

2.3实验内容：1）植物材料培养及培养基的制备；2）农杆菌培养与活化；3）携带Ti质粒的农杆菌侵染植物组织；4）转基因外植体的筛选；5）转基因材料的获得和鉴定。

2.4教学目标：1）知识目标：结合案例深入了解转基因技术在作物改良中的应用；农杆菌介导植物遗传转化的基本原理；掌握遗传转化的实验流程及注意事项；掌握培养、筛选及再生培养基的成分组成、含量及其作用。2)能力目标：熟练掌握根癌农杆菌侵染植物获取转基因材料的方法；熟练掌握分子生物学实验室常用仪器设备的正确使用方法；可以独立开展实验，规范操作，能够分析实验结果。

3.实验项目：甘薯茎尖脱毒培养       6学时

3.1实验类型：综合设计性实验。

3.2实验目的：学习植物茎尖培养脱毒的原理及主要影响因素；掌握甘薯茎尖培养脱毒的基本方法。

3.3实验内容：1）脱毒前对薯块进行钝化病毒处理；2）茎尖剥离与培养；3）脱毒苗繁育。 

3.4教学目标：1）知识目标：结合案例深入了解脱毒苗在农业生产中的利用；理解植物茎尖培养脱毒的原理及主要影响因素；掌握茎尖培养脱毒的实验流程及注意事项。2）能力目标：熟练掌握甘薯茎尖培养脱毒的操作步骤；熟练掌握分子生物学实验室常用仪器设备的正确使用方法；可以独立开展实验，规范操作，能够分析实验结果。

七、课程教学内容对课程教学目标的支撑关系

八、考核评价

九、思政德育教学案例

农业生物技术实验教学内容与农业基础研究及生产实践紧密相关。教学过程中，将利用下列案例进一步展示生物技术在农业发展、乡村振兴、精准扶贫等工作中发挥的重要作用，并指导学生更好的了解农业、拓宽视野，培养“懂农业、爱农村、爱农民”的农业人才。

案例1：作物种质资源收集保护与利用

种质资源指携带生物遗传信息的载体，且具有实际或潜在利用价值，包括种子、植株、根、茎、叶、花、果实。“如果说种子是农业的芯片，那么种质资源是芯片的核心。”钱前院士将作物种质资源库比作育种的“弹药库”，是种业创新的物质基础，是农业发展的战略资源。历史上，金善宝院士、董玉琛院士分别于1956-1957、1978-1983年领衔开展了两次资源收集工作，共征集地方品种约40万份。目前，第三次全国农作物种质资源普查与收集行动已全面启动，共收集各类作物种质资源5.4万份，其中96％以上为新收集资源，抢救性收集了耐水淹玉米等一大批珍贵资源。

我国已建成完善了由1座长期库、1座复份库、10座中期库、43个种质圃、205个原生境保护点以及种质资源信息中心组成的国家作物种质资源保护体系；成立了农业农村部作物种质资源保护与利用中心，保存资源突破52万份，位居世界第二。十四五”期间，我国将进一步加强种质资源保护和利用。预计2021年，将建成现代化、自动化、智能化的新国家作物种质库，可保存150万份种质资源，将极大提升我国种质资源保护能力。

新国家作物种质资源库将采用国际上最新种质库标准（FAO,2013）。长期种子库的保存条件为-18±3℃、RH<50%，保存寿命50年以上。除种子外，利用组织培养技术，还可保存试管苗（2-5或5-15℃、RH 40%-65%，继代时间可在3年以上）、茎尖或休眠芽（茎尖保存液相（-196℃），休眠芽、花粉保存气相（（-150℃），保存寿命30年以上）以及DNA（-80℃,保存寿命20年以上）。

案例2：马铃薯脱毒助力科技扶贫

2021年2月25日，全国脱贫攻坚总结表彰大会在北京人民大会堂隆重举行，中国农业科学院蔬菜花卉研究所金黎平研究员率领的马铃薯产业技术扶贫团队获得全国脱贫攻坚先进集体表彰。马铃薯产业技术扶贫团队由曾在延安光华农场工作过的三八式老革命朱明凯和援藏18年的程天庆两位老专家创建，至今薪火相承，始终坚守初心、扎根土地，坚持科技扶贫和把论文写在大地上。

2012年团队首席专家金黎平受聘毕节市政府农业科技顾问，带领团队与当地农科所联合建设专家工作站，建立试验示范基地，3年里推广了30多万亩新品种新技术，培养了首位马铃薯博士和科研团队。如今，威宁县农民人均纯收入的22%以上来自于马铃薯产业，实实在在成为了当地农民脱贫致富的“金蛋蛋”！ 团队扶贫又扶智，2017年金黎平捐出生活补贴50万元与毕节市政府成立了百万元助学基金，在五年内资助750名困难学生。

团队首席金黎平长期担任宁夏科技服务专家，带领团队协助当地编写了西海固贫困地区马铃薯产业发展规划，指导当地建成了4个脱毒种薯繁育中心、200亩试验示范基地，引进了数百个新品种（系），培训了数百名技术人员。他们的工作经常是披星戴月，当地农民说：“他们的脸晒得比农民的脸还黑，在地里很难分清谁是农民、谁是博士。”现在，西吉县农民三分之一以上的收入来源于马铃薯。2020年，团队与西吉县政府继续签订了对口帮扶协议。

经过多年辛苦工作和积累，团队育成了中薯系列优良新品种31个，研发出脱毒快繁和绿色种植等新技术，在马铃薯主产区推广近9000万亩，并向全国贫困区域提供了10多万份新材料、示范新品种新技术2000多份次，召开30多次现场观摩会，参加人社部、科协等组织的各种扶贫工作，培养人才20多名，培训技术人员和种植户5万人次以上，帮助多地将土豆豆变成金蛋蛋。70周年国庆游行团队首席专家金黎平光荣登上了乡村振兴方阵彩车。2020年5月29日，她作为25位科技工作者代表之一，收到了习近平总书记的回信。

案例3：立足前沿，以“兰”为媒服务产业发展

本案例结合植物组织培养进行。广东省农业科学院环境园艺研究所兰花研究团队，扎根兰花研究30年，主要从事兰花资源保存鉴评、新品种培育等研究。在老一辈专家和学科带头人的带领下，秉成“国际眼光、战略思维、开拓创新、求真务实”的科研精神，以蝴蝶兰、墨兰为重点，以新品种培育和现代生物技术为突破口，实现“1+N”式发展，不断拓宽研究领域，并取得了丰硕成果。团队保存各类热带兰和国兰资源超千份，立足岭南长夏无冬、温暖湿润的气候优势，选育出了多个极具市场前景的突破性新品种。团队始终以服务“三农”为落脚点，以科技为支撑，将兰花发展成为极具地方特色的优势产业，大幅度提升了兰花产业的经济效益和社会效益。

回望30年发展历程，团队学科带头人朱根发还清晰记得他初到环艺所时的场景：1993年研究生毕业进入省农科院环艺所工作，当时科研条件极为简陋，仪器设备就只有几个做组培的超净工作台和两个天秤。就在这样的艰苦条件下，他坚持开展兰花研究，培育种苗。兰花研究团队率先建立了蝴蝶兰商品花及工厂化育苗技术体系，攻克了传统兰花分子鉴定和辅助育种、花期调控等关键技术。团队一共选育出139个突破性兰花新品种，获得世界园艺博览会、国际兰花大会、全国兰花博览会等金奖、银奖30余项，并且一直保持在英国皇家学会全球兰花育种单位排名Top 6%。

为对接产业，团队更是致力于促进科技成果转化和产学研合作，助推广东省现代花卉产业、农村经济发展。现在，兰花已经成为翁源的一张闪亮名片。翁源兰花产业园年销售额高达17亿元，产品远销韩国、日本等地。翁源已成为中国最大的兰花基地，兰花正成为当地农民脱贫致富的希望。因此，许多离乡青年也纷纷回乡创业，积极投身到兰花产业。”在发展兰花产业上，兰花研究团队技术人员付出了大量宝贵的时间和精力，农村科技特派员朱根发曾说：“兰花是我一生的追求”。

未来，省农科院环艺所兰花研究团队，将充分利用岭南特色的资源优势，开展以全基因组测序为基础的兰花重要性状的功能基因研究、兰花分子标记辅助育种、分子设计育种和开花调控等一系列前瞻性研究，力争突破一批关键技术难点，建立和培养一支具有国际领先水平的兰花分子生物学研究队伍，最终形成以广东为主的国际兰花基因研究中心和分子育种基地，继续推动兰花种业发展，让广东兰花长盛不衰。

案例4：农业转基因生物安全

本案例结合转基因技术的应用与管理进行。2020年，各级农业农村部门认真贯彻落实党中央、国务院决策部署，依法履行农业转基因生物安全监管职责，狠抓研究试验、南繁试验、进口加工、种子生产经营监管，农业农村部强化工作督导。结果表明，绝大多数单位能够按照法律法规开展相关活动，农业转基因生物安全管理规范可控。同时，监管中发现少数单位和个人存在违法违规问题。依据《农业转基因生物安全管理条例》等法律法规，农业农村部门已对相关单位进行了通报与处理。

1）辽宁省昌图县秋丰玉米产销合作社非法生产、加工转基因玉米种子。辽宁省农业农村厅已责令当事人停止生产、加工转基因玉米种子，并作出罚款和没收违法转基因玉米种子的处罚决定。2）吉林省郝育种业有限责任公司铁岭分公司非法生产、加工转基因玉米种子。辽宁省农业农村厅已责令当事人停止生产、加工转基因玉米种子，并作出罚款和没收违法转基因玉米种子的处罚决定。3）潘刚在新疆维吾尔自治区昌吉市进行非法转基因玉米种子繁育。昌吉市农业农村局已监督当事人销毁所有玉米种子，并作出罚款的处罚决定。4）曾小泷在新疆维吾尔自治区昌吉市进行非法转基因玉米种子繁育。昌吉市农业农村局已监督当事人销毁所有玉米种子，并作出罚款的处罚决定。5）山东银兴种业股份有限公司申报生产应用安全证书的转基因棉花银兴棉21号、银兴棉23号、银兴棉25号、银兴棉26号含有未批准基因。农业农村部依法驳回银兴棉21号等4个品种的生产应用安全证书申请，并暂停受理该单位2021年农业转基因生物生产应用安全证书申请。6）南京农业大学申报生产应用安全证书的转基因棉花南农284、南农388含有未批准基因。农业农村部依法驳回南农284、南农388的生产应用安全证书申请，并暂停受理该单位2021年农业转基因生物生产应用安全证书申请。7）四川省农业科学院经济作物育种栽培研究所申报生产应用安全证书的转基因棉花川杂棉65、川彩棉10号含有未批准基因。农业农村部依法驳回川杂棉65、川彩棉10号的生产应用安全证书申请，并暂停受理该单位2021年农业转基因生物生产应用安全证书申请。8）山东省惠民县鲁优棉花研究所与新疆维吾尔自治区轮台鸿泰种业有限公司违规开展转基因棉花研究试验，申报生产应用安全证书的转基因棉花鸿泰1602含有未批准基因。农业农村部依法驳回鸿泰1602的生产应用安全证书申请，并暂停受理该单位2021年农业转基因生物生产应用安全证书申请。

从业者要引以为戒，高度重视农业转基因生物安全管理，落实主体责任，严格遵守法律法规要求，强化内部管控，依法开展农业转基因研究、试验、生产、经营、进出口、加工、标识等活动。

十、应用型教学案例

案例1

名称：组培红掌

育人目标：组织培养技术在实际生产中的应用

结合实验：实验项目1

案例内容：

济南乡村绿洲农业科技开发有限公司创建于2007年，累计完成投资2.8亿元，是山东省农业产业化龙头企业、山东省林业产业龙头企业、山东省高新技术企业、山东省农业旅游示范点、国家AAA级旅游景区。公司是当前江北最大的红掌盆花养殖基地，建有现代化智能温室22万平方米。智能温室按照全国最高标准建设，内设植床式潮汐灌溉系统，有效提高水资源和营养液的利用率；温室的内遮阴、外遮阳、温度、湿度系统全部实施物联网，实现了温室大棚信息化、智能化远程管理。2016年10月，在第六届山东省花卉博览会上，红掌(马都拉)获得金奖。2018年9月，在第九届中国花卉园艺博览会上，红掌(罗兰公主)获得银奖。

目前公司共培育42个红掌品种，其中火焰、马都拉、茱莉、香妃、满天星等23个品种获得过国家级金奖荣誉。公司年自主组培红掌、蝴蝶兰45万株，红掌品种达到24个，年生产销售红掌、蝴蝶兰350万盆。主要销往北京、上海、昆明、南京、临沂、青州等全国各大、中城市，市场占有率名列前茅，产销率达100%。多年以来，采取“公司+合作社+ 基地+农户”的产业化经营发展模式，与农户形成了紧密的利益联合体，采取“一定六统一”发展策略，从种植到销售实行一条龙服务，目前，公司直接带动农户6080户从事花卉苗木种植产业，户年均增收22000元，并辐射带动了交通运输、餐饮服务、农业旅游等相关产业的发展，为推动当地经济发展做出了积极的贡献，成为全县打造“温泉花乡、北方花都”的主力军和桥头堡。

案例2

名称：转基因抗虫棉

育人目标：了解转基因技术在作物改良中的应用价值

结合实验：实验项目2

案例内容：

转基因抗虫棉也称为转Bt基因抗虫棉。它是将苏云金芽孢杆菌的Bt基因导入到受体细胞（转基因抗虫棉的叶肉细胞）中。苏云金芽孢杆菌的代谢过程中能产生一种Bt杀虫蛋白，它对多种害虫具有毒杀作用，作为生物农药广泛使用在蔬菜、瓜果等作物上。通过根癌农杆菌介导等方法将Bt基因转入棉花植株的细胞中后，棉株体内也能合成Bt杀虫蛋白。转Bt基因抗虫棉的杀虫谱因Bt基因不同而存在差异。我国现有的转基因抗虫棉对棉铃虫、红铃虫、卷叶虫等鳞翅目的害虫具有非常显著的抗性。

棉花产业在我国国民经济发展中占有举足轻重的地位，我国棉花种植面积7500万亩左右，约占世界面积的15％，皮棉产量约占世界总产量的25％。上世纪90年代以来，棉铃虫危害猖獗，每年给国家造成几十亿甚至上百亿元的经济损失。以1992年棉铃虫大暴发为例，棉农为防虫喷施农药中毒事件就有10万多例。面对严峻的生产形势，我国转基因棉花研究在科技部的大力支持下取得了很大进展。1991年国家“863”计划启动抗虫棉研制工作后，我国科学家于1992年底研制成功具有自主知识产权的GFMCry1A融合Bt杀虫基因，转入棉花创造出单价转基因抗虫棉。1996年又研制成功双价抗虫棉（Bt+CPTI）。在多方力量的共同努力下，我国育成了拥有自主知识产权的系列国产转基因抗虫棉品种70个，均已在河北、山东、河南等主产棉省大面积推广应用。2008年国产抗虫棉达到市场份额的93％。其中，“中棉所41”是我国第二代抗虫棉的标志性品种，其适应性广、推广面积大，以其为亲本还衍生出许多新品种，该品种于2009年获国家科技进步二等奖；“中棉所63”在长江流域棉区高产创建中，创下该棉区子棉1000斤的高产记录；早熟抗虫棉品种“中棉所50”比对照品种增产29％，是适宜麦棉套种的优良品种。迄今为止，我国转基因抗虫棉累计推广面积达3.15亿亩，新增产值超过440亿元，棉农增收250多亿元，每年化学农药的使用量减少1万到1.5万吨，相当于我国化学杀虫剂年生产总量的7.5％左右；棉农的劳动强度和防治成本显著下降，棉田生态环境得到明显改善。转基因抗虫棉的大规模推广应用提升了棉花产量，截止2010年新增产值超过440亿元，棉农增收250多亿元，每年化学农药的使用量减少1万到1.5万吨。有效的改善了农业生态环境。

案例3

名称：马铃薯脱毒苗产业

育人目标：组织培养技术在实际生产中的应用

结合实验：实验项目3

案例内容：

马铃薯将成稻米、小麦、玉米外又一主粮，种植面积将逐步扩大到1.5 亿亩，年产鲜薯增加2 亿吨，折合粮食约为4000 万吨，将显著提高国家粮食安全保障水平。希森马铃薯产业集团有限公司成立于2005年11月，注册资金1.5亿元，总部位于山东省乐陵市，是一家农业高新技术企业、马铃薯育繁推一体化企业、农业产业化龙头企业，近几年一直致力于推动马铃薯主粮化战略。公司集团下辖北京希森三和马铃薯有限公司、内蒙古希森马铃薯种业有限公司、内蒙古希森马铃薯全粉有限公司和三个子公司及乐陵、延庆、商都、康保、呼伦贝尔五个生产基地。公司已完成投资30多亿元，形成年繁育4亿粒微型薯原原种的产能，在内蒙古、张家口建成三年轮作模式的种薯繁育基地40万亩。内蒙古及张家口坝上两地具有高海拔、高纬度和风速大的特点，非常适合马铃薯种薯繁育。

发展特色产业，也打造了脱贫致富高精度。“一个苗至少出3颗，每颗2毛5，每亩地7万苗，我种了2亩，都是订单，一年纯收入4万。以前一年都在打工，现在打工10个月，回来种棚两个月，收入可是翻了一倍呢！”内蒙古乌兰察布市商都县七台镇农民乔继磊对自家的马铃薯种薯大棚非常满意，算起账来一直在笑。作为当地的主导产业和特色产业，乌兰察布的马铃薯已经在全国具有很大的影响力，无数群众更是通过这一产业步入了小康生活，这也是内蒙古乌兰察布市委书记费东斌在今年全国两会上信心十足地向习近平总书记推介‘中国薯都’的原因所在。

十一、教材及学习资料

(一)选用教材

教材类型：其他

教材使用情况：自编讲义

(二)学习资料

[1] 温孚江，农业生物技术，中国科学技术出版社，2002，第一版。

[2]夏海武、曹慧，农业生物技术科，学出版社，2012年07月，第一版。

[3]中国可持续发展研究会，2049年中国科技与社会愿景--生物技术与未来农业，中国科学技术出版社，2016年01月，第一版。

[4] Arie Altman、Paul Michael Hasegawa，植物生物技术与农业：展望21世纪（导读版），科学出版社，2012年07月，第一版。

 (三)其他参考资料

（1）课程组录制视频《农业生物技术试验》。

（2）在线课程《生物学概念与途径》，第10讲，现代农业生物技术与中国种业发展，邓兴旺主讲。https://www.coursera.org/learn/biologyconcept。